ABS的結(jié)構(gòu)與工作原理(論文)

1、前 言 ABS是防抱死制動系統(tǒng)的英文縮寫，其英文的全稱是 Antilock Braking System.該系統(tǒng)在制動過程中可自動調(diào)節(jié)車輪制動力，防止車輪抱死以取得最佳制動效果。 汽車的制動性能是汽車的重要性能之一，它直接關(guān)系到交通安全。重大交通事故往往與制動距離過長、緊急制動時發(fā)生側(cè)滑等情況有關(guān)，故汽車的制動性能是汽車行駛的重要保障，改善汽車的制動性能始終是汽車設(shè)計制造和使用部門的重要任務(wù)。 ABS 通過控制作用于車輪制動分泵上的制動管路壓力，使汽車在緊急剎車時車輪不會抱死，這樣就能使汽車在緊急制動時仍能保持較好的方向穩(wěn)定行。在沒有裝備ABS的汽車上，如果在雪地上剎車，汽車很容易失去方向穩(wěn)定

2、性；同時駕駛員如果想停車，必須使用液壓調(diào)節(jié)器，反之，若汽車在裝備ABS則ABS能自動想液壓調(diào)節(jié)器發(fā)出控制指令，因而能更迅速、準(zhǔn)確而有效的控制制動。 一 ABS 概述 1 、什么是ABS ABS是防抱死制動系統(tǒng)的英文縮寫，該系統(tǒng)在制動過程中自動調(diào)節(jié)車輪制動力，防止車輪抱死以取得最佳制動效果。汽車制動性能的好壞，主要從以下三方面來進(jìn)行評價： （1）制動效能，即制動距離與制動減速度。 （2）制動效能的恒定性，即抗熱或水衰退行。 （3）制動時汽車的方向穩(wěn)定性，即制動時汽車不發(fā)生跑偏、側(cè)滑以及失去轉(zhuǎn)向能力的性能。 2、ABS 的工作原理 在裝備有ABS 的車輛，汽車制動時，裝在汽車各車輪輪側(cè)的輪速傳感器

3、產(chǎn)生交變的電流信號，其頻率隨著車輪轉(zhuǎn)動的角速度的增加而升高，以此來檢測輪速任何瞬間的變化，并不斷向電子控制單元輸入這些轉(zhuǎn)速信號。電子控制單元則不斷的監(jiān)視這些信號，并與預(yù)先儲存的信息相比較。如果信號的頻率急劇下降，表明該車輪即將抱死，電子控制單元則指示執(zhí)行器減低該車輪制動分泵的制動液壓。當(dāng)傳感器的信號表明車輪又正常轉(zhuǎn)動時，電子控制單元有發(fā)出指令允許升高車輪制動分泵 的制動液壓。而執(zhí)行器則根據(jù)電子控制單元的指令“減低”、“升高”或“保持”各車輪制動分泵的制動液壓，從而以脈沖形式進(jìn)行制動壓力的調(diào)節(jié)，始終將車輪的滑移率控制在最佳滑移率的范圍內(nèi)，這樣就盡量發(fā)揮了制動系制動力而又防止車輪抱死，最大限度的保

4、證了制動時汽車的穩(wěn)定性，增大了安全行，縮短了制動距離。 3、ABS 的控制過程 雖然各型ABS 的結(jié)構(gòu)各不相同，但其控制過程大同小異。在汽車行駛過程中，車輪速度傳感器不斷向ABS ECU 輸入車輪速度信號。ABS ECU 根據(jù)車輪信號計算車輪圓周速度，將車輪圓周速度微分便可得到車輪的加、減速度。當(dāng)踩下制動踏板時，制動燈開關(guān)接通，并向ABS ECU 輸入一個高電平信號，ABS 開始投入工作。因為在制動條件相同的情況下，輪胎-道路附著系數(shù)不同，其制動效果也不相同，所以ABS 一般都將制動過程分為高附著系數(shù)、低附著系數(shù)和附著系數(shù)由高到底三種情況分別進(jìn)行制動。 ABS 工作時，ABS ECU 首先根據(jù)

