ABS的原理与检修

第7章ABS的原理与检修教学目标1.制动系统工作的的基本原理2.ABS系统的基本组成和工作原理3.ABS工作过程分析4.ABS系统主要零部件工作原理分析5.ABS系统自诊断功能。一，ABS系统结构特点汽车制动系统工作性能的好坏对行车安全至关重要。汽车电控ABS制动系统是制动系重要的一个种类。只有汽车具有足够的制动器制动力，同时地面又能提供较大的附着力时，汽车才能获得较好的制动效果。1)地面制动力汽车只有受到与行驶方向相反的外力时，才能使汽车制动减速直至停车。这个外力只能由地面和空气提供。由于空气阻力相对较小，为了分析方便，可以近似地认为实际上外力是由地面提供的，称之为地面制动力。地面制动力越大，制动加速度越大。1.汽车制动时车轮受力分析2)制动器制动力在车轮周缘为克服制动器摩擦力矩所需加的力，称之为制动器制动力。附着力是地面阻止车轮滑动所能提供切向反作用力的极限值。在一般硬实路面上，轮胎与路面间的附着力可近似认为是轮胎与路面间的摩擦力。3)附着力在汽车制动时，有纵向附着力和横向附着力。纵向附着力决定汽车的纵向运动，影响汽车的制动距离。横向附着力决定汽车的横向侧滑。3)附着力4)车轮滑移率当汽车匀速行驶时，实际车速V(即车轮中心的纵向速度)与车轮速度Vw(即车轮滚动的圆周速度)相等，车轮在路面上的运动为纯滚动运动。V=Vw时，纯滚动当驾驶员踩下制动踏板时，由于地面制动力的作用，使车轮速度减小，车轮处在既滚动又滑动的状态，实际车速与车轮速度不再相等，人们将车速和车轮速度之间出现的差异称为滑移。4)车轮滑移率轮胎滑移的程度用滑移率S来表示。车轮滑移率是指实际车速V与车轮速度Vw之差同实际车速V的比值。滑移率是指在制动时，在车轮运动中滑动成分所占的比例，用s表示：4)车轮滑移率100%vrsv式中：v ——车轮中心的速度(m/s)；r ——车轮不受地面制动力时的滚动半径(m)；  ω ——车轮角速度(rad/s)。%1001%1001%100wwvrvvvvv滑移率实际意义是车轮总制动距离内滑动距离占的比例大小。当V=Vw时，滑移率S=0，车轮自由滚动；当Vw=0时，滑移率S=100%，车轮完全抱死滑移；当V＞Vw时，滑移率0＜S＜100%，车轮既滚动又滑移。滑移率越大，车轮滑移程度越大。①汽车载客人数或载物量；②前、后轴的载荷分布情况；③轮胎种类及轮胎与道路的附着状况；④路面种类和路面状况；⑤制动力大小及其增长速率。汽车纵向附着系数和侧向附着系数对滑移率有很大影响。车轮滑移率的影响因素5)附着系数和滑移率的关系在制动过程中，车轮抱死滑移的根本原因是制动器制动力大于轮胎-道路附着力。横向附着系数越大，汽车制动时方向稳定性和保持转向控制能力越强。当滑移率为零时，横向附着系数最大；随着滑移率的增加，横向附着系数越来越小。当车轮抱死时，横向附着系数几乎为零，汽车方向失控、稳定性差。前轮先抱死时，可能出现方向失控现象。后轮先抱死时，可能出现甩尾现象。s＝10%～25%时为最佳。图1附着系数与滑移率的关系(虚线与实线标注的上下顺序一一对应)φB—纵向附着系数；φS—横向附着系数；S—滑移率由图可见：①附着系数取决于路面性质。一般干燥路面附着系数大，潮湿路面附着系数小，冰雪路面附着系数更小。②在各种路面上，附着系数都随滑移率的变化而变化。③在各种路面上，当滑移率为20%左右时，纵向附着系数最大，制动效果最好。当车轮抱死时，横向附着系数接近于零，汽车将失去方向稳定性和转向控制能力，其危害极大。如果前轮抱死，虽然汽车能沿直线向前行驶，但是失去转向控制能力。如果后轮抱死，汽车的制动稳定性就会变差，抵抗横向外力的能力很弱，后轮稍有外力(如侧向风力或地面障碍物阻力)作用就会发生侧滑(甩尾)，甚至出现调头(即突然出现180°转弯)等危险现象。综上所述，为了获得最佳制动性能，应将滑移率控制在10%到25%范围内。