大众汽车制动系统

5.大众汽车制动系统学习目标知识目标：（1）了解制动系统的基本物理原理；（2）掌握液压制动系统的类型、组成与工作原理；（3）熟悉气压制动系统的组成与工作原理；（4）掌握手动驻车制动系统的组成与工作原理；（5）熟悉电子驻车制动系统的组成与工作原理；（6）掌握防抱死制动系统的组成与工作原理；（7）掌握电子稳定制动系统的组成与工作原理。能力目标：（1）能独立完成基本制动系统维护保养工作；（2）熟悉制动系统常见故障现象；（3）能独立完成制动系统的故障诊断。5.1制动系统概述5.2基本制动系统5.2.1液压制动系概述 在大众汽车的制动系统中，主要采用液压制动系，气压式、电磁式基本制动系统很少运用。1.液压原理帕斯卡液压原理：“加在密闭液体任何一部分上的压强，必然按照其原来的大小由液体向各个方向传递。”压强乘以作用面积就是该面积上所受的压力。据此以及液体的不可压缩性我们可以知道，液压系统可以用来增大或减小力或运动。液压制动系统是一个利用液体在部件之间传递力或运动的系统。液压制动系统使用制动液作为介质，使总泵中的产生的液力通过制动路管路传送给各个轮缸，从而将制动踏板的力经过放大传给各车轮制动器总成，作用在制动蹄片上产生制动力。为了更好地理解液压制动系统，我们先了解液压基本原理。如果将两个同样直径的油缸用一个管子连通并充满油液，当踩压其中一个活塞时，油液会将力和运动传给另一个活塞，使它以同样的力移过相等的距离（如图5-9中间分泵）。这是由于液体不能压缩并且油缸直径相同，等量的油液从一个缸移到另一缸。如果使用的活塞尺寸不同，传送的运动和力就可以增大或减小。小活塞推动大活塞时，大活塞上的力会增大，但移动距离会减小（下面分泵），如图5-9所示。相反，大活塞推动小活塞时，则刚好相反（上面分泵），如图5-9所示。小活塞上的力将会减小，但移动的距离增加。同其它型式的制动系统相比，液压系统有以下优点：图5-9液压基本原理示意图1）可以通过小小的软管和钢管（有些也有柔性）将高压油送到制动系统的各处；2）在液压系统的制动踏板处，驾驶人只需使用比较小的力就可以产生足够的停车制动力。注意：如液压系统中有气体，受到压力时气体会压缩。这将降低系统传递力和运动的能力。如果空气较多，系统甚至会无法工作，因此必须排除系统中的空气。2.液压制动系统类型液压制动系统可分为单回路和双回路两种类型。单回路液压系统中，压力损失导致制动能力的完全丧失。出于安全目的，在当今汽车上基本都采用有两个独立的液压回路的系统。双独立液压制动系统的出现，使制动系统更安全，液压系统传递并放大踏板上制动力，能有效的制动，而且当某个液压回路有液压损失时，汽车还能继续维持部分制动。有两种类型的双液压回路：前后分布式（H型）和对角分布式（X型）。1）前后分布式液压制动系统前后分布式液压制动系统，如图5-10所示，从制动总泵的一个出口直接通向两后轮制动器的回路；而另外一个出口通向两前轮制动器回路。在这种前后分布式液压制动系统中，前轮制动系统执行大部分的制动效能，后轮制动系统则承担较小部分的制动效能。若前轮液压制动系统出现故障，则汽车只能有小于50％的制动效能。图5-10前后分布式液压制动系统示意图2）对角分布式液压制动系统在对角分布式液压制动系统中，制动管路对角分布，一个出口连接左前和右后制动器回路中，另外一个出口则连接右前和左后制动器回路中，如图5-11所示。在制动过程中，若一个对角回路出现故障，不管是哪个回路，整车仍有50％的制动效能。图5-11对角分布式液压制动系统示意图3.液压制动系统工作过程驾驶人踩下制动踏板，制动总泵中储油箱中的油液通过总泵工作腔，由两个出油口流出制动总泵，如图5-12所示。图5-12液压制动系统工作过程示意图制动总泵将制动液压力，通过两个独立的回路流向每一个车轮制动器的分泵，依据车辆上不同的应用情况，有些车采用计量阀、比例阀或者组合阀调整流向前轮和后轮的制动液流量，即调整制动液压力，如图5-13所示。图5-13计量阀、比例阀等安装位置示意图制动油液以适当的压力提供给制动分泵，油液的压力使车轮制动蹄片压紧在制动鼓（或盘）上产生制动作用，车辆减速或停止行驶。5.2.2液压制动系基本组成液压制动系主要零部件有：制动总泵（主缸）、制动分泵（轮缸）和车轮制动器、制动助力器、制动力调节装置以及制动管道等，如图5-14所示。图5-14液压制动系基本组成1.制动踏板制动踏板与制动总泵相连，是制动系统中的第一个零部件。当驾驶人踩下制动踏板时，作用力以机械的方式传送到踏板连杆。制动踏板总成起一个杠杆臂的作用，向制动总泵活塞施加放大的作用力。当驾驶人踩下踏板时，制动灯开关将后制动灯点亮，同时总泵活塞移动。因为制动液不能压缩，以液压力的形式传给整个制动系统各个制动分泵，使制动分泵推动制动器中的摩擦片紧压在制动鼓或盘上，产生制动作用。在一些大型车辆上，制动踏板是穿过地板安装在车架上的，如图5-15所示。大多数中、小型车辆都采用吊悬式的制动踏板，踏板安装在一个支座上，而支座被固定在座舱内隔板的内侧，如图5-16所示。图5-14地板式制动踏板示意图图5-15吊悬式制动踏板示意图2.制动总泵（主缸）制动总泵是用于把来自于制动踏板和助力器的机械作用力变换为液压作用力，此作用力推动被压缩的油液通过制动系统流到各个车轮上。主缸为汽车的两个回路提供压力。这是一种不寻常的设备，在同一主缸中使用两个活塞，从而使主缸获得故障保护，如图5-16所示。图5-16双腔式制动总泵实物图1）双腔式制动总泵的结构双腔式制动总泵由前和后储油箱、工作腔、前活塞和后活塞、两个回位弹簧、压杆等组成。储油箱在总泵顶部，里面装有一定量的制动液。储油箱的盖设有通气孔，防止液位下降造成真空，影响制动液的流动。储油箱由一块隔板分成前、后两部分，保证由于一个油路泄漏发生故障时，另一个油路仍能保持一定的制动作用来停住车辆。密封垫可随着储油箱中液位变化上下移动，用来补偿由油液温度变化而引起的制动油液容积的变化。制动液面传感器安装在储油箱上，当储油箱里的油液面低于最低液面以下时，它就会用制动警示灯向驾驶人发出警告。 总泵壳体内有一个工作腔，有两组回位弹簧、活塞和皮碗，一前一后装在工作腔里。在储油箱和工作腔之间钻有两个孔（补偿孔与进油孔）。双腔总泵的两个活塞，一前一后装在工作腔里。踩制动踏板时，两个活塞都被推动，各从不同的储油箱取液，并各自使两个回路的制动分泵动作。2）双腔式制动总泵的工作过程（1）不踩制动踏板时如图5-17所示，1号和2号活塞的活塞皮碗定位在进油孔口与补偿孔口之间，总泵与储油箱之间形成一个通道。由2号回位弹簧力把2号活塞推向右边，由一个止动螺栓限位。1号回位弹簧力作用在1号和2号活塞之间，由于1号回位弹簧力较小，只能使1号活塞回位到右边，而不能推动2号活塞向前移动。图5-17不踩制动踏板时双腔制动总泵示意图（2）踩下制动踏板时如图5-18所示，1号活塞推动皮碗前移封闭补偿孔，后腔液压力升高。该液压力通过出油口作用在后轮制动管路（或右前和左后制动管路），同时此液压力推动2号活塞前移。图5-18踩下制动踏板时双腔制动总泵示意图2号活塞也是推动皮碗前移封闭补偿孔，前腔压力也随之提高，前腔液压力通过出油口作用在前轮制动管路（或左前和右后制动管路）。当继续踩下制动踏板时，前、后工作腔的液压力继续升高，使前、后轮制动器制动。（3）松开制动踏板时由液压力和回位弹簧力把活塞迅速返回到原位上，制动管路中的高压制动液流回制动总泵，解除制动，如图5-19（2）所示。当迅速松开制动踏板时，活塞迅速复位。由于制动油液的粘性和管路阻力的影响，制动液不能及时流回总泵，总泵内部的液压力会暂时下降（形成真空）。此时，贮油箱里的制动液通过进油口从活塞顶部上的一些小孔流入总泵工作腔，这时若再次迅速踩下制动踏板，会明显感觉踏板抬高了，如图5-19（1）所示。图5-19松开制动踏板时双腔制动总泵示意图活塞返回原位后，从制动分泵渐渐返回到总泵的制动液充满工作腔后，通过补偿孔流回储油箱。