电动汽车制动系统课件.ppt

第十五章,活塞连杆组故障诊断与修复,电动汽车制动系统,1、再生制动能量的功能 再生制动是电动汽车所独有的，在减速制动（制动或者下坡）时将车辆的部分动能转化为电能，转化的电能储存在储存装置中，如各种蓄电池、超级电容和超高速飞轮，最终增加电动汽车的行驶里程。如果储能器已经被完全充满，再生制动就不能实现，所需的制动力就只能由常规的液压制动系统来提供。现在几乎所有的电动汽车都安装了再生制动系统，从而可实现节约制动能、回收部分制动动能，并为驾驶人提供常规制动性能。,1、再生能量制动,2、再生制动分析 一般而言，当电动汽车减速、在公路上放松加速踏板巡航或踩下制动踏板停车时，再生制动系统启动。正常减速时，再生制动的力矩通常保持在最大负荷状态；电动汽车高速巡航时，其驱动电动机一般是在恒功率状态下运行，驱动力矩与驱动电动机的转速或者车辆速度成反比。因此，恒功率下驱动电动机的转速越高，再生制动的能力就越低。另一方面，当踩下制动踏板时，驱动电动机通常运行在低速状态。由于在低速时，电动汽车的动能不足以为驱动电动机提供能量来产生最大的制动力矩，因而再生制动能力也就会随着车速降低而减小。,1、再生能量制动,3、混合制动比例分析 如图15-1所示，电动汽车的再生制动力矩通常不能像传统燃油车中的制动系统一样提供足够的制动减速度，所以，在电动汽车中，再生制动和液压制动系统通常共同存在，称为混合制动。为了尽可能多的回收能量，设计上只有当再生制动已经达到了最大制动能力而且还不能满足制动要求时，液压制动才起作用。,1、再生能量制动,图15-1 混合制动比例与减速度和车速的关系,3、混合制动比例分析 再生制动与液压制动之间的协调是问题的关键所在，而且，应该考虑如下特殊要求：（1）为了使驾驶人在制动时有一种平顺感，液压制动力矩应该可以根据再生制动力矩的变化进行控制，最终使驾驶人获得所希望的总力矩。同时，液压制动的控制不应引起制动踏板的冲击，因而不会给驾驶人一种不正常的感觉。（2）利用ABS扩展的ESP功能实现电动泵的油压提高，这要求ABS的ESP模块与整车控制系统要进行通信，可以把再生制动软件写在ABS模块驱动油泵、控制摩擦制动和控制制动助力的真空源。ABS与整车控制器通信控制再生制动的强度即可。液压制动力矩是电控的，将产生的液压传到制动轮缸上。因而再生液压制动系统需要防止制动失效的机构，为了提高系统的可靠性，满足安全标准，系统一般采用双管路制动，当其中一条管路失效时，另一条管路必须能提供足够的制动力。,1、再生能量制动,汽车减速度大说明驾驶人施加的制动力大，制动时是以制动减速度为目标控制，所以也根据汽车减速度进行能量回收控制。例如某后轴驱动客车利用减速度限值再生制动方法。1、减速度小于0.15g 这时不会出现抱死的情况，后轴进行再生制动能量回收,仅后轴有制动，为纯再生制动工况。2、减速度介于0.150.4g时 后轴进行制动能量回收,同时利用ABS的回油泵加大前轴的液压制动力，能实现制动比例的分配合理。3、减速度介于0.40.7g时 利用ABS的回油泵进一步加大前轴的液压制动力，同时减小后轴的制动能量回收。,2、减速度法能量回收,4、减速度大于0.7g时 这种情况很少，后轴的制动能量回收电流过大，电池不能吸收，同时电动机会剧烈振动，所以取消再生制动，完全采用摩擦制动。 在整个再生制动过程中，车辆的动能不可能完全转换为储能器的充电电能。再生制动所损失的能量包括空气阻力损失、滚动阻力损失、制动系统损失、电动机损失、转换损失及充电损失等。尽管如此，现代电动汽车采用再生制动后能节省将近20的能量。,2、减速度法能量回收,1、再生液压混合制动系统结构 为了使车辆能够稳定地制动，前后车轮上的制动力必须很好地平衡分配。此外，为了防止汽车发生滑移，加在前后轮上的最大制动力应该低于允许的最大值（主要由滚动阻力系数决定）。 为了实现上述要求，再生液压混合制动系统的结构设计如图15-2所示。驾驶人踩下制动踏板后，电动泵使制动液增压产生所需的制动力。制动控制与电动机控制协同工作，确定电动汽车上的再生制动力矩和前后轮上的液压制动力。再生制动时，再生制动控制回收再生制动能量，并且反充回到蓄电池中。电动汽车上的ABS及其制动比例控制阀（可由ABS的扩展功能EBD电子制动力分配代替）的作用与传统燃油车上的相同，其作用是产生最大的制动力。电动泵可以利用现有汽车中ABS的扩展功能中的ESP电子稳定程序的电动供能泵提供压力源。