ABS齿圈和传感器的应用与研究.docx

ABS齿圈和传感器的应用与研究环保、安全、经济是当今汽车工业发展的三大主流趋势。在汽车普遍成为人们不可缺少的工作、生活工具的今天，汽车的安全性能优良与否不仅与车辆使用者的安全密切相关，也直接影响着其他交通工具使用者乃至行人的生命财产安全。采用先进的汽车主动安全技术，可以帮助驾驶员避免、纠正一些错误的、甚至危险的操作，或者克服原车辆系统中物理特性所决定的某些性能上的缺陷和减少事故数量和事故造成的损失。其中，提高、改善汽车的制动性能是提高车辆主动安全性能的最直接途径之一，而在这其中，汽车防抱死制动系统(ABS)的作用尤为突出。随着ABS系统在汽车工业中的应用越来越广泛，如何正确使用该系统是汽车设计人员不可回避的问题。而ABS系统的相关零部件在整车上的匹配设计对于整车厂的设计人员就显得日益重要，本文对ABS齿圈和传感器的匹配设计进行了总结，为整车厂的设计人员在齿圈和传感器设计时提供参考。并对ABS轮速传感器的工作原理作了一定的研究。1ABS的基本原理ABS汽车防抱死制动系统是在传统制动系统的基础上，采用先进的电子控制技术，在汽车制动过程中，使其自动调节车轮制动力，防止车轮抱死以取得最佳的制动效能的一种机电一体化设备。正常情况下，司机在紧急制动时通常会将制动踏板一踩到底，施加上全制动。采用常规制动系统的车辆在全制动状态下，车轮通常会处于抱死状态，即车轮不再滚动，而是使其在路面上拖滑，这样会导致很多交通事故和危险状况的发生。对于四轮车辆，如果前轮抱死，会使车辆失去转向控制能力；如果后轮抱死，会使车辆的制动稳定性变差，车辆会出现跑偏、侧滑、甩尾等危险驾驶情况。ABS汽车防抱死制动系统的引入，使汽车在制动过程中车轮处于非抱死状态，从而能充分利用路面与轮胎之间的最大附着力，不仅可以防止制动过程中后轮抱死而导致车辆甩尾、侧滑，大大提高在制动过程中的方向稳定性，同时还可以防止前轮抱死而丧失转向控制能力，提高汽车躲避车辆前方障碍物的操纵性和弯道制动时的轨迹保持能力，而且一般情况下能缩短制动距离，使制动系统的效能得到充分发挥。2ABS系统的工作过程ABS系统主要由电子控制单元、传感器和液压调节器(电磁阀)三个主要部分组成。汽车制动过程中，ABS系统通过传感器采集到的汽车轮速信号来计算、判断车轮的滑移状态，电子控制单元通过相应的控制算法操纵电磁阀的通断来实现对轮缸的减压、增压、保压控制，使滑移率控制在理想范围。当电子控制单元检测到车轮有抱死的倾向时，电子控制单元通过控制制动系统，减小制动压力；当轮速恢复并且地面摩擦力有减小趋势时，电子控制单元又通过控制制动系统，增加制动压力。这样使车轮一直处于最佳的滑移率附近，可以最有效地利用地面附着力，得到最佳的制动距离和制动稳定性能，防止车轮抱死。ABS系统能实时控制作用于车轮上的制动力矩，令滑移率一直保持在最理想的范围内，使车辆得到较大的侧向力和最大制动力，从而保证汽车稳定的制动。3ABS齿圈设计参数的匹配方法与安装ABS齿圈安装在汽车轮毂上，随着车轮的旋转而转动，使ABS传感器内产生交流电并传输到电子控制器，电子控制器从交流电变化的频率计算出车轮的速度。3.1ABS齿圈材料及尺寸ABS齿圈材料一般使用铁磁性材料，如45号钢、35号钢；ABS齿圈表面保护一般采用镀铬或镀锌；3.2ABS齿圈齿数ABS齿圈齿数目前主要有三种：80、100和120，根据汽车轮胎周长的不同应用于不同的车型。80齿主要用于轴荷较小的挂车和轻型载货汽车；100齿主要用于客车、挂车以及中、重型载货汽车；120齿主要用于特殊用途的大轮胎车辆，如露天挖掘车、起重机和自卸车等。在选择ABS齿圈齿数时，轮胎动态周长齿数的比值应为27.436.8mm齿。可按照参数或轮胎型号来确定轮胎的动态周长，然后根据适用范围选择合适的ABS齿圈齿数。如对于100齿的齿圈，其对应轮胎的动态周长范围应是27403680mm，同时根据后桥轮胎滚动周长和前桥轮胎滚动周长的适用范围来确定齿圈齿数是否符合系统要求。