汽车 ABS详解

1、第十五章 ABS 本章内容 概概 述述 1 ABS基本原理基本原理 2 ABS结构结构 3 其他先进的制动系统其他先进的制动系统 4 第一节 概述 一、ABS理论基础 u制动评价指标 制动效能制动效能 制动效能恒定性制动效能恒定性 制动方向稳定性制动方向稳定性 滑移率滑移率 S=(VV)/V100% =(Vr.)/V100% 二、传统制动系统存在的问题 纵向附着系数低，制动距离长 横向防侧滑能力差，制动稳定性差 易抱死，轮胎磨损加剧 三、ABS的作用 缩短制动距离缩短制动距离 增加汽车制动时的稳定性增加汽车制动时的稳定性 改善轮胎的磨损改善轮胎的磨损 使用方便、操作性好使用方便、操作性好 u四

2、、ABS的发展 最早应用于飞机、铁路机车：最早应用于飞机、铁路机车：19081908年年 J.E.FRANCISJ.E.FRANCIS设计，设计，19361936年年BOSCHBOSCH取得专利。取得专利。 19451945年，美国开发了用于喷气式飞机的年，美国开发了用于喷气式飞机的ABSABS 19481948年，年，Westinghouse Air BrakeWestinghouse Air Brake开发了开发了 用于铁路机车的用于铁路机车的ABSABS；Hydro AireHydro Aire公司开发公司开发 的的ABSABS装于装于B-47B-47上。上。 5050年代后期至年代后期

3、至19601960年，年，Good YearGood Year和和Hydro Hydro AireAire公司开发出了公司开发出了ABSABS系统。系统。 19541954年，福特公司将法航机用年，福特公司将法航机用ABSABS装在林肯装在林肯 车上，失败。车上，失败。 19571957年，福特与年，福特与Kelsey HayesKelsey Hayes公司联合开发公司联合开发 ABSABS系统，系统，19681968年获得成功。年获得成功。 19581958年，年，DunlopDunlop公司开发出了载货车用公司开发出了载货车用 Maxaret ABSMaxaret ABS。 1960196

4、0年，年，Harry Ferguson ResearchHarry Ferguson Research公司改公司改 进了进了Maxaret ABSMaxaret ABS，19651965年投入生产。年投入生产。 19781978年，发展高峰。年，发展高峰。 u五、ABS的分类 按功能和布置形式不同 后轮ABS 四轮ABS 按系统控制方案 轴控式（一同控制，分低选控制和高选控制） 轮控式 混合式 按组成结构不同 整体式：制动主缸、液压调节器制动主缸、液压调节器和和各控制阀制成一各控制阀制成一 体体 分体式 u按控制通道和传感器数不同分 单通道式 双通道式 三通道式 四通道式 控制通道控制通道 （

5、压力调节器）（压力调节器） 轮速传感器轮速传感器 u双通道ABS多用于制动管路对角布置的汽车上， 两前轮独立控制，制动液通过比例阀(P阀)按一 定比例减压后传给对角后轮。 u对于采用此控制方式的前轮驱动汽车，如果在紧对于采用此控制方式的前轮驱动汽车，如果在紧 急制动时急制动时离合器没有及时分离离合器没有及时分离，前轮在制动压力，前轮在制动压力 较小时就趋于抱死，而较小时就趋于抱死，而此时后轮的制动力还远未此时后轮的制动力还远未 达到其附着力的水平，汽车的制动力会显著减小。达到其附着力的水平，汽车的制动力会显著减小。 而对于采用此控制方式的后轮驱动汽车，如果将而对于采用此控制方式的后轮驱动汽车，

6、如果将 比例阀调整到正常制动情况下前轮趋于抱死时，比例阀调整到正常制动情况下前轮趋于抱死时， 后轮的制动力接近其附着力，则后轮的制动力接近其附着力，则紧急制动时由于紧急制动时由于 离合器往往难以及时分离，导致后轮抱死，使汽离合器往往难以及时分离，导致后轮抱死，使汽 车丧失方向稳定性车丧失方向稳定性。 二通道四传感器二通道四传感器/ /前轮独立控制方式前轮独立控制方式 三通道三传感器三通道三传感器/ /前独前独- -后低选控制方式后低选控制方式 由于三通道由于三通道ABSABS对两后轮进行一同控制，对于后轮对两后轮进行一同控制，对于后轮 驱动的汽车可以在变速器或主减速器中只设置一个转驱动的汽车可