5、減速度信號判定路面情況，減速度大于一定值為高附著系數(shù)路面，減速度小于一定值為底附著系數(shù)路面，然后根據(jù)判定結(jié)果調(diào)用相應(yīng)的控制程序，通過控制制動壓力調(diào)節(jié)器電磁閥線圈電流大小，使電磁閥處于“減壓”、“保壓”和“升壓”狀態(tài)來改變車輪制動分泵的壓力，從而實現(xiàn)防抱死制動。雖然輪胎-道路附著系數(shù)不同路面上的控制過程有所不同，但其控制方法基本相同。 二 ABS 的組成 1 、ABS 的布置 ABS 系統(tǒng)能分別布置在兩輪驅(qū)動和四輪驅(qū)動的汽車上。 2 、輪速傳感器的結(jié)構(gòu)和工作原理 汽車的每一個車輪上都裝有輪速傳感器，它的作用是將轉(zhuǎn)速換為電信號輸送給ECU。 傳感器轉(zhuǎn)子是一個帶齒的圓環(huán)，形狀很像一個直齒圓柱齒輪，只

6、是齒的外輪廓形狀不是漸開線形狀，而是矩形齒。傳感器的轉(zhuǎn)子應(yīng)與車輪同步轉(zhuǎn)動。 速度傳感器主要由永磁體、傳感器線圈和極軸組成。速度傳感器的極軸被傳感器線圈包圍，并直接安裝與傳感器轉(zhuǎn)子的上方，與傳感器轉(zhuǎn)子保持一定的距離，同時極軸與永磁體相連接。一般情況下，前輪速度傳感器安裝在傳動軸上，后輪速度傳感器安裝在后橋殼上。 為了保證傳感器無錯誤信號輸出，安裝輪速傳感器時應(yīng)保證其速度傳感器轉(zhuǎn)子間隙有一很小的空氣間隙，約為1 mm 。 由于輪速傳感器的結(jié)構(gòu)為極軸與永磁體相接，并安裝與傳感器轉(zhuǎn)子的上方，因此磁體的磁通延伸到傳感器轉(zhuǎn)子，并與它構(gòu)成磁路。當(dāng)傳感器轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動時，齒頂與齒隙輪流交替地對向極軸，此時磁通迅速變

7、化，磁力向切割傳感線圈，于是在線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電壓，該感應(yīng)電壓呈交流正眩波變化，其變化頻率與傳感轉(zhuǎn)子的齒數(shù)和車輪的轉(zhuǎn)速成正比。若傳感器轉(zhuǎn)子的齒數(shù)為一固定值，則交流正眩波的變化頻率只與車輪的轉(zhuǎn)速成正比。因此可以通過交流正眩波的變化頻率來確定車輪的轉(zhuǎn)速，并有線圈末端通過電纜傳送至電子控制單元ECU 中 。 3 、減速度傳感器 目前只是在一些四輪驅(qū)動的汽車上裝有減速度傳感器，其功能是：檢測汽車的減速度并將信號傳送到ABS ECU 中，ECU則通過這些信號對路況進(jìn)行識別，而后采取適當(dāng)?shù)目刂拼胧?在兩輪驅(qū)動的汽車上，ABS的ECU 根據(jù)速度傳感器傳來的信號判斷車輪的滑移狀況，然后相應(yīng)的控制執(zhí)行器。而常四

8、輪驅(qū)動的汽車有其獨特的制動性能，因而在一些常四輪驅(qū)動的汽車上都裝有減速度傳感器，用減速度傳感器檢測汽車制動時的減速度，由此判斷出道路表面的附著系數(shù)，從而提高制動性能。所謂常四輪驅(qū)動即是汽車在任何情況下都是以四個車輪都能夠作為驅(qū)動輪，但只是在道路狀況惡劣的情況下才操縱分動器使用四個車輪驅(qū)動，一般情況下仍是用兩個車輪作為驅(qū)動輪。 4 、ABS 執(zhí)行器 ABS執(zhí)行器的功用是根據(jù)ECU傳送的信號控制制動總泵向車輪制動分泵提供的制動液壓，從而控制車輪速度。 （1）執(zhí)行器的結(jié)構(gòu) 執(zhí)行器根據(jù)其功能可分為以下兩部分：三位電磁閥、儲液罐和泵電機(jī)。 （2）三位電磁閥 三位電磁閥是執(zhí)行器的液壓控制裝置，它用于ABS

