汽车ABS刹车防抱死系统 毕业论文.doc

摘 要汽车abs刹车防抱死系统 摘 要 随着汽车工业的迅猛发展,汽车行驶速度提高,以及道路行车密度增大,汽车行驶安全性能也日益成为人们选购汽车的重要依据,广泛采用的abs防抱死制动系统就是在这种要求下产生和发展的，该系统的应用使人们对安全性能的要求得以充分满足，当汽车在紧急制动时，汽车abs可防止车轮抱死，保证车辆在制动时的侧向稳定性和转向操纵性，同时还可以在大多数路面条件下获得最短的制动距离。 因而有必要了解abs防抱死制动系统的现状和发展趋势，本文将介绍abs的基本原理、发展历程和发展趋势。关键词：abs 原理 发展 趋势 目 录目 录第一章 绪 论1第二章abs基本组成及工作原理32.1 abs基本组成及工作原理32.2 abs的分类42.3 abs的优点6第三章abs故障的检查方法83.1 abs系统故障类型83.2 abs系统故障排除方法10第四章 abs的发展趋势及展望144.1 abs的发展趋势144.2 abs 的展望16结 束 语19参考文献20致 谢21 第一章 绪论第一章 绪 论 abs技术是英国人霍纳摩尔1920年研制发明并申请专利，早在20世纪30年代，abs就已经在铁路机车的制动系统中应用，目的是防止车化在制动过程中抱死，导致车轮与钢轨局部急剧摩擦而过早损坏。1936年德国博世公司取得了abs专利权。它是由装在车轮上的电磁式转速传感器和控制液压的电磁阀组成，使用开关方法对制动压力进行控制。 20世纪40年代末期，为了缩短飞机着陆时的滑行距离、防止车轮在制动时跑偏、甩尾和轮胎剧烈磨耗，飞机制动系统开始采用abs，并很快成为飞机的标准装备。20世纪50年代防抱制动系统开始应用于汽车工业。1951年goodyear航空公司装于载重车上；1954年福特汽车公司在林肯车上装用法国航空公司的abs装置。 1978年abs系统有了突破性发展。博世公司与奔驰公司合作研制出三通道四轮带有数字式控制器的abs系统，并批量装于奔驰轿车上。由于微处理器的引入，使abs系统开始具有了智能，从而奠定了abs系统的基础和基本模式。 1981年德国的威伯科（wabco）公司与奔驰公司在载重车上装用了数字式abs系统。abs的市场占有率迅速上升。20世纪80年代中期以后，借助于电子控制技术的进步，abs的更为灵敏、成本更低、安装更方便、价格也更易被中小型家用轿车所接受。这期间较为典型的abs装置有博世（bosch）公司于1979年推出的bosch2型，大陆特威斯（teves）1984年推出的具有防抱制动和驱动防滑功能的abs/asr 2u型。机械与电子元件持续不断的发展和改进使abs的优越性越来越明显，随着激烈的竞争，技术的日趋成熟，abs变得更精密，更可靠，价格也在下降。 1987年欧共体颁布一项法规，要求从1991年起，欧共体所有成员国生产的所有新车型均需装备防抱制动装置，同时规定凡载重16t以上的货车必须装备abs，并且禁止无此装置的汽车进口。日本规定，从1991年起，总质量超过13t的牵引车，总质量超过10t的运送危险品的拖车、在高速公路上行驶的大客车都必须安装abs。 目前，国际上abs在汽车上的应用越来越广泛，已成为绝大多数类型汽车的标准装备。北美和西欧的各类客车和轻型货车abs的装备率已达90%以上，轿车abs的装备率在60%以左右，运送危险品的货车abs的装备率为100%。21第二章 abs基本组成及工作原理第二章abs基本组成及工作原理2.1 abs基本组成及工作原理图1 abs的基本组成图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。2.2 abs的分类2.2.1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。