补偿孔还吸收由于温度变化而可能在工作腔内发生的制动液容积变化，防止了在不使用制动器时出现的液压力升高的现象。（4）一个制动管路发生泄漏时若与后腔连接的制动管路损坏而泄漏时，则在踩下制动踏板时，1号活塞前移，因后工作腔不能建立液压力，而不能推动2号活塞。但在后腔1号活塞压缩回位弹簧直接抵触并推动2号活塞前移时，总泵前腔建立了液压力，使之与前腔连接的两制动器产生制动作用，如图5-20所示。图5-20后腔泄漏时双腔制动总泵示意图若与前腔连接的制动管路损坏而泄漏时，则在踩下制动踏板时，1号活塞前移，后工作腔建立的液压力推动2号活塞前移。因为液压力不在前工作腔产生，2号活塞迅速前移直到顶到总泵前端为止，这时后工作腔才能建立起较高的制动液压力，使之与后腔连接的两制动器产生制动作用，如图5-21所示。图5-21前腔泄漏时双腔制动总泵示意图3.制动分泵和车轮制动器1）盘式制动器盘式制动器主要零部件有：制动盘、卡钳（包括制动分泵）、刹车片等，如图5-22所示。图5-22盘式制动器及制动分泵示意图（1）制动盘制动盘是盘式制动系统中的旋转部件，它与刹车片摩擦材料接触。制动时，在制动盘和刹车片之间的摩擦力使车轮停止转动。制动盘由铸铁或复合材料制成，主要有轮毂及制动盘。轮毂通过轴承支承在支架上，用以安装车轮；制动盘面两侧加工出摩擦面。安装车轮的制动盘侧被称为外侧，它由车轮防护着。朝着车辆中心的一侧称为内侧，由金属防溅板防护着。制动面的尺寸根据制动盘的直径来决定。车辆越大，制动盘越大，相应地，需要更大的摩擦力来减缓车速和停止汽车。图5-23交叉钻孔式制动盘（2）卡钳卡钳把由制动总泵通过制动管道和软管传递来的液压力变换为机械作用力，推动刹车片挤压在制动盘上。盘式制动器卡钳有两种形式：固定钳式和浮动钳式或滑动钳式，如图5-26所示。图5-24固定式和浮动式卡钳①固定式卡钳固定式卡钳是用螺栓固定在其支承件上的，当实施制动时并不移动。在钳体内制动盘的内、外两侧有两组活塞。刹车片是用定位销安装，如图5-27所示。图5-25固定式卡钳结构组成固定钳式制动器实施制动时，液压力使活塞向制动盘移动。使刹车片与制动盘接触，在刹车片和制动盘之间产生摩擦力使车轮停止转动。为了使各个活塞能在相同的时刻对制动盘施加同样的作用力，卡钳必须被精确地安装在制动盘中心面的上方，保证各个活塞移动相同的距离到达制动盘，如图5-26所示。图5-26固定式卡钳安装要求②浮动式卡钳浮动式卡钳和滑动式卡钳是非常相似的，它们都使用一个位于卡钳内，制动盘内侧的活塞，如图5-27所示。制动盘内侧的刹车片是附于活塞上的，而制动盘外侧的刹车片是固定在卡钳壳体上的。图5-27浮动式卡钳和滑动式卡钳结构组成实施制动时，液压力使活塞伸出，推动刹车片，刹车片压向制动盘的内侧表面。制动盘反作用于活塞上的压力使卡钳沿着导轨向内侧移动。卡钳的移动对外侧的刹车片施加了压力，使得刹车片压向制动盘外侧表面上。于是两侧的刹车片都压向制动盘的表面，逐渐增大的制动摩擦力使车轮停止转动。（3）刹车片刹车片位于卡钳和制动盘之间。当被挤压在制动盘上时，刹车片产生摩擦力，使车辆停止行驶。刹车片是由表面带摩擦材料的钢板制成。它位于盘式制动器的制动盘两侧，卡钳的内侧。踩下制动后，刹车片被迫压紧在制动盘的表面。依靠摩擦力制动汽车。用于刹车片和制动蹄的摩擦材料有不同类型。摩擦材料选择主要依据有：摩擦面积、表面粗糙度、磨损率、安全隐患等。刹车片所选用的摩擦材料一般来说比制动蹄的摩擦材料硬，这是因为刹车片的接触面小，需要承受更大的压力。刹车片的边缘通常是斜面倒角结构，这是为了减小制动时的尖叫声，如图5-28所示。图5-28刹车片边缘的倒角结构2）鼓式制动器鼓式制动器过去用于汽车的所有车轮，在当今的小型车辆上，鼓式制动器通常用于后轮，如图5-29所示。图5-29盘式、鼓式制动器在车上的布置鼓式制动器的优点：可以与简单的驻车制动机构结合在一起；比盘式制动器的噪音要小；可以实现自增力，当制动蹄一端与鼓接触后，就能像杠杆作用一样促使制动力的自动增加。鼓式制动器的缺点：散热性能差；抗衰变能力较低；有很大的侧滑和制动咬死的倾向；并且需要有专门的连接杆件才能进行制动器间隙的自动调整。鼓式制动器的主要零部件有：制动蹄、制动鼓、制动分泵（轮缸）、制动器底板、调整器、复位弹簧和压紧弹簧等，如图5-30所示。图5-30鼓式制动器的结构组成制动蹄和回位弹簧位于固定的制动器底板上，在实施制动之前，回位弹簧使制动蹄脱离制动鼓。制动时，总泵传送到分泵的制动液压力使制动蹄片张开压紧在旋转的制动鼓上，制动蹄片与鼓之间产生的摩擦力使制动鼓减速，安装在制动鼓上的车轮随着减速直至停止转动。当解除制动时，分泵上的制动液压力消失，回位弹簧力拉动制动蹄片离开制动鼓内表面返回原位。由于制动蹄片被制动鼓包围，很难将产生的热量散发掉，因此鼓式制动器抗热衰退性较差。（1）制动蹄当把制动液压力施加到分泵（轮缸）上时，分泵活塞推动两侧的制动蹄片至制动鼓内圆表面，如图5-31所示。在左、右蹄片上产生不同的摩擦力。图5-31鼓式制动器的领、从蹄作用示意图摩擦力会使左制动蹄的蹄片沿旋转方向贴紧制动鼓；相反，右制动蹄的蹄片受到旋转制动鼓的排斥。因贴紧制动鼓而增加制动蹄摩擦力作用称为增势作用，具有增势作用的制动蹄片叫做领蹄；因受制动鼓排斥而减小制动蹄摩擦力作用称为减势作用，具有减势作用的制动蹄片叫做从蹄。制动时，分泵分别作用给前、后制动蹄一个相等的力，使制动蹄绕下端支承销转动，分别压向制动鼓。前蹄摩擦力绕支承销产生的力矩与该蹄张开力绕支承销产生的力矩同向，使前蹄对制动鼓的压紧力增大，产生增势作用，称为领蹄。后蹄摩擦力有使后蹄离开制动鼓的趋向，使制动蹄对制动鼓的压紧力减小，产生减势作用，称为从蹄。一般增势蹄的制动力矩约为减势蹄的制动力矩的2～2.5倍。制动蹄对制动鼓施加的法向力不相等，其差值使轮毂轴承承受附加载荷，所以领从蹄鼓式制动器又称为简单非平衡式制动器。汽车倒车时，由于制动鼓的倒转，使得后蹄产生增势作用，前蹄形成减势作用，因而汽车前进和倒车的制动力相同。（2）制动鼓制动鼓是鼓式制动器的旋转件，制动时它与制动蹄上的摩擦衬片相接触，产生摩擦力。制动鼓是由铸铁或者铸铁和钢的复合材料制成。由于制动过程中的磨损和发热等原因，摩擦面一定要是铁质的。实心铸铁制动鼓是个一体式铁铸体，具有非常好的摩擦特性。这种制动鼓加工容易，吸热和散热效果很好,但实心式铸铁鼓质量大，且易碎，过热易导致制动鼓破裂。钢与铁质制动鼓被称为复合制动鼓，制动鼓质量轻，而且制造价格便宜。然而，制动鼓吸热和散热的能力较弱，防制动衰变的能力较差，如图5-32所示。这种制动鼓常用于一些小型车的后轮制动器。图5-32钢与铁质制动鼓4.制动助力器制动助力器用来减轻驾驶人制动用力，协助踏板力共同推动总泵活塞，提高制动液压力。制动助力器有两种类型：真空助力器和液压助力器，如图5-34、5-33所示。液压助力器在大众汽车上很少采用。图5-33真空助力器图5-34液压助力器真空助力器是利用发动机进气管的真空（负压）与大气压之间的压差，来增加对制动总泵的输入作用力。可使驾驶人施加较小的制动踏板力，在总泵活塞上得到较大的推力。这种装置与总泵安装在一起，使制动较简单、紧凑，广泛用于小型汽车上，如图5-35所示。图5-35真空助力器与主缸形成一个整体在一些发动机真空不足的车辆上，如：柴油发动机、涡轮增压发动机等，采用单独的真空泵来供制动真空助力器使用。1）真空助力器的组成单腔式真空助力器主要零部件，如图5-36所示。图5-36真空助力器结构示意图①动力活塞：连接在膜片的中心处，把作用力从膜片传送到制动总泵。②反作用盘：把踏板的感觉反馈给驾驶人。③膜片：是个柔性可变形的盘，把大气压与真空分隔开。④空气阀柱塞：允许空气进入膜片后室。⑤真空控制口：控制膜片两侧的真空度，也称真空阀。⑥连杆：传送从制动踏板到主活塞的运动。⑦阀杆回位弹簧：制动踏板松开时，使阀杆返回初始位置。