9、工作時車輪制動分泵中壓力的調(diào)節(jié)。這樣電磁閥是一種有電磁線圈控制的 直接電磁閥，它由三個液壓通孔和三種狀態(tài)，它能在制動總泵、車輪制動分泵和回油路之間建立聯(lián)系，實現(xiàn)壓力升高、壓力保持和壓力降低這些必要功能。 1）儲液罐和泵電機(jī) 儲液罐和泵電機(jī)是執(zhí)行器壓力降低裝置。當(dāng)壓力降低時，從車輪制動分泵流出的制動液經(jīng)過儲液罐并有泵電機(jī)送回制動總泵中。泵電機(jī)是由發(fā)動機(jī)驅(qū)動的柱塞式泵。儲液罐嶄時存儲壓力降低時突然流回的制動液。 （3）執(zhí)行器的工作原理 1）常規(guī)制動時（ABS不工作）在常規(guī)制動過程中ABS不起作用，ABS的電子控制單元也不向電磁線圈傳送電流。因此三位電磁閥被回位彈簧推下，此時A口保持打開狀態(tài)，而B口

10、保持關(guān)閉狀態(tài)，當(dāng)踩下制動踏板時，車輪制動分泵中的制動液通過兩條通道流會制動總泵中。其中一條通道是通過三位電磁閥的“C”口和“A”口；另一條是通過三位電磁閥的“C”口和3號單向閥。 2）緊急制動時，當(dāng)四輪中的任一輪即將抱死時，ABS執(zhí)行器依據(jù)電子控制單元傳送的信號來控制該車輪上制動分泵中的制動液壓，從而達(dá)到防止該車輪抱死的目的。 A . “壓力降低狀態(tài)”。當(dāng)車輪即將抱死時，電子控制單元傳送的5A的電流到電磁線圈，從而產(chǎn)生強(qiáng)大的磁力使三位電磁閥向上移動，這樣“A”口關(guān)閉，“B”口打開，其結(jié)果是制動分泵中的制動液通過三位電磁閥的“C”流回“B”，然后被送入儲液罐中，同時電子控制單元傳信號給泵電機(jī)，使

11、之開始工作，將儲液罐中的制動液送回制動總泵中。另一方面，來自制動總泵的制動液由于三位電磁閥的A口關(guān)閉以及1號和3號單向閥的作用而不能流進(jìn)三位電磁閥中。如此作用的結(jié)果是車輪制動分泵中的制動管路壓力下降，從而達(dá)到防止車輪抱死的目的。制動管路壓力降低的速率是由“壓力降低”、“壓力保持”兩種狀態(tài)的交替進(jìn)行來調(diào)節(jié)。 B . “壓力保持狀態(tài)”。當(dāng)車輪制動分泵中的制動管路壓力降低或升高且速度傳感器傳送的信號表明車速以達(dá)到規(guī)定值時，電子控制單元就給電磁線圈提供2A的電流，將車輪制動分泵中的制動管路壓力保持在該水平上。當(dāng)提供給電磁線圈的電流由降低狀態(tài)的5A降低到保壓狀態(tài)的2A時，電磁線圈的磁力也相應(yīng)減小，同時3