,3、线控制动系统,1、再生液压混合制动系统结构,3、线控制动系统,图15-2 再生液压混合制动系统的基本结构,2、再生液压混合制动系统制动控制 如前所述，电动汽车上的总制动力矩是再生制动力矩与液压制动力矩之和。它们之间的分配比例关系如图15-3所示，目的是保持最大再生制动力矩的同时为驾驶人提供与燃油车相同的制动感。当制动踏板力较小时，只有再生制动力矩施加在驱动轮上，并且与制动踏板力成正比。而非驱动轮上的制动力由液压制动提供，液压制动力也与制动踏板力成正比。当制动踏板力超过一定值时，最大再生制动力矩全部加在驱动轮上，同时液压制动力矩也作用在驱动轮上以获得所需的制动力矩。因而最大再生制动力矩可以保持不变，以便能完全回收车辆的动能。,3、线控制动系统,图15-3 再生制动力矩与液压制动力矩的分配,2、再生液压混合制动系统制动控制 制动系统因制动造成的管路压力（或制动踏板踏下深度越深）越高，说明经驾驶人判断需要的总制动力矩越大，非驱动轮的制动力矩一直在增加。驱动轮的制动力矩也在增加但摩擦力矩增加得多，再生制动力矩不增加，甚至要有减小。这就要求再生制动和ABS系统要协同工作。 两前轮独立、后轮低选的制动系统，制动压力传感器（液压传感器）监测制动系统管路的制动压力（液压或气压），有ABS的汽车采用车速和压力传感器（也可是制动踏板行程开关）采集制动状态信号，根据车速算出的减速度值与设定的减速度值进行比较进行控制。,3、线控制动系统,第二节,活塞连杆组故障诊断与修复,带有真空助力器的制动系统,关于真空度的理解见图15-4真空表，真空表针的指针是反转型。在空气中表的指针指在最右侧0位。当气压低于一个大气压，即出现真空度时，指针开始反转，反转为负值。计算结果表明，当最小真空度为-37.5kPa以上时（即表针向左摆的越多助力效果越好），才可为制动系统提供满足设计要求的制动助力。,1、真空度,图15-4 真空表指针（逆时针转动，所以为负值，负号不代表数量大小）,真空助力器安装于制动踏板和制动主缸之间，由踏板通过推杆直接操纵。助力器与踏板产生的力叠加在一起作用在制动主缸推杆上，以提高制动主缸的输出压力。真空助力器由带有橡胶膜片的活塞分为前室与后室。未制动时，发动机进气歧管将真空助力器的前室和后室抽成真空度为-60-80kPa。制动时，后室在制动时大气阀打开，外界大气进入后室产生制动。当抬起制动踏板时，后室气体进入前室，消耗了真空，使真空度减小，助力效果下降，所以电动汽车必须有一个类似于发动机进气歧管这样的一个抽气机。 真空助力器所能提供助力的大小取决于真空助力器后室与前室气压差值的大小。当后室的真空度达到外界大气压时，真空助力器可以提供最大的制动助力。真空泵所产生的真空度的大小及速度关系到真空助力器的工作状态，真空泵的容量大小关系到助力器的性能，进而影响到制动系统在各种工况下能否正常工作。,1、真空度,传统内燃机轿车制动系统的真空助力装置的真空源来自于发动机的进气歧管，真空度负压一般可达到-0.05-0.07MPa。对于由传统车型改装成的纯电动车或燃料电池汽车，发动机总成被拆除后，制动系统由于没有真空源而丧失真空助力功能，为了产生足够的真空，除了一个具有足够排气量的电动真空泵外，为了节能和可靠，还要为电动真空泵电动机设计合适的工作时间。一般燃油车进气歧管会在45s使真空助力器前后腔内产生-50kPa以上的真空度，所以在设计电动真空泵时，电动真空泵也需在45s使真空助力器前后腔内产生-50kPa以上的真空度。图15-5所示为电动汽车真空泵电路组成。,2、真空源,图15-5 电动汽车电动真空泵电路1-电动汽车控制单元(ECU)；2-真空助力器；3-止回阀；4-电动真空泵；5-真空泵电动机继电器,压力延时开关也称压力开关，为常闭开关，当真空度大到一定值时断开，电动真空助力制动系统控制如下：（1）接通汽车12V 电源，由于事先压力延时开关闭合，真空泵大约工作30s后开关断开，此时真空罐内压力大约为-80kPa。（2） 当真空罐内压力增加到-55kPa 时，压力延时开关再次闭合。（3） 当真空罐内压力增加到大约-34kPa 时，压力报警器发出信号。,3、压力延时开关,如果真空泵控制开关有很明显的短时间开启和关闭，说明发生了泄漏。