由于车辆的参考速度是由对角线车轮速度决定的，因此，前桥与后桥齿圈与轮胎周长之间的关系应相同或在一定的公差范围内。在前后轴以及第三轴之间的轮胎的允许的最大偏差为14。对100个齿数的齿圈，如果轴间偏差在14的公差内，轮胎周长在27403680mm范围内是可以接受的。如果用较小的轮胎，也可以用80个齿的齿圈，但此时允许的轮胎周长范围发生了变化。如果前轴和后轴有不同的齿圈齿数或轮胎大小，任何一种结合不能超出公差范围。3.3齿圈的安装(1)配合公差齿圈装在轮毂上，与轮毂为过盈配合，推荐配合公差为H8/s7。(2)装配公差齿圈安装后齿顶轴向(径向)跳动偏差不超过0.2mm，相邻齿的高度偏差不超过0.04mm。(3)安装方法可采用加热装配，将ABS齿圈充分加热到180200，保温510min，将齿圈与轮毂装配。装配时不能用金属物体敲击齿圈。也可以采用压装方法，用专用工装在压床上沿整个环均匀施力，直到齿圈接触到轮毂平台。为便于压装可对ABS齿圈适当加热。4ABS传感器在整车上的匹配设计与安装ABS传感器类似用磁体、铁心和线圈的组成，环绕线圈的磁力线被旋转运动的齿圈切割产生交流电压，频率和车轮速度成比例；即当齿圈随车轮一起旋转时，传感器与齿圈的相对运动，切割磁力线产生与轮速相应的感应电压，通过传感器导线传送到电子控制器。4.1传感器的阻值和适用的温度在选择轮速传感器时，传感器阻值应为1150左右(室温20)。4.2传感器的安装和固定ABS传感器通过WABCO夹紧衬套装入夹持体，安装在车桥上，夹持体厚度一般在2938mm之间。其中夹紧衬套的要求如下：(1)夹紧衬套的功能夹紧衬套包含4个弹簧单元，分别在4个不同的位置，当把传感器、夹紧衬套推进夹持体中后，在传感器和夹持体之间就产生一个力，这个力使传感器在夹持体套中摩擦锁紧。由于轮子轴承的间隙和其它公差的存在，当出现任何位移，尤其是在车辆转弯时，传感器可以自动地调整。当齿圈与传感器产生摩擦时，传感器同样可以移动。(2)尺寸公差和性能参数此夹紧衬套在圆柱衬套中通过规定的摩擦力来夹紧ABS传感器。夹紧力为120N。(3)夹紧衬套的安装夹紧衬套是开口型的，安装时用拇指推进，直到与安装平面接触，或用带平面的工具推进去，不能用锤子或简单的工具砸。衬套在装配前要涂WABCO专用润滑脂。固定传感器夹紧衬套的安装孔，通常位于制动底板或转向节上。其中传感器中心线和齿圈外径的距离3.5；齿圈与夹持体的距离1，其推荐值为3；传感器的轴向垂直于齿圈的径向最大偏差角度为2.5；在安装孔内传感器的径向运动并不关键，也就是说传感器可以在衬套内旋转，以便适应导线的布置方向。通常情况下，传感器在后轴的安装需要一个特殊的焊在轴上的夹持体，这个夹持体应装在轴的静止部分，并应有足够的刚性以减少振动的影响。这种振动以两种方式影响传感器的性能：轴向振动会影响传感器与齿圈之间的间隙；而径向振动会在齿圈相对传感器的旋转中产生一个扭转的信号。尺寸公差要求与前轴传感器相同。5ABS传感器工作原理分析车速传感器又称测速雷达，用于检测车辆行驶速度，一般用在以车轮滑移率为控制参数的ABS系统中。与轮速传感器相同，车速传感器也是一种交流信号发生器，能产生交流电信号，该信号可以是磁电式交流信号，也可以是霍尔式数字信号或是光电式数字信号。车速传感器将检测到的车速，以交流信号的形式输送到电子控制器内，电子控制器则利用这个输入信号来控制车辆制动力；该信号同时还可控制发动机怠速，自动变速器的变扭器锁止，自动变速器换档等。车速传感器通常安装在轮盘内侧或前轴上，其信号线通常装在屏蔽的外套内，这是为了消除有高压电火线及车载电话或其它电子设备产生的电磁及射频干扰，用于保证电子通讯不产生中断，防止造成驾驶性能变差或其它问题。在汽车上磁电式及光电式传感器是应用最多的两种车速传感器。目前，亚洲地区的各种汽车较广泛地采用磁电式传感器来进行车速、曲轴转角和凸轮轴转角的控制。磁电式车速传感器通常由带两个接线柱的磁芯及线圈组成。这两个线圈接线柱是传感器输出的端子，当由铁质材料制成的环状翼轮(有时