汽车车身底盘电控技术与检修课件：防抱死制动系统（ABS）结构与检修

汽车车身底盘电控技术与检测防抱死制动系统（ABS）结构与检修任务1ABS各个部件安装位置认识及使用注意事项【相关知识】一、ABS系统的作用ABS系统正常工作时，首先由轮速传感器将车轮变化的速度信号及时输送给ABS的计算机，由计算机对信号进行分析后，给液压调节器发出制动压力控制指令，液压调节器安装在制动系统的制动主缸与制动轮缸之间，在接收到ABS计算机控制指令后，通过液压调节器中的二位二通电磁阀通路的改变（还有液压泵）直接或间接地控制制动压力的增减，从而调节制动器制动力矩，防止制动车轮被抱死。ABS系统的工作原理ABS的基本工作原理是：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送给ABS电子控制单元(ECU),ABSECU根据设定的控制逻辑对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接近设定值，ABS的ECU就控制液压控制单元，使该车轮的制动压力保持一定，从而使各个车轮的滑移率保持在理想的范围之内，防止车轮完全抱死；如果某个车轮的滑移率没有达到设定值，ABSECU就控制液压控制单元，使该车轮的制动压力增大；如果某个车轮的滑移率超过设定值，ABSECU就会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。在制动过程中，如果车轮没有抱死趋势，ABS将不参与制动压力的控制，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，制动过程与没有ABS的常规制动系统的工作过程相同。二、ABS系统的结构ABS系统的基本结构由轮速传感器、ECU、执行机构（制动液压装置）等组成。（一）轮速传感器车速传感器的作用是将车速信号传递给ABS系统电脑，电脑通过计算决定是否开始或准确进行防抱死制动。目前用于ABS系统的轮速传感器主要有电磁式和和霍尔式轮速传感器两种类型。典型的前、后轮传感器如图2-1所示。（一）轮速传感器图2-1ABS结构图1.电磁感应式转速传感器图2-2电磁感应式转速传感器工作原理电磁感应式转速传感器工作原理如图2-2所示，极轴同永磁体相连接，永磁体通过极轴延伸到齿圈并与齿圈构成磁路。感应线圈套在极轴外面。齿圈固装在轮毂上与车轮一同旋转。齿圈旋转时，齿顶和齿隙交替对向极轴。当齿顶对向极轴时，磁路磁阻最小，通过感应线圈的磁通最大；当齿隙对向极轴时，磁路磁阻最大，通过感应线圈的磁通最小。齿顶齿隙交替对向极轴，就使通过感应线圈内部的磁通交替变化从而产生感应电动势，通过线圈末端的电缆将此信号输入ECU。电脑根据感应电动势信号变化的频率便能精确反映出车轮速度变化。2.霍尔式车轮转速传感器霍尔式车轮转速传感器也是由传感头和齿圈组成。传感头由永久磁铁、霍尔元件和电子电路等组成，如图2-3图2-霍尔式车速传感器磁路a)霍尔元件磁场较弱b)霍尔元件磁场较强将霍尔元件输出的准正弦波电压转换成标准的脉冲电压信号的电路如框图2-4所示。霍尔元件输出的毫伏级的准正弦波电压首先经放大器放大为伏级电压信号，然后送往施密特触发器转换成标准的脉冲信号，再送到输出级放大后输出给ECU。电子线路中的各级波形如图2-5所示。图2-霍尔式车轮转速传感器电子线路框图图2-霍尔式车轮转速传感器电子线路中的各级波形图2-6给出了常用的三种车速传感器的安装形式图2-车速传感器的安装形式

目前，国内外ABS防抱死制动系统的控制速度范围一般为15-160km/h，今后要求控制范围扩大到8-260km/h，以至更大，显然电磁感应式车轮速度传感很难适应。因此，霍尔式车轮速度传感器在ABS系统中的应用越来越广泛。（二）ABS系统的ECUABS系统的ECU主要是接受轮速传感器、制动开关、储液室液位开关、蓄能器压力开关、点火开关等的输入信号，经ECU处理后形成相应的控制指令，对制动液压力装置中的调压电磁阀、电动供液泵、ABS报警灯等实施控制。除上述控制功能外，ECU还对ABS系统工作状态进行监测，一旦发现系统存在影响工作的故障，就会关闭ABS系统，使制动系统变为普通的制动形式，同时将故障情况以代码形式存储记忆，并使ABS报警灯持续点亮。