车用ABS技术分析及故障诊断

学院毕 业 论 文论文题目 车用 ABS 技术分析及故障诊断 学生姓名 专 业 汽车检测与维修 班 级 汽修班 学 号 指导教师 2013 年 5 月 20 日武汉工程职业技术学院毕业论文Page 2目录第一章、概述 .4第二章、ABS 组成及工作原理 .7（一）ABS 的组成 .7（二）ABS 的调节过程.9（三）ABS 的主要部件结构工作原理.9 第三章、常见故障诊断分析.13（一）打开点火开关，ABS 故障灯常亮不灭 .13（二）行车中 ABS 故障灯亮起.14（三）ABS 有时起作用，有时不起作用.15(四)、ABS 的正确使用与维修.15第四章、结论与讨论.17致谢.18参考文献.19武汉工程职业技术学院毕业论文Page 3摘 要本文主要介绍汽车防抱死制动系统的定义、结构组成及工作原理分析，同时还介绍ABS 系统的电子控制部分的组成和原理，轮速传感器，液压控制装置的组成和原理；并能进行控制电路的分析。介绍 ABS 防抱死控制系统原理，阐述其发展历史、研究现状；然后通过分析 ABS 工作原理和控制方法，构建 ABS 专用模型库；运用 VC 实现模块的相关功能，对 ABS 控制系统进行建模；实现对控制器模块、电磁阀及制动系统模块、车辆运动仿真模块等部分的抽象，使仿真的具体对象可替换，在 ABS 控制原理的基础上不同模块间可任意组合In this paper, automobile anti-lock braking system definition, structure, composition and working principle of analysis, but also introduced the ABS electronic control system part of the composition and theory, wheel speed sensor, hydraulic control device of the composition and theory; and analysis of control circuits. Explained.Introducing the theory of ABS system, elaborating its history of development, current research;then, by analysis of ABS working principles and control methods, to form ABS specific model database;Using VC to realize the relative module function, to establish modeling for ABS control system; To achieve the abstraction of the controller module, solenoid valve and brake system module, vehicle motion simulation module, and to achieve inter change of simulation modules, and aleatoric combination of different modules based on the control principle of ABS.关键词：ABS 系统、组成、原理、控制电路 ABS，模型库，建模 武汉工程职业技术学院毕业论文Page 4第一章、概述二三十年代ABS 系统的发展可以追溯到上世纪初期，早在 1928 年制动防抱理论就被提出，在 30 年代机械式制动防抱系统就开始在火车和飞机上获得应用，博世（BOSCH）公司在 1936 年第一个获得了用电磁式车轮转速传感器获取车轮转速的制动防抱系统的专利权。五 十 年 代进 入 50 年 代 ， 汽 车 制 动 防 抱 系 统 开 始 受 到 较 为 广 泛 的 关 注 。 