12、位電磁閥由于回位彈簧的作用向下移至中間位置，作用的結(jié)果“A、B”口都關(guān)閉，制動液在電路中不流動。 C . “壓力升高狀態(tài)”。當(dāng)車輪制動分泵中制動管路壓力需要升高以提供更大的制動力時，電磁控制單元停止向電磁線圈輸送電流，因此三位電磁閥被回位彈簧推下，此時A口保持打開狀態(tài)，B 口保持關(guān)閉狀態(tài)，這樣制動總泵中的制動液就可以通過三位電磁閥的A口和C口，而后流至車輪制動分泵中。如此作用的結(jié)果是車輪制動分泵中的制動管路壓力升高，同時產(chǎn)生的制動力也隨之升高，制動管路壓力升高的速率是由壓力升高和壓力保持兩種狀態(tài)的交替進(jìn)行來調(diào)節(jié)的 。 5 、ABS的電子控制單元 ABS的電子控制單元的主要任務(wù)是接受各車輪傳感器

13、送來的信號，進(jìn)行比較、分析和判別，然后通過精確計算得出制動時車輪的轉(zhuǎn)速和車速。在制動過程中，盡管車輪的轉(zhuǎn)速下降，但其減速度的大小還隨著汽車制動時的車速及所行駛的路況的變化而變化。 三 、ABS 的優(yōu)點 ABS的功能就是通過調(diào)節(jié)、控制制動管路壓力，避免車輪在制動過程中抱死而滑移，使其處于滑移率15%25%的邊滑邊滾的運動狀態(tài)。 其優(yōu)點如下： （1）改善了汽車制動時的橫向穩(wěn)定性。 （2）改善了汽車制動時的方向操縱性。 （3）改善了制動效能。 （4）減少輪胎的局部過度磨損。 （5）使用方便、工作可靠。 四 、ABS的檢測、診斷、與維修 1 、初步檢查 初步檢查是在ABS 系統(tǒng)出現(xiàn)明顯故障而不能正常工

14、作時首先采取的故障排除方法。例如：ABS 故障指示燈亮著不熄，系統(tǒng)不能工作。檢查方法如下： 1）檢查手剎是否完全釋放； 2）檢查制動液液面是否在規(guī)定的范圍內(nèi)； 3）檢查ABS電子控制單元導(dǎo)線接頭、插座的連接是否良好，連接器及導(dǎo)線是否損壞； 4）檢查下列導(dǎo)線連接器和導(dǎo)線或接觸是否良好 a .液壓調(diào)節(jié)器上的電磁閥體連接器 b .液壓調(diào)節(jié)器上的主控制閥連接器 c.連接壓力警告開關(guān)和壓力控制開關(guān)的連接器 d.制動液液面指示開關(guān)的連接器 e.輪速傳感器的連接器 f.電動泵的連接器 1）檢查所有的繼電器、保險絲是否完好，插座是否牢固 2）檢查蓄電池容量和電壓是否在規(guī)定的范圍內(nèi)，檢查蓄電池正負(fù)極導(dǎo)線的連接是

15、否牢固，連接處是否清潔。 3）檢查ABS 控制單元，液壓控制裝置等的接地端的接觸是否良好。 4）接觸車輪胎面紋槽的深度是否符合規(guī)定。 如果用上述方法不能確定故障位置就可轉(zhuǎn)入故障自診斷方法。 2 、故障自診斷 ABS的電子控制單元還包括故障診斷系統(tǒng)，具有初始檢測、故障診斷和傳感器檢測等功能，現(xiàn)以豐田Celica 為例說明其診斷和檢測的步驟，其他車型的故障診斷大多類似，詳細(xì)情況可查閱各中車型的維修手冊。 1）初始檢測 主要是檢查執(zhí)行器的工作噪聲，其步驟如下： （1）啟動發(fā)動機(jī)，以超過6km/h的速度行駛； （2）檢查能否聽到執(zhí)行器的工作噪聲； 2）故障診斷功能 （1）讀取故障碼 檢查蓄電池電壓是否