目前，ABSECU的内部电路和控制程序不同，但基本组成是一样的。为确保系统工作的安全可靠性，在许多ABS的ECU中可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ECU发现其计算结果与控制用ECU所算结果不相符，则ECU立即让制动系统退出ABS控制，只维持常规制动。这种“冗余”的方法可保证系统更加安全。图2-3ABS电子控制单元外形ECU的内部电路结构主要包括以下几方面。1）输入级电路输入级电路的通道数视ABS所设置的传感器数目而定，通常以三通道和四通道为多见。2）运算电路（微型计算机）根据输入信号运算电磁阀控制参数。主要根据车轮转速传感器输入信号进行车轮线速度、开始控制的初速度、参考滑动率、加速度和减速度等运算，调节电磁阀控制参数的运算和监控运算，并将计算出的电磁阀控制参数输送给输出级。3）输出级电路利用微机产生的电磁阀控制参数信号，控制大功率三极管向电磁阀线圈提供控制电流。4）安全保护电路将汽车12V电源电压改变并稳定为ECU作所需的5V标准电压，监控这种工作电压的稳定性。同时监控输入放大电路、ECU运算电路和输出电路的故障信号。当系统出现故障时，控制继动电动机和继动阀门，使ABS停止工作，转入常规制动状态，点亮ABS警示灯，将故障以故障码的形式存储在ECU内存中。3.制动液压装置制动液压装置由一个双腔制动主缸、液压助力器、制动液储液室、供能装置和调压电磁阀等组成。制动压力调节器是汽车制动系统中电子控制单元（ECU）的执行器。其功用是根据ECU的指令，控制压力调节器中电磁阀的动作，适时地调节制动系管路中的液压或气压，以实现控制车轮制动器中压力的自动调节。通常，制动压力调节器串联在制动主缸与轮缸之间，通过电磁阀直接或间接地调节轮缸的制动压力。当压力调节器直接用于控制轮缸制动压力时，被称之为循环调压方式；当压力调节器间接控制制动轮缸时，称之为变容积式调节方式。各种调压方式又可细分如下。1）循环式制动压力调节器此种形式的制动压力调节器如图2-8所示。由电磁阀、回油泵、储液器和单向阀等组成。是在制动总缸与轮缸之间串联进一电磁阀，直接控制轮缸的制动压力。回油泵的功用是当电磁阀在减压过程中，从制动轮缸流出的制动液经储能器由回油泵泵回制动主缸。储能器的功用是当电磁阀在减压过程中，从轮缸流出的制动液由储能器暂时储存，然后由回油泵泵回主缸，因此储能器也叫储液器。图2-4循环式制动压力调节器的工作原理①电磁阀当给线圈通电时，铁心变成有磁力的磁铁，产生吸力，吸力的大小与通给线圈的电流强度有关，改变电流的强度即可控制两铁心之间的吸引力，进而控制衔铁在阀内的轴线位置。如图2-9所示。图2-5电磁阀②回油泵与储能器回油泵多为柱塞泵，由电动机带动凸轮旋转，泵内设有两个单向阀，上阀为进油阀，下阀为出油阀。柱塞上行时，轮缸及储能器的压力油推开上进油阀进入泵体内，柱塞下行时，首先封闭进油孔，继而使泵腔内压力升高，推开下出油阀，将制动液压回制动主缸。储能器为一内装活塞和弹簧的油缸，位于电磁阀与回油泵之间。由轮缸流入的压力油进入储能器作用于活塞，进而压缩弹簧使储能器容积变大，以暂时储存制动液。有的储能器也采用气囊式储能器。在容器中有气囊将容器分隔为两腔，气囊后部充有氮气，上腔与回油泵和电磁阀回油口相连。从轮缸流入的压力油进入气囊上腔，压力油作用在气囊上使气体压缩，上腔容积增大以暂时储存制动液和能量。2）回流泵式调压方式该压力调节装置（如图2-10所示）采用两个二位二通电磁阀，其工作原理与再循环式调压器相似。减压时轮缸释放的制动液被回送储能器和制动主缸，同时，油泵也参与将制动液回送主缸的工作，制动液在主缸和轮缸间控制制动液的交换，实现调节作用。ABS工作时，油泵连续工作。图2-6回流泵式调压方式示意图系统具有以下一些特点。①系统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，实现ABS保压、减压和增压，工作可靠性更高。②当ABS工作，轮缸处于保压状态时，轮缸的压力和来自主缸的压力在单向阀处平衡。③主缸和油泵之间串联单向阀，并联缓冲器，减缓了制动踏板的抖动，但仍保留了轻微的感觉。