福 特 （ FORD） 公 司曾 于 1954 年 将 飞 机 的 制 动 防 抱 系 统 移 置 在 林 肯 （ LINCOIN） 轿 车 上 ， 凯 尔 塞 海 伊斯 （ KELSEHAYES） 公 司 在 1957 年 对 称 为 “AUTOMATIC”的 制 动 防 抱 系 统 进 行 了 试 验 研究 ， 研 究 结 果 表 明 制 动 防 抱 系 统 确 实 可 以 在 制 动 过 程 中 防 止 汽 车 失 去 方 向 控 制 ， 并 且能 够 缩 短 制 动 距 离 ； 克 莱 斯 勒 （ CHRYSLER） 公 司 在 这 一 时 期 也 对 称 为“SKIDCONTROL”的 制 动 防 抱 系 统 进 行 了 试 验 研 究 。 由 于 这 一 时 期 的 各 种 制 动 防 抱 系 统采 用 的 都 是 机 械 式 车 轮 转 速 传 感 器 的 机 械 式 制 动 压 力 调 节 装 置 ， 因 此 ， 获 取 的 车 轮 转速 信 号 不 够 精 确 ， 制 动 压 力 调 节 的 适 时 性 和 精 确 性 也 难 于 保 证 ， 控 制 效 果 并 不 理 想 。 六 十 年 代随 着 电 子 技 术 的 发 展 ， 电 子 控 制 制 动 防 抱 系 统 的 发 展 成 为 可 能 。 1964 年 （ 也 是集 成 电 路 诞 生 的 一 年 ） Bosch 公 司 再 度 开 始 ABS 的 研 发 计 划 ， 最 后 有 了 “通 过 电 子 装置 控 制 来 防 止 车 轮 抱 死 是 可 行 的 ”结 论 ， 这 是 ABS（ Antilock Braking System） 名词 在 历 史 上 第 一 次 出 现 ！ 世 界 上 第 一 具 ABS 原 型 机 于 1966 年 出 现 ， 向 世 人 证 明 “缩武汉工程职业技术学院毕业论文Page 5短 刹 车 距 离 ”并 非 不 可 能 完 成 的 任 务 。 因 为 投 入 的 资 金 过 于 庞 大 ， ABS 初 期 的 应 用 仅限 于 铁 路 车 辆 或 航 空 器 。 在 60 年 代 后 期 ， 一 些 电 子 控 制 的 制 动 防 抱 系 统 开 始 进 入产 品 化 阶 段 。 凯 尔 塞 海 伊 斯 公 司 在 1968 年 研 制 生 产 了 称 为 “SURETRACK”两 轮 制动 防 抱 系 统 ， 该 系 统 由 电 子 控 制 装 置 根 据 电 磁 式 转 速 传 感 器 输 入 的 后 轮 转 速 信 号 ， 对制 动 过 程 中 后 轮 的 运 动 状 态 进 行 判 定 ， 通 过 控 制 由 真 空 驱 动 的 制 动 压 力 调 节 装 置 对 后制 动 轮 缸 的 制 动 压 力 进 行 调 节 ， 并 在 1969 年 被 福 特 公 司 装 备 在 雷 鸟（ THUNDERBIRD） 和 大 陆 马 克 III（ CONTINENTALMKIII） 轿 车 上 。 七 十 年 代Teldix GmbH 公 司 从 1970 年 和 奔 驰 车 厂 合 作 开 发 出 第 一 具 用 于 道 路 车 辆 的 原 型 机ABS 1， 该 系 统 已 具 备 量 产 基 础 ， 但 可 靠 性 不 足 ， 而 且 控 制 单 元 内 的 组 件 超 过1000 个 ， 不 但 成 本 过 高 也 很 容 易 发 生 故 障 。 克 莱 斯 勒 公 司 与 本 迪 克 斯 （ BENDIX）公 司 合 作 研 制 的 称 为 “SURE-TRACK”的 能 防 止 4 个 车 轮 被 制 动 抱 死 的 系 统 ， 在 1971年 开 始 装 备 帝 国 （ IMPERIAL） 轿 车 ， 其 结 构 原 理 与 凯 尔 塞 海 伊 斯 的 “SURE-TRACK”基 本 相 同 ， 两 者 不 同 之 处 ， 只 是 在 于 两 个 还 是 四 个 车 轮 有 防 抱 制 动 。 