因此，通过采用ABS，使汽车在制动过程中自动调节车轮的制动力，防止车轮抱死滑移，从而缩短制动距离，提高方向稳定性，增强转向控制能力，减少交通事故的发生。(1)有效控制车轮滑移率。在汽车制动过程中，当车轮滑移率超过稳定界限时，ABS将自动减小制动压力，以减小车轮制动器制动力，从而减小车轮滑移率；而当车轮滑移率低于稳定界限时，又自动增加制动压力，以增大车轮制动器制动力，从而增大车轮滑移率。2.ABS的特点(2)提高了制动稳定性。防抱死制动系统避免了汽车制动时车轮抱死状态，保持了较大的侧向附着系数，消除了车轮抱死情况下出现的侧滑、甩尾甚至掉头等情况，并保证了紧急制动情况下良好的转向性能。2.ABS的特点(3)具有故障自诊断能力。在防抱死制动系统出现故障后，能自动停止工作，恢复普通制动装置的工作，并将故障以代码的形式显示出来。1.ABS的基本组成二，系统分类与组成除原有的制动系统(真空助力装置有些没有)外，另增加了液压调节器(带液压油泵)、车轮转速传感器、电控单元(ECU)及电路，报警灯等装置。液压调节器也称制动压力调节装置，主要由调压电磁阀总成、电动泵总成和储液器组成。如图4所示是典型的ABS的组成图。图4典型的ABS系统结构图1—车轮转速传感器；2—右前制动器；3—制动主缸；4—储液室；5—真空助力器；6—电子控制装置(ECU)；7—右后制动器；8—左后制动器；9—比例阀；10—ABS警示灯；11—储液器；12—调压电磁阀总成；13—电动泵总成；14—左前制动器图6-1桑塔纳2000轿车的ABS组成及安装位置图6-1为桑塔纳2000轿车上使用的ABS组成及其安装位置图，图6-2LS400ABS布置形式图6-2为LS400ABS布置形式。(1)按组成结构的不同，ABS可分为整体式和分体式。整体式ABS的制动主缸、液压调节器和各控制阀制成一体，有些无真空助力元件。分体式ABS的制动主缸和真空助力液压元件仍采用传统制动装置，制动主缸和调节器及各控制阀没有制成一体。2.ABS的分类(2)按制动力源的不同，ABS可分为气压式、液压式和气顶液压式。(3)按控制回路的不同，ABS可分为四种：单通道控制回路(如图6-3所示)配有一个或两个传感器；双通道控制回路(如图6-4所示)配有二至四个传感器，通常为两前轮一起控制，两后轮一起控制；三通道控制回路(如图6-5所示)配有三个或四个传感器，两前轮单独控制，两后轮一起控制；四通道控制回路，(如图6-6所示)配有四个传感器，四轮独立控制。2.ABS的分类图6-3单通道控制回路图6-4双通道控制回路(a)双通道前轮独立-后轮低选择控制的ABS；(b)双通道前轮独立控制的ABS图6-5三通道控制回路(a)三传感器三通道前轮独立-后轮低选择控制的ABS；(b)四传感器三通道前轮独立-后轮低选择控制的ABS(a)四通道四轮独立控制的ABS；(b)四通道前轮独立-后轮低速控制的ABS图6-6四通道控制回路1.车轮转速传感器车轮转速传感器的作用是检测车轮的速度，并将速度信号输入ECU.目前常用的车轮转速传感器有电磁感应式和霍尔式两种。三结构与原理1)电磁感应式车轮转速传感器它是通过线圈的磁通变化，感应出脉冲电压信号的装置。电磁感应式车轮转速传感器。由磁感应传感头和齿圈两部分组成。三结构与原理传感头为静止部件，由永久磁铁、感应线圈和磁极(极轴)构成，安装在每个车轮的托架上，有两根引线(屏蔽线)接至电控单元。齿圈为运动部件，安装在轮毂或轮轴上，和车轮一起旋转。其齿数的多少与车型及电控单元有关，不同车型的ABS装置不通用。图7-7车轮转速传感器外形(a)驱动车轮(b)非驱动车轮图13车速转速传感头在车轮上的安装1、8—电磁感应式传感器；2—半轴；3—悬架支承；4、7—齿圈；5—轮毂；6—转向节(a)主减速器(b)变速器图14车轮转速传感器在传动系统中的安装位置1、5—传感器；2、3—齿圈；4—变速器根据极轴的结构形式不同，电磁感应式转速传感器又分为凿式和柱式等。