16、為12V左右； 檢查警示燈是否閃亮； a.接通發(fā)動機(jī)點火開關(guān)； b.檢查ABS警示燈是否能持續(xù)亮3S，如果不亮，應(yīng)檢查、維修或更換儀表盤保險絲、警示燈泡或電線 讀取故障碼 a.接通發(fā)動機(jī)點火開關(guān) b.斷開維修接口； c.用故障診斷專用檢查線連接診斷接口的接線柱Tc和E1； d.如果ABS系統(tǒng)正常，警示燈應(yīng)每0.5S閃爍一次 e.當(dāng)ABS出現(xiàn)故障時，警示燈在4S后開始閃爍，計算警示燈閃爍的次數(shù)即可讀?。?f.根據(jù)故障碼顯示內(nèi)容對ABS系統(tǒng)進(jìn)行維修； g.修復(fù)完有故障的部件后，清楚儲存在ECU中的所有故障碼； h.將連接故障診斷接口的接線柱Tc和E1的故障診斷專用檢查線取下； i.接通維修借口；

17、j.接通發(fā)動機(jī)點火開關(guān)，檢查ABS警示燈是否在持續(xù)亮了3S后熄滅； 3）消除故障碼 （1）接通發(fā)動機(jī)點火開關(guān) （2）用故障診斷專用檢查線連接診斷接口的接線柱Tc和E1 （3）在3S內(nèi)踩下制動踏板8次以上即可消除儲存在ECU中的故障碼 （4）檢查警示燈是否顯示正常代碼 （5）將連接故障診斷接口中接線柱Tc和E1的故障診斷專用檢查線取下 （6）檢查ABS警示燈是否熄滅 3 、傳感器檢測功能 （1）檢查前注意，當(dāng)在檢查傳感器檢測功能時，ABS不能運行，制動系統(tǒng)應(yīng)處在常規(guī)制動狀態(tài)。 （2）速度傳感器的檢測 檢查蓄電池是否為12V左右 檢查警示燈是否閃亮 a.接通發(fā)動機(jī)點火開關(guān) b.檢查ABS警示燈是否

18、持續(xù)亮3S，如果不亮則檢查、維修或更換儀表盤保險絲、警示燈泡或電纜； c.檢查ABS警示燈是否熄滅； d.斷開發(fā)動機(jī)點火開關(guān)； e.用故障診斷專用檢查線連接診斷接口的接線柱Tc、E1和Ts； f.固定手剎車?yán)瓧U，起動發(fā)動機(jī)。應(yīng)注意的是：不要踩下制動踏板 g.檢查ABS警示燈是否每閃爍4次 檢查傳感器電平信號，讓汽車以46km/h的速度直線行駛，檢查警示燈是否熄滅1S后有變亮。如果車速不在以上指定的速度范圍內(nèi)，警示燈變亮但不閃爍，則停下汽車讀取故障碼并修理出現(xiàn)故障的部件。如果車速在46km/h的范圍內(nèi)ABS警示等變亮，那么檢查就完成了。 檢查低速時傳感器信號的變化； 檢查高速時傳感器信號的變化；

19、 停下汽車，ABS警示燈將開始閃爍，計算閃爍的次數(shù)即可得到故障碼，應(yīng)當(dāng)注意，故障診斷系統(tǒng)開始工作后，踩下制動踏板的次數(shù)不要超過16次否則儲存在ECU中的故障碼就會被清除 修理或替換出現(xiàn)故障的部件 使系統(tǒng)恢復(fù)正常狀態(tài) a.斷開發(fā)動機(jī)點火開關(guān) b.從故障診斷接口的接線柱E1、Tc和Ts上取下故障診斷專用檢查線 （3）減速度傳感器的檢測的步驟如下： 1）檢查蓄電池電壓是否為12V左右 2）檢查警示燈是否閃亮 a.接通發(fā)動機(jī)點火開關(guān) b.檢查ABS警示燈是否持續(xù)亮3S。如果不亮則檢查、維修或更換儀表盤保險絲、警示燈燈泡或電線 c.檢查ABS警示燈是否熄滅 d.斷開發(fā)動機(jī)點火開關(guān) e.用故障診斷專用檢查線連接診斷接口的接線柱Ts和