根据这个控制策略，设计间歇性真空发生系统，该间歇性真空发生系统的基本工作原理为： 当驾驶人发动汽车时, 12V 电源接通, 压力开关和压力报警器开始压力自检，如果真空罐内的真空度小于55kPa，压力膜片将会挤压触点，从而接通电源，真空泵开始工作；当真空度增加到55kPa时，压力延时开关断开, 然后通过延时继电器使真空泵继续工作大约30s后停止；每次驾驶人有制动动作时，压力延时开关都会自检，从而判断电动真空泵是否应该工作； 如果真空罐内的真空度低于34kPa 时，真空助力器不能提供有效的真空助力，此时压力报警器将会发出信号，提醒驾驶人注意行车速度。,3、压力延时开关,电动真空泵控制也可采用电控单元控制，只要把压力开关换成绝对压力传感器，电动真空泵由控制单元控制继电器控制即可，国内的一些纯电动汽车里，由真空助力器真空度传感器（图15-6）、整车控制器ECU、电动真空泵工作继电器、真空泵电动机组成的一个闭环真空度控制系统，保证制动时真空助力器的正常工作。,4、压力传感器,图15-6 绝对压力传感器（真空度传感器）,第三节,活塞连杆组故障诊断与修复,线控制动系统组成,1、线控制动系统概念简介 普锐斯混合动力汽车采用线控制动系统，也称ECB（Electronic Control Brake，ECB）。线控制动系统能根据驾驶人踩制动踏板的位置程度和所施加的力所产生的液压大小计算所需的制动力。液压制动力和再生制动力的分配随车速及制动时间的变化而改变。通过控制液压制动力的大小来实现，液压制动和再生制动的总制动力要与驾驶人所需的制动力一致。如果由于系统故障导致再生制动失效，则制动系统会影响控制，结果驾驶人所需的全部制动力就由液压制动系统提供。,1、线控制动简介,2、线控制动系统功能简介 ECB系统中的ABS(防抱死制动系统)对过猛的制动或在易滑路面制动时，ABS系统能防止车轮抱死。EBD(电子制动力分配)控制利用ABS根据行驶条件在前轮和后轮间分配合适的制动力。另外，转向制动时，它还能控制左右车轮的制动力，以保持车辆平稳行驶。通过尽量使用电动机的再生制动力和控制液压制动实现再生制动与液压制动的联合控制。ECB中的VSC+（增强型车辆稳定系统）功能可以防止转向时前轮或后轮急速滑动产生的车辆侧滑。和EPS ECU（电动转向）一起进行联合控制，以便根据车辆的行驶条件提供转向助力。ECB系统的制动助力有两个功能：一是紧急制动时，如果制动踏板力不足，可以增大制动力；二是需要强大制动力时增大制动力。,1、线控制动简介,3、线控制动系统设计简介 设计上可以取消传统的制动真空助力器，变为采用VSC车辆稳定控制系统的油泵电动机供能，正常制动时，制动主缸的双腔串联主缸产生的液压不直接作用在轮缸上，而是通过制动行程模拟器的协助，由制动行程传感器和制动压力传感器转换为液压信号体现驾驶人的制动意图。电控系统通过调整作用于轮缸的制动执行器上液压泵的液压压力，从而获得实际需要的控制压力。控制系统的ECB ECU和制动防滑控制ECU集成在一起，并和液压制动控制系统（包括带EBD的ABS、制动助力和VSC+）一起进行综合控制，一般要增加制动控制系统警告灯。,1、线控制动简介,例如日本丰田普锐斯混合动力汽车的线控制动系统相对传统带真空助力的制动系统主要增加了行程模拟器、带有高压蓄能器车辆稳定控制液压执行器、取消真空助力的双腔串联制动主缸、一个备用电源系统，如图15-7所示。,2、线控制动增加部件,图15-7 相对传统制动系统新增加的四种部件,1、行程模拟器 如图15-8所示，制动时根据驾驶人的踏板力度产生踏板行程。行程模拟器位于制动主缸和制动执行器之间。行程模拟器包括弹簧系数不同的两种螺旋弹簧，具有对应于制动主缸压力的两个阶段的踏板行程特性。,2、线控制动增加部件,图15-8 行程模拟器解剖图,2、取消真空助力器的制动主缸 传统汽车制动主缸上的真空助力器被取消，采用了电动机液压助力。制动主缸仍采用双腔串联形式，一旦电动机液压助力失效，制动主缸的前腔和后腔将分别对汽车的左前和右前进行制动。所以这个主缸也称为前轮制动主缸。3、备用电源装置 用作备用电源以保证给制动系统稳定地供电。该装置包括28个电容器电池，用于存储车辆电源（12V）提供的电量。当车辆电源电压（12V）下降时，电容器电池中的电就会作为辅助电源向制动系统供电。关闭电源开关后，HV系统停止工作时，存储在电容器电池中的电量放电。因此维修中电源开关关闭后，备用电源装置就处于放电状态，但电容器中仍有一定的电压。因此，在从车辆上拆下备用电源装置或将其打开检查它的盒内部之前，一定要检查它的剩余电压，如果必要则使其放电。,2、线控制动增加部件,3、备用电源装置 普锐斯的主要组件位置如图15-9所示。