1、汽车防抱死制动系统汽车防抱死制动系统目前，ABS已经成为轿车及客车的标准配置。那么什么是ABS？ABS是英文Anti-lock Braking System的缩写，汉语意思为防抱死制动系统。本节介绍ABS的基础知识。下面让我们先了解一下车辆制动过程中车轮抱死后车辆的运动情况。当对行驶中车辆进行适当制动时，如果制动力左右对称产生，车辆能够在行驶方向上停止下来。但当左右制动力不对称时，就会发生车辆绕重心旋转的力矩。此时，如果轮胎与地面的侧向反力能阻止旋转力矩的作用，则车辆仍能保持直线行驶，如果轮胎与地面的侧向反力很小，则车辆就有可能出现如图1所示的不规则运动。图1 车轮抱死后车辆的运动情况a) 车
2、辆直线行驶车轮抱死时 b) 车辆弯道行驶仅前轮抱死时 c) 车辆弯道行驶仅后轮抱死时如图1a)所示，当车辆直线行驶车轮抱死时，车辆出现了制动跑偏或甩尾侧滑的现象。如图1b)所示，当车辆弯道行驶仅前轮抱死时，车辆出现了失去转向能力的现象。如图1c)所示，当车辆弯道行驶仅后轮抱死时，车辆出现了甩尾侧滑的现象。想一想：制动时车轮的抱死引起了车辆不规则的运动，而车轮是如何抱死的？它与哪些因素有关呢？一、制动时车轮的受力分析1地面制动力（FB）如图2所示是汽车在良好的路面上制动时，车轮的受力情况。图中忽略了滚动阻力矩和减速时的惯性力矩。图2 制动时车轮受力分析T-制动中的摩擦力矩 VF-汽车瞬时速度 F
3、B-地面制动力 G-车轮垂直载荷 GZ-地面对车轮的反作用力 r-车轮的滚动半径 VR-车轮的圆周速度 FS-侧向力 -车轮的角速度 -侧偏角汽车制动时，由于制动鼓（盘）与制动蹄摩擦片之间的摩擦作用，形成了摩擦力T，此力矩与车轮转动方向相反。车轮在T的作用下给地面一个向前的作用力，与此同时地面给车轮一个与行驶方向相反的切向反作用力FB，这个力就是地面制动力，它是迫使汽车减速或停车的外力。提示：地面制动力的大小取决于制动器制动力的大小和轮胎与地面之间的附着力。2制动器制动力当汽车制动时，阻止车轮转动的是制动器摩擦力矩T。将制动器的摩擦力矩T转化为车轮周缘的一个切向力，称其为制动器制动力F。提示：
4、制动器制动力是由制动器的结构参数决定的，并与制动踏板力成正比。3地面制动力、制动器制动力和附着力的关系如图3所示为不考虑制动过程中附着系数变化的地面制动力、制动器制动力以及附着力三者的关系。在制动过程中，车轮的运动只有减速滚动和抱死滑移两种状态。当驾驶员踩制动踏板的力较小，制动摩擦力矩较小时，车轮只作减速滚动，并且随着摩擦力矩的增加，制动器制动力和地面制动力也随之增长，且在车轮未抱死前地面制动力始终等于制动器的制动力。此时，制动器的制动力可全部转化为地面制动力。但地面制动力不可能超过附着力。图3 地面制动力、制动器制动力和附着力的关系当制动系液压力（制动踏板力）增大到某一值，地面制动力达到附着
5、力，即地面制动力达到最大值。此时，车轮即开始抱死不转而出现拖滑的现象。当再加大制动系液压力时，制动器制动力随着制动器摩擦力矩的增长仍按直线关系继续上升，但是，地面制动力已不再随制动器制动力的增加而增加。要想获得好的制动效果，必须同时具备两个条件，即汽车具有足够的制动器制动力，同时又要有附着系数较高的路面提供足够的地面制动力。一、ABS的基本组成和工作原理如图4所示，ABS通常由轮速传感器、制动压力调节器、电子控制单元（ECU）和ABS警示装置等组成。 图4 ABS的基本组成1-轮速传感器 2-右前轮制动器 3-制动主缸 4-储液罐 5-真空助力器 6-电子控制单元 7-右后轮制动器 8-左后轮
