1、汽车电器与电子技术课程设计汽车电器与电子技术课程设计设计说明书华夏HX7160轿车电器与电子设备线路说明书 ABS电控系统线路设计与分析 华夏HX7160轿车ABS电控系统 线路设计与分析简要：“ABS”， Anti-lock Braking System中文译为“防锁死刹车系统”.它是一种具有防滑、防锁死等优点的汽车安全控制系统。ABS是常规刹车装置基础上的改进型技术，可分机械式和电子式两种。现代汽车上大量安装防抱死制动系统，ABS既有普通制动系统的制动功能，又能防止车轮锁死，使汽车在制动状态下仍能转向，保证汽车的制动方向稳定性，防止产生侧滑和跑偏，是目前汽车上最先进、制动效果最佳的制动装置
2、。关键字：汽车安全控制系统、防抱死制动、汽车电器与电子一、课程设计的目的随着汽车技术的发展，汽车电子与电子设备的应用日益增多。在全面系统的分析掌握汽车电器与电子设备结构原理的基础上，掌握轿车类汽车电器与电子设备线路设计的方法、规则与应用，以满足教学、科研和生产实际的要求，培养学生的分析解决问题的能力。二、ABS电控系统的组成和类型 2.1 ABS的组成与结构ABS系统是在传统的液压制动系统上，增加了电子控制系统发展起来的。ABS电子控制系统由轮速传感器、电控单元和制动压力调节器等部分组成。ABS系统工作时，电控单元根据各车轮轮速传感器的输入信号和控制程序向制动压力调节器输出控制指令，调节各制动
3、轮缸的压力，使轮胎滑移率控制在最佳值，从而使得汽车具有最短制动距离、方向稳定和转向操纵性能。 在常见的ABS系统中，每个车轮上各安装一个转速传感器，将有关各车轮转速的信号输入电子控制装置。电子控制装置根据各车轮转速传感器输入的信号对各个车轮的运动状态进行监测和判定，并形成相应的控制指令。制动压力调节装置主要由调压电磁阀组成，电动泵组成和储液器等组成一个独立的整体，通过制动管路与制动主缸和各制动轮缸相连。制动压力调节装置受电子控制装置的控制，对各制动轮缸的制动压力进行调节。图1：ABS系统的组成1-右前轮车轮转速传感器 2-制动液压调节器 3-ABS电控单元 4-ABS警告灯 5-右后轮车轮转速
4、传感器 6-左后轮车轮转速传感器 7-制动灯开关 8-制动主缸 9-比例阀 10-制动轮缸 11-左前轮车轮转速传感器 12-蓄电池 13-点火开关2.1.1 车轮转速传感器车轮转速传感器的作用是检测车轮的转速信号并将之输送给电控单元。车轮转速传感器通常为电磁感应式。车轮转速传感器主要由永久磁铁和感应线圈组成。齿圈转动时，磁极交替的通过齿顶和齿隙。当磁极正对齿顶时，磁极与齿圈的空气隙最小，电磁线圈的磁通量最大；当磁极正对齿隙时，磁极与齿圈的空气隙最大，电磁线圈的磁通量最小。磁通量交替变化使电磁线圈产生交变电压信号。图二：车轮转速传感器的工作原理图1-齿圈 2-磁芯端部 3-电磁线圈接线端子 4
5、-电磁线圈 5-铁心 6-磁力线2.1.2 电控单元电控单元由输入级、数字控制器、输出级及稳压保护装置等组成。车轮转速传感器的信号，先进行滤波整形放大，然后计算出制动滑动率、车轮的角减速度或角加速度，再通过判别处理，最后由其输出级将指令信号输出至制动压力调节器以执行制动压力调节的任务。 （1）输入级电路主要由低通滤波器和输入放大器等组成，将四个车轮转速传感器送来的正弦交流电压转换成方波信号，并用此信号输入数字控制器的两个大规模集成电路LS1和LS2。（2）数字控制器由两个相似的互相独立的数字电路LS1和LS2组成。两个电路平行运行，各自独立地处理来自两轮通道VL（左前）+HR（右后）和通道VR
6、（右前）+HL（左后）的信号，并执行逻辑加过程。用这种方式可很容易实现通道隔离。以隔开电路中的错误，因车桥的振动或路面颠簸所弓起的干扰信号在这里被滤掉。后置串联的数学逻辑电路利用输入级中所传递的车轮信息，计算出车轮的滑移率和车轮的角减速度或角加速度。其控制逻辑具有自动适应变化的功能，即通过自动调节适应于受控系统的各种变化。最终把这些控制信号转换成电磁阀的执行命令。(3)输出级 两个输出级电路中均采用大功率的晶体管，接收从两个大规模集成电路传来的电磁阀激磁执行指令。整流输出能使电磁阀在所加电压和温度范围内能始终保持其电磁力和转换时间性能的稳定。(4)稳压与保护装置 电子控制装置中设一集成块用来稳