别 克（ BUICK） 公 司 在 1971 年 研 制 了 由 电 子 控 制 装 置 自 动 中 断 发 动 机 点 火 ， 以 减 小 发 动 机输 出 转 矩 ， 防 止 驱 动 车 轮 发 生 滑 转 的 驱 动 防 抱 转 系 统 . 1973 年 Bosch 公 司 购 得 50%的 Teldix GmbH 公 司 股 权 及 ABS 领 域 的 研 发 成 果 ， 瓦 布 科 （ WABCO） 公 司 与 奔 驰（ BENZ） 公 司 合 作 ， 在 1975 年 首 次 将 制 动 防 抱 系 统 装 备 在 气 压 制 动 的 载 货 汽 车 上 。这 一 年 AEG、 Teldix 与 Bosch 达 成 协 议 ， 将 ABS 系 统 的 开 发 计 划 完 全 委 托 Bosch 公司 整 合 执 行 。 “ABS 2”在 3 年 的 努 力 后 诞 生 ！ 有 别 于 ABS 1 采 用 模 拟 式 电 子 组 件 ， ABS 2 系 统 完 全 以 数 字 式 组 件 进 行 设 计 ， 不 但 控 制 单 元 内 组 件 数 目 从 1000 个 锐 减 到140 个 ， 而 且 有 造 价 降 低 、 可 靠 性 大 幅 提 升 与 运 算 速 度 明 显 加 快 的 三 大 优 势 。 两 家 德国 车 厂 奔 驰 与 宝 马 于 1978 年 底 决 定 将 ABS 2 这 项 高 科 技 系 统 装 置 在 S 级 及 7 系 列 车款 上 。 进 入 70 年 代 后 期 ， 数 字 式 电 子 技 术 和 大 规 模 集 成 电 路 的 迅 速 发 展 ， 为 ABS系 统 向 实 用 化 发 展 奠 定 了 技 术 基 础 。 博 世 公 司 在 1978 年 首 先 推 出 了 采 用 数 字 式 电 子控 制 装 置 的 制 动 防 泡 系 统 -博 世 ABS2， 并 且 装 置 在 奔 驰 轿 车 上 ， 由 此 揭 开 了 现 代ABS 系 统 发 展 的 序 幕 。 尽 管 博 世 ABS2 的 电 子 控 制 装 置 仍 然 是 由 分 离 元 件 组 成 的 控 制装 置 ， 但 由 于 数 字 式 电 子 控 制 装 置 与 模 拟 式 电 子 控 制 装 置 相 比 ， 其 反 应 速 度 、 控 制 精度 和 可 靠 性 都 显 著 提 高 ， 因 此 ， 博 世 ABS2 的 控 制 效 果 己 相 当 理 想 。 从 此 之 后 ， 欧 、美 、 日 的 许 多 制 动 器 专 业 公 司 和 汽 车 公 司 相 继 研 制 了 形 式 多 详 的 ABS 系 统 。 八 十 年 代1980 年 后 ， 电 脑 控 制 的 ABS 逐 渐 在 欧 洲 、 美 国 及 亚 洲 日 本 的 汽 车 上 迅 速 扩 大 。 武汉工程职业技术学院毕业论文Page 6但 是 在 诞 生 的 前 3 年 中 ， ABS 系 统 都 苦 于 成 本 过 于 高 昂 而 无 法 开 拓 市 场 。 从 1978 到1980 年 底 ， Bosch 公 司 总 共 才 售 出 24000 套 ABS 系 统 。 所 幸 第 二 年 即 成 长 到 76000套 。 受 到 市 场 上 的 正 面 响 应 ， Bosch 开 始 TCS 循 迹 控 制 系 统 的 研 发 计 划 。 1983 年 推出 的 ABS 2S 系 统 重 量 由 5.5 公 斤 减 轻 到 4.3 公 斤 ， 控 制 组 件 也 减 少 到 70 个 。 到 了1985 年 代 中 期 ， 全 球 新 出 厂 车 辆 安 装 ABS 系 统 的 比 例 首 次 超 过 1%， 通 用 车 厂 也 决 定把 ABS 列 为 旗 下 主 力 雪 佛 兰 车 系 的 标 准 配 备 。 1986 年 是 另 一 个 值 得 纪 念 的 年 份 ，除 了 Bosch 公 司 庆 祝 售 出 第 100 万 套 ABS 系 统 外 ， 更 重 要 的 是 Bosch 推 出 史 上 第 一具 供 民 用 车 使 用 的 TCS/ ASR 循 迹 控 制 系 统 。 