6、制动器 9-比例阀 10-ABS警告灯 11-储液器 12-调压电磁阀总成 13-电动泵总成 14-左前轮制动器每个车轮上安置一个轮速传感器，它们将各车轮的转速信号及时的输入电子控制单元（ECU）；电子控制单元（ECU）是ABS的控制中心，它根据各个车轮轮速传感器输入的信号对各个车轮的运动状态进行监测和判定，并形成响应的控制指令，再适时发出控制指令给制动压力调节器；制动压力调节器是ABS中的执行器，它是由调压电磁阀总成、电动泵总成和储液器等组成的一个独立整体，并通过制动管路与制动主缸和各制动轮缸相连，制动压力调节器受电子控制单元（ECU）的控制，对各制动轮缸的制动压力进行调节；警示装置包括仪表
7、板上的制动警告灯和ABS警告灯。制动警告灯为红色，通常用“BRAKE”作标识，由制动液面开关、手制动开关及制动液压力开关并联控制；ABS警告灯为黄色，由ABS电子控制单元控制，通常用“ABS或ANTILOCK”作标识。ABS具有失效保护和自诊断功能，当电子控制单元（ECU）监测到系统出现故障时，将自动关闭ABS，仅保留常规制动系；同时存贮故障信息，并将ABS警告灯点亮，提示驾驶员尽快进行修理。二、ABS的分类1按控制方式分类ABS按控制方式可分预测控制方式和模仿控制方式两种。1) 预测控制方式预测控制方式是预先规定控制参数和设定值等条件，然后根据检测的实际参数与设定值进行比较，对制动过程进行控
8、制。控制参数有车轮减速度、车轮加速度及车轮滑移率。根据控制参数不同，预测控制可分为以车轮减速度为控制参数的控制方式、以车轮滑移率为控制参数的控制方式、以车轮减速度和车轮加速度为控制参数的控制方式、以车轮减速度、加速度以及滑移率为控制参数的控制方式。2) 模仿控制方式模仿控制方式是在控制过程中，记录前一控制周期的各种参数，再按照这些参数值规定出下一个控制周期的控制条件。此类控制方式在控制时需要准确和实时测定汽车瞬时速度，其成本较高，技术复杂，已较少使用。2按控制通道及传感器数目分类根据控制通道数可分为四通道、三通道、二通道和一通道四种；根据传感器数主要可分为四传感器和三传感器两种。控制通道是指能
9、够独立进行制动压力调节的制动管路。如果一个车轮的制动压力占用一个控制通道，可以进行单独调节，称为独立控制；如果两个车轮的制动压力是一同调节的，称为一同控制；两个车轮一同控制时有两种方式：如果以保证附着系数较小车轮不发生抱死为原则进行制动压力调节，则称这两个车轮按低选原则一同控制；如果以保证附着系数较大车轮不发生抱死为原则进行制动压力调节，则称这两个车轮按高选原则一同控制。按低选原则一同控制较常见。目前汽车上应用较多的为三通道（前轮独立控制、后轮低选控制）四传感器式、三通道三传感器式和四通道四传感器式。1) 三通道四传感器式三通道四传感器ABS如图13-6所示，一般采用两个前轮独立控制，两个后轮
10、按低选原则进行一同控制。对两个前轮进行独立控制，主要是考虑轿车，特别是前轮驱动的汽车，前轮制动力在汽车总制动力中所占的比例较大（可达70%左右），可以充分利用两前轮的附着力。这种形式的ABS制动方向稳定性较好，但制动效能稍差。图13-6 三通道四传感器ABSa) 双管路交叉布置 b) 双管路前后布置2) 三通道三传感器式三通道三传感器ABS如图13-7所示，也是采用两个前轮独立控制，两个后轮按低选原则进行一同控制。与三通道四传感器ABS的不同是后桥只有一个轮速传感器，装在差速器附近。这种形式的ABS制动方向稳定性较好，但制动效能稍差。 图13-7 三通道三传感器ABS3) 四通道四传感器式四通