7、定汽车电源电压，该集成块具有监测和保护功能。其内部有一监测电路，一个故障存储器和一个报警电路。当汽车电源电压过低时，警告灯发出报警信号，并自动切断电源系统的电路，停止系统工作。 2.1.3制动压力调节器 制动压力调节器的种类较多，目前普遍采用二位二通电磁液压阀的制动压力调节器。工作过程：（1）增压过程当滑移率高于理想值范围时，ECU输出增压信号时，进油阀、出油阀均断电，这时，制动轮缸只与制动主缸相通，制动主缸的高压制动液进入制动轮缸，使制动轮缸压力增大，滑移率降低。（2）减压过程当滑移率低于理想值范围时，当ECU输出减压信号时，两电磁阀均通电。进油阀关闭，断开连接制动主缸的通道；出油阀打开，制
8、动轮缸与储压器相通，同时回油泵电机运转，使制动轮缸制动液经储压器泵回制动主缸，制动轮缸压力减小。 （3）保压过程当滑移率处于理想值范围时，当ECU输出保压信号时，进油阀通电关闭，出油阀断电关闭，制动轮缸与制动主缸和储压器通道均被封闭，制动轮缸的压力将保持不变。（4）故障安全模式当ABS系统出现故障时，ECU终止系统运行，两电磁阀始终保持断电状态，制动主缸与制动轮缸直接相通，保证制动系统按常规制动方式工作。 2.2 ABS系统的类型 1.液压ABS系统与气压ABS系统根据传力介质不同，ABS系统可分为液压式和气压式两类。气压式ABS是利用压缩空气作为传力介质的。气压ABS一般用在货车和大型客车上
9、。液压式ABS是利用制动液作为传力介质的。液压ABS主要用在轿车、小型客车上。2.三通道与四通道ABS系统根据ABS电控单元所控制通道的数量，ABS系统分为三通道ABS与四通道ABS两种类型。在三通道ABS系统中，电控单元对三路制动压力进行独立的调节控制。一般两个前轮制动压力分别控制，两个后轮制动按低选原则（在两个后轮中，按制动附着系数小的一侧为依据，同时控制两个后轮制动压力的原则）一同控制；四通道ABS，电控单元对四路制动压力进行独立调节，分别控制4个车轮的制动滑移率。3.整体式与分离式ABS系统根据制动压力调节器的结构形式，ABS系统分为整体式和分离式两种类型。整体式ABS是将制动主缸结合
10、为一个整体；分离式ABS是执行器和制动主缸分别为独立的总成，两总成之间用高、低压管路连通。4.ABS与ASR结合的系统将ABS与ASR系统结合，组成ABS/ASR系统。 三、ABS电控系统的工作原理和分析 3.1 轮胎附着力和附着系数制动时车轮与地面的作用力如图所示。其中：垂直力W是车轮与地面的正压力，由汽车的载荷决定；纵向力Fx为制动力，其方向与车轮运动方向相反；侧向力Fy是汽车的侧向稳定力，其方向与与车轮运动方向垂直。图二：制动时车轮与地面的作用力 纵向力、侧向力与纵向附着系数X、侧向附着系数Y的关系为：Fx=WX； Fy=WY； W轮胎对地面正压力； Fx纵向附着力； Fy侧向附着力。
11、X纵向附着系数； Y侧向附着系数；3.2 滑移率的概念汽车制动时，车轮在路面上同时伴随着滚动和滑动，滑动的程度通常用滑移率来表示。制动滑移率的定义为：式中 S车轮制动滑移率； V车速中心移动速度； 没有地面制动力时的车轮滚动半径； r0车轮角速度。车轮制动滑移率的数值在0100的范围内。 3.3 轮胎附着系数与滑移率的关系图三：干燥硬实路面上轮胎的附着系数与滑移率的关系P峰值附着系数 Sp峰值附着系数时的滑移率3.4 ABS系统的基本工作原理ABS防抱制动系统由汽车微电脑控制，当车辆制动时，它能使车轮保持转动，从而帮助驾驶员控制车辆达到安全的停车。这种防抱制动系统是用速度传感器检测车轮速度，然
12、后把车轮速度信号传送到微电脑里，微电脑根据输入车轮速度，通过重复地减少或增加在轮子上的制动压力来控制车轮的打滑率，保持车轮转动。在制动过程中保持车轮转动，不但可保证控制行驶方向的能力，而且，在大部分路面情况下，与抱死锁死车轮相比，能提供更高的制动力量。防抱死制动系统是利用阀体内的一个橡胶气囊，在踩下刹车时，给予刹车油压力，充斥到ABS的阀体中，此时气囊利用中间的空气隔层将压力返回，使车轮避过锁死点。当车轮即将到达下一个锁死点时，刹车油的压力使得气囊重复作用，如此在一秒钟内可作用830次，相当于不停地刹车、放松，即相似于机械的“点刹。因此，ABS防抑死系统，能避免在紧急刹车时方向失控及车轮侧滑，
