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摘要
ABS系统介绍
摘要
随着汽车行驶速度的提高,道路行车密度的增大,汽车行驶安全性已经受到了高度关注。
汽车的行驶安全性能要求不断提高,汽车安全系统已经成为汽车研究发展的重要部分。
汽车安全系统主要依靠制动踏板的制动装置保证汽车行驶安全,汽车照明系统辅助警示与提醒,至今在主动安全系统中汽车防抱死(ABS)等技术,以及汽车辅助安全系统如安全带,安全气囊等的广泛应用,而且有更多的安全性系统参与制动与动力分配系统的发展,如汽车驱动防滑系统(ASR),汽车电子稳定系统(ESP),汽车电子制动力分配系统(EBD),汽车自适应巡航速度控制系统(ACC)等,保证汽车在危险状况下行驶的安全性。
上述这些系统具有智能化的控制作用,根据车辆的行驶状况,自动地完成对汽车制动性能、转向辅助等的控制,无需人的主动性操作,可见汽车安全系统已经向智能型方向发展。
本文重点介绍汽车防抱死(ABS)系统的历史、原理、检修等。
关键词:
防抱死系统、ABS、汽车制动
ABSsystemintroduced
Abstract
Withtheimprovementofautomobiledrivingspeed,roadtrafficdensityincreases,thecardrivingsafetyhavebeenhighattention.Thecardrivingsafetyperformancerequirementscontinuouslyimprove,automotivesafetysystemhasbecomeanimportantpartofautomobileresearchanddevelopment.Automotivesafetysystemreliesmainlyonthebrakepedalbrakingdeviceensuresafedrivingcars,automotivelightingsystemauxiliarywarningandreminders,uptonowintheinitiativesafetysysteminthecaranti-lock(ABS)technology,andautoauxiliarysafetysystemsuchasseatbelts,airbags,widelyused,andtherearemoresafetysystemtoparticipateinbrakeandpowerdistributionsystemofdevelopment,suchascardriveanti-skidsystem(ASR),automobileelectronicstabilitysystem(ESP),carmanufacturerspowerdistributionsystem(EBD),caradaptivecruisespeedcontrolsystem(ACC),ensurethatcarindangeroussituationsthesafetyofdriving.Thesesystemwithintelligentcontrolfunction,accordingtothevehicle'srunningstatus,automaticallycompletetheautomobilebrakeperformance,steeringassistanceandothercontrol,withouthumaninitiativeoperation,visibleautosafetysystemhasbeentointelligentdirection.Thispapermainlyintroducestheanti-lock(ABS)systemhistory,principle,maintenance,etc.
Keywords:
anti-locksystem,ABS,automobilebrake
2
目录
目录
第一章ABS的发展 1
1.1ABS的历史 1