2）真空助力器工作原理不制动时，阀杆回位弹簧将连杆和空气阀活塞后推到极限位置，空气阀关闭，真空阀打开；空气不能进入助力器，膜片前、后室两侧相通，且都处于真空状态，参如图5-47。制动时，踩下制动踏板，连接踏板的连杆推动空气控制阀向前移动，空气控制阀关闭了膜片后室的真空口，并打开了大气口，允许空气进入后室。此时，膜片前室仍保持真空状态，前、后室的压力差使膜片和动力活塞向前移动，助力器推动总泵活塞将制动液送入分泵，获得较大的制动液压力。助力器的助力作用取决于膜片前、后室之间的压力差，如图5-37所示。图5-37真空助力器的在制动时制动踏板停在某一位置时，空气阀柱塞和推杆停在某个位置上；真空阀和空气阀同时关闭，膜片前、后室处于平衡状态，此时总泵和分泵中液压力保持不变，如图5-38所示。图5-38真空助力器处于平衡状态时松开踏板，在弹簧力作用下，控制阀活塞和总泵推杆一起后移到右边初始位置。在回位中，空气阀关闭，真空阀开启，助力器膜片前、后室又相通，解除助力作用。5.3驻车制动系统驻车制动装置是使汽车在路面包括斜坡上停驻时，为防止车辆滑行，以及汽车在坡道上起步时，用以防止车辆后退的装置"驻车制动装置有别于行车制动装置，它们各自有相互独立的操纵装置，驻车制动装置常采用手操纵机构，所以通常又称为手制动，但驻车制动装置既可以是手操纵也可以是脚操纵。一般小汽车和轻型卡车采用手操纵机构，而大型车辆则采用脚操纵的驻车制动踏板机构。5.3.1机械驻车制动装置的组成驻车制动装置包括驻车制动器和驻车操作机构两部分。1.驻车制动器驻车制动器按其作用部位分为两种类型，一种是制动传动轴的中央制动器，另一种是与行车制动器共用的车轮制动器，目前，多采用作用于后轮的驻车机构。驻车制动器按制动器的结构形式分为三种类型，分别是盘式、鼓式和带式三种。1）鼓式驻车制动器典型的鼓式驻车制动器是在驾驶人拉起操纵杆时工作的。拉索向前拉动驻车制动驱动臂，把驱动臂楔入领蹄和从蹄之间。使两个制动蹄移动顶住了制动鼓，如图5-39所示。图5-39鼓式驻车制动器2）盘式驻车制动器有些盘式制动器上使用了“盘中蹄”系统，即后制动盘的中心是个制动鼓。驾驶人拉动操纵杆。拉索拉动驱动臂使调整器推动两个制动蹄顶住了制动盘上的制动鼓。有些盘式制动器上使用了整体式驻车制动器。在驾驶人拉起手制动操纵杆后，拉索使卡钳活塞调整器螺钉转动伸出，实施制动，如图5-40所示。图5-40盘式驻车制动器2.操作机构驻车操作机构因其对可靠性的要求较高，一般都采用机械式的操作机构。驻车制动器的操作机构的形式，如图5-41所示：图5-41驻车制动器的操作机构1）杆式主要在轿车和商用车辆中使用。2）手柄式在一些商用车辆中使用。3）踏板式在一些轿车和高档车辆中使用，用踏板操作释放。5.3.2电子机械驻车制动系统1.概述电子机械驻车制动系统(EPB:ElectricalParkBrake)是指将行车过程中的临时性制动和停车后的长时性制动功能整合在一起，并且由电子控制方式实现停车制动的技术。电子机械驻车制动系统由装有行星减速机构和电机的左、右后制动钳和电控单元组成，该系统电控单元与整车控制器局域网(CAN)通讯，对左右后卡钳上的电机进行控制。当需要驻车制动时，EPB按钮被按下，按钮操作信号反馈给电控单元，由电控单元控制电机和行星减速齿轮机构工作，对左右后制动钳实施制动。常用的自动控制功能有两种。一种是系统在发动机熄火后，通过整车CAN与该系统电控单元联合控制电机，对左右后制动钳实施制动。另一种是坡度驶离，在坡上，车辆起步时，EPB电控单元控制左右后轮制动钳，使其自动松开，车辆自动驶离。大众汽车的电子机械驻车制动系统根据车速可将其制动模式分为两种。一种是静态制动模式(车速低于7Km/h)，在静态模式下，电子驻车制动系统的接通和断开为电控机械式的，控制的是两只后轮并且是使两后轮抱死。另一种是动态制动模式(车速高于7Km/h)，在动态制动模式下，是由电子驻车制动系统控制单元通过CAN数据总线控制ABS系统使车辆减速，也就是说，所有车轮的制动由液压控制并且具有防抱死功能。相比传统的手制动器，电控机械驻车制动具有很多优点，EPB与传统机械驻车制动相比较，见表5-2。表5-2 与传统机械驻车制动作比较传统手制动器电控机械驻车制动操作拉起手制动杆提起电控机械驻车制动按钮解除制动放下手制动杆按下电控机械驻车制动按钮坡道起步配合操作手制动器，油门踏板和离合器踏板当车辆起步时，电控机械驻车制动自动解除制动。停车-起步不断地拉起和放下手制动杆或踩下制动踏板。启动自动驻车功能后，车辆每次暂停时都可以自动驻车。1.电子机械驻车制动系统组成大众汽车电控驻车制动系统由ABS控制单元、电子驻车制动系统控制单元、离合器位置传感器、驻车制动按钮、自动驻车(AutoHold)按钮、后轮驻车制动执行器、系统工作指示灯以及故障指示灯等组成，如图5-42所示。图5-42电子机械驻车制动系统组成示意图 1）后轮制动执行器 如图5-43所示制动执行器是电控机械定位单元，并集成在后轮的制动钳上。借助一个电机、一套多级齿轮机构和一个丝杆传动装置，它们将“启动驻车制动”的指令转化为所需的力，从而使制动摩擦片与制动盘接触。图5-43后轮制动器构造示意图后轮制动器工作过程：如要进行驻车制动，电控机械驻车制动控制单元启动电机。电机通过皮带和斜盘式齿轮机构驱动丝杆。通过丝杆的旋转运动，止推螺母沿着丝杆螺纹向前移动。止推螺母与制动器活塞接触并按压制动摩擦片。制动摩擦片压到制动盘上，如图5-44所示。当发生上述情况后，朝向制动摩擦片的密封圈被挤压变形。此压力使得电机的电流升高。在整个制动过程中，电控机械驻车制动控制单元测量电机的电流。如果电流超过了某一特定值，控制单元切断通往电机的供给电流。当要解除驻车制动时，止推螺母就沿着丝杆自转旋回。制动器活塞释放压力。密封圈的复原而引起制动盘可能的失衡促使制动器活塞回退。制动摩擦片脱离制动盘。图5-44电控机械制动过程一旦发生动态紧急制动（当车辆在行驶时按下电控机械驻车制动按钮），制动管路的制动液压力升高，如图5-45所示。此压力促使制动器活塞按压制动摩擦片。制动摩擦片按压制动盘。当发生上述情况时，朝向制动摩擦片的密封圈被挤压变形。当完成制动操作后，制动液压力下降。制动器活塞释放压力。密封圈的复原而引起制动盘可能的失衡促使制动器活塞回退。制动摩擦片脱离制动盘。图5-45液压制动过程2）离合器位置传感器G476离合器位置传感器用卡箍固定在主缸上。该传感器监测离合器踏板的动作。离合器位置传感器的信号可用于：（1）起动发动机；（2）关闭巡航控制系统；（3）短暂地减少燃油喷射量，并在换档过程中防止发动机震动；（4）电控机械驻车制动的“动态起步辅助”功能。离合器位置传感器的结构如图5-46所示：主缸通过一个卡扣，安装在轴承支撑架上。当踩下离合器踏板时，推杆推动主缸的活塞。功能当踩下离合器踏板时，推杆头和推杆一起沿离合器位置传感器方向被推动。在活塞的最前端是一块永久磁铁。集成在离合器位置传感器极板中的是一排三个霍尔传感器。永久磁铁一经过霍尔传感器，电子机构就会向相应的控制单元发送信号。图5-46离合器踏板位置传感器结构示意图霍尔传感器1：是一个数字传感器。它将电压信号发送到发动机控制单元。该信号用于关闭巡航控制系统。霍尔传感器2：是一个模拟传感器。它将一个频宽可调脉冲信号（PWM信号）发送到电控机械驻车制动控制单元。这样就可监测到离合器踏板的准确位置，控制单元可在动态起步时计算出驻车制动的最佳解除时间点。霍尔传感器3：是一个数字传感器。它将电压信号发送到车载电网控制单元。控制单元监测是否踩下了离合器踏板。仅在踩下离合器踏板后，才可起动发动机（互锁功能）。3）电控机械驻车制动控制单元电控机械驻车制动的所有控制和诊断任务都由控制单元进行，如图5-47所示。电控机械驻车制动控制单元有两个处理器，并通过一条专用的CAN数据总线与ABS控制单元相联接。