2.2.2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2所示，一般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。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2 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3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3 三通道三传感器abs3) 四通道四传感器式四通道四传感器abs如图4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4 四通道四传感器absa) 双管路前后布置 b) 双管路交叉布置2.3 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。第三章 abs故障的检查方法第三章abs故障的检查方法3.1 abs系统故障类型 1控制器（ecu）的故障类型 控制器是abs的核心部件。出于技术保密的考虑，控制器又是不 可修复件。有的控制器只要打开，就会损坏。控制器常见故障原因 如下。 （1）装夹不牢靠 （2）插座与插头联系不牢靠 （3）控制器有故障或损坏 2车速传感器故障类型 1）传感器头（简称传感器） 传感器的故障在abs故障中所占比率不低于30，因此，设法消 除传感器的故障是提高abs可靠性的重要环节。造成传感器故障的 主要原因有： （1）abs传感器感应部分被泥土、泥浆等其它污染源覆盖，影 响传感器相应的车速信号， （2）abs车速传感器感应线圈有短路、断路或接触不良等现象。 （3）车轮转速传感器信号探头部分安装不牢（松动）或磁极与 齿圈之间有赃物。 2）脉冲环 脉冲环常见的故障有：安装不牢靠、锈蚀、磁化、使用不当（如 为了防锈而涂润滑脂而粘附杂质），安装不当（如脉冲环与轮毂不 同心）等。 3）空气间隙变化 引起空气间隙变化的原因很多：如温度变化、传感器吸附铁粉 杂质、外来物碰击、车轮偏摆及车轮轴承的损坏和松旷，传感器和 脉冲环相对位置的变化等等。 3调压器故障类型 （1）制动压力调节器 （2）制动压力调节器中的阀有泄漏。 （3）调压器与电插头连接松动（不牢靠）。 4 abs系统控制继电器的故障类型 （1）触点接触不良。 （2）继电器线圈有断路或短路现象。 （3）继电器与导线的接头松动（不牢固） 5 abs导线故障类型 （1）导线连接松动，会使abs出现故障 （2）abs导线碰伤、线束腐蚀、断裂、也会使abs出现故障6 油泵的故障类型 （1）油泵隔音套损坏 （2）油泵与相连的管路有漏油现象 （3）油泵与电线连接不良或松动（不牢固） （4）油泵电机线圈的电阻短路或断路7 储能器的故障类型 （1）储能器泄漏 （2）储能器压力过低8 制动液的故障类型 以乙二醇为基液的dot3和dot4制动液，是一种吸湿性较强 的液体，不同的使用条件和环境，其吸湿率不同。当制动液中含有 水分后，其沸点下降，制动时易产生“气阻”，使制动可靠性下降； 含有水分的制动液其腐蚀性也增大。9 制动系统有空气 abs系统中的气体是极其有害的，它破坏系统对制动压力的正 常调节，可导致abs失去作用。当更换制动器、打开了制动管路， 更换了制动系统液压部件时，或是制动踏板发软、变抵、制动效果 变差时，就需要对abs进行排气。3.2 abs系统故障排除方法 1 控制器故障排除 检查线路连接。检查abs控制器线束插接器有无松动，连接导 线有无松脱，若良好。在检测电压，电阻或波形检查abs控制器线 束插接器各端子的电压值、波形、或电阻，如果与标准值不符，与 之相连的部件和线路正常，则应更换控制器再试。