1.2我国的ABS现状 1
第二章ABS的基本知识 3
2.1ABS的结构 3
2.2ABS的工作原理 3
2.3ABS的作用 4
第三章ABS详解 6
3.1ABS系统的种类 6
3.2ABS的组成部件 6
3.2.1车轮转速传感器 6
3.2.2ABS电控模块(ECU) 8
3.2.3制动压力调节器 9
3.3制动压力调节器的工作过程 9
3.3.1循环式制动压力调节器 9
3.3.2可变容积式制动压力调节器 12
第四章典型ABS系统 14
4.1MK20-I型ABS系统 14
4.1.1MK20-I型ABS系统组成 14
4.1.2MK20-I型ABS系统工作原理 15
4.2丰田凌志LS400ABS系统 18
第五章ABS系统检修 20
5.1常规ABS系统整体检修 20
5.1.1装备ABS的汽车易出现的一些特殊现象:
20
5.1.2检修ABS时应注意的事项 20
5.1.3ABS故障自诊断 20
5.2ABS主要元件及相关零件的检修 21
5.2.1驱动器的检修 21
5.2.2前轮速度传感器的检修 22
5.2.3前轮制动器的维修 23
5.2.4后轮速度传感器的检修 25
5.2.5后制动毂的检修 26
5.2.6制动踏板的维修 27
5.2.7驻车制动操纵杆的检修 29
5.2.8制动主缸的维修 29
5.2.9制动助力器总成的维修 30
5.3ABS系统故障诊断分析 31
5.3.1ABS系统故障诊断注意事项 31
5.3.2制动液的选用、更换及补充 32
5.3.3ABS故障诊断步骤方法 32
5.3.4常见ABS系统的故障检修方法 34
5.3.5ABS系统的常见故障及排除 35
5.3.6ABS故障码调取 35
结束语 37
致谢 38
参考文献 39
2
ABS系统介绍
第一章ABS的发展
1.1ABS的历史
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/ASR2U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%。
1.2我国的ABS现状
我国对ABS的研究现状开始于20世纪80年代初。
目前,我国政府已制定车辆安全性方面的强制性法规,GB12676-1999《汽车制动系统结构、性能和试验方法》,规定首先在重型车和大客车上安装电子控制式ABS。
GB7258-2004《机动车运行安全技术条件》又具体规定了必须安装的车型和时间。
规定决质量大于12000kg的长途客车和旅游客车总质量大于16000kg允许挂接总质量大于10000kg的挂车的货车及总质量大于10000kg的挂车必须安装ABS。
我国有许多单位和企业从事ABS的研制工作,东风汽车公司、重庆公路研究所、北京理工大学、清华大学、上海汽车制动系统有限公司和山东重汽集团等。
其中山东重汽集团引进国际先进技术进行研究已取得了一些进展。
重庆公路研究所研制的适用于中型汽车的气制动FKX-ACI型ABS装置已通过国家级技术鉴定,但各种制动情况的适应性还有待提高。
清华大学研制的适用于轻型和小型汽车的液压ABS系统,北京理工大学和上海汽车制动系统有限公司致力于轿车的液压ABS系统的研究,已分别取得初步成果。
第二章ABS的基本知识
2.1ABS的结构
防抱死制动系统(ABS)是在传统制动基础上,又增设了一些装置,如图2-1所示。
ABS通常有车轮轮速传感器、制动压力调节器、电子控制单元(ECU)和ABS警示装置等组成。
图2-1ABS系统的组成(分置式)
1、前轮速度传感器2、制动压力调节装置3、ABS电控单元4、ABS警告灯5.后轮速度传感器6.停车灯开关7.制动主缸8.比例阀配阀9.制动轮缸10.蓄电池11.点火开关
2.2ABS的工作原理
当点火开关接通(ON)时,ABS保护继电器的电磁线圈中就会有电流流过,系统进入自检状态。
经过短暂的自检后,如果发现系统中存在影响其正常工作的故障,会保持其自检时的工作状态,即关闭ABS系统。
此时压力调节器中各电磁阀的电磁线圈均不通电,各电磁阀均保持在制动压力增大状态,汽车恢复常规制动状态工作。