11、道四传感器ABS如图13-8所示，每个车轮都有一个轮速传感器，且每个车轮的制动压力都是独立控制。这种形式的ABS制动效能好，但在不对称路面上制动时的方向稳定性差。图13-8 四通道四传感器ABSa) 双管路前后布置 b) 双管路交叉布置三、ABS的优点1缩短制动距离ABS可以将滑移率控制在最大附着系数范围内，从而可获得最大的纵向制动力。2改善了轮胎的磨损状况ABS可以防止车轮抱死，从而避免了因制动车轮抱死造成的轮胎局部异常磨损，延长了轮胎的使用寿命。3提高了汽车制动时稳定性ABS可防止车轮在制动时完全抱死，能将车轮侧向附着系数控制在较大的范围内，使车轮具有较强的承受侧向力的能力，以保证汽车制动
12、时的稳定性。4使用方便、工作可靠ABS的运用与常规制动系统的运用几乎没有区别，制动时驾驶员踩下制动踏板，ABS就根据车轮的实际转速自动进入工作状态，使车轮保持在最佳工作状态。测试题：1ABS按控制通道和传感器数目如何进行分类？课题13.3 轮速传感器学习目标鉴定标准教学建议掌握电磁式车轮转速传感器的结构、工作原理、检测和拆装方法掌握霍尔式车轮转速传感器的结构、工作原理和检测的方法。应知：电磁式、霍尔式车轮转速传感器的结构、工作原理 应会：电磁式、霍尔式车轮转速传感器的检测和拆装方法。 建议：借助实物或挂图讲解电磁式、霍尔式车轮转速传感器的结构。结合多媒体课件讲解电磁式、霍尔式车轮转速传感器的工
13、作原理。电磁式、霍尔式车轮转速传感器的检测和拆装用理实一体教学。轮速传感器的功用是检测车轮的旋转速度，并将速度信号输入电子控制单元。目前，常用的轮速传感器主要有电磁式和霍尔式两种。一、电磁式轮速传感器1结构电磁式轮速传感器主要由传感器头和齿圈两部分组成，如图13-9所示。图13-9 轮速传感器外形齿圈一般安装在轮毂或轴座上，如图13-10所示。对于后轮驱动且后轮采用同时控制的汽车，齿圈也可安装在差速器或传动轴上，如图13-11所示。图13-10 轮速传感器在车轮处的安装位置1、7-传感器 2、6-传感器齿圈 3-定位螺钉 4-轮毂和组件 5-半轴 8-传感器支架 9-后制动器连接装置图13-1
14、1 轮速传感器在传动系中的安装位置1-传感器头 2-主减速器从动齿轮 3-齿圈 4-变速器输出部位 5-传感器头齿圈随车轮或传动轴一起转动，通常用磁阻很小的铁磁材料制成。传感头通常由永久磁铁、电磁线圈和磁极等组成，如图13-12所示。它对应安装在靠近齿圈而又不随齿圈转动的部件上，如转向节、制动底板、驱动轴套管或差速器、变速器壳体等固定件上。传感头与齿圈的端面有一空气间隙，此间隙一般为1mm，通常可移动传感头的位置来调整间隙。图13-12 电磁式轮速传感器的结构1-传感器外壳 2-极轴 3-齿圈 4-电磁线圈 5-永久磁铁 6-导线2工作原理图13-13 电磁式轮速传感器的工作原理1-齿圈 2-
15、极轴 3-电磁线圈引线 4-电磁线圈 5-永久磁体 6-磁力线 7-电磁式传感器 8-磁极 9-齿圈齿顶a)齿隙与磁心端部相对时 b)齿顶与磁心端部相对时电磁式轮速传感器的工作原理如图13-13所示。传感器齿圈随车轮旋转的同时，即与传感头极轴作相对运动。当传感头的极轴与齿圈的齿隙相对时，极轴距齿圈之间的空气间隙最大，即磁阻最大。传感头的磁极磁力线只有少量通过齿圈而构成回路，在电磁线圈周围的磁场较弱，如图13-13a)所示；当传感头的极轴与齿圈的齿顶相对时，两者之间的空隙较小，即磁阻最小。传感头的磁极磁力线通过齿圈的数量增多，在电磁线圈周围的磁场较强，如图13-13b)所示。齿圈随车轮不停地旋转