13、使车轮在刹车时不被锁死，不让轮胎在一个点上与地面摩擦，从而加大摩擦力，使刹车效率达到90%以上，同时还能减少刹车消耗，延长刹车轮鼓、碟片和轮胎两倍的使用寿命。装有ABS的车辆在干柏油路、雨天、雪天等路面防滑性能分别达到80%90%、30%10%、15%20%。普通制动系统在湿滑路面上制动，或在紧急制动的时候，车轮容易因制动力超过轮胎与地面的摩擦力而完全抱死。当ABS系统工作时，电控单元根据各车轮转速传感器的检测信号和控制程序，调节各制动轮缸的制动压力使车轮的滑移率控制在1030的范围内，使汽车获得最大的制动力且保持制动时的方向稳定性和转向操纵性。ABS系统具有缩短制动距离、改善制动过程方向稳定
14、性、保持制动过程转向操纵能力和延长轮胎的使用寿命等优点。四、分析电控系统的电路 4.1汽车导线尺寸的设计 4.1.1确定负载电流I=P/U=U/R 由文献数据可知，在流经ABS电源模块和启动开关之间，电流强度可以达到10A-30A，电压是24V。电信号的控制电流一般是几十到一百多毫安，电压是5V。LED报警灯的工作电流一般是0.002-0.03A，电压是0.7V。一般ABS压力调节器的4个常开进油电磁阀的最大起动电流约为3.6A；4个常闭出油电磁阀最大起动电流约为2.4A。而L9349的工作电压为4.5-32V，两路通道内阻0.2，最大负载电流3A；另两路内阻0.3，最大负载电流5A。 4.1
15、.2确定导线面积 A=IlUvl =0.0185m 4.1.3将A值化整 选用比A值大一档的规格，小于1时，机械强度不足，不予推荐。表1 导线规格（*DIN ISO6722 第3部分 *DIN VDE0298）标称面积（）线丝数目*20电阻率*导线直径*/绝缘层厚度*允许连续工作电流*/A305013218.51.50.61913.51.53012.71.80.624172.5507.62.20.73222.74564.712.80.84229.86843.143.40.85438.310801.824.51.07251.8161261.166.31.09869.6251960.7437.81
16、.312991.6352760.5279.01.3158112503360.36810.51.5198140703600.25912.51.5245174954750.19614.81.62922071206080.15316.51.6344244 综合上面数据，带入计算公式得电源模块：标称面积（）线丝数目*20电阻率*导线直径*/绝缘层厚度*允许连续工作电流*/A30502.5507.62.20.73222.7其他模块：标称面积（）线丝数目*20电阻率*导线直径*/绝缘层厚度*允许连续工作电流*/A305013218.51.50.61913.5 4.1.4计算实际电压降Uvl Uvl =IU
17、lA 4.2 原理分析S178、S179为保护ABS控制单元的熔断丝，最大允许电流分别为40A和25A。F为制动灯开关，当踩下制动器时，制动开关闭合，相应的制动灯亮。TV14为诊断插口，在出现故障时用来诊断ABS系统的故障原因。G44G47为车轮转速传感器，把各个车轮的转速信号及时输送给ABS电控单元（ECU），ABS ECU根据设定的控制逻辑对4个转速传感器输入的信号进行处理，计算汽车的参考车速、各车轮转速和减速度，确定各车轮的滑移率。通过N99N102、N133N136八个电磁阀，自动调节制动器中的液压压力。V64为电动液压泵，用来把液压油从低压储存罐送至液压制动系统（或制动主缸）。当点火
18、开关接通时，若制动系统在正常工作范围内，则指示灯会在短暂的亮一会儿后熄灭，若出现故障，则一直亮着。右后G44、右前G45、左后G46、左前G47四个车轮转速传感器分别通过8个端子向电子控制单元输入各个车轮的转速信号，当驾驶员踩下制动踏板时，制动开关闭合，同时K118灯亮，电子控制单元进入制动过程，电控单元会根据车轮的制动情况，向液压单元发出指令，以控制制动轮缸油路上电磁阀的通断和液压泵的工作来调节制动压力，防止车轮抱死。参考文献:1、鲁捷主编，Protel DXP电路设计基础教程，清华大学出版社 2、曲金玉、崔振民主编，汽车电器与电子控制技术，北京大学出版社 3、李东江、张永玉主编，国产轿车电器元件位置与线路图手册，机械工业出版社 如有侵权请联系告知删除，感谢你们的配合！
