第1章防抱死制动系统(ABS)

第1章防抱死制动系统(ABS)第一页，共61页。

配套教材信息教材名称：汽车底盘及车身电控系统维修教材主编：于京诺出版社：机械工业出版社出版时间/版次：2011年2月第1版国际标准书号（ISBN）：978-7-111-32432-4教材所属系列：高职高专汽车类专业技能型教育规划教材第二页，共61页。第1章防抱死制动系统（ABS）1.1概述

汽车防抱死制动系统（Anti-LockBrakeSystem）简称ABS1.1.1ABS的基础理论1.汽车制动时的附着条件地面制动力只能小于或等于附着力

2.车轮滑移率滑移率是指车速与车轮速度的差值与车速之比。滑移率s的表达式为：

第三页，共61页。3.附着系数与滑移率的关系1）路面性质不同，附着系数不同。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）在同一种路面上，附着系数随滑移率的变化而变化，并且除了雪地的纵向附着系数曲线以外，其他各种路面附着系数曲线的变化趋势大致相同。图1-1附着系数与滑移率的关系第四页，共61页。图1-2干燥硬实路面附着系数与滑移率的关系第五页，共61页。从图中可以看出，开始时随着滑移率的增大，纵向附着系数迅速增大，当滑移率达到约20%时，纵向附着系数达到最大值，被称为峰值附着系数，用表示。与峰值附着系数对应的车轮滑移率称为峰值附着系数滑移率，用sp表示。此后随着滑移率的继续增大，纵向附着系数逐渐减小，进入到制动非稳定区。当滑移率达到100%，即车轮完全被抱死滑移时，其附着系数称为滑动附着系数，用表示。通常情况下滑动附着系数总是小于峰值附着系数，在干燥硬实路面上一般比小10%～20%；在潮湿硬实路面上一般比小20%～30%。从图中还可以看出，当滑移率为0时，横向附着系数最大，随着滑移率的增大，横向附着系数逐渐减小，当滑移率达到100%时，横向附着系数接近于零。第六页，共61页。4.汽车采用ABS的必要性

汽车制动时车轮抱死会使制动距离变长，方向稳定性变差，失去转向控制能力，因此制动时应避免车轮抱死。汽车上采用ABS的目的就是避免制动时车轮抱死，将滑移率控制在10%～30%，在此范围内既有最大的纵向附着系数，使制动距离最短，又有较大的横向附着系数，以获得较好的横向稳定性和转向控制能力。第七页，共61页。1.1.2ABS的组成和工作过程图1-3典型ABS系统的组成1-轮速传感器2-右前制动器3-制动主缸4-制动液罐5-真空助力器6-电子控制单元（ECU）7-右后制动器8-左后制动器9-比例阀10-ABS警告灯11-储液器12-电磁阀总成13-液压泵总成14-左前制动器第八页，共61页。具有ABS的汽车并非只要制动ABS就起作用，当制动强度比较低时，ABS不起作用，只有当制动强度达到一定程度ABS才起作用。汽车行驶时，轮速传感器会将每一个车轮的转速信号送至ECU，汽车制动时，ECU通过监测每一个车轮的轮速信号判断车轮的运动状态，如果制动强度比较低，ECU监测到的车轮滑移率较小，ABS不起作用，此时的制动就是常规制动。随着制动踏板的继续踏下，制动强度增大，如果ECU监测到某一车轮滑移率增大到一定程度，ECU将发出指令，控制制动压力调节器，使该车轮的制动压力降低或保持不变，防止该车轮滑移率的进一步增大，防止车轮抱死，将车轮滑移率控制在10～30%的理想范围。第九页，共61页。1.1.3ABS的分类1.按总体结构布置分类ABS按总体结构布置分类可以分为整体式和分开式两类。2.按控制通道和传感器数目分类（1）四通道式四通道式ABS又可分为以下两种形式：①四传感器、四通道、前后管路布置②四传感器、四通道、X管路布置图1-4四通道ABSa)双管路前后布置b)双管路X布置1-制动压力调节器2-轮速传感器第十页，共61页。（2）三通道式三通道式ABS又可分为以下3种形式：①四传感器、三通道、前后管路布置、前轮独立控制、后轮低选控制②三传感器、三通道、前后管路布置、前轮独立控制、后轮低选控制（图1-5b）。这种形式与前一种的区别仅在于省去了一个轮速传感器，两个后轮共用一个安装在后桥主减速器上的轮速传感器。③四传感器、三通道、X管路布置、前轮独立控制、后轮低选控制图1-5三通道ABSa)四传感器、三通道、前后管路布置、前轮独立控制、后轮低选控制b)三传感器、三通道、前后管路布置、前轮独立控制、后轮低选控制c）四传感器、三通道、X管路布置、前轮独立控制、后轮低选控制第十一页，共61页。（3）二通道式二通道式ABS又可分为三传感器二通道式、四传感器二通道式和二传感器二通道式3种形式图1-6二通道ABSa)三传感器二通道b)四传感器二通道c）二传感器二通道第十二页，共61页。（4）一通道式一通道ABS（图1-7）在后轮制动管路中设置一个制动压力调节器调节两后轮的制动压力，在后桥主减速器上安装一个轮速传感器，或者在两个后轮上各安装一个轮速传感器。图1-7一通道ABS第十三页，共61页。1.1.4ABS的控制技术