在电控机械驻车制动控制单元中集成了一个传感器单元。它由横向加速度传感器，纵向加速度传感器以及偏转率传感器组成。来自传感器单元的信号被应用于电控机械驻车制动和ESP控制功能。利用纵向加速度传感器信号来计算出倾斜角度。图5-47电子机械驻车制动控制单元4）电控机械驻车制动按钮通过使用电控机械驻车制动按钮来启动和关闭电控机械驻车制动，如图5-48所示。该按钮位于换档杆后中央通道的左侧。 图5-48电控驻车制动按钮 图5-49自动驻车按钮5）自动驻车按钮可使用自动驻车按钮来启动和关闭自动驻车功能。该按钮位于换档杆后中央通道左侧电控机械驻车按钮后。按钮实物如图5-49所示。6）指示灯组合仪表和相应按钮上的指示灯显示电控机械驻车制动的状态。（1）电控机械驻车制动指示灯 电控机械驻车制动指示灯位于电控机械驻车制动按钮上。当提起该按钮时，指示灯亮起，并启动驻车制动（2）制动系统指示灯 制动系统指示灯位于组合仪表上。当启动驻车制动时，该指示灯亮起。（3）电控机械驻车制动故障信号灯 电控机械驻车制动故障信号灯位于组合仪表上。如果制动系统发生故障，该信号灯亮起。（4）自动驻车指示灯 自动驻车指示灯位于自动驻车按钮上。当按下按钮时，指示灯亮起，并启动自动驻车功能。2.电子驻车制动系统的功能及工作过程大众汽车电子驻车制动系统具有下列4种功能。1）驻车制动功能，如图5-50所示。如需要驻车时按一下驻车制动开关即可。无论点火开关是否接通都可以接通电子驻车制动系统.只要车速低于7Km/h，短促向上拉动驻车制动开关即可实现驻车制动。在点火开关接通的情况下接通电子驻车制动系统，电子驻车制动系统指示灯及组合仪表中制动指示灯就会点亮；在点火开关断开的情况下接通电子驻车制动系统，两个指示灯只点亮大约30s，然后熄灭。如需要解除驻车制动，只有在点火开关接通的情况下才可以用以下两种方式断开电子驻车制动系统。（l）脚踩制动踏板，同时按下驻车制动开关。（2）当驾驶人系上安全带、关上车门并起动发动机后，挂入挡位(不论手动变速器还是自动变速器)、放松离合器踏板并踩下加速踏板使车辆起步时，电子驻车制动系统会自动断开。这时，电子驻车制动系统控制单元会根据车辆倾斜角度和发动机转矩，来计算出何时断开电子驻车制动系统。同时驻车制动开关和组合仪表中的制动指示灯熄灭。驻车制动功能工作流程如下：（1）驾驶人按下驻车制动开关把信号通过信号线输入电子驻车制动系统控制单元；（2）电子驻车制动系统控制单元通过专用CAN数据总线与ABS控制单元互通信息并确定车速低于7km/h。（3）电子驻车制动系统起动两个后车轮制动器制动电动机，电控机械式制动过程完成；（4）驾驶人再次按下驻车制动开关并同时踩动制动踏板，后轮驻车制动器松开或电子驻车制动系统控制单元满足一定条件后自动松开。图5-50驻车制动功能示意图2）坡道起步辅助功能，如图5-51所示。在电子驻车制动系统接通的情况下，坡道起步辅助功能可确保车辆在倾斜道路上起动时车轮不会向前或向后猛冲。只有在下列情况下，该功能才能起效:（1）侧车门关闭；（2）安全带已经系上；（3）发动机已经起动。电子驻车制动系统控制单元根据下列参数决定何时接通电子驻车制动系统:（1）车辆倾斜角度（由电子驻车制动控制单元中的纵向加速度传感器来获悉）；（2）发动机转矩；（3）加速踏板位置；（4）离合器操纵(在手动变速器车辆中，会分析离合器位传感器的信号)；（5）所期望的行驶方向（在自动变速器车辆中，通过选择的行驶方向来获悉，在手动变速器车辆中，则通过倒车灯开关来获悉)。坡道起步辅助功能工作流程如下：（l）车辆静止，接通电子驻车制动系统。驾驶人想要起动车辆，选择第l挡并且踩下加速踏板；（2）分析完所有参数（车辆倾斜角度、发动机转矩、加速踏板位里、离合器操纵或选择的前进挡)后，电子驻车制动系统控制单元计算出斜坡输出转矩；（3）如果车辆输入转矩大于由电子驻车制动系统控制单元计算出的斜坡输出转矩，电子驻车制动系统控制单元起动两个后车轮制动器制动电动机；（4）后车轮驻车制动器电控机械式制动解除。车辆起步，且起步过程中车轮不会向后滚动。图5-51坡道辅助起步功能示意图3）动态紧急制动功能。万一制动踏板失灵或锁住时，可以通过电子驻车制动统的动态紧急制动功能强行制动车辆。车辆行驶时，通过长按住驻车制动开关可以制动车辆，车速超过7Km/h时，通过建立液压制动压力，可以在所有4个车轮上实现动态紧急制动。ABS/ESP系统根据行驶状况调节制动过程。这样就确保了制动期间车辆的稳定性。如果成功制动且车辆静止后，必须解除驻车制动，这与“驻车制动功能”中解除驻车制动一致。动态紧急制动功能工作流程，如图5-52所示:（1）驾驶人按住驻车制动开关；（2）电子驻车制动系统控制单元通过专用CAN数据总线与ABS控制单元互通信息并获悉车速是否超过7Km/h；（3）ABS控制单元起动液压泵，并在液压管路中建立液压制动压力，液压管路与4个车轮制动器连接，车辆被制动；（4）如果松开驻车制动开关或操纵加速踏板，电子驻车制动系统控制单元将解除车辆驻车制动。图5-52动态紧急制动示意图4）自动驻车功能(AUTOHOLD)。AUTOHOLD功能是一个辅助功能，它在车辆静止和起步过程中(向前行驶或向后行驶时)辅助驾驶人驻车。只有当下列条件满足时，AUTOHOLD功能才可激活：（1）驾驶人侧车门关闭。（2）安全带已经系上并且发动机已经起动。（3）按下中控台上的AUTOHOLD功能开关。每次重新起动发动机时，都必须通过按AUTOHOLD开关来重新激活该功能。只要车辆停止，AUTOHOLD功能能够确保车辆自动驻车，即无需再踩住制动踏板，就能实施驻车。而当车辆再次起步时，AUTOHOLD功能则会根据发动机转矩，加速踏板位置，离合器操纵的信号自动解除驻车。这里所需要的制动压力是由ABS(带ESP功能)控制单元来控制的，车辆总是首先通过4个液压车轮制动器进行制动。如果汽车是由驾驶人踩制动踏板使其停止的，那么ABS控制回油的阀门会保持液压压力，使汽车驻车。如果汽车是滑行到一定程度后停止的，那么ABS控制系统里由液压泵来建立制动压力。3min后，车辆由ABS液压制动转入电控机械式制动。AUTOHOLD功能工作流程，如图5-53所示：（1）AUTOHOLD功能接通。车辆静止，并且通过4个车轮制动器液压制动。根据车辆倾斜度，ABS控制单元计算出必须的液压压力并进行调整。（2）3min后，制动方式由液压式转换成了电控机械式。ABS控制单元将计算出的制动转矩传递给电子驻车制动系统控制单元。（3）电子驻车制动系统控制单元起动两个后轮制动器制动电动机，使制动方式转为电控机械式，同时制动压力自动降低。（4）车辆需要起步时电子驻车制动系统控制单元会根据发动机转矩、加速踏板位置、离合器操纵的信号自动解除驻车。图5-533min后自动由液压式转换成电子机械式3.车辆检测模式1）启动对电控机械驻车制动进行功能检查，有必要在自动测试台上进行制动操作。车辆检测模式开始监测，当（1）打开点火开关；（2）关闭自动驻车功能；（3）前车轮没有移动，以介于2.5与9km/h之间的恒速驱动后车轮至少5秒钟。可以通过组合仪表上亮起的电控机械驻车制动故障信号灯K214来显示车辆检测模式启动。当按下电控机械驻车制动按钮时，制动力就会增加。电控机械驻车制动控制单元会改进驻车制动的应用。连续4次提起电控机械驻车制动按钮，可使制动器活塞移动一定的距离，以增加驻车制动所需的制动力。按下该按钮可解除电控机械驻车制动。2）关闭当满足下列条件时车辆检测模式被关闭：（1）前车轮以高于0km/h的速度被驱动。（2）后车轮以低于2.5km/h或高于9km/h的速度被驱动。（3）关闭点火开关。4.制动摩擦片间隙调整当车辆静止时，制动摩擦片间隙是周期性调整的。如果车辆行驶超过1000km后没有启动电控机械驻车制动，就会自动执行制动摩擦片间隙调整，如图5-54所示。为此，制动摩擦片从起始（零）位置按压住制动盘。