经过自检,未发现影响系统正常工作的故障,ABS就进入等待工作状态。
汽车行驶过程中,各轮速传感器连续地向ABS电脑输入各车轮的轮速信号。
当车速超过8km/h后,如果驾驶员踩下制动踏板进行制动时,制动灯开关闭合,蓄电池给ABS电脑一个电压信号。
ABS电脑收到蓄电池电压信号后,就判定汽车进入制动状态。
它将根据轮速传感器输入的信息,对四个车轮的运动状态进行分析判断。
在制动过程中,各车轮制动未出现趋于抱死时,ABS不工作,此时制动过程与常规制动过程完全相同。
在制动过程中,当ABS电脑判定有车轮制动趋于抱死时,就开始对相应的控制通道进行防抱死控制,将车轮滑移率控制在最佳范围之间,直至汽车速度很低或停止。
在制动过程中,如果汽车为高速急转弯,当汽车的横向加速度达到一定值时,横向加速度开关中的一对触点就会断开,ABS电脑不再有蓄电池电压信号,ABS电脑由此判定汽车横向加速度已超过设定的界限值,就会对其防抱死控制过程进行修正,使ABS更为有效地工作。
2.3ABS的作用
汽车防抱死系统(ABS)是在传统制动系统的基础上采用电子控制技术,在制动时防止车轮抱死的一种机电一体化系统。
紧急制动时,它根据车轮的运动状态,首先由轮速传感器测出与车轮共同旋转的传感齿圈的旋转齿数,从而得到与车轮转速成正比的交流电压信号轮速传感器的交流电压信号被送入电子控制器,由电子控制器中的运算单元算出车轮速度,滑移率及车轮的加减速度后再由电子控制器中的控制单元对这些信号加以分析后,给压力调节器出制动压力控制指令。
压力调节器均安装在制动传动系系统的制动总泵(总阀)与制动分泵(制动气室)之间。
接受到电子控制器的指令后,由压力调节器中的电磁阀控制压力的增减,从而调节制动器制动力矩使之与地面附着状况相适应,防止制动车轮被抱死。
电子控制器还有监控单元,其作用是对ABS的其它部件的功能进行监测。
当这些部件发生异常时,由指示灯给驾驶员报警并使ABS系统停止工作,恢复到常规制动方式。
传统的汽车制动系统的功能是使行驶的汽车车轮受制动力矩的作用使车辆停止。
在大多数情况下往往要抱死车轮,在这种状态下除造成车轮轮胎的严重磨损外由于车轮与道路的附着力下降(冰雪及湿滑路面此时的附着力可能降至零)若前轮抱死会使车辆丧失转向能力,而后轮抱死会产生侧滑使车辆丧失稳定性,这两种状态都容易导致事故的发生。
汽车制动防抱死系统(ABS)就针对这两种状态改变传统的制动控制方式在紧急制动时(甚至在附着系数小于0.1的冰雪路面上)不会产生车轮抱死,并使车轮处于最佳的制动状态。
缩短制动距离,获得稳定的制动性能。
反应迅速的压力调节装置提高了制动的舒适性,减少轮胎的磨损(提高使用经济性)。
汽车在行驶过程中,如果没有ABS,汽车在紧急制动时,四个车轮被完全死,这时汽车只要在轻微侧向力作用下就会发生侧滑,汽车急剧摆动,甚至完全调头;而更加危险的是,当汽车行驶在弯道时,由于前轮抱死,汽车将丧失转向能力,这时转动方向盘虽然也能带动前轮转向,但由于车轮缺乏附着力而使汽车无法转向,将沿着惯性方向滑行,直至遇到障碍或惯性减小到一定程度才停止。
在某些恶劣路况下,诸如路面湿滑或有冰雪,车轮抱死是很难保证汽车行车安全的。
另外,由于制动时车轮抱死,从而导致局部急剧摩擦,将会大大降低轮胎使用寿命,有了ABS就可以通过控制制动气室的压力(或刹车油压的收放),来达到对车轮抱死的控制。
当车轮制动时,安装在车轮上的传感器立即能感知车轮是否抱死,并将信号传给电脑,电脑会马上降低被抱死车轮的制动力,车轮又继续转动,转动到一定程度,电脑又施加制动,保证车轮既受到制动又不致抱死,这样不断重复,直至汽车完全停下来。
电脑能在一秒钟之间对车轮进行高达数百次的检测,并同时对制动系统进行数十次的操纵,在“抱死一松开一抱死一松开”循环工作过程中,使车辆始终处于临界抱死的间隙滚动状态。
因此,安装ABS的汽车能显著改善汽车的制动性,具备一定的转向避让能力。
装有ABS的汽车遇到紧急状况时,驾驶员只要尽可能地用力踩下刹车踏板即可,其他的事情交给ABS来处理,因此驾驶者可此专心地处理紧急状况。
如图2-2为汽车紧急制动时的行驶路线。