1.ABS的控制方式目前ABS的控制方式有车轮滑移率控制方式、逻辑门限值控制方式、最优化控制方式、滑模动态变结构控制方式和模糊控制方式等。2.ABS的控制过程根据道路附着条件的不同，ABS的控制过程通常分为高附着系数路面控制、低附着系数路面控制和附着系数由高到低的路面控制情况。下面以图1-8所示的高附着系数路面控制为例说明ABS的控制过程。第十四页，共61页。图1-8高附着系数路面ABS的控制过程v-车速vref-参考车速S1-滑移率门限值vW-车轮速度+A、+a-车轮加速度门限值-a-车轮减速度门限值第十五页，共61页。1.2ABS主要部件的结构和工作原理

1.2.1传感器

1.轮速传感器轮速传感器的作用是检测车轮转速，并将车轮转速信号送入ABSECU。轮速传感器一般都安装在车轮处，但有些驱动车轮的轮速传感器安装在主减速器或变速器等传动系统部件中。目前ABS轮速传感器主要有电磁式和霍尔式两种。（1）电磁式轮速传感器图1-9安装在车轮处的轮速传感器a）驱动轮b）从动轮1-电磁式轮速传感器2-半轴3-悬架支承4-齿圈5-轮毂6-转向节7-齿圈8-电磁式轮速传感器第十六页，共61页。图1-10安装在传动系统中的轮速传感器a）主减速器b）变速器1-电磁式轮速传感器2-主减速器从动齿轮3-齿圈4-变速器5-电磁式轮速传感器第十七页，共61页。传感器主要由永久磁铁、铁心和线圈组成，齿圈则是由磁阻较小的铁磁性材料制成，传感器和齿圈的结构如图1-11所示。图1-11电磁式轮速传感器的基本结构1-轮齿2-线圈3-永久磁铁4-磁极5-磁通6-齿圈第十八页，共61页。图1-12电磁式轮速传感器的工作原理a）两齿之间部分与磁极端部对正b）齿顶与磁极端部对正c）传感器信号1-齿圈2-磁极端部3-线圈引线4-线圈5-永久磁铁6-磁力线7-电磁式轮速传感器壳体8-磁极9-轮齿第十九页，共61页。电磁式轮速传感器的优点是结构简单，成本低，但存在以下缺点：1）电磁式轮速传感器的信号电压随车速的变化而变化，信号电压的幅值一般在1V～15V。当车速很低时，传感器产生的信号电压很低，ABS无法正常工作。2）电磁式轮速传感器频率响应较低，当车轮转速过高时，传感器的高频频率响应差，在高速时容易产生错误信号。3）电磁式轮速传感器的抗电磁波干扰能力较差，尤其在输出信号幅值较小时。第二十页，共61页。（2）霍尔式轮速传感器霍尔式轮速传感器也是由传感器和齿圈组成。传感器则由永久磁铁、霍尔元件和集成电路等组成，霍尔式轮速传感器的磁路如图1-13所示。图1-13霍尔式轮速传感器的磁路a）霍尔元件磁场较弱b）霍尔元件磁场较强第二十一页，共61页。图1-14霍尔式轮速传感器集成电路框图及各级波形a）霍尔式轮速传感器集成电路框图b）霍尔式轮速传感器集成电路各级波形第二十二页，共61页。霍尔式轮速传感器的优点是：1）输出的信号电压不随转速的变化而变化，在汽车电源电压为12V的条件下，信号的幅值保持在11.5～12V，即使车速很低时也是如此。2）传感器频率响应可达20kHZ，在ABS中相当于车速为1000km/h时所检测的信号频率，因此不会出现高速时频率响应差的问题。3）由于霍尔式轮速传感器输出的电压信号强弱不随转速变化，且幅值较高，因此抗电磁干扰能力较强。霍尔式轮速传感器的缺点是结构复杂，成本较高，并且工作时需要有电源电压。第二十三页，共61页。2.减速度传感器减速度传感器也称G传感器，目前主要用于四轮驱动汽车检测制动时的减速度，以识别是否为冰、雪等易滑路面。（1）差动变压器式减速度传感器图1-15所示为差动变压器式减速度传感器的结构，图1-16所示为这种传感器的工作原理。图1-15差动变压器式减速度传感器的结构1-铁心2-线圈3-差动变压器4-印刷电路板5-片簧6-变压器油