16、，就使传感头电磁线圈周围的磁场以强弱强弱周期性地变化，因此电磁线圈就感应出交变电压信号，即车轮转速信号，如图13-14所示。 图13-14 电磁式轮速传感器输出电压信号交变电压信号的频率与齿圈的齿数和转速成正比，因齿圈的齿数一定，因而车轮转速传感器输出的交流电压信号频率只与相应的车轮转速成正比。轮速传感器由电磁线圈引出两根导线，将其速度变化产生的交变电压信号送至ABS的电子控制单元（ECU）。为防止外部电磁波对速度信号的干扰，传感器的引出线采用屏蔽线，以保证反映车轮速度变化的交变电压信号准确地送至ABS的电子控制单元（ECU）。提示：此处应结合多媒体课件进行教学。3传感器的检测轮速传感器损坏后
17、，电子控制单元接收不到转速信号，不能控制制动压力调节器工作，ABS将停止工作，车辆维持常规制动。轮速传感器的导线、插接器或传感头松动，电磁线圈等出现接触不良、断路、短路或脏污、间隙不正常，都会影响轮速传感器的工作，从而造成ABS工作异常。传感器的检测方法如下：1）传感器的外观检查外观检查传感器时，应注意以下内容：传感器安装有无松动；传感头和齿圈是否吸有磁性物质和污垢；传感器导线是否破损、老化；插接器是否连接牢固和接触良好，如有锈蚀、脏污，应清除，并涂少量防护剂，然后重新将导线插入连接器，再进行检测。2）传感头与齿圈齿顶端面之间间隙的检查传感头与齿圈齿顶端面之间间隙可用无磁性厚薄规或合适的硬纸片
18、检查，检查方法如图13-15所示。图13-15 传感头与齿顶端面间隙的检查将齿圈上的一个齿正对着传感器的头部，选择规定厚度的厚薄规片或合适的硬纸片，将放入轮齿与传感器的头部之间，来回拉动厚薄规片，其阻力应合适。若阻力较小，说明间隙过大；若阻力较大，说明间隙过小。3）传感器电磁线圈及其电路检测使点火开关处于OFF位置，将ABS电子控制单元插接器插头拆下，查出各传感器与电子控制单元连接的相应端子，在相应端子上用万用表电阻档检测传感器线圈与其连接电路的电阻值是否正常。提示：桑塔纳2000俊杰轿车ABS轮速传感器电磁线圈的电阻正常值应为：1.01.2K若阻值无穷大，表明传感器线圈或连接电路有断路故障；
19、若电阻值很小，表明有短路故障。为了区分故障是在电磁线圈或在连接电路，应拆下传感器插接器插头，用万用表电阻档直接测试电磁线圈的阻值。若所测阻值正常，表明传感器连接电路或插接器有故障，应修复或更换。4）模拟检查为进一步证实传感器是否能产生正常的转速信号，可用示波器检测传感器的信号电压及其波形。其方法是：使车轮离开地面，将示波器测试线接于ABS电子控制单元（ECU）插接器插头的被测传感器对应端子上，用手转动被测车轮（传感器装在差速器上则应挂上前进档起动发动机低速运转）,观察信号电压及其波形是否与车轮转速相当，以及波形是否残缺变形，以判定传感头或齿圈是否脏污或损坏。提示：桑塔纳2000俊杰轿车车轮以约
20、1r/s的速度转动时，ABS轮速传感器应输出1901140mV的交流电压。经测试，若信号电压值或波形不正常，则应更换和修理传感头或齿圈。二、霍尔式轮速传感器1霍尔式轮速传感器的组成和工作原理霍尔式轮速传感器也是由传感头、齿圈组成。其齿圈的结构及安装方式与电磁式轮速传感器的齿圈相同，传感头由永磁体、霍尔元件和电子电路等组成。 传感器的工作原理如图13-16所示，永磁体的磁力线穿过霍尔元件通向齿圈，齿圈相当于一个集磁器。当齿圈位于图13-16a)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13-16b)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
