第7章目录 第7章汽车防滑与转向控制系统 7.1汽车的制动与转向特性简介 7.1.1汽车制动与侧滑 7..2驱动与侧滑 7.1.3转向系、传动系与架纵稳定性… 7.2汽车防滑控制系统概述 7.2.1汽车防滑控制系统的作用 7.2.2制动防抱死系统的优点 7.3汽车制动防抱死系统的结构与工作原理 7.3.1制动防抱死系统的组成与工作原理 7.3.2制动防抱死系统的主要组成部件 7.3.3制动防抱死系统的特点 7.4驱动防滑系统的组成与工作原理. 7.4.1控制原则选择 7.4.2驱动防滑系统的组成和工作原理 7.4.3驱动防滑系统的控制方式 -26- 7.5典型汽车防滑控制系统.」 7.5.1博世(B0S0H)ABS2S制动防抱死系统 .52戴维斯厮4防滑控制系统 7.6电控四轮驱动技术 7.6.1功用. 7.6.2控制原理 7.6.3控制功能… 34- 7.6.4优点 7汽车电子稳定程序(ESP) 7.1ESP的类型, 7.22ESP的特点 38- 7.7.3ESP的控制原理 7.7.4ESP的应用情况 7.8汽车电控转向系统 7.8.1液压式电控动力转向系统 7.8.2电动式电控动力转向系统 7.9电控四轮转向系统(4WS)…… -55 7.9.14S车的转向特性 7.9.2转向角比例控制 7.9.3横摆角速度比例控制. 小 习题
- 1 - 第 7 章目录 第 7 章 汽车防滑与转向控制系统.................................................................................................................- 2 - 7.1 汽车的制动与转向特性简介 ............................................................................................................... - 2 - 7.1.1 汽车制动与侧滑 .............................................................................................................................- 2 - 7.1.2 驱动与侧滑 .....................................................................................................................................- 6 - 7.1.3 转向系、传动系与操纵稳定性......................................................................................................- 7 - 7.2 汽车防滑控制系统概述 ..................................................................................................................... - 10 - 7.2.1 汽车防滑控制系统的作用 ........................................................................................................ - 11 - 7.2.2 制动防抱死系统的优点 ............................................................................................................ - 11 - 7.3 汽车制动防抱死系统的结构与工作原理.......................................................................................... - 16 - 7.3.1 制动防抱死系统的组成与工作原理.........................................................................................- 16 - 7.3.2 制动防抱死系统的主要组成部件.............................................................................................- 19 - 7.3.3 制动防抱死系统的特点 ............................................................................................................- 24 - 7.4 驱动防滑系统的组成与工作原理...................................................................................................... - 25 - 7.4.1 控制原则选择 ............................................................................................................................