图1-16差动变压器式减速度传感器的工作原理1-差动变压器2-解调电路3-振荡电路4-基础电路第二十四页，共61页。（2）水银开关式减速度传感器图1-17水银开关式减速度传感器的结构和工作原理第二十五页，共61页。1.2.2电子控制单元ABS电子控制单元（ECU）主要用于接收轮速传感器和其他传感器的输入信号，根据设定的控制逻辑，通过计算和逻辑分析、判断后输出控制指令，控制制动压力调节器调节制动压力。

图1-18ABSECU电路框图（四传感器三通道）第二十六页，共61页。1.2.3制动压力调节器按照制动压力调节器调压方式的不同，制动压力调节器可以分为循环式和可变容积式。1.循环式制动压力调节器的组成循环式制动压力调节器主要由电磁阀、回油泵、储液器等组成（图1-19）。图1-19循环式制动压力调节器的组成1-回油泵2-单向阀3-制动主缸4-电磁阀5-制动轮缸6-储液器第二十七页，共61页。图1-20三位三通电磁阀的表示符号图1-21三位三通电磁阀的结构1-回液管2-滤芯3-衔铁支承圈4-回液球阀5-进液球阀6-衔铁7-电磁线圈8-进液口9-限压阀10-凹槽11-阀座12-主弹簧13-压板14-副弹簧15-出液口第二十八页，共61页。图1-22三位三通电磁阀的工作过程a）电流为零b）通小电流c）通大电流第二十九页，共61页。（2）回油泵和储液器图1-23回油泵和储液器a）柱塞上行b）柱塞下行第三十页，共61页。2.循环式制动压力调节器的工作过程（1）常规制动过程图1-24常规制动过程第三十一页，共61页。（2）保压过程图1-25保压过程第三十二页，共61页。（3）减压过程

图1-26减压过程第三十三页，共61页。（4）增压过程图1-27增压过程第三十四页，共61页。3.可变容积式制动压力调节器的工作过程可变容积式制动压力调节器主要由电磁阀、控制活塞、液压泵、储液器和储能器等组成。（1）常规制动过程图1-28常规制动过程第三十五页，共61页。（2）保压过程图1-29保压过程第三十六页，共61页。（3）减压过程图1-30减压过程第三十七页，共61页。（4）增压过程