7、以在变速器或主减速器中只设置一个转 速传感器来检测两后轮的平均转速。速传感器来检测两后轮的平均转速。 三通道四传感器三通道四传感器/ /前独前独- -后低选控制方式后低选控制方式 紧急制动时，前轴 载荷会增加很多。 对前轮制动压力进 行独立控制，可 充分利用两前轮 的附着力对汽车 进行制动，有利 于缩短制动距离， 并且汽车的方向 稳定性却得到很 大改善。 四通道四传感器四通道四传感器/ /前独前独- -后选控制方式后选控制方式 虽然在通往四个制动轮缸的制动管路中各设置一个制动压力调节虽然在通往四个制动轮缸的制动管路中各设置一个制动压力调节 分装置，但两个后制动压力调节分装置却是由电子控制装置一

8、同分装置，但两个后制动压力调节分装置却是由电子控制装置一同 控制的，控制的，实际上仍是三通道实际上仍是三通道ABS 四通道四传感器四通道四传感器/ /四轮独立控制四轮独立控制 可以最大程度地利用每个车轮的附着力进行制动，可以最大程度地利用每个车轮的附着力进行制动，制动效能最好制动效能最好。但。但 两侧车轮的附着系数不相等的路面上制动时，由于同一轴上的制动两侧车轮的附着系数不相等的路面上制动时，由于同一轴上的制动 力不相等，使得汽车力不相等，使得汽车产生较大的偏转力矩而产生制动跑偏产生较大的偏转力矩而产生制动跑偏。因此，。因此， ABS通常不对四个车轮进行独立的制动压力调节。通常不对四个车轮进行

9、独立的制动压力调节。 第二节 ABS的结和原理 一、ABS控制原理 轮速传感器轮速传感器 传感器转子传感器转子 制动分缸制动分缸 制动灯开关 制动盘制动盘 电子控制单元电子控制单元 ECU 执行器执行器 Actuator 二、ABS控制方式 以车轮滑移率为控制参数 以车轮角加、减速度为控制参数 以车轮角减速度和滑移率为控制参数 不同的路况，最佳滑移率不同；紧急制动时，角速 度达到门限时，滑移率也差别很大。单用一种参数 无法适用不同状况。 通常采用车轮角加速度、角减速度和滑 移率作为控制参数。滑移率一般为辅助 门限。 三、ABS控制过程 高附着系数路面制动控制过程 1阶段：增压至-a 2阶段：-

10、a,but SS1，减压 4阶段：-a；保持，加速 5：+A，增压，加速度下降 6：+A，保持至+a 7：+a, 增压、保持快速转换 S在理想值附近波动，减速 8：-a，下一循环。 滑移率门限S1 低附着路面控制过程 制动压力较低，加速时间长，控制策略不同于前 车速低于20，减速度太小，以滑移率门限作为主要 控制参数 制动中路况突变的控制过程 高附着系数突变到低附着系数时，由高滑移率门限 S2来判断，进行相应的控制。 四、ABS结构 一、轮速传感器一、轮速传感器 u1 1、磁感应式、磁感应式 作用：测出车轮的转速，并将信号送到作用：测出车轮的转速，并将信号送到ECUECU。 结构：由传感头和齿

11、圈两部分组成，传感结构：由传感头和齿圈两部分组成，传感 头由永磁铁、极轴、感应线圈等组成。头由永磁铁、极轴、感应线圈等组成。 u电磁式车轮传感器的缺点是： 其输出信号随车速的变化而变化； 其响应过慢； 抗电磁波干扰能力差。 u安装方式 2 2、霍尔效应式、霍尔效应式 优点：优点： 输出信号幅值不受转速影响；输出信号幅值不受转速影响； 频率响应高；频率响应高； 抗电磁干扰能力强。抗电磁干扰能力强。 二、二、G G传感器传感器 水银型：水银型：当汽车制动时，足够大的减速度力将水银上抛，接通电路，当汽车制动时，足够大的减速度力将水银上抛，接通电路， 给给ECUECU加速度信号。加速度信号。 摆型摆型