更换控制器就是 用替换法试验，即在检查传感器、继电器、电磁阀及其线路均无故 障而怀疑abs控制器有故障时，可以用个新的控制器替代，如果故 障现象消失，则原abs控制器有故障，需要更换。2 车速传感器故障排除 1） 传感器头（简称传感器）排除方法 直观检查。主要检查传感器安装无松动，导线及线束插接器 有无松动。若以上均为正常，应进行传感器电阻的测量，用万用表 打欧姆档检测传感器感应线圈的电阻（每个车型电阻值都不同故不 一一介绍）。如果电阻过大或过小；均说明传感器不良。若良好在 对其进行信号检测，将汽车举升使车轮悬空，在车轮转动时；用交 流电压表测量传感器的输出信号电压，电压表应该有电压指示，其 电压值应随车轮的转速的增加而升高，一半情况下，应能达到2v以 上。若良好在对传感器波形进行检查，可用示波器检测传感器的输 出信号电压波形，正常的信号电压波形应是均匀稳定的正弦电压波 形。如果三项检查有有一个不达标应进行更换。 2）脉冲环的故障排除 （1）脉冲环与车轮旋转件之间应装配牢靠，不得有松动。 （2）脉冲环若磁化严重，应进行退磁处理或更换 （3）脉冲环形似齿圈，但并不发挥齿轮功能，只有分度功能。 脉冲环与传感器采用无接触式配合，因此，脉冲环不会有磨损，但 要防止氧化（脉冲环材质一般为导磁率高的铁）。为防止氧化，可 在其表面涂上一层润滑油，但绝不能涂润滑脂，以免吸附杂质。3）空气间隙的故障排除 传感器的空气间隙没有达到要求，都会引起传感器工作不 良，应对其进行调整，以恢复正常工作状态。传感器的调整可用纸 垫片贴紧传感器头端面来完成，当汽车运行时，随着传感器齿圈的 旋转，纸垫片就会自然消失。 3 调压器故障排除 （1）直观检查，检查调压器是否有泄漏现象，检查电插头是 否有松动。 （2）用万用表欧姆档检测电磁阀线圈的电阻，电磁阀线圈的 阻值为35欧姆。如果电阻无穷大或过小等，均说明其电磁阀有故 障。 （3）将汽车顶高地面10 cm左右,并支撑牢靠,将变速器置于空 档位置;闭合点火开关,踩下制动踏板,由助手搬动车轮,车轮应处 于抱死状态;从控制器上拆下线束插头,再给个别制动轮缸的进油 阀和出油阀供电,踩下制动踏板后,该车轮不得抱死。4 abs系统控制继电器故障排除 （1）直观检查，检查电插头是否有松动现象 （2）检查继电器是否动作。对继电器施加其正常的工作电压， 看继电器能否正常动作；若能正常动作，则用欧姆表检测继电器触 点间的电压和电阻，正常时触点闭合时的电压应为零。若电压大于 0.5v以上，则说明触点接触不良。 （3）检测继电器线圈电阻。用欧姆表检测继电器线圈的电阻， 电阻值应在正常范围之内。5 abs导线故障排除 abs的导线及其联络要保证abs有良好的抗外界电磁场干扰的 能力，为了便于使用，abs的导线颜色也有严格的区分之规定，因 此从导线不可随意更改，特别是控制与传感器间的导线要有一定的 屏蔽作用，更不能随意更改。 （1）检查导线联络是否松动。 （2）检查导线不得有碰伤、线束腐蚀，断裂。 6 油泵的故障排除 （1）检查油泵隔音套是否损坏，如损坏应更换 （2）断开点火开关，给储能器泄压。闭合点火开关，油泵电 机运转，且运转时间不超过60s。如果电机运转时间超过60s，可能 是如下原因所致：油泵电机继电器不良、储能器预置压力不当、制 动系泄漏、贮液室液量少或制动管路阻塞等。检查电源电压，检查 电机导线及联结是否完好，检查油泵电机线圈的电阻值。7 储能器的故障排除 （1）向贮油室加足制动液后,检查是否有泄漏。 （2）储能器预置压力为4.010.0mpa,可通过车用压力去观 察。 （3）油泵运行时间不长于60ms,使储能器压力升到16.2 19.3mpa。 （4） 汽车静止,闭合点火开关,多次实施全行程制动,使储能 器压力降低,在油泵运行前压力表读数应为9.711.7 mpa。 3.8 制动液的故障 制动液的故障排除方法就一种，那就是更换制动液。