图2-2汽车紧急制动时的行驶路线比较
第三章ABS详解
3.1ABS系统的种类
现代汽车常用电磁阀式四轮防抱死制动系统。
按生产厂家分类:
1)德国的波许(Bosch)ABS系统和坦孚(Teves)ABS系统。
目前欧、美、日、韩等国汽车采用最多;
2)美国的达科(Delco)ABS系统;
3)美国的本迪克斯(Bendix)ABS系统;
按照控制通道数目的不同,ABS系统分为四通道、三通道、双通道和单通道四种形式(目前汽车上三通道ABS系统使用较多)。
3.2ABS的组成部件
ABS系统通常由车轮速度传感器、液压控制单元(液压调节器、制动压力调节器)和电控单元ECU等组成。
图3-1为ABS在汽车上的位置图
图3-1ABS在汽车上的位置图
3.2.1车轮转速传感器
车轮转速传感器的作用是向ABS模块提供各车轮瞬时转速的信号,ABS模块利用这些信号计算ABS的控制参数。
如下图为车轮转速传感器。
图3-2车轮转速传感器的安装位置
图3-3车速传感器头剖视图
目前,用于ABS系统的车轮转速传感器主要有电磁式与霍尔式。
如下图为霍尔式车轮转速传感器。
图3-4霍尔车轮转速传感器示意图
1、磁体2、霍尔元件3齿圈
图3-5车速传感器工作原理
3.2.2ABS电控模块(ECU)
ABS电控模块接受传感器信息计算车轮转速、加减速度、车轮滑移率,并判断车轮是否有抱死趋势,然后向制动压力调节器发出制动压力控制指令,由制动压力调节器执行压力调节的任务。
图3-4为四传感器四通道ECU的内部结构。
图3-6四传感器四通道ECU的内部结构
输入级电路:
将传感器输入的信号整形放大后输入运算电路。
运算电路:
进行车轮转速、车轮加减速度、滑移率等控制参数的计算,以及电磁阀的开启和监控运算。
输出级电路(电磁阀控制电路):
接受运算电路的控制信号,对电磁阀的动作进行控制。
安全保护电路:
将电源电压稳压成5V标准电压,并对故障信号进行监控。
当出现故障时,停止ABS的工作,转入常规制动状态,同时点亮仪表板上的警告灯。
3.2.3制动压力调节器
制动压力调节器接受ECU的指令,通过电磁阀的动作来实现车轮制动器制动压力的调节。
目前,常用液压式制动压力调节器。
1)循环式制动压力调节器:
电磁阀直接控制制动压力。
2)可变容积式制动压力调节器:
电磁阀间接控制制动压力。
3.3制动压力调节器的工作过程
3.3.1循环式制动压力调节器
电磁阀在减压时,从轮缸流出的制动液由储能器暂时储存,然后由回油泵泵回主缸。
如图3-7为循环式制动压力调节器基本结构。
图3-7循环式制动压力调节器基本结构
在制动主缸和制动轮缸之间串连一个电磁阀,由电磁阀的通断来控制油路的压力。
电磁阀有3/3、2/2等多种类型。
电磁阀由ECU控制,实现升压、保压、减压三种状态。
如图3-8为3位3通电磁阀基本结构及简化图。
图3-83位3通电磁阀基本结构及简化图
电磁阀不通电,ABS不工作,回油泵也不工作,进入升压(常规制动)阶段。
如图3-9所示。
图3-9升压阶段
电磁阀通较小的电流,电磁阀处于保压位置,ABS工作。
如图3-10所示。
图3-10保压阶段
电磁阀通较大的电流,电磁阀处于减压位置,ABS工作。
如图3-11所示。
图3-11减压阶段
3.3.2可变容积式制动压力调节器
可变容积式制动压力调节器在汽车原有制动系统基础上增加一套液压控制装置。
制动压力油路和ABS控制压力油路是相互隔开的。
电磁阀无电流,柱塞左移,控制活塞在弹簧作用下左移顶开单向阀,常规制动油路接通。
ABS不工作。
如图3-12所示。
图3-12常规制动
电磁阀通入一大电流,柱塞右移,控制活塞在压力油作用下右移,单向阀关闭,常规制动油路切断。
同时由于控制活塞的右移,使轮缸侧容积增大,制动压力减小。
如图3-13所示。
图3-13减压
电磁阀通入较小电流,柱塞右移将所有油路相互隔开,控制活塞保持在某一位置,轮缸侧的容积不发生变化,制动压力保持一定。
如图3-14所示。
图3-14保压
第四章典型ABS系统
4.1MK20-I型ABS系统
此系统由戴维斯(TWVES)研制,装在上海桑塔纳2000、桑塔纳3000、捷达、都市先锋、赛欧及奇瑞等汽车上。