,2、线控制动增加部件,图15-9 普锐斯的主要组件位置,制动执行器液压源部分包括泵、泵电动机、蓄能器、减压阀和蓄能器压力传感器，液压源部分产生并存储制动防滑控制ECU用于控制制动的液压。蓄能器压力传感器安装在制动执行器中。制动执行器液压控制部分包括2个主缸切断电磁阀、4个增压电磁阀和4个减压电磁阀。2个双位型主缸切断电磁阀由制动防滑控制ECU控制来打开或关闭主缸和轮缸间的通道。4个线性增压电磁阀和4个线性减压电磁阀，它们由制动防滑控制ECU控制以增减轮缸中的液压。主缸压力传感器和轮缸压力传感器都安装在制动执行器中。 制动防滑控制ECU处理各种传感器信号和再生制动信号以便控制再生制动联合控制、带EBD的ABS、VSC+、制动助力和正常制动。根据各传感器的信号来判断车辆行驶状况，并控制制动执行器。,3、普锐斯液压系统主组件功能,1、主要部件功能1）制动主缸 当电源部分出现故障时，制动主缸就直接向轮缸提供液压(由制动踏板产生)。2）制动踏板行程传感器 直接检测驾驶人踩下制动踏板的程度。此传感器包括触点式可变电阻器，它用于检测制动踏板行程踩下的程度并发送信号到制动防滑控制ECU，信号采用反向冗余设计，用于检测传感器故障。3）ABS警告灯 当制动防滑控制ECU检测到ABS、EBD或制动助力系统中的故障时，ABS警告灯就会点亮来警告驾驶人。4）VSC警告灯 如图15-9所示，当制动防滑控制ECU检测到VSC+系统中的故障时，VSC警告灯就会点亮来警告驾驶人。,3、普锐斯液压系统主组件功能,1、主要部件功能5）防滑指示灯 如图15-9所示，当ABS系统、VSC+系统或电动机牵引力控制工作时，防滑指示灯闪烁来提示驾驶人。6）制动控制系统警告灯 如图15-9所示，当制动系统产生不影响制动力的小故障(如再生制动故障)时，该警告灯点亮来警告驾驶人。7）制动系统警告灯 如图15-9所示，制动防滑控制ECU检测到制动分配系统的故障时，该警告灯点亮来警告驾驶人。施加驻车制动或制动液液面低时，该警告灯点亮来提示驾驶人。,3、普锐斯液压系统主组件功能,1、主要部件功能8）制动防滑控制警告蜂鸣器 液压或电源部分有故障时，该蜂鸣器连续呜叫以提示驾驶人。对于装有VSC+的车型，该蜂鸣器间断鸣叫以提示驾驶人VSC+起动。9）HV-ECU 收到制动防滑控制ECU的信号后激活再生制动。发送实际再生制动控制值到制动防滑控制ECU。 VSC+系统工作时，根据制动防滑控制ECU的输出控制请求信号来控制动力。上坡需要制动助力控制时，HV ECU发送后轮制动起动信号到制动防滑控制ECU。,3、普锐斯液压系统主组件功能,1、主要部件功能10）制动液液面警告开关 检测低制动液液面。 普锐斯的制动执行器包括液压控制和液压源部分，如图15-9所示制动执行器。制动执行器中安装有2个主缸压力传感器、4个轮缸压力传感器和1个蓄能器压力传感器、10个液压电磁阀、一个直流电动机。2、制动执行器液压源 液压源部分包括泵、泵电动机、蓄能器、减压阀、2个电动机继电器和蓄能器压力传感器。1）蓄能器压力传感器 蓄能器压力传感器持续检测蓄能器中的制动液压力，并发送信号到制动防滑控制ECU。因此，制动防滑控制ECU控制泵电动机。,3、普锐斯液压系统主组件功能,2、制动执行器液压源2）泵和泵电动机 采用柱塞泵，泵由电动机驱动的凸轮轴带动工作，提供高压液体到到蓄能器。3）蓄能器 储存泵产生的液压。新款普锐斯蓄能器的内部和旧车型的相同，充满高压氮气并予以密封。新款普锐斯上采用了金属波纹管以提高蓄能器的气密性。4）减压阀 如果由于蓄能器压力传感器故障导致泵持续工作，则减压阀能使制动液流回储液罐以防止压力过大。,3、普锐斯液压系统主组件功能,2、制动执行器液压源 电动机继电器包括以下执行不同泵速的继电器：继电器1（低速）和继电器2（高速）。如图15-10所示，通常使用低泵速的继电器1。当由于需要更大液压而使液压迅速降低时，如ABS液压控制时，才使用高泵速的继电器2。如果其中的一个出现故障，则用另一个起动泵。蓄能器压力传感器持续监控蓄能器中的压力并将信号发送到制动防滑控制ECU。如果蓄能器中的压力低于设定值，则制动防滑控制ECU发送起动信号到电动机继电器，以便起动泵电动机，直到蓄能器中的压力达到设定值。,3、普锐斯液压系统主组件功能,图15-10 继电器1(低速)和继电器2(高速)控制,2、制动执行器液压源 如果泵电动机意外地持续工作，从而使蓄能器中的压力过高或蓄能器传感器出现故障，则减压阀打开使制动液流回储液罐，以降低蓄能器中的压力。 