图7-8车轮转速传感器结构图(a)凿式极轴；(b)柱式极轴(b)菱形极轴传感头(柱式极轴的一种)(c)柱式极轴传感头图17电磁感应式车轮转速传感器的传感头与齿圈的相对安装方式(a)凿式极轴传感头当齿圈随车轮旋转时，由于磁极及齿圈间的间隙发生变化(齿顶、齿根)，使得通过线圈的磁通发生变化，从而在线圈上感应出一交流电动势，其频率与车轮转速成正比，电动势的大小(振幅)也与转速成正比。电磁感应式车轮转速传感器工作原理如达科(Delco)公司生产的ABS，其电磁感应式传感器在低速及高速时的电压信号变化为0.1～9V电控单元依据此信号频率确定转速，并测算出瞬时制动减速度及制动滑移率，从而控制制动液压，防止车轮抱死。电磁感应式车轮转速传感器工作原理图7-9电磁感应式转速传感器工作原理示意图(a)齿隙与磁芯端部相对时；(b)齿顶与磁芯端部相对时；(c)传感器输出电压电磁感应式车轮转速传感器工作原理如图7-9所示(a)齿隙与磁心端部相对时(b)齿顶与磁心端部相对时图4.15电磁感应式车轮转速传感器的工作原理1—齿圈；2—磁心端部；3—感应线圈引线；4—感应线圈；5—永久性磁心；6—磁力线；7—电磁感应式传感器；8—磁极；9—齿圈齿顶霍尔式车轮转速传感器由传感头和齿圈两部分构成。传感头由永磁体、霍尔元件和电子电路等组成。2)霍尔式车轮转速传感器图7-10霍尔式车轮转速传感器工作原理示意图(a)磁场较弱时；(b)磁场较强时霍尔式车轮转速传感器工作原理如图7-10所示。(a)霍尔元件磁场较弱图18霍尔式车轮转速传感器磁路(b)霍尔元件磁场较强图18霍尔式车轮转速传感器磁路图7-10(a)中穿过霍尔元件的磁力线分散，磁场较弱；图7-10(b)中则相反，磁场较强。这样齿圈随车轮转动时，使得穿过霍尔元件的磁力线密度发生变化，从而产生霍尔电压(毫伏级准正弦波电压)，此电压信号再由电子电路转换成标准的脉冲电压信号输入电控单元。2)霍尔式车轮转速传感器2.制动压力调节装置制动压力调节装置的作用是根据ECU的指令，调节各个车轮制动器的制动压力。常用制动系统有液压式、机械式、气压式和空气液压复合式等。1)液压循环式制动压力调节器主要由一只电动泵、储能器、八个电磁阀等构成一个整体。八个电磁阀分别控制通往前后轮的四个管路的油压，每个管路中一对电磁阀中的一个是常开进油阀，另一个是常闭出油阀。八个电磁阀的开闭由电控单元控制。电动泵两端的进出油路上分别设置有一个吸入阀和压力阀。储能器和电动泵并联，用以存储从制动工作缸流回的制动液，并减轻油压的脉动。2.制动压力调节器图7-11桑塔纳循环式制动压力调节器外形图桑塔纳循环式制动压力调节器的外形如图7-11所示。液压循环式制动压力调节器的压力调节可分为4个阶段。(1)制动油压建立(初始制动阶)(图7-12)。图7-12初始制动阶段当驾驶员踩下制动踏板时，制动主缸产生的油压通过管路，并经不通电的进油阀进入制动工作缸，不通电的出油阀处于关闭状态，从而使车轮制动器产生制动力。随着驾驶员踩下制动踏板，制动压力逐渐上升，车轮转速逐渐下降。初始制动阶段ABS的电控单元不对制动液压进行控制，整个过程和传统制动系统相同。(2)制动压力保持阶段(图7-13)图7-13制动压力保持阶段随着制动压力升高和车轮转速下降到一定程度，车轮开始出现部分滑移现象。当车轮的滑移率达到10%～20%左右时，ABS中的电控单元将输出控制信号给进油阀，使其通电而关闭油路，出油阀不通电仍处于关闭状态。此时，制动工作缸内油压将保持不变，即处于某一个稳定的油压状态下。(2)制动压力保持阶段(图7-13)(3)制动压力降低阶段(图7-14)。图7-14制动压力降低阶段当制动油压保持不变而车轮转速继续下降，车轮的滑移率超过10%～20%左右时，ABS中的电控单元将输出控制信号给出油阀，使其通电而处于打开状态，进油阀继续通电而处于关闭状态，从而使制动工作缸内的高压油从出油阀经管路流入储能器中，制动工作缸内的制动油压下降，车轮转速由下降逐渐变为上升，滑移率也由增加逐渐变为