汽車電器與電子技術(shù)課程設(shè)計.doc

汽車電器與電子技術(shù)課程設(shè)計設(shè)計說明書華夏HX7160轎車電器與電子設(shè)備線路說明書 ABS電控系統(tǒng)線路設(shè)計與分析 華夏HX7160轎車ABS電控系統(tǒng) 線路設(shè)計與分析簡要：“ABS”， Anti-lock Braking System中文譯為“防鎖死剎車系統(tǒng)”.它是一種具有防滑、防鎖死等優(yōu)點的汽車安全控制系統(tǒng)。ABS是常規(guī)剎車裝置基礎(chǔ)上的改進型技術(shù)，可分機械式和電子式兩種?，F(xiàn)代汽車上大量安裝防抱死制動系統(tǒng)，ABS既有普通制動系統(tǒng)的制動功能，又能防止車輪鎖死，使汽車在制動狀態(tài)下仍能轉(zhuǎn)向，保證汽車的制動方向穩(wěn)定性，防止產(chǎn)生側(cè)滑和跑偏，是目前汽車上最先進、制動效果最佳的制動裝置。關(guān)鍵字：汽車安全控制系統(tǒng)、防抱死制動、汽車電器與電子一、課程設(shè)計的目的隨著汽車技術(shù)的發(fā)展，汽車電子與電子設(shè)備的應(yīng)用日益增多。在全面系統(tǒng)的分析掌握汽車電器與電子設(shè)備結(jié)構(gòu)原理的基礎(chǔ)上，掌握轎車類汽車電器與電子設(shè)備線路設(shè)計的方法、規(guī)則與應(yīng)用，以滿足教學(xué)、科研和生產(chǎn)實際的要求，培養(yǎng)學(xué)生的分析解決問題的能力。二、ABS電控系統(tǒng)的組成和類型 2.1 ABS的組成與結(jié)構(gòu)ABS系統(tǒng)是在傳統(tǒng)的液壓制動系統(tǒng)上，增加了電子控制系統(tǒng)發(fā)展起來的。ABS電子控制系統(tǒng)由輪速傳感器、電控單元和制動壓力調(diào)節(jié)器等部分組成。ABS系統(tǒng)工作時，電控單元根據(jù)各車輪輪速傳感器的輸入信號和控制程序向制動壓力調(diào)節(jié)器輸出控制指令，調(diào)節(jié)各制動輪缸的壓力，使輪胎滑移率控制在最佳值，從而使得汽車具有最短制動距離、方向穩(wěn)定和轉(zhuǎn)向操縱性能。 在常見的ABS系統(tǒng)中，每個車輪上各安裝一個轉(zhuǎn)速傳感器，將有關(guān)各車輪轉(zhuǎn)速的信號輸入電子控制裝置。電子控制裝置根據(jù)各車輪轉(zhuǎn)速傳感器輸入的信號對各個車輪的運動狀態(tài)進行監(jiān)測和判定，并形成相應(yīng)的控制指令。制動壓力調(diào)節(jié)裝置主要由調(diào)壓電磁閥組成，電動泵組成和儲液器等組成一個獨立的整體，通過制動管路與制動主缸和各制動輪缸相連。制動壓力調(diào)節(jié)裝置受電子控制裝置的控制，對各制動輪缸的制動壓力進行調(diào)節(jié)。圖1：ABS系統(tǒng)的組成1-右前輪車輪轉(zhuǎn)速傳感器 2-制動液壓調(diào)節(jié)器 3-ABS電控單元 4-ABS警告燈 5-右后輪車輪轉(zhuǎn)速傳感器 6-左后輪車輪轉(zhuǎn)速傳感器 7-制動燈開關(guān) 8-制動主缸 9-比例閥 10-制動輪缸 11-左前輪車輪轉(zhuǎn)速傳感器 12-蓄電池 13-點火開關(guān)2.1.1 車輪轉(zhuǎn)速傳感器車輪轉(zhuǎn)速傳感器的作用是檢測車輪的轉(zhuǎn)速信號并將之輸送給電控單元。車輪轉(zhuǎn)速傳感器通常為電磁感應(yīng)式。車輪轉(zhuǎn)速傳感器主要由永久磁鐵和感應(yīng)線圈組成。齒圈轉(zhuǎn)動時，磁極交替的通過齒頂和齒隙。當(dāng)磁極正對齒頂時，磁極與齒圈的空氣隙最小，電磁線圈的磁通量最大；當(dāng)磁極正對齒隙時，磁極與齒圈的空氣隙最大，電磁線圈的磁通量最小。磁通量交替變化使電磁線圈產(chǎn)生交變電壓信號。圖二：車輪轉(zhuǎn)速傳感器的工作原理圖1-齒圈 2-磁芯端部 3-電磁線圈接線端子 4-電磁線圈 5-鐵心 6-磁力線2.1.2 電控單元電控單元由輸入級、數(shù)字控制器、輸出級及穩(wěn)壓保護裝置等組成。