21、尔元件的磁力线密度发生变化，因而引起霍尔元件电压的变化，霍尔元件将输出一毫伏级的准正弦波电压。此信号由电子电路转化成标准的脉冲电压。图13-16 霍尔式轮速传感器a)霍尔元件磁场较弱 b) 霍尔元件磁场较强2两类传感器的特点1）电磁式轮速传感器结简单，成本低。但存在以缺点：（1）其输出信号的幅值是随转速变化而变化的。在规定的转速范围内，其输出信号的幅值一般在115V范围内变化，若车速过低，其输出信号低于1V，电子控制单元无法检测。（2）频率相应不高。当转速过高时，传感器的频率响应跟不上，容易产生误信号。（3）抗电磁波干扰能力差。2）霍尔式车轮转速传感器克服了电磁式传感器的缺点，其输出信号电压幅
22、值不受转速的影响，频率响应高，抗电磁波干扰能力强。因而，霍尔传感器在ABS系统中应用越来越广泛。测试题：实操并说明如何检测电磁式轮速传感器。课题13.4 电子控制单元学习目标鉴定标准教学建议1掌握电子控制单元的功用。2熟悉电子控制单元的基本构造。3熟悉电子控制单元的拆装与检修。应知：电子控制单元的功用，电子控制单元的基本构造。应会：电子控制单元的拆装与检修方法。 建议：借助实物或多媒体课件讲解电子控制单元的功用，电子控制单元的基本构造。电子控制单元的拆装与检修用理实一体教学。一、电子控制单元的功用电子控制单元（ECU）是ABS的控制中枢，其功用是接收轮速传感器及其他传感器输入的信号，对这些输入
23、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任务。电子控制单元（ECU）还具有监控和保护功能，当系统出现故障时，能及时转换成常规制动，并以故障灯点亮的形式警告驾驶员。二、电子控制单元的基本构造电子控制单元（ECU）内部电路通常包括：输入级电路、运算电路、电磁阀控制电路和安全保护电路。常见的四传感器四通道ABS的ECU电路连接方式如图13-17所示。图13-17 电子控制单元内部电路连接方式1输入级电路输入级电路的功用是将轮速传感器输入的正弦波信号转换成脉
24、冲方波信号，经整形放大后输入运算电路。不同的ABS轮速传感器的数量不同，输入级放大电路的个数也不同。 2运算电路运算电路的功用主要是进行车轮线速度、初始速度、滑移率、加速度和减速度的运算，调节电磁阀控制参数的运算和监控运算。经转换放大后的轮速传感器信号输入车轮线速度运算电路，由电路计算出车轮的瞬时速度。初始速度、滑移率及加减速度运算电路根据车轮瞬时线速度加以积分，计算出初速度，再把初速度和车轮瞬时线速度进行比较运算，最后得到滑移率和加速度、减速度。电磁阀控制参数运算电路根据计算出的滑移率、加减速度信号，计算出电磁阀控制参数输入到输出级。电子控制单元中一般设有两套运算电路，同时进行运算和传递数据
25、，利用各自的运算结果相互比较、相互监视，确保可靠性。3电磁阀控制电路电磁阀控制电路的功用是接受运算电路输入的电磁阀控制参数信号，控制大功率三极管向电磁阀提供控制电流。 4安全保护电路安全保护电路的功用：（1）将汽车电源（蓄电池、发电机）提供的12V或14V的电压变为ECU内部所需的5V标准稳定电压，同时对电源电路的电压是否稳定在规定的范围进行监控；（2）对轮速传感器输入放大电路、运算电路和输出级电路的故障信号进行监视。当出现故障信号时，关闭继动阀门，停止ABS的工作，转入常规制动状态。同时点亮仪表盘上的ABS警告灯，提示驾驶员ABS出现故障，并将故障信息以故障码的形式储存在存储器中，以诊断时调