电控机械驻车制动控制单元根据电控电机的电流来计算止推螺母的行程，随后根据该值来补偿制动摩擦片的磨损。图5-54摩擦制动片磨损的补偿5.制动摩擦片更换模式在没有启动电控机械驻车制动的情况下，对制动摩擦片进行更换。在专用诊断设备VAS5051的帮助下，完全打开电控机械驻车制动，同时止推螺母完全退回到丝杆的终端。在专用诊断设备VAS5051的帮助下，重新设定电控机械驻车制动。自动匹配制动摩擦片的新位置。5.4防抱死制动系统当汽车在高速行驶时，如果遇到危险，驾驶人员一般通过踩刹车进行紧急制动来躲避危险，制动时间和制动距离越短，制动效果就越好。熟练的驾驶人员能够根据轮胎的滑动状况逐步调整制动力，获得较好的制动效果；没有经验的驾驶人员通过最大化制动力来进行刹车，当制动力最大时，车轮容易发生抱死，此时,轮胎在路面滑动，汽车失去方向控制能力，另外，制动距离也很长，难以躲避危险。汽车防抱死制动系统（ABS，Anti-lockbrakingSystem）就是为了防止车轮抱死而开发的一种高技术汽车安全设备，它可以像经验丰富的驾驶人员一样，根据轮胎和路面之间的摩擦情况和车轮的运动状况自动进行制动力的调整，避免车轮在汽车制动过程中抱死而失去方向控制能力，实现最佳的制动效果,从而缩短汽车的制动距离，减少汽车制动时轮胎的磨损，从而延长轮胎的使用寿命。汽车ABS技术的核心是控制系统的设计，其制动性能的优劣依赖于所采用的控制方法，其中基于滑移率的控制方法是目前的主要控制方法，而参考车速估计方法和最佳滑移率估计方法是其中的关键技术。5.4.1防抱死制动系统的发展在二十世纪初，防抱死制动系统开始使用在火车机车上。后来，防抱死制动技术被喷气飞机采用了，因为在机场跑道上有水、冰或者雪时，飞机着陆时很难保持控制，需要利用计算机监控系统来分别控制三个轮子。因为汽车与喷气飞机在制动时遇到相同的问题，所以有了在汽车上使用防抱死制动系统的想法。在上个世纪三十年代，一家主要的汽车制造厂商开始开发汽车用的防抱死制动系统。因当时这项技术非常昂贵，所以只使用在重型货车和欧洲的豪华汽车上。直到上个世纪七十年代防抱死制动系统才开始普及。到了上个世纪八十年代中期，后轮防抱死制动系统开始用在一些轻型货车和SUV车上。目前，防抱死制动系统在大多数新型车辆上已经是标准配置了。这是一种很好的技术进步，因为对于驾驶人来说，靠个人的能力是不可能以很高的频率来踩制动踏板，使车轮能在不抱死的情况下保持最理想的受控制状态的。不使用防抱死制动系统时，驾驶人在一秒钟之内最多只能踩制动踏板一次来控制车辆制动。防抱死制动系统使用计算机系统，可以在一秒钟之内加压制动器达15次之多。防抱死制动系统还可以分别地控制前制动器和后制动器，这是人的能力所不可能做到的。所以，防抱死制动系统能够比驾驶人个人更有效地控制车辆制动。5.4.2防抱死制动系统的功能 在紧急制动过程中，为防止发生车轮抱死引起的侧滑甩尾和失去转向能力的现象，最有效的措施是反复踩下和释放制动踏板。但是，在紧急制动过程中，没有时间这样做。防抱死制动系统用计算机来测定制动过程中四个轮胎的制动情况，并能自动地调节制动器力的大小，帮助车辆减少停车制动距离（注意：在松软的雪地上，制动距离会有所增加），同时又能防止车辆产生滑移，如图5-55所示。使驾驶人对车辆有一个更好的控制，可以将注意力完全集中在汽车的操纵上。图5-55制动过程车辆状态图 ABS为驾驶人提供以下功能：1）在车轮打滑状态下，能增强方向稳定性控制；2）在紧急制动时，使汽车沿驾驶人操纵的方向行驶，增强方向控制；3）在紧急制动时，在尽可能短的距离内使汽车减速，增强制动作用。5.4.3ABS的控制方式及布置形式1.按ABS的控制方式汽车在行驶过程中，各车轮与路面之间的附着系数有时不一样，这可能是由于各轮胎充气压力相差较大、载荷分布很不均匀，或同一段路面的路面质量不一样所造成的。由于不同的附着系数使两边车轮的制动力不一样，从而产生偏转力矩引起制动跑偏。目前ABS采用的控制方式主要有低选控制和单独控制。1）低选控制当汽车前桥或后桥的左右两个车轮与地面之间的附着系数不一样时，附着系数较小的一侧车轮容易抱死，而只靠另一边车轮制动则整车制动力不足。为了不让车轮抱死，制动系统采用由路面附着系数小的一侧车轮的运动状态来控制制动力。该控制方式下，同轴的两个车轮有各自的车轮转速传感器，共用一个压力调节器和电子控制器的一条通道，其附着系数利用率比单独控制低。2）单独控制2.ABS的传感器布置形式和控制通道数量有时可以听到人们说2/2、4/3、4/4系统，其意义是，第一个数字为轮速传感器数目，第2个数字表示控制通道数，也称回路数。例如，“4/3”代表4个轮速传感器/3个控制通道，左、右前轮各一个控制通道，后桥左、右轮共用一个控制通道。1）四传感器四通道／四轮独立（或后轮选择）如今最流行和最有效的是四通道系统。过去，价格昂贵的四通道只装在豪华车上，现在广泛采用了。这种控制系统具有四个轮速传感器和四个控制通道，对各个车轮进行独立控制（后轮选择），如图5-56所示。图5-56四传感器四通道/四轮独立（或低选）控制通过各车轮轮速传感器的信号分别对各车轮制动压力进行单独控制。该种控制系统的制动距离和操纵性最好，但在不对称路面上制动时的方向稳定性较差，其原因是由于此时同一轴上左右车轮的制动力不同，使汽车产生较大的偏转力矩而产生制动跑偏。而后轮按低选方式控制，即以易抱死的车轮为标准，给两后轮施加相等的制动压力控制车轮转动。这种控制方式在汽车的高速行驶过程中可以防止后轮先抱死而有效地提高制动时方向稳定性。2）四传感器三通道／前轮独立—后轮低选该系统用于制动管路前后布置形式的后轮驱动汽车。由于采用四个轮速传感器，检测左、右后驱动轮的轮速，实现低选择对后轮进行控制。在制动过程中操纵性、稳定性较好，制动效能稍差，系统布置如图5-57所示。图5-57四传感器三通道/前轮独立-后轮低选3）三传感器三通道／前轮独立—后轮低选该系统用于制动管路前后布置后轮驱动的汽车，前轮各有一个轮速传感器，独立控制。而后轮轮速则由装于差速器上的一个测速传感器检测，按低选择的控制方式用一根制动管路对后轮进行制动控制，如图5-58所示。其性能与方式四传感器三通道相近。图5-58三传感器三通道/前轮独立-后轮低选5.4.5ABS系统的组成一般来说，带有ABS的汽车制动系统由基本制动系统和制动力调节系统两部分组成，前者是制动总泵、制动分泵和制动管路等构成的普通制动系统，用来实现汽车的常规制动；而后者是由传感器、控制器、执行器等组成的制动压力调节控制系统，在制动过程中用来确保车轮始终不抱死，车轮滑移率处于合理范围内。ABS的系统主要由传感器、控制单元和执行器组成，其相互关系如图5-59所示：图5-59ABS系统组成1.ABS系统的输入ABS系统的电控单元有各种的输入信号，控制单元运用内部的程序来处理这些输入信号然后输出控制指令。1）轮速传感器轮速传感器作用是检测车轮的速度，并将速度信号输入ABS的电控单元。目前ABS系统的轮速传感器主要有电磁式和霍尔式两种型式。（1）电磁感应式轮速传感器电磁式轮速传感器是一种通过磁通量的变化产生感应电压的装置，主要有感应头和齿圈两部分组成，齿圈一般安装在轮毂和轴座上，对于后轮驱动车辆齿圈也可安装在差速器或传动轴上。齿圈随轮毂或传动轴一起转动，如图5-60所示。传感头通过固定在车身上的支架安装在齿圈附近，传感头与齿圈间的间隙约1毫米图5-60电磁感应式转速传感器在车轮上的安装位置传感头由电缆、永磁体、外壳、感应线圈、极轴、齿圈组成。极轴同永磁体相连，感应线圈套在极轴的外面。极轴头部结构有凿式和柱式两种，如图5-61所示。对于不同形状极轴的传感头，一般相对于齿圈的安装方式也不同。凿式极轴轮速传感头通常径向垂直于齿圈安装，柱形极轴式，安装时则须将轴向垂直于齿圈。