TCS/ ASR 的 作 用 是 防 止 汽 车 起 步 与 加 速过 程 中 发 生 驱 动 轮 打 滑 ， 特 别 是 防 止 车 辆 过 弯 时 的 驱 动 轮 空 转 ， 并 将 打 滑 控 制 在 10%到20%范 围 内 。 由 于 ASR 是 通 过 调 整 驱 动 轮 的 扭 矩 来 控 制 ， 因 而 又 叫 驱 动 力 控 制 系 统 ，在 日 本 又 称 之 为 TRC 或 TRAC。 ASR 和 ABS 的 工 作 原 理 方 面 有 许 多 共 同 之 处 ， 两 者 合并 使 用 可 形 成 更 佳 效 果 ， 构 成 具 有 防 车 轮 抱 死 和 驱 动 轮 防 打 滑 控 制 (ABS /ASR)系 统 。这 套 系 统 主 要 由 轮 速 传 感 器 、 ABS/ ASR ECU 控 制 器 、 ABS 驱 动 器 、 ASR 驱 动 器 、 副 节气 门 控 制 器 和 主 、 副 节 气 门 位 置 传 感 器 等 组 成 。 在 汽 车 起 步 、 加 速 及 行 进 过 程 中 ， 引擎 ECU 根 据 轮 速 传 感 器 输 入 的 信 号 ， 当 判 定 驱 动 轮 的 打 滑 现 象 超 过 上 限 值 时 ， 就 进 入防 空 转 程 序 。 首 先 由 引 擎 ECU 降 低 副 节 气 门 以 减 少 进 油 量 ， 使 引 擎 动 力 输 出 扭 矩 减 小 。当 ECU 判 定 需 要 对 驱 动 轮 进 行 介 入 时 ， 会 将 信 号 传 送 到 ASR 驱 动 器 对 驱 动 轮 （ 一 般是 前 轮 ） 进 行 控 制 ， 以 防 止 驱 动 轮 打 滑 或 使 驱 动 轮 的 打 滑 保 持 在 安 全 范 围 内 。 第 一 款搭 载 ASR 系 统 的 新 车 型 在 1987 年 出 现 ， 奔 驰 S 级 再 度 成 为 历 史 的 创 造 者 。 随 着ABS 系 统 的 单 价 逐 渐 降 低 ， 搭 载 ABS 系 统 的 新 车 数 目 于 1988 年 突 破 了 爆 炸 性 成 长 的临 界 点 ， 开 始 飞 快 成 长 ， 当 年 Bosch 的 ABS 系 统 年 度 销 售 量 首 次 突 破 300 万 套 。 技术 上 的 突 破 让 Bosch 在 1989 年 推 出 的 ABS 2E 系 统 首 次 将 原 先 分 离 于 引 擎 室 （ 液 压 驱动 组 件 ） 与 中 控 台 （ 电 子 控 制 组 件 ） 内 ， 必 须 依 赖 复 杂 线 路 连 接 的 设 计 更 改 为 “两组 件 整 合 为 一 ”设 计 ！ ABS 2E 系 统 也 是 历 史 上 第 一 个 舍 弃 集 成 电 路 ， 改 以 一 个 8 k字 节 运 算 速 度 的 微 处 理 器 （ CPU） 负 责 所 有 控 制 工 作 的 ABS 系 统 ， 再 度 写 下 了 新 的 里程 碑 。 该 年 保 时 捷 车 厂 正 式 宣 布 全 车 系 都 已 安 装 了 ABS。 九 十 年 代1990 年代前半期 ABS 系统逐渐开始普及于量产车款。Bosch 在 1993 年推出 ABS 2E 的改良版：ABS 5.0 系统，除了体积更小、重量更轻外，ABS 5.0 装置了运算速度加倍（16 k 字节）的处理器，该公司也在同年年中庆祝售出第 1000 万套 ABS 系统。 到 1993 年，美国在轿车上安装 ABS 已达 46%， 延续过去 ABS 与 ASR 诞生时的惯例，奔驰 S 级还是首先使用 ESP 系统的车型（1995 年） 。4 年后奔驰公司就正式宣布全车系都将 ESP 列为标准配备。在此同时，Bosch 于 1998 及 2001 年推出的 ABS 5.7、ABS 8.0 系统仍精益求精，武汉工程职业技术学院毕业论文Page 7整套系统总重由 2.5 公斤降至 1.6 公斤，处理器的运算速度从 48 k 字节升级到 128 k 字节。 