26、取。三、电子控制单元的检修电子控制单元是一个不易损坏的部件,检测时可通过检测其控制的部件工作是否正常来判断它的性能是否良好。桑塔纳2000俊杰轿车ABS电路图如图13-18所示，电子控制单元25针插头各端子的位置如图13-19所示，各端子的功能见表13-1。图13-18 桑塔纳2000俊杰轿车ABS电路图图13-19 ABS电子控制单元插头表13-1 ABS电子控制单元各端子的功能端子连接的元件端子连接的元件1右后轮轮速传感器14空位2左后轮轮速传感器15空位3右前轮轮速传感器16ABS故障警告灯4左前轮轮速传感器17右后轮轮速传感器5空位18右前轮转速传感器6电控单元端子2219空位7空位2
27、0空位8蓄电池（-）21空位9蓄电池（+）22电子控制单元端子10左后轮轮速传感器23中央线路板接头11左前轮轮速传感器24蓄电池（-）12制动灯开关25蓄电池（+）13诊断导线，K线1检测条件1）熔断丝完好；2）关闭用电设备，如大灯、空调和风扇等；3）拔下ABS电子控制单元上的线束插头，使其与检测箱V.A.G1598/21的插座相连接，如图13-20所示。图13-20 连接检测箱V.A.G1598/211-V.A.G1598/21 2-ABS电子控制单元线束插头2检测的方法及标准数值检测的方法及标准数值见表13-2。表13-2 检测的方法及标准数值测试步骤V.A.G1598/21插孔测试内容
28、测试条件（附加操作）额定值(K)13+18右前转速传感器（G45）的电阻点火开关关闭1.01.3 24+11左前转速传感器（G47）的电阻同上同上31+17右后转速传感器（G44）的电阻同上同上42+10左后转速传感器（G46）的电阻同上同上51+17右后转速传感器（G44）的电压信号举升汽车，点火开关关闭，使右后轮以约1r/s的速度转动1901140mV的交流电压62+10左后转速传感器（G46）的电压信号同上同上73+18右前转速传感器（G45）的电压信号同上同上84+11左前转速传感器（G47）的电压信号同上同上98+25电子控制单元对液压泵的供电电压点火开关关闭10.014.5V109
29、+24电子控制单元对电磁阀的供电电压同上同上118+23电子控制单元供电电压点火开关接通同上128+12制动灯开关的功能点火开关关闭(不踩制动踏板)(踩制动踏板)00.5V10.014.5V13ABS故障警告灯功能点火开关关闭点火开关打开灯亮14制动装置警告灯功能点火开关关闭点火开关打开灯亮测试题：1实操并说明如何对电子控制单元进行检测。课题13.5 制动压力调节器 学习目标鉴定标准教学建议掌握制动压力调节器类型、结构、工作原理掌握制动压力调节器的检测方法应知：制动压力调节器的类型、结构、工作原理应会：制动压力调节器的检测方法建议：借助实物或挂图讲解制动压力调节器的结构，结合多媒体课件讲解制动
30、压力调节器的工作原理，制动压力调节器的检测采用理实一体教学一、制动压力调节器的功用和类型1功用制动压力调节器的功用是在制动时根据ABS电子控制单元（ECU）的控制指令，自动调节制动轮缸制动压力的大小，防止车轮抱死，并处于理想滑移率的状态。2类型1）根据压力调节器的动力源不同：分为液压式和气压式两种。液压式主要用于轿车和一些轻型载货汽车上；气压式主要用在大型客车和载货车汽车上。2）根据压力调节器与制动主缸的结构关系可分为整体式和分离式两种。整体式制动压力调节器与制动主缸制成一体；分离式制动压力调节器自成一体，通过制动管路与制动主缸相连。3）根据压力调节器的调压方式可分为循环式和可变容积式两种。循环式制动压力调节器是通过电磁阀直接控制轮缸的制动压力；而可变容积式制动压力调节器是通过电磁阀间接改变轮缸的制动压力。二、制动压力调节器的基本组成和工作原理1循环式制动压力调节器循环式制动压力调节器如