車輪轉(zhuǎn)速傳感器的信號，先進行濾波整形放大，然后計算出制動滑動率、車輪的角減速度或角加速度，再通過判別處理，最后由其輸出級將指令信號輸出至制動壓力調(diào)節(jié)器以執(zhí)行制動壓力調(diào)節(jié)的任務(wù)。 （1）輸入級電路主要由低通濾波器和輸入放大器等組成，將四個車輪轉(zhuǎn)速傳感器送來的正弦交流電壓轉(zhuǎn)換成方波信號，并用此信號輸入數(shù)字控制器的兩個大規(guī)模集成電路LS1和LS2。（2）數(shù)字控制器由兩個相似的互相獨立的數(shù)字電路LS1和LS2組成。兩個電路平行運行，各自獨立地處理來自兩輪通道VL（左前）+HR（右后）和通道VR（右前）+HL（左后）的信號，并執(zhí)行邏輯加過程。用這種方式可很容易實現(xiàn)通道隔離。以隔開電路中的錯誤，因車橋的振動或路面顛簸所弓起的干擾信號在這里被濾掉。后置串聯(lián)的數(shù)學(xué)邏輯電路利用輸入級中所傳遞的車輪信息，計算出車輪的滑移率和車輪的角減速度或角加速度。其控制邏輯具有自動適應(yīng)變化的功能，即通過自動調(diào)節(jié)適應(yīng)于受控系統(tǒng)的各種變化。最終把這些控制信號轉(zhuǎn)換成電磁閥的執(zhí)行命令。(3)輸出級 兩個輸出級電路中均采用大功率的晶體管，接收從兩個大規(guī)模集成電路傳來的電磁閥激磁執(zhí)行指令。整流輸出能使電磁閥在所加電壓和溫度范圍內(nèi)能始終保持其電磁力和轉(zhuǎn)換時間性能的穩(wěn)定。(4)穩(wěn)壓與保護裝置 電子控制裝置中設(shè)一集成塊用來穩(wěn)定汽車電源電壓，該集成塊具有監(jiān)測和保護功能。其內(nèi)部有一監(jiān)測電路，一個故障存儲器和一個報警電路。當(dāng)汽車電源電壓過低時，警告燈發(fā)出報警信號，并自動切斷電源系統(tǒng)的電路，停止系統(tǒng)工作。 2.1.3制動壓力調(diào)節(jié)器 制動壓力調(diào)節(jié)器的種類較多，目前普遍采用二位二通電磁液壓閥的制動壓力調(diào)節(jié)器。工作過程：（1）增壓過程當(dāng)滑移率高于理想值范圍時，ECU輸出增壓信號時，進油閥、出油閥均斷電，這時，制動輪缸只與制動主缸相通，制動主缸的高壓制動液進入制動輪缸，使制動輪缸壓力增大，滑移率降低。（2）減壓過程當(dāng)滑移率低于理想值范圍時，當(dāng)ECU輸出減壓信號時，兩電磁閥均通電。進油閥關(guān)閉，斷開連接制動主缸的通道；出油閥打開，制動輪缸與儲壓器相通，同時回油泵電機運轉(zhuǎn)，使制動輪缸制動液經(jīng)儲壓器泵回制動主缸，制動輪缸壓力減小。 （3）保壓過程當(dāng)滑移率處于理想值范圍時，當(dāng)ECU輸出保壓信號時，進油閥通電關(guān)閉，出油閥斷電關(guān)閉，制動輪缸與制動主缸和儲壓器通道均被封閉，制動輪缸的壓力將保持不變。（4）故障安全模式當(dāng)ABS系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，ECU終止系統(tǒng)運行，兩電磁閥始終保持?jǐn)嚯姞顟B(tài)，制動主缸與制動輪缸直接相通，保證制動系統(tǒng)按常規(guī)制動方式工作。 2.2 ABS系統(tǒng)的類型 1.液壓ABS系統(tǒng)與氣壓ABS系統(tǒng)根據(jù)傳力介質(zhì)不同，ABS系統(tǒng)可分為液壓式和氣壓式兩類。氣壓式ABS是利用壓縮空氣作為傳力介質(zhì)的。氣壓ABS一般用在貨車和大型客車上。液壓式ABS是利用制動液作為傳力介質(zhì)的。液壓ABS主要用在轎車、小型客車上。2.三通道與四通道ABS系統(tǒng)根據(jù)ABS電控單元所控制通道的數(shù)量，ABS系統(tǒng)分為三通道ABS與四通道ABS兩種類型。在三通道ABS系統(tǒng)中，電控單元對三路制動壓力進行獨立的調(diào)節(jié)控制。