MK20-I型ABS系统的特点:
1)四传感器三通道,前轮独立控制,后轮低选择控制;
2)液压对角线双回路系统;
3)泵电机、液压控制单元和电子控制单元集成一体,简称为液压电子控制单元(HECU);
4)C语言编写的控制程序并加密固化在电子控制单元中;
5)电磁阀线圈集成在电子控制单元内部;采用大功率集成电路直接驱动电磁阀及泵电机,省去电磁继电器;
6)诊断接口可借助于VAG1551进行自诊断。
如图4-1所示为MK20-I型ABS系统的布置。
图4-1MK20-I型ABS系统布置
4.1.1MK20-I型ABS系统组成
如图4-2为MK20-I型ABS系统组成。
图4-2MK20-I型ABS系统组成
液压电子控制单元(HECU)由液压控制单元HCU和电子控制单元ECU组成。
如图4-3为液压电子控制单元(HECU)。
图4-3液压电子控制单元(HECU)
4.1.2MK20-I型ABS系统工作原理
常规制动阶段:
常开阀断电--ON,常闭阀断电--OFF,来自制动总泵的制动液进入制动轮缸。
此时ABS不工作。
如下图:
图4-4常规制动阶段
保压阶段:
当车轮趋于抱死时,常开阀通电--OFF,常闭阀断电--OFF,通往制动轮缸的通道被切断,轮缸内的油压保持不变。
如下图:
图4-5保压阶段
减压阶段:
保压后,若车轮仍趋于抱死时,常开阀通电--OFF,常闭阀通电--ON,制动轮缸内的制动液进入储能器,并由液压泵泵回到制动总泵。
如下图:
图4-6减压阶段
减压后,车轮转速上升若太快,再次进入到升压阶段,进入新的一个循环,重复上述过程,直至汽车停车为止。
4.2丰田凌志LS400ABS系统
图4-7压力调节器外形
图4-8系统油路
4-9电路图
第五章ABS系统检修
5.1常规ABS系统整体检修
5.1.1装备ABS的汽车易出现的一些特殊现象:
1)发动机起动时,踏下制动踏板会弹起;而发动机熄火时,制动踏板会下沉。
2)制动时转方向盘,会感到方向盘有轻微的振动。
3)制动时,会感到制动踏板有轻微下沉,或轻微振动。
4)高速行驶急转弯时,或冰雪路面上行驶时,有时会出现制动警告灯亮起的现象。
5)制动时,ABS继电器不断地动作,这是ABS起作用的正常现象。
6)制动后期,会有车轮被抱死,在地面上留下拖滑的印痕。
这是因为在车速小于7~10km/h时,ABS不起作用。
此时的印痕很淡,与普通制动时留的长而深的印痕不同。
5.1.2检修ABS时应注意的事项
ABS故障一般有几种情况,一是紧急制动时,车轮被抱死;二是制动效果不良;三是警告灯亮;四是ABS出现不正常情况。
检修时注意:
1)首先对ABS外观进行检查。
2)区分是ABS机械部分(制动器、制动总泵、制动管路等)不良还是ABS电子控制部分的故障(区分方法:
拔下ABS控制线束,让汽车以普通制动方式制动,如果故障消失,为电子控制部分故障;否则说明机械部分有故障)。
3)ABS电子控制部分故障多为线束插接器或导线松脱、车速传感器不良等。
制动压力调节器的故障相对较少。
4)在检修制动压力调节器、制动分泵、储压器、后轮比例分配阀、电动油泵、制动液管路、压力警告和控制开关时需泄压(泄压方法:
关闭点火开关,反复踩制动踏板20次以上,直到感觉到踩制动踏板力明显增加为止)。
5.1.3ABS故障自诊断
ABS的自检:
1)点火开关接通,ABSECU立即对其外部电路进行检查。
这时制动警告灯亮,3S后熄灭。
若制动警告灯一直亮或不亮说明ABS电路有故障。
2)对制动压力调节器的检查是通过控制阀的开关循环来实现。
3)发动机起动后,车速第一次达60km/h,ABS系统完成自检。
4)自检过程中若有异常,则停止使用ABS,储存故障码并点亮故障警告灯。
两个制动警告灯:
图5-1制动警告灯
1)ABS灯:
黄色,标记为ABS或ANTILOCK。
2)制动灯:
红色,标记为BREAK,由制动液压力开关和液面开关及手制动器开关控制。
3)若
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