图5-61电磁感应式轮速传感器结构示意图齿圈旋转时，齿顶和齿隙交替对向极轴，当齿顶对向极轴时，磁路的磁隙最小，因此磁阻也最小，通过感应线圈的磁通量最大；当齿隙对向极轴时，磁路的磁隙最大，磁阻也最大，通过感应线圈的磁通量最小。所以在齿圈旋转过程中，感应线圈内部的磁通量交替变化从而产生感应电动势，形成一个交流正弦波信号，此信号通过感应线圈内部的电缆输入ABS电控单元。当齿圈的转速发生变化时，感应电动势的频率也随之变化。ABS电控单元即通过检测感应电动势的频率变化来检测车轮速度。由于信号的强度随车速、传感部件间隙和传感器污染状态等因素变化，这种传感器在低速时容易错误地激活ABS系统控制单元。当传感器顶尖与齿圈之间的间隙不符合规范时，就会产生不正确的空气间隙。若灰尘粘结在传感器顶尖上，就会造成传感器的污染。两者都会导致产生的信号较弱，这种弱信号会错误地激活控制单元。此类传感器可以使用以下的仪器来进行测试：示波器、数字式电压/电阻计（测其电阻值、频率值），如图5-62所示。目前国内外ABS系统的控制速度范围一般为15～160km／h，对要求控制速度范围扩大到8～260km／h以至更大，电磁感应式轮速传感器很难适应。图5-62电磁感应式轮速传感器信号波形（2）霍尔式轮速传感器霍尔式轮速传感器也是由传感头和齿圈组成，传感头由永磁体、霍尔元件和电子电路组成。永磁体的磁力线通过霍尔元件和齿圈，齿圈相当一个集磁器。当齿圈位于图5-63（a）所示位置时，穿过霍尔元件的磁力线分散，磁场相对较弱；而当齿圈位于图5-63（b）所示位置时，穿过霍尔元件的磁力线集中，磁场相对较强。齿圈转动时，使得穿过霍尔元件的磁力线密度发生变化，因而引起霍尔电压的变化，霍尔元件将输出一个毫伏级的准正弦波电压，然后再由电子电路转换成标准的脉冲电压。图5-63霍尔式轮速传感器原理示意图霍尔式传感器正在被广泛地应用，因为它们更加精确，受电信号干扰较少。信号的强度在任何车速时都相同，导线也不需要绞缠。控制单元发送工作电压到传感器。然后，轮速传感器返回一个微弱的电压信号给控制单元。当传感器顶尖通过齿圈上的高和低齿牙时，返回的电压信号就从高值变为低值。这种信号显示为一个方波，被称为“数字式的”。可用数字式万用表或示波器来测试发送到电控单元的电压信号值，如图5-64所示。图5-64霍尔式轮速传感器信号波形霍尔式轮式传感器优点:a）输出信号电压幅值不受转速的影响。在汽车电源电压12V条件下，其输出信号电压保持在11.5～12V不变，即使车速下降接近0也不变；b）频率响应高。其响应频率高达20kHz，用于ABS时，相当于车速为1000km／h时所检测的信号频率；c）抗电磁波干扰能力强。由于其输出信号电压不随转速的变化而变化，且幅值高，故具有很强的抗电磁波干扰的能力。2）制动踏板开关制动踏板开关是ABS电控单元的输入信号之一，用来启动对车轮速度的监控；使自动变速器中的变矩器锁止离合器脱开，或解除巡航控制；同时也使制动灯点亮。除了这个制动踏板开关之外，有些车还使用了一个制动踏板位置传感器。（1）制动踏板开关制动踏板踩下后，制动踏板开关就闭合，电压信号被送到ABS电控单元、发动机控制模块（ECM）和后刹车灯。送到ECM的信号在必要时解除巡航控制，并使自动变速器中的液力变扭器离合器脱开。释放制动踏板时，制动踏板开关打开，电压信号消除。（2）制动踏板位置传感器有些车辆上有制动踏板位置传感器也称为制动行程传感器。这个传感器监控制动踏板的行程。正常制动时通常踏板只踩下10%～20%。当防抱死制动系统工作时，油压会下降，踏板就会进一步下移。当踏板的行程达到40%，开关就打开了，液压泵开始运转。油压就会推动踏板返回。当踏板的行程小于40%，开关闭合，液压泵被关闭，如图5-65所示。图5-65制动踏板位置传感器3）制动液液面高度电压信号4）车速传感器车速传感器通常和车速里程表驱动装置相连。车速传感器有光电式、霍尔感应式、电磁式等多种形式。最简单且最常用的是电磁式。车速传感器（VSS）监测车辆的速度。车速信息用在多个系统上，每辆车上必须有取得车速信息的传感器。在三通道系统中，这个传感器可以在后车轮处，通过网络送信号到ABS电控单元。在四通道系统中，由ABS的各个轮速传感器来采集车速信息，不需要另外的车速传感器如图5-66所示，车速信息从ABS电控单元再通过网络传送到其它需要此信息的系统。图5-66车速传感器信号传输2.ABS系统控制组件ABS系统的主要控制部件包括：ABS电控单元、液压控制单元以及泵总成。1）ABS电控单元ABS电控单元的功用是接受轮速传感器以及其它传感器输入的信号，进行测量、比较、分析、放大和判别处理，通过精确计算，得出制动时车轮的滑移率、车轮的加速度和减速度，以判断车轮是否有制动抱死趋势。再由其输出级发出控制指令，控制制动压力调节器去执行压力调节的任务，其控制作用如图5-67所示。图5-67ABS控制作用方框示意图为确保系统工作的安全可靠性，在许多ABS控制单元中采用了两套完全相同的微处理器，一套用于系统控制，另一套则起监测作用，它们以相同的程序执行运算，一旦监测用控制单元发现其计算结果与控制用控制单元所算结果不相符，则ABS控制单元立即让制动系统退出ABS控制，只维持常规制动，以保证系统更加安全。2）液压控制单元液压控制单元（HCU）是通过操纵电磁阀来控制通道内制动液的流动。安装在总泵与分泵之间，接收来自控制单元的控制指令，通过驱动电磁阀、液压泵、电机，直接或间接地控制制动力的大小，也称为液压执行机构或制动压力调节器。它能够调整液压回路的压力15次/s，避免车轮抱死。制动压力调节器有机械柱塞式和电磁阀控制式两类。目前常用的为电磁阀控制式，如图5-68所示。制动压力调节器内包括有：每条液压回路都有进油阀和泄油阀；每条制动总泵回路中都有低压蓄压器（蓄能器）；在必要时能够增压或减压的液压泵等。此外，还包括由电控装置控制的液压泵电机继电器和电磁阀继电器。图5-68电磁阀式液压控制单元3）泵总成液压控制单元中最后一个主要部件是泵总成。泵总成结构各不相同，取决于防抱死制动系统是整体式还是分离式。整体式防抱死系统中的泵总成主要由高压蓄能器和高压泵组成。高压蓄能器也用作为制动助力器。高压泵产生油压，使蓄能器辅助制动。当蓄能器中的压力下降之后，压力开关就会打开，高压泵运转，再给蓄能器加压，如图5-69所示。图5-69整体式防抱死系统这个系统中的蓄能器比分离式系统中的要大，因为它取代了真空助力器的功能，另外能储存一定的压力来避免泵电机总是不停地运转。3）防抱死制动系统的输出ABS电控单元接收到从各种传感器和其它系统发来的信息数据，就要对信息进行处理，并向相应的执行器发送各种动作指令。（1）电磁阀电磁阀控制制动液在液压管道中的流动。它们分为进油阀和泄油阀，都位于液压控制单元HCU中。每个液压回路中两种类型的阀都必须有，如图5-70所示。图5-70制动压力调节器的电磁阀组件（2）泵电机继电器在防抱死系统中，泵电机比大部分其它回路需要更多电流，系统就用继电器来控制大电流，如图5-71所示。如果继电器位于模块内部，它就不能单独维修。图5-71泵电机继电器（3）泵电机总成当ABS电控单元收到轮速传感器送来的车轮信息时，若需要就会让泵电机运转，实现必要的工作状态。4）ABS警告灯ABS系统带有两个故障指示灯，一个是红色制动故障指示灯，另一个是黄色ABS故障指示灯。ABS警告灯用来指出系统内部故障和（或）用于诊断系统故障。（1）红色制动警告灯当点火开关转到“ON”位时，系统自检，红色制动警告灯点亮大约3秒，完成自检后熄灭。当制动液液面高度传感器检测到制动液的液面已经下降到规定值以下时，红色制动警告灯就会点亮。以下情况灯也会被点亮：驻车制动器结合时；基本制动系统中的油压出现不平衡时；整体式防抱死制动系统中的蓄能器压力低于规定数值时。无论何时，当红色制动警告灯点亮后，首先应该检查基本制动系统。在排除基本制动系统故障可能性后，才开始检测ABS系统的故障。