21 世 纪奔驰车厂主要竞争对手宝马与奥迪也于 2001 年也宣布全车系都将 ESP 列为标准配备。Bosch 车厂于 2003 年庆祝售出超过一亿套 ABS 系统及 1000 万套 ESP 系统，根据 ACEA（欧洲车辆制造协会）的调查，今天每一辆欧洲大陆境内所生产的新车都搭载了 ABS 系统，全世界也有超过 75%的新车拥有此项装置。 到目前为止，一些中高级豪华轿车，如西德的奔驰、宝马、雅迪、保时捷、欧宝等系列，英国的劳斯来斯、捷达、路华、宾利等系列，意大利的法拉利、的爱快、领先、快意等系列，法国的波尔舍系列，美国福特的TX3、30X、红彗星及克莱斯勒的帝王、纽约豪客、男爵、道奇、顺风等系列，日本的思域，凌志、豪华本田、奔跃、俊朗、淑女 300Z 等系列，均采用了先进的 ABS。 在一些顶级的公司中，已有本迪克斯、波许、摩根.戴维斯、海斯.凯尔西、苏麦汤姆、本田、日本无限等许多公司生产 ABS，它们中又有整体和非整体之分。预计随着轿车的迅速发展，将会有更多的厂家生产。第二章、ABS 组成及工作原理（一）ABS 的组成 现在汽车上普遍采用的 ABS 防抱死制动系统是以控制车轮的角减速度为对象，控制车轮的制动力，实现防抱死制动的。ABS 系统主要由传感器、电子控制装置和执行器三个部分组成。 图（1）1.前轮车速传感器 2.制动压力调节装置 3.ABS 电控单元 4.ABS 警告灯 5.后轮速度传感器 6.停车灯开关 7.制动主缸 8.比例分配阀 9.制动轮缸 10.蓄电池 11.点火开关武汉工程职业技术学院毕业论文Page 8ABS 系统能够防止车轮抱死，具有制动时方向稳定性好、制动时仍有转向能力、缩短制动距离等优点。桑塔纳 2000Gsi 型和捷达系列轿车采用的是美国 ITT 公司 MK20-型 ABS系统，是三通道的 ABS 调节回路，前轮单独调节，后轮则以两轮中地面附着系数低的一侧为依据统一调节。ABS 系统主要由 ABS 控制器 (包括电子控制单元、液压单元、液压泵等)、四个车轮转速传感器、ABS 故障警告灯、制动警告灯等组成，如图（2）所示。图（2） ABS 系统组件在车上的安装位置1-ABS 控制器 2-制动主缸和真空助力器 3-自诊断插 4-ABS 警告灯(K47) 5-制动警告灯(K118) 6-后轮转速传感器(G44/G46) 7-制动灯开关(F)） 8-前轮转速传感器（G45/G47）ABS 系统的基本工作原理是: 由装在车轮上的转速传感器采集 4 个车轮的转速信号，送到电子控制单元计算出每个车轮的转速，进而推算出车辆的减速度及车轮的滑移率。 ABS 电子控制单元根据计算出的参数，通过液压控制单元调节制动过程的制动压力，达到防止车轮抱死的目的。在 ABS 不起作用时，电子制动力分配系统仍可调节后轮制动力，保证后轮不会在先于前轮抱死，以保证车辆的安全。汽车在制动过程中， 车轮转速传感器不断把各个车轮的转速信号及时输送给 ABS 电子控制单元(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、各车轮速度和减速度，确定各车轮的滑移率。如果某个车轮的滑移率超过设定值，ABS ECU 就发出指令控制液压控制单元，使该车轮制动轮缸中的制动压力减小;如果某个车轮的滑移率还没达到设定值，ABS ECU 就控制液压单元，使该车轮的制动压力增大;如果某个车轮的滑移率接近于设定值时，ABS ECU 就控制液压控制单元，使该车轮制动压力保持一定。从而使各个车轮的滑移率保持在理想的 范围之内，防止 4武汉工程职业技术学院毕业论文Page 9个车轮完全抱死。在制动过程中，如果车轮没有抱死趋势，ABS 系统将不参与制动压力控制，此时制动过程与常规制动系统相同。如果 ABS 出现故障，电子控制单元将不再对液压单元进行控制，并将仪表板上的 ABS 故障警告灯点亮，向驾驶员发出警告信号，此时 ABS 不起作用，制动过程将与没有 ABS 的常规制动系统的工作相同（二）ABS 的调节过程 车轮制动压力调节的控