如果蓄能器中的压力异常下降到ECU的设定压力以下，则制动防滑控制ECU点亮制动系统警告灯、制动控制系统警告灯、ABS警告灯和VSC警告灯并使制动防滑控制警告蜂鸣器鸣叫来警告驾驶人制动液压力异常。3、液压控制部分 10个电磁阀和6个压力传感器如下：2个主缸切断电磁阀；4个供压阀；4个减压阀；2个主缸压力传感器；4个轮缸压力传感器。1）主缸切断电磁阀（双位两通常开型） 制动系统起动时，该阀切断主缸和轮缸间的液压通道。制动系统停止工作或液压源部分有故障时，该阀打开以保持前轮缸液压通道畅通并确保制动有效。但是，这需要比平常更大的力来踩制动踏板。,3、普锐斯液压系统主组件功能,3、液压控制部分2）增压电磁阀（线性） 增压电磁阀由制动防滑控制ECU控制，它调节蓄能器的液压以便增大轮缸中的液压。减压电磁阀（线性）：该阀由制动防滑控制ECU控制，调节液压以便降低轮缸的液压。3）主缸压力传感器 主缸压力传感器将主缸产生的液压转换为电信号并将电信号发送到制动防滑控制ECU。因此，制动防滑控制ECU判定驾驶人所需的制动力。4）轮缸压力传感器 这些传感器检测作用在各轮缸上的液压，并将这些信号以反馈的形式发送到制动防滑控制ECU。因此，制动防滑控制ECU监控各轮缸的液压并控制增压电磁阀和减压电磁阀以获得最优的轮缸压力。,3、普锐斯液压系统主组件功能,第四节,活塞连杆组故障诊断与修复,线控制动系统工作原理,1、再生制动 驱动桥内的主减速器和电动机以机械方式连接在一起，驱动轮带动电动机转子转动而发电。这种联合控制提供再生制动和液压制动的合制动力。这样的控制能够最大限度地减少正常液压制动的动能损失，并把这些动能转化为电能。结构设计上增大电动机功率有利增大再生制动力。 例如日本丰田普锐斯混合动力汽车的永磁电动机/发电机（MG2）的永磁转子在车轮的带动下扫描定子，当然发电的电压不会超过当时外界施加的外电压。通过混合动力电脑HV-ECU控制换流开关元件的斩波时间，实现斩波发电。,1、线控制动系统功能,2、行车制动EBD、ABS和助力操作 如果车辆在直线前行时制动，则道路的变化就会减小后轮的负荷。制动防滑控制ECU通过速度传感器的信号可以检测到这种情况，制动执行器就会调节后轮的制动力分配达到最优控制。例如，制动时后轮制动力的大小根据车辆是否载荷而不同。后轮制动力的大小还与减速的程度有关。因此，在这些情况下后轮制动力的分配可以得到最优控制，从而可以有效地利用后轮制动力。 左、右轮制动力分配(转向制动时)。车辆转向制动时，内侧车轮的载荷减小，外侧车轮的载荷增大。制动防滑控制ECU根据速度传感器的信号检测到这种状况后，制动执行器就会调节制动力以便最优地控制内侧车轮和外侧车轮的制动力分配。,1、线控制动系统功能,2、行车制动EBD、ABS和助力操作 传统无电控控制的制动系统制动力的分配过去是通过后轴上的比例阀或感载阀以机械方法实现的，现在是通过制动防滑控制ECU通过电子控制ABS进液电磁阀和出液电磁阀的方法实现前、后轮制动力分配。制动防滑控制ECU能根据车辆行驶条件精确地控制制动力，如图15-11所示。,1、线控制动系统功能,图15-11 前、后轴制动力分配,制动防滑控制ECU根据4个车轮速度传感器发出的信号来计算各车轮的转速和减速度，并检查车辆滑移状况。根据滑移率情况，制动防滑控制ECU控制供压阀和减压阀，以便用下列3种模式来调节各轮缸的液压：减压模式、压力保持模式和增压模式。 如图15-12所示，正常制动时，主缸切断电磁阀关闭，各轮缸的液压回路保持独立。因此，主缸产生的液压不会直接起动轮缸。制动防滑控制ECU根据主缸压力传感器和制动踏板行程传感器的信号来计算驾驶人所需的制动力。然后，制动防滑控制ECU计算所需制动力所缺少的再生制动力值并将计算值发送到HV-ECU，HV-ECU收到值后产生再生制动力。同时，HV-ECU发送实际再生制动力值到制动防滑控制ECU，制动防滑控制。,2、EBD系统的工作原理,2、EBD系统的工作原理,图15-12 EBD系统的工作原理,1、增压过程 图15-13所示为增压过程，制动防滑控制ECU根据主缸压力传感器和制动踏板行程传感器的信号来计算目标轮缸压力(和驾驶人所需制动力相等)，然后制动防滑控制ECU将轮缸压力传感器信号和目标轮缸压力对比。如果目标轮缸压力低，则制动防滑控制ECU就向制动执行器加压。因此，蓄能器中的液压就被加到轮缸里。