12、：摆动板（遮光板）两面分别装有两个信号发生器，当汽车制：摆动板（遮光板）两面分别装有两个信号发生器，当汽车制 动时，摆动板摆动信号发生器产生通或断的脉冲信号。动时，摆动板摆动信号发生器产生通或断的脉冲信号。ECUECU根据通、断变根据通、断变 换的速率就能计算出加速度来。换的速率就能计算出加速度来。 应变仪型应变仪型：当汽车制动时，悬架减速度产生的惯性力使半导体应变：当汽车制动时，悬架减速度产生的惯性力使半导体应变 片发生弯曲变形，使其电阻变化，引起动态应变仪输出电压的变化；加速片发生弯曲变形，使其电阻变化，引起动态应变仪输出电压的变化；加速 度越大，惯性力越大，输出电压越高。度越大，惯性力越

13、大，输出电压越高。 三、ABS电控单元 ABS的控制软件一般由防滑控制和安全检查保证两部分组成。 主循环是相隔一定时间就循环一次，其功能主要是对各模 块和子程序进行初始化，对控制标志进行重新设置，对地 址和参数进行确认。 安全保障 主要是对系统的工作状态进行监视并作出检测和诊断， 当发现存在影响系统正常工作的故障时，作出相应的响应。 模式选择 根据汽车的参考速度、车轮速度以及系统的故障决定 是否进入ABS工作状态。 分析子程序 将计算的车轮运动特性与参考车速比较决定如何调用 电磁阀的控制命令，门限值的设定、控制逻辑的选择都是 在此模块中实现。 制动压力调节装置 u根据制动压力装置与制动助力器的

14、结构关系，分 为分离式、组合式和整体式。 液压调节装置含 有电机驱动的回流泵、储压器、阻尼室、节流阀 和两位液压电磁阀（2/2电磁阀）。 回流泵：回流泵将制动分泵中排出的制动液 泵回到制动总泵。 储压器：储压器为在减压过程中大量回流的 制动液提供暂时的储存所。 阻尼器：阻尼器及其下游的节流装置能减少 返回到制动总泵中的液压脉冲幅值，使噪声减少。 u电磁阀电磁阀 u电磁阀控制三种状态： 加 压：进油阀开，出油阀关 减 压：进油阀关，出油阀开 保 压：进油阀关，出油阀关 （1）开始制动阶段（系统油压建立）开始制动阶段（系统油压建立） 循环流动式循环流动式 u开始制动时，驾驶员开始制动时，驾驶员 踩

15、制动踏板，制动压踩制动踏板，制动压 力由制动主缸产生，力由制动主缸产生， 经常开的不带电压的经常开的不带电压的 进油阀作用到车轮制进油阀作用到车轮制 动轮缸上，此时，不动轮缸上，此时，不 带电压的出油阀依然带电压的出油阀依然 关闭，关闭，ABS没参与控制，没参与控制， 整个过程和常规液压整个过程和常规液压 制动系统相同，制动制动系统相同，制动 压力不断上升。压力不断上升。 系统油压建立过程 电控单元发出的信号 u进油电磁阀 出油电磁阀 电动液压泵 不通电 不通电 不通电 (打开) (关闭) (不运转) （2）油压保持阶段）油压保持阶段 u当驾驶员继续踩制当驾驶员继续踩制 动踏板，油压继续动踏板