（2）黄色警告灯黄色警告灯（ABS警示灯）能告诉驾驶人以下一些情况：当驾驶人打开点火开关时，灯会亮，大约2秒，然后熄灭，表明防抱死系统正在自检，且此灯工作正常。若系统出现了故障，ABS电控单元点亮黄色警告灯。当这个警告灯在车辆行驶时点亮，就表明ABS系统不能工作了或电控制动力分配（EBD）失效。此外，有些车上，这个警告灯上会闪烁出诊断故障代码，需要参看维修手册来解释这些代码。5.4.6ABS系统的控制过程ABS的控制过程就是调节各个车轮制动油压的过程。根据车轮的滑移率，每个车轮制动分泵进行保压、减压或增压，防止车轮抱死。在制动过程中，如果ABS控制单元监测到车轮转速突降有抱死趋势，ABS电控单元便向液压控制单元的控制阀发出指令信号，对制动油压进行调节。当今的汽车分离式制动压力调节装置都采用两个二位二通电磁阀取代循环调压方式中的一个三位三通电磁阀，使工作可靠性更高。该制动压力调节器由进油阀（常开）、泄油阀（常闭）、回油泵和蓄压器等组成。ABS控制具有三种模式，分别为增压模式、保压模式和减压模式，ABS控制过程如图5-72所示。图5-72ABS控制流程图1.开始制动阶段（系统油压建立）开始制动时，驾驶人踩制动踏板，制动压力由制动主缸产生，经常开的不带电压的进油阀作用到车轮制动轮缸上，此时，不带电压的出油阀依然关闭，ABS系统没有参与控制，整个过程和常规液压制动系统相同，制动压力不断上升，如图5-73所示。图5-73系统油压的建立2.油压保持当驾驶人继续踩制动踏板，油压继续升高到车轮出现抱死趋势时，ABS电子控制单元发出指令使进油阀通电并关闭阀门，出油阀依然不带电压仍保持关闭，系统油压保持不变，如图5-74所示。图5-74油压保持3.油压降低若制动压力保持不变，车轮有抱死趋势时，ABS控制单元给出油阀通电打开出油阀，系统油压通过低压储液罐降低油压，此时进油阀继续通电保持关闭状态，有抱死趋势的车轮被释放，车轮转速开始上升。与此同时，电动液压泵开始起动，将制动液由低压储液罐送至制动主缸，如图5-75所示。图5-75油压降低4.油压增加为了使制动最优化，当车轮转速增加到一定值后，电子控制单元给出油阀断电，关闭此阀门，进油阀同样也不带电而打开，电动液压泵继续工作从低压储液罐中吸取制动液泵入液压制动系统，如图5-76所示。随着制动压力的增加，车轮转速又降低。这样反复循环地控制（工作频率为5～6次/s），将车轮的滑移率始终控制在20%左右。图5-76油压增加如果ABS系统出现故障，进油阀始终常开，出油阀始终常闭，使常规液压制动系统继续工作而ABS系统不工作，直到ABS系统故障排除为止。5.5ESP行车稳定系统 汽车电子稳定险控制程序（ESP，ElectronicStabilityProgram），是近些年来发展起来的一种电子装置，是对人们熟悉的ABS、TSC功能的继承与进一步扩展，尤其是通过对汽车横摆力矩的控制改进了ABS/TSC在横向稳定性控制方面的不足。ESP能通过对车上传感器的监测和的ECU计算分析识别出驾驶员的驾驶意图，辅助完成驾驶员的行驶意图，并对可能造成的危险的行驶状态进行干预控制，从而维持车辆的稳定性，避免事故的发生。 我们可以将ABS、ASR与ESP进行比较，见表5-3。ABS和ASR都只是通过对纵向滑移率的控制来间接保证汽车在制动和驱动时的稳定性，但对汽车在极限转向、制动转向、驱动转向以及车辆受到外界干扰等引起失稳时的纠正效果并不是十分明显。汽车稳定性控制突破了ABS、ASR的限制，通过直接监测汽车的实时运行姿态进行控制，直接保证汽车的稳定性，因此显著提高了控制效果，特别是能显著提高汽车处于附着极限时的稳定性，因而大大减少了交通事故，特别是严重交通事故的发生。 表5-3 ABS、ASR和ESP的比较系统需要的传感器执行机构辅助系统主要功能ABS转速传感器（4个）ABS液压调节器无防止车辆抱死，提高制动稳定性ASR（TCS）转速传感器（4个）ABS/ASR液压调节器EMS防止车轮过渡滑转，提高驱动能力，提供电子差速锁功能，提高驱动稳定性ESP

（VSC）

（DSC）

（VDC）转速传感器（4个）、转向角度传感器、侧向加速度传感器、横向加速度传感器、以及制动主缸压力传感器等。改进的ABS/ASR液压调节器EMS除具备ABS/ASR的功能外，还实时监测汽车的运行状态，保证汽车在极限转向、制动、驱动以及复杂工况下的稳定性。 ESP的功能，如图5-77所示，当汽车尽力避开障碍物时，根据传感器提供的数据，ESP可识别汽车是否丧失了稳定性。系统计算其应对措施：ESP制动左后轮。这样可加速汽车旋转，保留作用于前轮上的侧向力，如图5-77（a）。当汽车突然转向左侧时，驾驶员应向右转向。为避免驾驶员转向过度，制动右前轮。后轮空转，以便确保作用于后桥上的侧向力的最佳积累，如图5-77（b）。更改前面的行驶路线可能会使汽车沿垂直轴来回侧倾。为防止后端松脱，制动左前轮。在非常紧急的情况下，可以紧急制动车轮，以便限制作用于前轴（卡姆圆）的侧向力积累，如图5-77（c）。一旦校正了所有的不稳定操作状态，ESP就可结束其纠正性干预，如图5-77（d）。图5-77ESP系统工作过程 随着汽车行驶速度的提高以及道路车辆密度的增加，对于汽车稳定性的要求也在不断提高。先进的控制理论以及计算机和电子技术的逐渐成熟为提高车辆的稳定性提供了基础和条件。目前，ESP系统在大众中高档车型得到了大量的应用。 ESP可以使车辆在各种状况下保持最佳的稳定性，在转向过度或转向不足的情形下效果更加明显。ESP一般需要安装转向传感器、车轮传感器、侧滑传感器、横向加速度传感器等。ESP可以监控汽车行驶状态，并自动向一个或多个车轮施加制动力，以保持车子在正常的车道上运行，甚至在某些情况下可以进行每秒150次的制动。目前ESP有3种类型：能对4个车轮独立施加制动力的四通道或四轮系统；能对两个前轮独立施加制动力的双通道系统；能对两个前轮独立施加制动力和对后轮同时施加制动力的三通道系统。ESP最重要的特点就是它的主动性，如果说ABS是被动地作出反应，那么ESP却可以做到防患于未然。5.5.1ESP系统的发展 1992年通用公司等人指出了ABS、ASR的不足和局限性，即不能实现车身运动状态的主动控制，提出基于ABS和ASR系统实现车辆运动控制的思想，利用车辆运动状态参数和驾驶员的控制目标的差别作为反馈，对车轮进行滑转控制，从而实现车辆的动态控制，这是早期的ESP的思想。1994年，Bosch公司首先开发了VDC系统，实现了汽车运动状态的动态控制，此后美国的Delphi公司，德国的ContinentalTeves公司等先后开发了此类系统。 在ESP的发展历程中，真正意义上的汽车稳定性控制一般认为出现在1995年。1995年Bosch公司Anton等人完善了上述思想，提出了实用的被称为β-模型的控制方法，并与奔驰公司合作开发出基于ABS/ASR系统的电子稳定程序（ESP）系统，并投入批量生产，安装于奔驰S600等D级轿车上。1995年至2002年底，Bosch公司生产的ESP已达到800万只。同时丰田公司提出了VSC的概念，它们均采用了能直接测量汽车运行姿态的侧向加速度传感器和横摆角速度传感器，使得稳定性控制系统的应用范围大大扩展。1996年BMW公司和Bosch公司再次合作推出的DSC3就是此类稳定性控制系统。 1997年公司HerbertSchramm等人进一步对商用车的VDC进行了深入研究。Teves公司的ESPII首次结合了主动转向控制，不仅提高了操纵安全性，而且增加了驾驶舒适性和乐趣。该系统使得车辆在极限条件下更容易控制。从1995年至今，由于性能的不断改进以及成本的不断降低，汽车稳定性控制获得了很快的发展，ESP已在中国以外的其他国家广泛采用。在德国，己有70%超过的新注册车辆都配备了ESP。来自德国Bosch公司的研究表明，就整个欧洲而言，2005年大约40%的新注册车辆配备了ESP。