一般在 吸湿率达到3时就应更换制动液。3吸湿率是制动液使用12年 的自然吸湿程度，因此一般要求每年更换一次制动液，一确保制动 的可靠性。8 制动系统的排气 abs系统有气体后就要对abs排气比普通的制动系统复杂一 些，应遵循一定的要领，否则费工费时，制动系统中的空气也排不 干净。操作时应注意如下几点： （1）对于装有制动真空助力器的，在进行排气操作前，首先 要把制动助力控制装置断开，使制动处于无助力状态 （2）应断开abs电脑，以使排气过程中abs电子控制系统不起 作用，避免abs对排气造成影响。 （3）abs排气时间要比普通制动系统长，消耗的制动液也较多， 需边排气边向制动总泵储液罐添加制动液，使储液罐制动液面保持 在max和mzn标记之间。 （4）刚刚放出的制动液不能马上回添入储液罐，需在加盖的 玻璃瓶中静放3天以上，待制动液中的气泡排尽后才能再用。 （5）在排气过程中，制动踏板要缓缓而踩，不能过猛这与普 通制动系统一样。 （6）不同型式的abs，其排气程序可能会有些不同，应参照相 应的保养手册进行排气操作。（7）一些abs排气可让abs油泵工作，（接通点火开关，有的 需运转发动机）在加压的情况下可使排气更快更彻底。第四章 abs的发展趋势及展望第四章 abs的发展趋势及展望4.1 abs的发展趋势 abs系统中涉及以下几方面技术：一是传感器。传统上abs传感器以电磁感应式传感器为主，目前国内市场90%是以这种传感器为主，气动abs几乎100%采用这种传感器。这种传感器的优点是成本低，抗恶劣环境的能力强，但缺点是要求工作间隙较小，低速时往往没有信号。近几年由于半导体技术的发展，霍尔型传感器逐步在液压abs系统中采用，它的特点是体积小，工作间隙大，信号幅度与速度无关，还可以测试间隙及方向，特别是用于abs升级的产品，所以霍尔型传感器呈现逐步增多的趋势。 二是abs控制器。目前abs控制器主要以16位单片机为主，一般采用双cpu，也有采用单cpu的。其所用到各种硬件芯片，国外大的半导体厂商都有成熟的解决方案，所以硬件实现已比较简单。 ecu硬件的方面主要是朝集成化方向发展，一些公司采用先进的半导体技术试图将功率驱动芯片与cpu集成在一起，将各种辅助功能，如电源、通信也集成在一起。这样芯片就可以集成到一两个器件上，大大提高了系统的可靠性。在软件方面也有人试图将abs软件标准化，软件开发朝着图形化及自动代码生成方向发展，这样会导致要求更高的cpu计算速度和更大的内存及程序存储空间。 abs主要采用can作为通信总线 车载网络主要有a、b、c三个级别，a级主要以本身电子为主，其代表的总线是lin。c级是以实时控制为主，其代表的总线是can。abs主要采用can作为通信总线，气动abs主要采用saej1939作为网络协议，而液压abs一般都是各厂家自己制定。一般abs通信速率在500波特率。abs是安全系统，所以一般它要将abs状态、轮速等信息发送到总线上。带有asr的系统还要通过总线进行驱动力的控制。 随着电制动(brake-by-wire)的发展，要求总线速度和可靠性方面有大的提高。目前出现了1m波特率至10m波特率的总线，它们分别是：ttp/c、ttcan、flexray，每一种总线都有自己的特点。目前没有一种总线进入实用化阶段，价格及系统的容错能力是主要问题。另外，brake-by-wire系统还没有开始进入大批量使用阶段，所以这类高速总线的出现还需要时间。 车载网络另一部分是诊断协议，早期一般采用iso9141作为硬件标准，应用层协议由厂商自定。目前的趋势是延续iso9141的硬件接口，应用层协议则是采用isokw2000。abs技术在20世纪90年代初期就已成熟，近十年来没有突破性的发展，但在abs技术进行的扩展，将abs的内涵给予了很大的提升。