一般兩個前輪制動壓力分別控制，兩個后輪制動按低選原則（在兩個后輪中，按制動附著系數(shù)小的一側(cè)為依據(jù)，同時控制兩個后輪制動壓力的原則）一同控制；四通道ABS，電控單元對四路制動壓力進行獨立調(diào)節(jié)，分別控制4個車輪的制動滑移率。3.整體式與分離式ABS系統(tǒng)根據(jù)制動壓力調(diào)節(jié)器的結(jié)構(gòu)形式，ABS系統(tǒng)分為整體式和分離式兩種類型。整體式ABS是將制動主缸結(jié)合為一個整體；分離式ABS是執(zhí)行器和制動主缸分別為獨立的總成，兩總成之間用高、低壓管路連通。4.ABS與ASR結(jié)合的系統(tǒng)將ABS與ASR系統(tǒng)結(jié)合，組成ABS/ASR系統(tǒng)。 三、ABS電控系統(tǒng)的工作原理和分析 3.1 輪胎附著力和附著系數(shù)制動時車輪與地面的作用力如圖所示。其中：垂直力W是車輪與地面的正壓力，由汽車的載荷決定；縱向力Fx為制動力，其方向與車輪運動方向相反；側(cè)向力Fy是汽車的側(cè)向穩(wěn)定力，其方向與與車輪運動方向垂直。圖二：制動時車輪與地面的作用力 縱向力、側(cè)向力與縱向附著系數(shù)X、側(cè)向附著系數(shù)Y的關(guān)系為：Fx=WX； Fy=WY； W輪胎對地面正壓力； Fx縱向附著力； Fy側(cè)向附著力。 X縱向附著系數(shù)； Y側(cè)向附著系數(shù)；3.2 滑移率的概念汽車制動時，車輪在路面上同時伴隨著滾動和滑動，滑動的程度通常用滑移率來表示。制動滑移率的定義為：式中 S車輪制動滑移率； V車速中心移動速度； 沒有地面制動力時的車輪滾動半徑； r0車輪角速度。車輪制動滑移率的數(shù)值在0100的范圍內(nèi)。 3.3 輪胎附著系數(shù)與滑移率的關(guān)系圖三：干燥硬實路面上輪胎的附著系數(shù)與滑移率的關(guān)系P峰值附著系數(shù) Sp峰值附著系數(shù)時的滑移率3.4 ABS系統(tǒng)的基本工作原理ABS防抱制動系統(tǒng)由汽車微電腦控制，當(dāng)車輛制動時，它能使車輪保持轉(zhuǎn)動，從而幫助駕駛員控制車輛達到安全的停車。這種防抱制動系統(tǒng)是用速度傳感器檢測車輪速度，然后把車輪速度信號傳送到微電腦里，微電腦根據(jù)輸入車輪速度，通過重復(fù)地減少或增加在輪子上的制動壓力來控制車輪的打滑率，保持車輪轉(zhuǎn)動。在制動過程中保持車輪轉(zhuǎn)動，不但可保證控制行駛方向的能力，而且，在大部分路面情況下，與抱死鎖死車輪相比，能提供更高的制動力量。防抱死制動系統(tǒng)是利用閥體內(nèi)的一個橡膠氣囊，在踩下剎車時，給予剎車油壓力，充斥到ABS的閥體中，此時氣囊利用中間的空氣隔層將壓力返回，使車輪避過鎖死點。當(dāng)車輪即將到達下一個鎖死點時，剎車油的壓力使得氣囊重復(fù)作用，如此在一秒鐘內(nèi)可作用830次，相當(dāng)于不停地剎車、放松，即相似于機械的“點剎。因此，ABS防抑死系統(tǒng)，能避免在緊急剎車時方向失控及車輪側(cè)滑，使車輪在剎車時不被鎖死，不讓輪胎在一個點上與地面摩擦，從而加大摩擦力，使剎車效率達到90%以上，同時還能減少剎車消耗，延長剎車輪鼓、碟片和輪胎兩倍的使用壽命。裝有ABS的車輛在干柏油路、雨天、雪天等路面防滑性能分別達到80%90%、30%10%、15%20%。普通制動系統(tǒng)在濕滑路面上制動，或在緊急制動的時候，車輪容易因制動力超過輪胎與地面的摩擦力而完全抱死。當(dāng)ABS系統(tǒng)工作時，電控單元根據(jù)各車輪轉(zhuǎn)速傳感器的檢測信號和控制程序，調(diào)節(jié)各制動輪缸的制動壓力使車輪的滑移率控制在1030的范圍內(nèi)，使汽車獲得最大的制動力且保持制動時的方向穩(wěn)定性和轉(zhuǎn)向操縱性。ABS系統(tǒng)具有縮短制動距離、改善制動過程方向穩(wěn)定性、保持制動過程轉(zhuǎn)向操縱能力和延長輪胎的使用壽命等優(yōu)點。