图1-31增压过程第三十八页，共61页。1.3典型防抱死制动系统1.3.1MK20-1型ABSMK20-1型ABS用于上海桑塔纳2000GSi，一汽大众的捷达、都市先锋，上海赛欧等汽车上。1.MK20-1型ABS的组成图1-32ABS元件在车上的安装位置1-ABS控制器2-制动主缸和真空助力器3-诊断插座4-ABS故障警告灯（K47）5-制动装置警告灯（K118）6-后轮速传感器（G44/G46）7-制动灯开关（F）8-前轮速传感器（G45/G47）第三十九页，共61页。（1）轮速传感器图1-33前轮速传感器（G45/G47）安装位置1-齿圈2-前轮速传感器图1-34后轮速传感器（G44/G46）安装位置1-齿圈2-后轮速传感器第四十页，共61页。（2）ABS控制器MK20-1型ABS将电子控制单元和制动压力调节器组合在一起，形成了ABS控制器，主要包括ABS电子控制单元（J104）、液压控制单元（N55）、液压泵（V64）等。

图1-35MK20-1型ABS的液压管路系统第四十一页，共61页。（3）ABS故障警告灯和制动装置警告灯ABS故障警告灯为黄色，用于指示ABS自诊断系统是否检测到ABS有故障。制动装置警告灯为红色，用于指示制动液位过低或驻车制动装置未解除。2.MK20-1型ABS的工作原理（1）常规制动过程图1-36常规制动过程第四十二页，共61页。（2）保压过程图1-37保压过程第四十三页，共61页。（3）减压过程图1-38减压过程第四十四页，共61页。（4）增压过程图1-39增压过程第四十五页，共61页。2.ABS故障自诊断检测（1）读取和清除故障码故障码的读取和清除可以使用丰田手持式诊断仪进行，也可以通过人工方式进行。人工读取和清除故障码的步骤如下：1）将点火开关转至ON位置，ABS故障警告灯应点亮3s后熄灭。如果警告灯不亮，应检查警告灯及其线路。2）关闭点火开关，使用丰田专用连接工具SST09843-18040连接诊断插座端子TC与CG。3）将点火开关转至ON位置，仪表板上的ABS故障警告灯将闪烁输出故障码。故障码的显示方式如图1-45所示。故障码见表1-7。4）在使用专用连接工具SST09843-18040将诊断插座端子TC与CG连接，且点火开关位于ON位置的情况下，在5s内将制动踏板踩下不少于8次，即可清除故障码。第四十六页，共61页。图1-45故障码显示方式第四十七页，共61页。表1-7威驰汽车ABS故障码表