- 25 - 7.4.2 驱动防滑系统的组成和工作原理.............................................................................................- 25 - 7.4.3 驱动防滑系统的控制方式 ........................................................................................................- 26 - 7.5 典型汽车防滑控制系统 ..................................................................................................................... - 28 - 7.5.1 博世（BOSCH）ABS 2S 制动防抱死系统.....................................................................................- 28 - 7.5.2 戴维斯 MK4 防滑控制系统 ........................................................................................................- 30 - 7.6 电控四轮驱动技术 ............................................................................................................................. - 33 - 7.6.1 功用...............................................................................................................................................- 33 - 7.6.2 控制原理 ....................................................................................................................................- 33 - 7.6.3 控制功能 ....................................................................................................................................- 34 - 7.6.4 优点 ............................................................................................................................................- 35 - 7.7 汽车电子稳定程序（ESP）................................................................................................................. - 37 - 7.7.1 ESP 的类型 .................................................................................................................................- 37 - 7.7.2 ESP 的特点 .................................................................................................................................- 38 - 7.7.3 ESP 的控制原理 .........................................................................................................................- 38 - 7.7.4 ESP 的应用情况 .........................................................................................................................- 39 - 7.8 汽车电控转向系统............................................................................................................................... - 40 - 7.8.1 液压式电控动力转向系统 ..........................................................................................................