4、 分析電控系統(tǒng)的電路 4.1汽車導(dǎo)線尺寸的設(shè)計 4.1.1確定負(fù)載電流I=P/U=U/R 由文獻數(shù)據(jù)可知，在流經(jīng)ABS電源模塊和啟動開關(guān)之間，電流強度可以達到10A-30A，電壓是24V。電信號的控制電流一般是幾十到一百多毫安，電壓是5V。LED報警燈的工作電流一般是0.002-0.03A，電壓是0.7V。一般ABS壓力調(diào)節(jié)器的4個常開進油電磁閥的最大起動電流約為3.6A；4個常閉出油電磁閥最大起動電流約為2.4A。而L9349的工作電壓為4.5-32V，兩路通道內(nèi)阻0.2，最大負(fù)載電流3A；另兩路內(nèi)阻0.3，最大負(fù)載電流5A。 4.1.2確定導(dǎo)線面積 A=IlUvl =0.0185m 4.1.3將A值化整 選用比A值大一檔的規(guī)格，小于1時，機械強度不足，不予推薦。表1 導(dǎo)線規(guī)格（*DIN ISO6722 第3部分 *DIN VDE0298）標(biāo)稱面積（）線絲數(shù)目*20電阻率*導(dǎo)線直徑*/絕緣層厚度*允許連續(xù)工作電流*/A305013218.51.50.61913.51.53012.71.80.624172.5507.62.20.73222.74564.712.80.84229.86843.143.40.85438.310801.824.51.07251.8161261.166.31.09869.6251960.7437.81.312991.6352760.5279.01.3158112503360.36810.51.5198140703600.25912.51.5245174954750.19614.81.62922071206080.15316.51.6344244 綜合上面數(shù)據(jù)，帶入計算公式得電源模塊：標(biāo)稱面積（）線絲數(shù)目*20電阻率*導(dǎo)線直徑*/絕緣層厚度*允許連續(xù)工作電流*/A30502.5507.62.20.73222.7其他模塊：標(biāo)稱面積（）線絲數(shù)目*20電阻率*導(dǎo)線直徑*/絕緣層厚度*允許連續(xù)工作電流*/A305013218.51.50.61913.5 4.1.4計算實際電壓降Uvl Uvl =IUlA 4.2 原理分析S178、S179為保護ABS控制單元的熔斷絲，最大允許電流分別為40A和25A。F為制動燈開關(guān)，當(dāng)踩下制動器時，制動開關(guān)閉合，相應(yīng)的制動燈亮。TV14為診斷插口，在出現(xiàn)故障時用來診斷ABS系統(tǒng)的故障原因。G44G47為車輪轉(zhuǎn)速傳感器，把各個車輪的轉(zhuǎn)速信號及時輸送給ABS電控單元（ECU），ABS ECU根據(jù)設(shè)定的控制邏輯對4個轉(zhuǎn)速傳感器輸入的信號進行處理，計算汽車的參考車速、各車輪轉(zhuǎn)速和減速度，確定各車輪的滑移率。通過N99N102、N133N136八個電磁閥，自動調(diào)節(jié)制動器中的液壓壓力。V64為電動液壓泵，用來把液壓油從低壓儲存罐送至液壓制動系統(tǒng)（或制動主缸）。當(dāng)點火開關(guān)接通時，若制動系統(tǒng)在正常工作范圍內(nèi)，則指示燈會在短暫的亮一會兒后熄滅，若出現(xiàn)故障，則一直亮著。右后G44、右前G45、左后G46、左前G47四個車輪轉(zhuǎn)速傳感器分別通過8個端子向電子控制單元輸入各個車輪的轉(zhuǎn)速信號，當(dāng)駕駛員踩下制動踏板時，制動開關(guān)閉合，同時K118燈亮，電子控制單元進入制動過程，電控單元會根據(jù)車輪的制動情況，向液壓單元發(fā)出指令，以控制制動輪缸油路上電磁閥的通斷和液壓泵的工作來調(diào)節(jié)制動壓力，防止車輪抱死。參考文獻:1、魯捷主編，Protel DXP電路設(shè)計基礎(chǔ)教程，清華大學(xué)出版社 2、曲金玉、崔振民主編，汽車電器與電子控制技術(shù)，北京大學(xué)出版社 3、李東江、張永玉主編，國產(chǎn)轎車電器元件位置與線路圖手冊，機械工業(yè)出版社