16、，油压继续 升高到车轮出现抱升高到车轮出现抱 死趋势时，死趋势时，ABS电子电子 控制单元发出指令控制单元发出指令 使进油阀通电并关使进油阀通电并关 闭阀门，出油阀依闭阀门，出油阀依 然不带电压保持关然不带电压保持关 闭，系统油压保持闭，系统油压保持 不变。不变。 电控单元发出的信号 u进油电磁阀 出油电磁阀 电动液压泵 不通电 不通电 不通电 (打开) (关闭) (不运转) 通电 不通电 不通电 (关闭) (关闭) (不运转) （3）油压降低阶段 若制动压力保持不变，车轮 有抱死趋势时，ABS电子 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

17、 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，液压泵 开始起动，将制动液由低 压储液罐送至制动主缸。 常规制动 制动总缸 ABS ECU 单向阀 1 单向阀 2 单向阀 3 回位弹簧 A 孔打开 B 孔关闭 0 A 0 V C 孔 泵电机 ABS执行器: 常规制动时的 3位电磁阀和泵电机工作状态 部 件 名 工 作 状 态 3 位 电 磁 阀 “A”口打开 “B”口关闭 泵 电 机 不 运 转 压力降低时的工作示意图 制动总缸泵 ABS ECU 单向阀 1 单向阀 2 单向阀 3 回位弹簧 A 孔关闭 B 孔打 开 5 A 12 V C 孔 泵电机 ABS执行器:压力降低时

18、的 3位电磁阀和泵电机的工作状态 部 件 名 工 作 状 态 3 位 电 磁 阀 “A”口关闭 “B”口打开 泵 电 机 运 转 压力保持时的工作示意图 制动总缸 ABS ECU 单向阀 1 单向阀 2 单向阀 3 回位弹簧 A 孔关闭 B 孔关闭 2 A 12 V C 孔 泵电机 ABS执行器: 压力保持时的3位电磁阀和泵电 机的工作状态 部 件 名 工 作 状 态 3 位 电 磁 阀 “A”口关闭 “B”口关闭 泵 电 机 运 转 压力升高时的工作示意图 制动总缸 ABS ECU 单向阀 1 单向阀 2 单向阀 3 回位弹簧 A 孔打开 B 孔关闭 0 A 12 V C 孔 泵电机 压力升

19、高时的3位电磁阀和泵电机的工 作状态 部 件 名 工 作 状 态 3 位 电 磁 阀 “A”口打开 “B”口关闭 泵 电 机 运 转 2 2、可变容积式、可变容积式 （1 1）液压控制可变容积调压方式：在汽车原有制动系）液压控制可变容积调压方式：在汽车原有制动系 统管路中增加一套液压控制装置，用于改变制动管路统管路中增加一套液压控制装置，用于改变制动管路 容积，实现容积，实现增压增压保压保压减压减压的循环调节。这种制动的循环调节。这种制动 压力调节系统的控制液压油路和压力调节系统的控制液压油路和ABSABS控制的制动液油控制的制动液油 路是相互隔开的。路是相互隔开的。 调压缸结构原理调压缸结构

20、原理 活塞活塞 控制弹簧控制弹簧 单向阀单向阀 控制液压通口控制液压通口 制动总泵通口制动总泵通口 制动分泵通口制动分泵通口 调压缸调压缸 输入输入 电磁阀电磁阀 输出输出 电磁阀电磁阀 储能器通口储能器通口 储液罐通口储液罐通口 调压缸通口调压缸通口 组合电磁阀结构原理组合电磁阀结构原理 输入电磁阀：输入电磁阀： 。 平时常闭，通电打开平时常闭，通电打开 平时常开，通电关闭平时常开，通电关闭 常规制动常规制动：输入电输入电 磁阀断电关闭，输磁阀断电关闭，输 出电磁阀断电打开。出电磁阀断电打开。 调压缸活塞在弹簧调压缸活塞在弹簧 作用下上移，将单作用下上移，将单 向阀顶开。向阀顶开。 制动分泵压力，将制动分泵压力，将 随制动踏板力的增随制动踏板力的增 大而增大。大而增大。 减压减压：ECUECU对两个电对两个电 磁阀同时供电，输磁阀同时供电，输 入电磁阀打开，输入电磁阀打开，输 出电磁阀关闭，高出电磁阀关闭，高 压控制液经输入电