- 40 - 7.8.2 电动式电控动力转向系统 ..........................................................................................................- 50 - 7.9 电控四轮转向系统（4WS）................................................................................................................. - 55 - 7.9.1 4WS 车的转向特性 .....................................................................................................................- 55 - 7.9.2 转向角比例控制 ........................................................................................................................- 56 - 7.9.3 横摆角速度比例控制 ...................................................................................................................- 60 - 小结 .............................................................................................................................................................. - 65 - 习题 .............................................................................................................................................................. - 65 -
第7章汽车防滑与转向控制系统 ☆知识点 汽车制动与转向特性 2.汽车制动防抱死系统(ABS);汽车驱动防滑系统(ASR)。 3.电控四轮驱动技术(4W);汽车电子稳定程序(ESP) 4.电控动力转向系统(EPS);电控四轮转向系统(4Ws) ★要求 掌握 1.汽车制动防抱死系统(ABS)和汽车驱动防滑系统(ASR)的特性、组成、结构和工作原理 2.电控动力转向系统(EPS)种类、特性、组成、结构和工作原理 了解: 1.汽车制动与转向特性 2.电控四轮驱动技术(4W)功能、原理和特点 3.汽车电子稳定程序(ESP)的类型、原理 4.电控四轮转向系统(4WS)组成、结构和工作原理 汽车防滑与转向控制系统的内容主要包括制动防滑、驱动防滑、电控四轮驱动技术、汽车电子 稳定程序(ESP)、汽车电控转向系统、电控四轮转向系统(4wS等。汽车防滑控制系统是汽车上 的一种安全附属装置,可以防止汽车在制动、起步、加速和转向时出现的侧滑、跑偏、丧失转向能 力和滑转等,从而起到保护乘客和车辆的作用,大大降低因制动等而引起交通事故出现的概率。转 向控制系统主要有汽车电控转向系统、汽车电控四轮转向(4wS)等。可使转向操纵灵活、轻便, 能吸收路面对前轮产生的冲击等优点。本章着重介绍制动防抱死系统(ABS)、驱动防滑系统(ASR)、 汽车电子稳定程序(ESP)的结构、工作原理和典型的控制系统以及汽车电控转向系统、汽车电控 四轮转向(4WS)等。 7.1汽车的制动与转向特性简介 7.1.1汽车制动与侧滑 汽车制动防抱死系统主要由车轮转速传感器、ECU和制动液压力调节装置三部分组成。其工作 过程与汽车制动时的滑动率有密切的关系。 1.汽车制动性能的评价指标 汽车制动性能的评价指标主要有三个,即制动效能、制动效能的恒定性和制动时汽车的方向稳
- 2 - 第 7 章 汽车防滑与转向控制系统 ☆ 知识点 1．汽车制动与转向特性； 2．汽车制动防抱死系统（ABS）；汽车驱动防滑系统（ASR）。 3．电控四轮驱动技术（4WD）；汽车电子稳定程序（ESP）。 4．电控动力转向系统（EPS）；电控四轮转向系统（4WS） ★ 要求 掌握： 1．汽车制动防抱死系统（ABS）和汽车驱动防滑系统（ASR）的特性、组成、结构和工作原理； 2．电控动力转向系统（EPS）种类、特性、组成、结构和工作原理； 了解： 1．汽车制动与转向特性； 2．电控四轮驱动技术（4WD）功能、原理和特点； 3．汽车电子稳定程序（ESP）的类型、原理； 4．电控四轮转向系统（4WS）组成、结构和工作原理。 汽车防滑与转向控制系统的内容主要包括制动防滑、驱动防滑、电控四轮驱动技术、汽车电子 稳定程序（ESP）、汽车电控转向系统、电控四轮转向系统（4WS 等。汽车防滑控制系统是汽车上 的一种安全附属装置，可以防止汽车在制动、起步、加速和转向时出现的侧滑、跑偏、丧失转向能 力和滑转等，从而起到保护乘客和车辆的作用，大大降低因制动等而引起交通事故出现的概率。转 向控制系统主要有汽车电控转向系统、汽车电控四轮转向（4WS）等。可使转向操纵灵活、轻便， 能吸收路面对前轮产生的冲击等优点。本章着重介绍制动防抱死系统(ABS)、驱动防滑系统(ASR)、 汽车电子稳定程序（ESP）的结构、工作原理和典型的控制系统以及汽车电控转向系统、汽车电控 四轮转向（4WS）等。 7.1 汽车的制动与转向特性简介 7.1.1 汽车制动与侧滑 汽车制动防抱死系统主要由车轮转速传感器、ECU 和制动液压力调节装置三部分组成。其工作 过程与汽车制动时的滑动率有密切的关系。 1．汽车制动性能的评价指标 汽车制动性能的评价指标主要有三个，即制动效能、制动效能的恒定性和制动时汽车的方向稳