在高档车上，已经成为标准配置，在中档车上的装配率也迅速提高，在紧凑型车上装配率稍低。在美国和日本，ESP的装配率也迅速提高。 目前，中国国内市场上20万元以上的大部分车型都在全系列或者其中较为高端的型号配备了ESP系统，如奥迪A4、A6、A8、Passat、别克荣御等都装备了ESP。而20万以下配备系统的车型则相对比较少，它们包括一汽大众速腾（全车系配备），一汽大众迈腾（全车系配备），一汽奔腾(6款车型中有2款配备，2.3L自动豪华型，2.3L自动导航型)。5.5.2ESP系统的组成 以Bosch5.7为例，汽车稳定性控制系统的结构，包括传统制动系统（真空助力器、管路和制动器）、传感器（4个轮速传感器、方向盘转角传感器、侧向加速度传感器、横摆角速度传感器、制动主缸压力传感器）、液压调节器、汽车稳定性控制电子控制单元（ESPCM）和辅助系统（发动机管理系统，EMS），如图5-78所示。图5-78ESP控制系统组成 1.转向角度传感器G85 转向角度传感器安装于转向柱开关和方向盘之间的转向柱上，如图5-79所示。气囊的中心环（带滑环）集成于转向角度传感器内，并固定在其基座上。图5-79转向角度传感器示意图 传感器可将方向盘的锁定角度传输给带有EDL/TCS/ESP的ABS控制单元。±720°的角度相当于转动方向盘四整圈。如果未收到转向角度传感器提供的信息，ESP将无法判断所需的行驶方向。ESP功能失效。在更换控制单元或传感器后，必须重新校准零位。 转向角度传感器是ESP系统的第一个传感器，它可直接通过CANbus将信息传递给控制单元。在打开点火开关后，一旦方向盘旋转4.5°角，传感器即会自行初始化。相当于转动约1.5cm。 基本工作原理，如图5-80所示。传感器的基本组件包括：光源码盘、光学传感器、整转计数器。码盘由两个环组成：绝对环和增量环。两个环由两个传感器分别进行扫描。我们可以通过并排放置增量孔板(1)和绝对孔板(2)简化设置，光源(3)位于两个孔板之间，光学传感器(4+5)位于外侧，如图5-80（b）所示。通过间隙接触传感器的光源产生信号电压。如果光源被遮住，则电压将再次击穿。移动孔板可产生两种不同的电压顺序。增量式传感器提供统一信号，因为间隙以固定间隔均匀排布。绝对传感器产生不规则信号，因为光源会不定期地穿过孔板间隙。系统可通过比较两种信号计算孔板移动的距离。绝对部分可确定运动的起始点。图5-80转向角度传感器设计原理 2.横向加速度传感器G200 由于物理原因，该传感器的位置应尽量靠近汽车重心。这也是它安装在驾驶员座椅下面放脚位置的原因。G200可确定侧向力是否及何种程度上将导致汽车失去方向稳定性。如果未测量横向加速度，则将无法在控制单元中估算出汽车的实际运行状态。ESP功能失效。通过诊断可确定是否已发生开路，或是否存在正极或GND短路情况，系统还能够测定传感器是否出现故障。横向加速度传感器通过3根导线连接在控制单元J104上，如图5-81所示。图5-81横向加速度传感器 如图5-82（a）所示，横向加速度传感器由永磁铁、弹簧、减震板和霍尔传感器组成。永磁铁、弹簧和减震板共同构成了一个磁性系统。磁铁牢牢地连接在弹簧上，并可在减震板上方来回摆动。 当横向加速度作用于汽车时，永磁铁会在由其质量惯性力矩导致的一段时滞过后追踪此运动。这表示减震板与传感器外壳和汽车可作为一个整体从最初保持静止的永磁铁下方移走。此运动可在减震板内产生涡电流，如图5-82（b）、图5-82（c）所示。这些涡电流继而形成与永磁铁磁场对立的磁场。整个电磁场的强度会因此减弱。从而造成霍尔电压(V)变化。电压变化直接与横向加速度成正比。这表示减震板与磁铁之间运动较多，磁场越弱，霍尔电压变化就越多。霍尔电压在横向加速度不存在时保持不变，如图5-82（d）所示。图5-82横向加速度传感器基本原理图 3.组合传感器 组合传感器包括一个横向加速度传感器G200和一个偏航率传感器G202。这种组合的优势在于： （1）安装尺寸更小， （2）两个传感器面到面的准确定位 （3）这种定位无法更改 （4）设计更坚固图5-83组合传感器实物图 如图5-83所示，这些部件安装在印刷电路板上，并根据微机械原理操作。该传感器由6针连接器连接。横向加速度可依据电容原理测量。 1）横向加速度传感器的设计 该传感器是一个小型部件，位于组合传感器的印刷电路板上。简言之，横向加速度传感器是一个带有移动质量块的电容器极板，该质量块的悬挂使其可以前后移动。可移动极板由两个永久固定的附加电容器极板围住，通过这种方式构成两个串联的电容器（K1和K2）。现在可通过电极来测量两个电容器能够吸收的电量。该电量称作电容C，如图5-84（a）所示。 只要加速度未作用于该系统，两个电容器的测得电量（C1和C2）)即相同，如图5-84（c）所示。如果横向加速度作用于该系统，则中央极板处可移动质量块的惯性将会导致与固定极板相对的这部分朝着与加速度相反的方向移动。这将导致极板间的间距发生变化，进而也会改变部分电容器的电量。在电容器K1位置的极板间距将增大，而关联的电容C1则会降低。K2位置的极板间距将减小，而电容C2会因而增加，如图5-84（b）所示。图5-84横向加速度设计与工作原理 2）偏航率传感器的设计 偏航率传感器安装于同一个印刷电路板上，但实际上，它与横向加速度传感器互相分离，如图5-85所示。 其设计原理也可以简单的方式解释。假设振动质量块悬挂在位于北极和南极之间的恒定磁场中的支架内。代表实际传感器的印刷电路与该振动质量块相连接。在实际传感器中，由于可靠性的原因，该配置会出现两次。 如果您施加AC电压(V~)，则含有导体的部件将开始在磁场内振荡。 如果角度加速度作用于该结构，则振荡质量块的行为将与上述因惯性所致的加农球行为相同。它会因科里奥利加速度的产生而停止往复振荡。由于这种现象发生在磁场内，因而导体的电气性能会发生变化，如图5-85（b）、图5-85（c）所示。 在测量后，该变化会显示出科里奥利加速度的大小和方向。评估电子元件可依据该数据计算偏航率。图5-85偏航率传感器设计原理 4.制动压力传感器G201 制动压力传感器通过螺栓固定在用于驾驶动态控制的液压泵上，螺纹结构，如图5-86（a）所示。制动压力传感器将制动回路中的瞬态压力信号发送至控制单元，如图5-86（b）所示。 控制单元可由此计算出作用于汽车的车轮制动力和纵向力。如果需要执行ESP干预，则控制单元会在计算侧向力时考虑该值。 （a）制动压力传感器 （b）电路图图5-86制动压力传感器 若无当前制动压力值，系统将不再能正确地计算出侧向力。ESP功能失效。通过诊断可确定是否出现开路或发生正极或接地短路情况。系统还能够识别传感器是否发生故障。 如图5-87所示，传感器芯由一个受制动液压力作用的压电元件和传感器电子元件构成。 当制动液向压电元件施加压力时，元件中的电荷分布将发生变化。如果压电元件未受到压力，电荷将均匀分布，如图5-87（b）所示。如果压电元件受到压力，电荷将发生空间移位，如图5-87（c）所示。进而产生电压。压力越高，电荷间隔就越大。电压也会升高。该电压可由内置电子元件放大，并以信号形式传输至控制单元。因而，电压水平是施加制动压力的直接方法。图5-87制动压力传感器的设计 5.ESP按钮 该按钮位于仪表板插件上，具体取决于汽车类型，如图5-88所示。驾驶员可使用它来停用ESP功能。当驾驶员踩下制动踏板或再次按下按钮时，会重新激活ESP功能。如果驾驶员忘记重新激活ESP，系统本身会在发动机重启时将其重新激活。 在下列情况下停用ESP功能很重要： （1）在试图通过前后移动汽车将其从厚厚的积雪或松软的表面中驶出时， （2）在装配防雪链行驶时及 （3）在测力机上运行汽车时。 当ESP干预正在进行或高于某一特定速度时，将无法停用该系统。如果ESP按钮出现故障，将无法停用ESP功能。故障通过TCS/ESP警告灯显示在仪表板插件上。 自我诊断无法检测到故障按钮。图5-88