此外，当液压制动力必须增加以便根据再生制动力的变化进行联合控制时，操作和此相同。,3、ABS系统工作原理,1、增压过程,3、ABS系统工作原理,图15-13 增压过程,2、保持过程 如图15-14所示，制动防滑控制ECU根据主缸压力传感器和制动踏板行程传感器的信号来计算目标轮缸压力（和驾驶人所需制动力相等）。制动防滑控制ECU将轮缸压力信号和目标轮缸压力对比，如果相等，则制动防滑控制ECU将控制制动执行器保持在固定状态。因此，轮缸也将保持恒定压力。,3、ABS系统工作原理,2、保持过程,3、ABS系统工作原理,图15-14 保持过程,3、减压过程 如图15-15所示，制动防滑控制ECU根据主缸压力传感器和制动踏板行程传感器的信号计算目标轮缸压力（和驾驶人所需制动力相等）。然后制动防滑控制ECU将轮缸压力传感器信号和目标轮缸压力对比，如果目标轮缸压力高，则制动防滑控制ECU就给制动执行器减压。因此，轮缸中的压力就会下降。此外，当液压制动力必须减小以便根据再生制动力的变化进行联合控制时，操作和此相同。,3、ABS系统工作原理,2、保持过程,3、ABS系统工作原理,图15-15 减压过程,4、制动系统停止或电源出故障时 如果由于某些故障使制动系统停止或蓄能器不供压时，则制动防滑控制ECU会激活安全保护功能。此功能打开制动执行器中的主缸电磁阀以保证主缸和轮缸间的液压通道畅通。这样，主缸产生的液压仅可使前轮缸实施制动。此时，行程模拟器切断电磁阀的孔(K)关闭以防止行程模拟器的运行对主缸的液压产生负面影响。,3、ABS系统工作原理,如图15-16所示，紧急制动情况下，制动防滑控制ECU根据压力传感器信号测定的主缸压力增加的速度检测驾驶人的意图。 如果ECU检测到需要额外的制动助力，则执行器中的泵会产生液压并作用于轮缸来增大压力。车辆满载时，制动防滑控制ECU用主缸压力传感器和车速信号来检测工作条件。,4、制动助力操作,4、制动助力操作,图15-16 制动助力操作,1、判定车辆状态的方法 为了判定车辆状态，传感器检测转向角、车速、车辆偏移率和车辆的横向加速度，然后将这些值输入制动防滑控制ECU来计算。1）判定前轮滑动 图15-17所示为判定前轮滑动（左），车辆前轮是否滑动是通过目标偏移率和实际偏移率的差判定的。车辆的实际偏移率小于驾驶人操作转向盘时产生的偏移率(目标偏移率是通过车速和转向角判定的)时，就意味着车辆的转向角度大于行驶轨迹。这样，制动防滑控制ECU就判定前轮有很大的滑动趋势。2）判定后轮滑动 如图15-17所示为判定后轮滑动（右），车辆后轮是否滑动是通过车辆偏离角和偏离角速度(单位时间内偏离角的变化)的值判定的。车辆偏离角大时，偏离角速度也大，制动防滑控制ECU就判定车辆的后轮有很大的滑动趋势。,5、VSC+系统,4、制动助力操作,图15-17 判定前轮滑动（左）和判定后轮滑动（右）,2、VSC+控制方法 制动防滑控制ECU判定出现前轮或后轮滑动趋势时，它就降低发动机的输出功率并在前后轮施加制动来控制车辆的偏移力矩。VSC+的基本工作原理说明如下。但是，控制方法根据车辆特性和行驶条件的不同而不同。1）阻止前轮滑动 如图15-18a）所示，制动防滑控制ECU判定前轮有很大的滑动趋势时，它就会根据滑动趋势的大小来抵消滑动趋势。转向时，制动防滑控制ECU控制发动机的功率输出并在外侧前轮和两个后轮上施加制动力来抑制前轮的滑动趋势。,5、VSC+系统,4、制动助力操作,图15-18 阻止前轮滑动(左)和阻止后轮滑动(右)注：箭头长度代表制动力的大小，可以向汽车重心取矩，根据转矩的方向来分析这样控制对汽车姿态的影响。,2、VSC+控制方法2）阻止后轮滑动 制动防滑控制ECU判定后轮有很大的滑动趋势时，它就会根据滑动趋势的大小来抵消滑动趋势。为了抑制后轮滑动趋势，它会给外侧前轮施加制动力并产生向外侧倾的外向力矩。除了由制动力降低了车速外，还能保证车辆的高稳定性。在有些情况下，制动防滑控制ECU在必要时也给后轮施加制动力。3）EPS系统的联合控制 VSC+除了一般的VSC控制功能外，还能对EPS电动转向系统进行控制，对驾驶人根据车辆状况进行的转向操作提供转向助力。后轮失去抓地力时，本系统会控制制动力和动力。同时，系统还控制转向力矩来帮助驾驶人转向。出现前轮滑动的趋势时，如果驾驶人转动转向盘的力过大，就会使情况恶化。为了防止这种情况，VSC+提供转向力矩助力。