故障码诊断故障码诊断C0200/31右前轮速传感器信号故障C0273/13ABS电动机继电器电路断路C0205/32左前轮速传感器信号故障C0274/14ABS电动机继电器电路短路C0210/33右后轮速传感器信号故障C0278/11ABS电磁阀继电器电路断路C0215/34左后轮速传感器信号故障C0279/12ABS电磁阀继电器电路短路C0226/21右前电磁阀故障C1241/41蓄电池电压过低或过高C0236/22左前电磁阀故障C1249/49制动灯开关电路断路C0246/23右后电磁阀故障C1251/51泵电动机锁止C0256/24左后电磁阀故障故障灯常亮ABSECU故障第四十八页，共61页。（2）执行器测试1）连接丰田手持式诊断仪。a.将丰田手持式诊断仪连接到诊断插座DLC3上。b.起动发动机怠速运转，在诊断仪上选择“ACTIVETEST（动作测试）”模式。2）测试执行器电动机是否工作。a.操纵诊断仪，接通电动机继电器，应能听到执行器电动机工作的声音。b.断开电动机继电器，踏下制动踏板并保持15s，制动踏板不应下沉。c.接通电动机继电器，检查制动踏板不应有脉动（连续接通电动机继电器的时间不应超过5s，两次接通的时间间隔应大于20s）。d.断开电动机继电器，放松制动踏板。第四十九页，共61页。3）测试右前轮动作。a.踏下制动踏板。b.同时接通右前轮进、出油电磁阀SFRH和SFRR，检查制动踏板不应下沉（连续接通电磁阀的时间不应超过5s，两次接通的时间间隔应大于20s）。c.同时切断右前轮进、出油电磁阀SFRH和SFRR，检查制动踏板应下沉。d.接通电动机继电器，检查制动踏板应回升（连续接通电动机继电器的时间不应超过5s，两次接通的时间间隔应大于20s）。e.切断电动机继电器，放松制动踏板。4）按照相同的方法测试其他车轮电磁阀。第五十页，共61页。3.ABS电路检测（1）轮速传感器及其电路检测1）关闭点火开关，拔下ABSECU插接器。2）使用万用表测量ECU插接器（图1-46）端子13和端子26（左前轮速传感器）、端子27和端子28（右前轮速传感器）、端子6和端子7（左后轮速传感器）、端子4和端子5（右后轮速传感器）之间的电阻（参见图1-44），前轮速传感器的电阻值应为1.4～1.8kΩ，后轮速传感器的电阻值应不大于2.2kΩ。3）如果检测到某一传感器的电阻值与上述值不符，拔下该轮速传感器插接器，直接检测该传感器两端子之间的电阻，以判断故障在传感器还是在线路。第五十一页，共61页。图1-46ABSECU插接器4）如果检测到的传感器电阻值正常，但仍怀疑传感器工作不正常，可以使用示波器检测轮速信号波形，将示波器连接到ABSECU线束插接器被检测的传感器端子之间，驾驶车辆以20km/h的车速行驶。如果波形异常，说明齿圈损坏、传感器与齿圈之间的间隙变化过大或者传感器与齿圈之间有铁屑等杂质。第五十二页，共61页。1.4ABS的故障诊断与维修1.4.1使用与检修注意事项1）装备ABS的汽车在制动时切忌反复踩、放制动踏板，而应保持制动踏板持续踏下。2）ABS起作用时会产生液压噪声，制动踏板会震颤，这属于正常现象，应继续保持制动踏板踏下。3）应使用汽车生产厂家推荐的规格和型号的轮胎，不能混用不同规格的轮胎。轮胎的气压应符合厂家要求。4）应及时补充制动液，并按照汽车生产厂家要求的间隔更换厂家推荐型号的制动液。第五十三页，共61页。5）更换制动液后，或者使用中发现制动踏板发软，应及时对制动系统进行排气。6）ABS是以常规制动为基础，如果常规制动系统有故障，ABS就不能正常工作。因此在检查ABS故障之前，应先确认常规制动系统工作正常。7）如果需要拆卸制动液压系统有关的部件或管路，应首先对系统进行泄压。泄压的方法是：关闭点火开关，反复踩制动踏板，直至感觉制动踏板阻力明显增大为止。另外，在制动液压系统没有安装好之前，不要接通点火开关，以免电动泵工作泵油。第五十四页，共61页。询问用户直观检查判断是常规制动系统故障还是ABS故障读取故障码检修常规制动系统常规制动系统故障ABS故障根据故障码确定检测内容有故障码ABS故障征兆诊断电路检测对故障部位进行维修行驶检查结束正常不正常电气故障其他故障无故障码图1-47ABS故障检修的一般程序1.4.2ABS故障检修的一般程序第五十五页，共61页。（1）询问用户询问故障现象、故障发生的条件，是否检修过，检修过哪些部位等，并且最好驾驶车辆对用户叙述的故障现象进行验证，以便对故障原因进行综合判断。（2）直观检查包括制动液压系统是否泄漏，制动液质量以及液位，ABS部件以及线束和插接器外观是否完整，连接是否可靠。（3）判断是常规制动系统故障还是ABS故障接通点火开关后如果ABS故障警告灯不亮、常亮或者在汽车行驶过程中点亮，则为ABS故障。如果ABS故障警告灯工作正常，则根据故障现象判断是否为常规制动系统故障，如果不是常规制动系统故障，则应检测ABS。（4）读取故障码根据不同车型，按照相应的方法读取故障码，如果有故障码，应根据故障码表（例如MK20-1型ABS的故障码表1-3）确定需要进一步检查的内容。第五十六页，共61页。（5）ABS故障征兆诊断有故障现象，但没有读取到故障码时，可以按照故障征兆诊断表（见表1-8）确定需要检查的内容。如果需要检查的是电气故障，则应进行电路检测；如果是其他故障，则直接对故障进行处理。（6）电路检测无