abs最初的扩展是防滑控制系统，它分为制动防滑(eds)和驱动防滑(tcs)两部分，有时统称为asr。在此基础上扩展了后轴制动力感载控制，即ebd功能，以及电子助力制动eba，这些扩展仍是以abs为主。90年代中期，abs进入了一个全新的发展，abs只是作为全新系统的一个子系统，而不是一个主要的系统，但它仍把abs作为一个重要组成部分。 气动abs演化为ebs，即电子制动系统，在此基础上发展为稳定性控制系统esp，稳定性控制系统主要利用车辆加速度传感器和横摆角速度传感器，对车辆横向稳定性进行控制，如对过度转向及不足转向进行纠正，防止车辆失去稳定性。还有一些系统将倾翻警告集成到这类系统中，这种系统的控制主要以制动为主，所以abs是其重要的组成部分。 液压abs目前演化成稳定性控制，即esp系统。它是控制操作过程中的横向稳定性，通用制动成驱动力的调节来调整整车的横向稳定性，目前这种系统已批量装车，国内中高档轿车已开始装车，在此基础进行扩展的功能有：将助力转向系统与esp相结合，更好地控制车辆稳定性。下一代产品已进行了批量生产，即电子制动系统，将传统的制动液压传动部分改为电传动，但制动力仍靠液压及主缸分泵产生，这样可以提高制动的响应速度，减小制动距离，同时可以实现brake-by-wire的功能。未来液压abs系统将向全电子系统过渡，但可靠性及成本是一个非常大的障碍，全电子制动要求制动电机有足够的制动力，但目前的12伏电源很难满足要求，要求未来的42伏电源系统的实施后才可能变成现实。 总之，现代汽车制动控制技术正朝着电子制动控制方向发展。全电制动控制因其巨大的优越性，将取代传统的以液压为主的传统制动控制系统而占据下一代制动控制系统统治地位。同时，随着其他汽车电子技术特别是超大规模集成电路的发展，电子元件的成本及尺寸不断下降。汽车电子制动控制系统将与其他汽车电子系统如汽车电子悬架系统、汽车主动式方向摆动稳定系统、电子导航系统、无人驾驶系统等融合在一起成为综合的汽车电子控制系统，未来的汽车中就不存在孤立的制动控制系统，各种控制单元集中在较少的ecu中，并将逐渐代替常规的控制系统，实现车辆控制的智能化。 4.2 abs 的展望 根据国内外的一些研究动态和高档轿车的实际应用表明，abs技术将沿着以下几个方面继续发展： （1）abs和驱动防滑控制装置asr一体化。abs以防止车轮抱死为目的，asr是防止车轮过分滑转，abs是为了缓解制动，asr是为了施加制动。由于二者技术上经较接近，且都能在低附着路面上充分体现它们的作用，所以将二者有机地结合起来。（2）动态稳定控制系统vdc（或电子稳定控制（esp）。vdc主要在abs/asr基础上解决汽车转向行驶时的方向稳定性问题。abs与电子全控式（或半控式）悬架、电子控制四轮转向、电子控制液压转向、电子控制自动变速器等控制系统在功能、结构上有机地结合起来，保证汽车在各种恶劣情况下行驶时，都具有良好的动态稳定性。（3）abs/asr与自动巡航系统（acc）集成。自动巡航控制系统（acc）的目的是在巡航行驶时自动把车速限制在一个设定的速度，并且能够根据前方车辆的行驶善，自动施加制动或加速使其保持在一定的安全距离内行驶。在遇到障碍物时，可以自动施加制动，把车速调整到安全范围内。由于abs/asr和acc都要用到相同的轮速采集系统，制动压力调节装置以及发动机输出力矩调节装置，因此abs/asr/acc集成化系统，不仅可以大大降低成本，而且可以提高汽车的整体安全性能。（4）减小体积，降低重量。为了提高汽车的安全性能，增加了一些装置，汽车的重量了随之增加，对燃料经济性不利。所以新增设的各种装置必须在保证安全性的前提下，尽量地减少重量。另外，不论是大型车还是小型车，发动机的安装空间都是非常紧凑的，因此，也要求abs控制器的体积尽可能的小一些。（5）随着abs与新一代制动系统的结合，如电子液压制动ehb、电子机械制动emb、abs有了更快的