,5、VSC+系统,2、VSC+控制方法 两侧车轮所受路面阻力不同时的制动操作：车辆左右车轮所在的路面阻力不同而进行制动时，根据制动强度，左右车轮的制动力也不同，这会产生导致转向的偏移力矩。这种情况下，VSC+和EPS ECU一起进行联合控制，在方向上产生一个转向力矩助力来抵消已产生的力矩。这样操作EPS和增强驾驶人转向效果，VSC+提高了车辆的稳定性。3、VSC+系统传感器 根据车轮轮速传感器、偏移率传感器、减速传感器和转向传感器发出的4种信号，制动防滑控制ECU判断车辆状况。 紧急避让或急转向时，如果前轮或后轮有很大的滑动趋势，并且制动防滑控制ECU检测到超过规定的车辆状况，则它根据车辆状况来控制动力和制动液液压。激活的轮缸根据车辆状况的不同而不同。,5、VSC+系统,3、VSC+系统传感器1）偏移率传感器（带VSC+系统） 减速度传感器安装在偏移率传感器中，用于检测偏移率和侧向加速度，并将此信号发送到制动防滑控制ECU。 维修更换偏移率传感器或制动防滑控制ECU后，制动防滑控制ECU侧的减速度传感器和偏移率传感器两者都必须进行初始化。2）转向角传感器（带VSC+系统） 转向角传感器用于检测转向方向和转向角，并将信号发送到制动防滑控制ECU。转角传感器包括3个具有相位的光敏断路器。带槽的盘阻断光线从而使光敏IC打开或关闭，以便检测转向方向和转向角。维修或更换转向角传感器或转向柱总成后，转角传感器将会自动校准。,5、VSC+系统,4、VSC+的液压系统操作 VSC+系统控制电磁阀并通过与正常制动时的不同管路来发送蓄能器中存储的液压到各车轮的制动轮缸。这样，系统在下列3种模式下工作：减压模式、压力保持模式和增压模式。这样，前轮或后轮的滑动趋势得到了抑制。1）前轮滑动抑制(右转向) 在前轮防滑控制中，2个前轮和转向内侧后轮上施加制动力。另外，根据制动是ON或OFF和车辆状况，某些时候原本需要实施制动的车轮也许得不到制动力。增压模式下的液压回路，车辆右转向时，它能抑制前轮滑动。增压电磁阀和减压阀根据ABS的工作模式打开或关闭。2）后轮滑动抑制(右转向) 控制后轮滑动时，在2个前轮和转向外侧后轮上施加制动力。例如车辆右转向时，它能抑制后轮滑动。抑制前轮滑动时，增压电磁阀和减压阀根据ABS的工作模式打开或关闭。,5、VSC+系统,1、自诊断 如果制动防滑控制ECU检测到ECB、再生制动、带EBD的ABS、制动助力和VSC+系统中的故障，则制动控制系统、ABS、制动系统和VSC+系统的和这些故障相关的功能警告灯会指示或点亮，来提示驾驶人。指示灯的情况见表15-1。,6、自诊断和安全保护,2、安全保护 混合动力或VSC系统有故障时，制动防滑控制ECU会禁止VSC+工作。ABS制动助力系统有故障时，制动防滑控制ECU会禁止带EBD的ABS、制动助力和VSC+系统工作。EBD控制系统有故障时，制动防滑控制ECU会禁止EBD工作。因此，在没有带EBD的ABS系统、制动助力和VSC+系统的情况下，制动和燃油喷射切断控制会打开。,6、自诊断和安全保护,第五节,活塞连杆组故障诊断与修复,电动汽车能量回馈控制原理,1、什么是能量回馈 所谓能量回馈，即电动机工作于再生制动模式。在制动过程中，控制驱动器使电流方向与正向运行时相反，便会产生制动性质的转矩。当产生的电压高于蓄电池时，可以将电流回馈至蓄电池，达到能量回馈的目的。2、回馈制动的潜力 目前，无刷直流电动机大多采用三相星形结构，采用全桥驱动方式。目前，电动汽车存在着电池能量低、充电时间长等问题，而电动汽车的频繁起动、制动又消耗了大量能量。在电动汽车用电动机及其控制器国家标准中给出的车辆基本城市循环中，17.44时间处于减速过程，回馈制动潜力很大。能量回馈制动系统在汽车制动时可以将能量回馈到电池，以提高整车运行效率和电动汽车的续驶里程。同时能量回馈制动系统可以实现汽车的电气制动。能量回馈制动控制技术已经成为电动汽车的核心技术之一。,1、能量回馈,1、全桥驱动 无刷直流电动机的驱动方式包括半桥驱动和全桥驱动。半桥驱动电路下电动机绕组利用率低，每个绕组只通电13时间，没有充分利用，且转矩波动较大。因此，对于电动汽车的三相星形连接绕组的无刷直流电动机来说要采用三相全桥控制电路。电动汽车采用三相星形全桥驱动方式时，绕组合成磁场将有6种合成状态。2、导通方式 由V1V6六只功率管构成的驱动全桥可以控制绕组的通电状态。按照功率管的通电方式，可以分为两两导通和三三导通两种控制方式。