定性。 制动效能是指汽车在干燥的硬路面上,以一定初速度制动到停车的制动距离或制动时的减速度, 它是制动性能最基本的评价指标。制动效能的恒定性中,最主要的是抗热衰退性能。所谓抗热衰退 性能指的是在高速时或下长坡时,因制动器连续制动而温度升高后能否保持冷态时的制动效能的评 价指标。制动时汽车的方向稳定性,通常用制动时汽车按给定轨迹行驶的能力来评价。如果制动时 汽车发生跑偏、侧滑或失去转向能力,则汽车将偏离原来的轨迹 2.车轮制动时的受力分析 (1)地面制动力地面制动力是一个与汽车的行驶方向相反的力,由地面提供,通过轮胎作用 于汽车上,让汽车减速或停止。地面制动力越大,制动减速度越大,制动距离也越短。所以,地面 制动力对汽车的制动性能具有决定性的影响。 图7.1是车轮在良好路面上制动时的受力情况。Fa为车轴对车轮的推力,Fx为地面制动力,Fz 为地面对车轮的法向反作用力,W为车轮垂直载荷,Tμ为制动器的摩擦转矩,r为车轮半径。 图7.1车轮在制动时的受力情况 在路面附着力足够时,地面制动力与制动器摩擦转矩之间的关系为 F (1-1) (②)制动器制动力在轮胎周缘克服制动器摩擦转矩所需的力称为制动器制动力,用F。表示 它相当于把汽车架离地面制动时,在轮胎周缘沿切线方向施加的使车轮转动的力。计算公式为 F (1-2) (3)附着力附着力Fφ是指汽车轮胎和道路在接触面上无相对位移时的切向地面反作用力的 极限值。在硬路面上,驱动轮反作用力的极限值Fφ与法向反作用力Fz成正比,即 F (1-3) 式中Fφ一轮胎道路附着力(N) Fz一法向反作用力(N);
- 3 - 定性。 制动效能是指汽车在干燥的硬路面上，以一定初速度制动到停车的制动距离或制动时的减速度， 它是制动性能最基本的评价指标。制动效能的恒定性中，最主要的是抗热衰退性能。所谓抗热衰退 性能指的是在高速时或下长坡时，因制动器连续制动而温度升高后能否保持冷态时的制动效能的评 价指标。制动时汽车的方向稳定性，通常用制动时汽车按给定轨迹行驶的能力来评价。如果制动时 汽车发生跑偏、侧滑或失去转向能力，则汽车将偏离原来的轨迹。 2．车轮制动时的受力分析 （1）地面制动力 地面制动力是一个与汽车的行驶方向相反的力，由地面提供，通过轮胎作用 于汽车上，让汽车减速或停止。地面制动力越大，制动减速度越大，制动距离也越短。所以，地面 制动力对汽车的制动性能具有决定性的影响。 图 7.1 是车轮在良好路面上制动时的受力情况。Fa 为车轴对车轮的推力，Fx 为地面制动力，Fz 为地面对车轮的法向反作用力，W 为车轮垂直载荷，Tμ为制动器的摩擦转矩，r 为车轮半径。 图 7.1 车轮在制动时的受力情况 在路面附着力足够时，地面制动力与制动器摩擦转矩之间的关系为 r T Fx μ = （1-1） （2）制动器制动力 在轮胎周缘克服制动器摩擦转矩所需的力称为制动器制动力，用 F。表示。 它相当于把汽车架离地面制动时，在轮胎周缘沿切线方向施加的使车轮转动的力。计算公式为 r T F μ μ = （1-2） （3）附着力 附着力 Fϕ是指汽车轮胎和道路在接触面上无相对位移时的切向地面反作用力的 极限值。在硬路面上，驱动轮反作用力的极限值 Fϕ与法向反作用力 Fz 成正比，即 Fϕ = ϕFZ （1-3） 式中 Fϕ—轮胎道路附着力（N）； Fz—法向反作用力（N）；
一附着系数 附着系数φ越大,附着力Fo也越大。附着系数的大小除了与路面的情况、轮胎的结构和胎面花 纹有关外,还与车轮的运动状况即运动中的滑移程度有关。 由于汽车车轮与地面在侧向和纵向的附着能力是不同的,故附着力有侧向附着力和纵向附着力 之分。与轮胎平面平行的附着力为纵向附着力,用Fqx表示;垂直于轮胎平面的附着力,称横向附 着力,或称侧向附着力,用Fqy表示。与之相对应的附着系数分别是纵向附着系数ox和侧向附着系 数oy。关系式如下 Fz (1-4) Fo=o, Fz (1-5) (4)地面制动力、制动器制动力与轮胎一道路附着力之间的关系汽车在制动过程中,车轮的 运动有纯滚动、抱死拖滑以及介于上述两者之间的边滚边滑三种状况。当制动踏板力较小且未达到 附着极限值时,制动器摩擦转矩不大,车轮处于边滚边滑状态,地面制动力等于制动器制动力, 随踏板力(或制动液压力)的增长成正比地增长(图7.2) Fxmax= Fo 制动液压力P 踏板力F 图7.2地面制动力、制动器制动力及轮胎一道路附着力的关系 地面制动力Fx的最大值不能超过附着力Fo,即 Fx≤F。=qFz 或最大地面制动力 Fxmax rmax =F (1-7) 假设汽车在制动过程中附着系数为一常数,则当制动踏板力或制动液压力p上升到某一值(图 7.2中为pa),且地面制动力Fx达到附着力Fo时,车轮即抱死不转而出现拖滑现象。当制动液压 力p〉pa时,制动器制动力Fx,由于制动器摩擦转矩的增长而仍按直线关系继续上升。但是若作用 在车轮上的法向载荷为常值,地面制动力Fx达到附着力Fo的值后就不再增加。所以,要想提高地 面制动力以使汽车具有更大的制动效能,只有提高附着系数φ。 综上所述,汽车的地面制动力首先取决于制动器制动力,但同时又受地面附着条件的限制。只 有汽车具有足够的制动器制动力,同时地面又能提供高的附着力时,才能获得足够的地面制动力