回流泵式调压方式是ABS调压方式中比较新的技术，目前BoschABS5.3和TEVESMK20（桑塔纳2000时代超人装用）均采用了种方式。3）补给式调压方式在图2-11所示的调压系统中，当ABS系统工作时，轮缸的增压由高压储能器中的压力补给，而储能器中的压力则由油泵提供。油泵是否工作取决于高压储能器内的压力，当储能器内压力低于设定压力值时，油泵便开始工作。轮缸减压时的制动液送回到储油罐。进行常规制动时，轮缸的减压液体直接流回制动主缸。坦威斯TEVESMK2型ABS系统上采用了此种结构，系统中所设置的高压储能器还取代了真空助力器，储能器中的高压液体兼用于制动助力。此种调压方式当ABS处于增压状态时，因主缸、轮缸的油路与高压储能器相通，故制动踏板会有明显的抖动。图2-7补给式调压方式

4）可变容积式可变容积式压力调节装置是在汽车原有的制动管路上增加一套液压装置，用它来控制制动管路容积的增减，从而达到控制制动的压力变化。可变容积式压力调节装置主要由电磁阀、液压控制活塞、电动泵和蓄压器等组成。其主要特征是有一个液压控制活塞。这种方式随结构的不同，既有有踏板反应的，也有无踏板反应的。任务2ABS控制系统故障诊断与排除【相关知识】一、ABS系统的分类及布置形式根据轮速传感器数量和控制通道数目，ABS系统主要有以下几种布置形式。1.四传感器四通道四轮独立控制形式图2-11四传感器四通道四轮独立控制1-制动总泵2-轮速传感器3-制动压力调节器2.四传感器四通道前独后选的控制形式图2-12四传感器四通道前独后选的控制3.四传感器三通道前独后选控制的形式图2-13四传感器三通道前独后选的控制

4.三传感器三通道前独后选的控制形式图2-14三传感器三通道前独后选的控制除上叙四种主要布置形式外，还有四传感器二通道（前轮独立控制）、四传感器二通道（前轮独立控制，后轮低选控制）、二传感器二通道、一传感器一通道等布置形式。二、ABS系统的控制过程ABS系统的控制过程分为常规制动和ABS控制调节制动两部分。通常情况下只要在制动过程中车轮没有被抱死的迹象，ABS控制系统是不工作的，制动主缸中的制动液可直接通过液压调节器进入制动轮缸产生制动力，此时，进行的是常规制动过程。图2-15常规制动当车轮快要抱死时，ABS的ECU会认为车轮有抱死趋势，便会发出控制指令，使液压调节器进行制动力的调节，调节过程由制动保压、制动减压、制动增压组成。1.制动保压当轮速传感器告知ABS的ECU该轮趋于抱死时，ECU发出控制指令，液压调节器将该轮制动轮缸进液、回液油路全部关闭，轮缸中的油压不变，实现保压。图2-16制动保压2.制动减压当轮速传感器告知ABS的ECU该轮抱死趋势没有改善时，ECU发出控制指令，液压调节器将该轮进液油路继续关闭，回液油路打开，轮缸中的油压下降，实现减压。图2-17制动减压3.制动增压当轮速传感器告知ABS的ECU该轮抱死趋势消失时，ECU发出控制指令，液压调节器将该轮进液油路打开，回液油路关闭，ABS油泵工作，与制动主缸一起向该轮分泵送液，制动轮缸油压上升，实现增压。图2-18制动增压由以上分析可知，ABS控制过程实际上就是利用制动压力调节系统对制动管路中的油液高速进行循环调节的过程，这种调节循环的工作频率可达15~20次每秒。【知识拓展】一、ABS液压系统空气的排放ABS制动液压系统中有空气侵入时，就会感到制动踏板无力，制动踏板行程过长，致使制动不足，甚至制动失灵。因此，在制动压系统中有空气侵入时，特别是在制动液压系统进行修理以后，必须对制动液压系统进行空气排除。在排空气时具有防抱死控制功能的制动系统比常规的制动系统更为复杂.1.常规制动系统空气的排放1）用一根软管一端接到放气螺钉上，一头插到容器中2）一人用力迅速踩下并缓慢放松制动踏板，如此反复。3）另一人拧松放气螺钉，管路中空气随制动液排出，排出后再将螺钉拧紧。4）重复上述步骤，直到容器里没有气泡为止。5）按一定要求和顺序排出各轮缸里的空气。6）在排放过程中注意观察液面，必要时添加制动液。2.有ABS制动系统的人工排空气先排除制动系统中存在的故障，并检查制动液压系统中的管路及其接头，如发现管路破裂或接头松动，应进行修理。检查储蓄室中的液位情况，如果发现液位过低，应先向储液室补充制动液。在储能器中往往蓄积着压力很高的制动液或矿物