,2、无刷直流电动机基本控制方法,2、导通方式1）两两通电方式 在两两导通方式下，每一瞬间有两个功率管导通，每隔16周期即60电角度换相一次。每次换相一个功率管，每只功率管持续导通120电角度。每个绕组正向通电，反向通电各120。对应每相绕组持续导通120，在此期间对于单相绕组电流方向保持不变。假设流入绕组的电流产生正的转矩，流出绕组的电流产生负的转矩。每隔60换相一次意味着每隔60合成转矩方向转过60，大小保持为 倍的转矩。2）三三通电方式 每一瞬间有三只功率管通电，每60换相一次，每只功率管通电180。对于三三通电方式，每一瞬间有三只功率管导通，每隔60换相一次，每一功率管通电180电角度。每隔60换相一次意味着每隔60合成转矩方向转过60，合成转矩大小为1.5倍的转矩。,2、无刷直流电动机基本控制方法,电动车用无刷直流电动机的回馈制动分为两种情况，一种为电动机转速超过基速，通过驱动器直接向蓄电池回馈电能，同时提供制动的电磁转矩，比如下坡时可能出现此种情况。更多的时候则是出现在车速没有超过基速时的减速过程中。在此过程中，电动机处于发电状态，将电动车减速过程中的部分动能回馈到蓄电池。驱动电动机进入发电工作状态，其发电电压必须高于蓄电池电压才能输出电功率，所以需要对制动过程进行有效控制。基本控制原理为升压斩波(Boost Chopper)。 Boost斩波电路基本原理：Boost变换器的主电路拓扑结构如图15-19所示，通过对功率管V1的PWM开关控制，达到控制输出电压的目的，又称作升压斩波变换器。通过分析一个PWM周期的工作状态，来分析其工作原理。,3、单相回馈制动基本原理,图15-19 Boost变换器电路结构,在V1导通期间，电源通过V1向电感L充电，电流逐渐升高，直到V1关断时刻达到最大值，V1关断后直至该周期结束，电源与电感共同向负载供电，电流逐渐减小。在V1开通的时间周期内是电源E向电感存储能量的过程，而后一阶段电感处于释放能量的状态。把同一周期内的V1导通区间与关断区间的电流变化量比较，可以得到如式（15-1）所示的结论。 根据上面的结论，可见看到通过调节V1的控制信号的PWM占空比可以调节输出电压。由于E蓄电池电压，即输出电压高于电源电压，因此称此种结构的电路为升压斩波电路。电感上的储能作用是产生泵升电压的主要原因。,3、单相回馈制动基本原理,有两种方法将这一原理在无刷直流电动机能量回馈控制中应用。一种是在全桥驱动器和蓄电池之间加上升压变换器。另一种则是利用驱动器本身的PWM调制产生类似Boost变换器的功能。第二种方式利用驱动器本身的三个负半桥IGBT达到这一目的，无须外加电路，因此电动汽车中多利用第二种方式。,3、单相回馈制动基本原理,在回馈控制阶段，将上桥臂的功率管关断。根据位置传感器信号对下桥臂的功率管的通断进行有规律的PWM控制，可以起到与Boost变换器相同的效果。与Boost变换器的工作过程类似，在一个PWM开关周期内，无刷直流电动机的能量回馈控制过程也可以分为两个阶段。1、续流阶段 在续流阶段，无刷直流电动机的电流流向如图15-20所示。V2导通为电流提供续流通道。在此阶段，电能将存储于三相绕组的电感之上。,4、三相回馈基本原理,图15-20 续流阶段电流流向示意图,2、回馈阶段 在V2关断期间，在反电动势与三相绕组寄生电感的共同作用之下，之前存储于三相绕组之内的能量与反电动势一起向蓄电池共同回馈能量。在此阶段的电流流向如图15-21所示，V2关断，电流经D1回馈至蓄电池，同样存在通过D4和D6流向B相和C相的电流通路。,4、三相回馈基本原理,图15-21 回馈阶段电流流向示意图,3、回馈控制相序表 表15-2所示为控制相序表。,4、三相回馈基本原理,4、回馈PWM控制 忽略了电动机相电阻的影响，充电过程中产生的升电压随着PWM控制的占空比的增大而增大。 回馈制动的控制周期包含了续流阶段和能量回馈两个阶段。在低速回馈状态下，根据位置传感器信号对功率管的通断进行有规律的PWM控制，可以起到与Boost变换器相同的效果。当产生的电压高于蓄电池电压时，可以将电流回馈至蓄电池，达到能量回馈的目的。在此过程中，也需要进行换相控制。采用单侧斩波的控制方式，即在回馈制动过程中，封锁上桥臂，只对功率桥的下桥臂进行PWM控制。在每一个控制周期内，只对其中的一个功率管进行PWM控制。保持对反电动势最大的相所对应桥臂的功率管进行PWM控制。,4、三相回馈基本原理,4、回馈PWM控制 对于六个功率管，只有处于下桥臂的