- 4 - ϕ—附着系数。 附着系数ϕ越大，附着力 Fϕ也越大。附着系数的大小除了与路面的情况、轮胎的结构和胎面花 纹有关外，还与车轮的运动状况即运动中的滑移程度有关。 由于汽车车轮与地面在侧向和纵向的附着能力是不同的，故附着力有侧向附着力和纵向附着力 之分。与轮胎平面平行的附着力为纵向附着力，用 Fϕx 表示；垂直于轮胎平面的附着力，称横向附 着力，或称侧向附着力，用 Fϕy 表示。与之相对应的附着系数分别是纵向附着系数ϕx 和侧向附着系 数ϕy。关系式如下 Fϕx = ϕ X FZ （1-4） Fϕy = ϕ yFZ （1-5） （4）地面制动力、制动器制动力与轮胎—道路附着力之间的关系 汽车在制动过程中，车轮的 运动有纯滚动、抱死拖滑以及介于上述两者之间的边滚边滑三种状况。当制动踏板力较小且未达到 附着极限值时，制动器摩擦转矩不大，车轮处于边滚边滑状态，地面制动力等于制动器制动力，且 随踏板力（或制动液压力）的增长成正比地增长（图 7.2）。 图 7.2 地面制动力、制动器制动力及轮胎—道路附着力的关系 地面制动力 Fx 的最大值不能超过附着力 Fϕ，即 FX ≤ Fϕ = ϕFZ （1-6） 或最大地面制动力 Fxmax FX max = ϕFZ （1-7） 假设汽车在制动过程中附着系数为一常数，则当制动踏板力或制动液压力 p 上升到某一值（图 7.2 中为 pa），且地面制动力 Fx 达到附着力 Fϕ时，车轮即抱死不转而出现拖滑现象。当制动液压 力 p>pa 时，制动器制动力 Fx，由于制动器摩擦转矩的增长而仍按直线关系继续上升。但是若作用 在车轮上的法向载荷为常值，地面制动力 Fx 达到附着力 Fϕ的值后就不再增加。所以，要想提高地 面制动力以使汽车具有更大的制动效能，只有提高附着系数ϕ。 综上所述，汽车的地面制动力首先取决于制动器制动力，但同时又受地面附着条件的限制。只 有汽车具有足够的制动器制动力，同时地面又能提供高的附着力时，才能获得足够的地面制动力
而提高附着力就必须提高附着系数φ 3.附着系数与滑动率的关 汽车车轮在路面上的纵向运动可以区分为纯滚动、纯滑动和边滚边滑的滑移三种形式。 车轮滑移成分在车轮纵向运动中所占的比例可以用滑动率s来表示,其滑动率s的定义式如下 v-rO D×100% (1-8) 式中s一车轮的滑动率 V一车轮中心的纵向速度(m/s) r一车轮的自由滚动半径(m); 一车轮的转动角速度(rad/s)。 当车轮纯滚动时,vrω:s=0;当车轮抱死纯滑动时,ω=0,s=100%;当车轮滑移时,0<s<100%。 由此可见,滑动率越大,滑移成分越多。 当滑动率不同时,附着系数也不一样。图7.3是试验所得的轮胎一道路附着系数曲线,即q-S 曲线 如图7.3所示,纵向附着系数φx随滑动率的增大而迅速增大,过B点后上升率变小,在A点达 到最大值之后,随着s的增大,φx反而减小。对于侧向附着系数,s越小,oy越大,即保持转向和 防止侧滑的能力越强。当车轮抱死拖滑时,亦即s=100%时,纵向附着系数φx较小,地面制动力也较 小,制动距离较长:此时侧向附着系数φy几乎为零,能承受的侧向力很小,车轮很容易侧滑,制动 的方向稳定性很差。理想状态是使滑动率保持在10%~20%之间,这样便可获得较大的纵向、侧向附 着系数,地面所能提供的纵向附着力和侧向附着力也就较大,制动效能最高。汽车制动防抱死系统 (ABS)的主要作用就是把滑动率控制在10%~20%之间,使汽车获得较高的制动效能,且可保持对 汽车方向的控制能力。 80.6 图739-s曲线 在汽车制动过程中,如果前轮先抱死,汽车将失去转向能力,也有可能跑偏,但一般不会出现
- 5 - 而提高附着力就必须提高附着系数ϕ。 3．附着系数与滑动率的关系 汽车车轮在路面上的纵向运动可以区分为纯滚动、纯滑动和边滚边滑的滑移三种形式。 车轮滑移成分在车轮纵向运动中所占的比例可以用滑动率 s 来表示，其滑动率 s 的定义式如下 ×100% − = v v r s ω （1-8） 式中 s—车轮的滑动率； v—车轮中心的纵向速度（m/s）； r—车轮的自由滚动半径(m)； ω—车轮的转动角速度（rad/s）。 当车轮纯滚动时，v=rω；s =0；当车轮抱死纯滑动时，ω＝0，s=100%；当车轮滑移时，0<s<100%。 由此可见，滑动率越大，滑移成分越多。 当滑动率不同时，附着系数也不一样。图 7.3 是试验所得的轮胎—道路附着系数曲线，即ϕ—s 曲线。 如图 7.3 所示，纵向附着系数ϕx 随滑动率的增大而迅速增大，过 B 点后上升率变小，在 A 点达 到最大值之后，随着 s 的增大，ϕx 反而减小。对于侧向附着系数，s 越小，ϕy 越大，即保持转向和 防止侧滑的能力越强。当车轮抱死拖滑时，亦即 s=100%时，纵向附着系数ϕx 较小，地面制动力也较 小，制动距离较长；此时侧向附着系数ϕy 几乎为零，能承受的侧向力很小，车轮很容易侧滑，制动 的方向稳定性很差。理想状态是使滑动率保持在 10%～20%之间，这样便可获得较大的纵向、侧向附 着系数，地面所能提供的纵向附着力和侧向附着力也就较大，制动效能最高。汽车制动防抱死系统 （ABS）的主要作用就是把滑动率控制在 10%～20%之间，使汽车获得较高的制动效能，且可保持对 汽车方向的控制能力。 图 7.3 ϕ—s 曲线 在汽车制动过程中，如果前轮先抱死，汽车将失去转向能力，也有可能跑偏，但一般不会出现