ABS結構與工作原理

ABS結構與工作原理第一頁，共93頁。一、ABS的理論基礎1.汽車的制動性

汽車在行駛過程中，強制地減速以至停車且維持行駛方向穩(wěn)定性的能力稱為汽車的制動性。評價制動性能的指標主要有：（1）制動效能——汽車在行駛中，強制減速以至停車的能力稱為制動效能。第二頁，共93頁。即汽車以一定的初速度制動到停車所產生的：

★制動距離★制動時間★制動減速度第三頁，共93頁。（2）制動時的方向穩(wěn)定性——汽車在制動時仍能按指定方向的軌跡行駛，即不發(fā)生跑偏、側滑、以及失去轉向能力稱為制動時的方向穩(wěn)定性。

第四頁，共93頁。2.汽車制動時車輪受力分析Ｖ——車速ω——車輪旋轉角速度Ｍｊ——慣性力矩Ｍμ——制動阻力矩Ｗ——車輪法向載荷Ｆｚ——地面法向反力Ｔ——車軸對車輪的推力Ｆｘ——地面制動力ｒ——車輪半徑ｒω——車輪切向速度，簡稱輪速第五頁，共93頁。（1）制動器制動力制動蹄與制動鼓（盤）壓緊時形成的摩擦力矩Mμ通過車輪作用于地面的切向力——Fμ

（2）地面制動力制動時地面對車輪的切向反作用力——FX第六頁，共93頁。（3）地面制動力Fμ、制動器制動力FX及附著力Fφ之間的關系附著力——地面對輪胎切向反作用力的極限值Fφ。附著力取決于輪胎與路面之間的摩擦作用及路面的抗剪強度。第七頁，共93頁。地面制動力、制動器制動力及附著力之間的關系第八頁，共93頁。3.硬路面上附著系數(shù)φ與滑移率s的關系第九頁，共93頁。

（1）制動過程中車輪的三種運動狀態(tài)

第一階段：純滾動，路面印痕與胎面花紋基本一致車速V=輪速Vω

第十頁，共93頁。第二階段：邊滾邊滑，路面印痕可以辨認出輪胎花紋，但花紋逐漸模糊。車速V＞輪速Vω第十一頁，共93頁。第三階段：抱死拖滑，路面印痕粗黑。輪速Vω=0

第十二頁，共93頁。若需增大Fx，必須增大F

。F取決于附著系數(shù)φ，φ又受滑移率s的影響。（2）滑移率S

定義：s=[(V－Vω)/V]×100%=[(V－r.ω)/V]×100%

第十三頁，共93頁。（3）附著系數(shù)φ與滑移率s的關系第十四頁，共93頁。分析結論：

s

＜

20%為制動穩(wěn)定區(qū)域；

s＞

20%為制動非穩(wěn)定區(qū)域；

將車輪滑移率s控制在20%左右，便可獲取最大的縱向附著系數(shù)和較大的橫向附著系數(shù)，是最理想的控制效果。

第十五頁，共93頁。4.理想的制動控制過程

（1）制動開始時，讓制動壓力迅速增大，使S上升至20%所需時間最短，以便獲取最短的制動距離和方向穩(wěn)定性。（２）制動過程中：

當S上升稍大于20%時，對制動輪迅速而適當降低制動壓力，使S迅速下降到20%；

當S下降稍小于20%時，對制動輪迅速而適當增大制動壓力，使S迅速上升到20%；

第十六頁，共93頁。結論：

車輪在制動過程中，以5～10次/秒的頻率進行增壓、保壓、減壓的不斷切換，使s穩(wěn)定在20%是最理想的制動控制過程。

5.ABS的功用

ABS的功用是控制實際制動過程接近于理想制動過程。第十七頁，共93頁。二、ABS的基本組成與工作原理（一）傳統(tǒng)制動系統(tǒng)工作原理第十八頁，共93頁。（二）ABS的基本組成ABS是在傳統(tǒng)制動基礎上，又增設如下裝置：

☆車輪輪速傳感器

☆電子控制單元ECU☆制動壓力調節(jié)器

☆ABS警告燈第十九頁，共93頁。壓力調節(jié)裝置制動器輪胎

輪速傳感器ECU制動管路壓力制動力輪速信號控制信號ABS基本工作圖第二十頁，共93頁。第二十一頁，共93頁。電控單元第二十二頁，共93頁。液壓調節(jié)器第二十三頁，共93頁。電磁閥控制三種狀態(tài)：

加壓：進油閥開，出油閥關

減壓：進油閥關，出油閥開

保壓：進油閥關，出油閥關

第二十四頁，共93頁。（三）、ABS控制參數(shù)1.以車輪滑移率為控制參數(shù)根據(jù)車速和車速傳感器的信號計算車輪的滑移率作為控制制動力的依據(jù)。S高于設定值，ECU就會輸出減小制動力信號，并通過制動壓力調節(jié)器減小制動壓力；S低于設定值時，ECU就會輸出增大制動力信號，并通過制動壓力調節(jié)器增大制動壓力，控制滑移率在設定的范圍內。已有用多普勒雷達測量車速的ABS。第二十五頁，共93頁。2.以車輪角加速度為控制參數(shù)

ECU根據(jù)車輪的車速傳感器信號計算車輪的角加速度作為控制制動力的依據(jù)。

ECU中設置合理的角加速度、角減速度門限值。制動時，當車輪角減速度達到門限值時，ECU輸出減小制動力信號；當車輪轉速升高至角加速度門限值，ECU輸出增加制動力信號。

第二十六頁，共93頁。第二十七頁，共93頁。（四）、ABS控制方式及特點

特點：1.四傳感器、四控制通道—能夠獨立進行制動壓力調節(jié)的制動管路；控制通道（2）制動時可最大限度地利用每個車輪的附著力-方向穩(wěn)定性好；（1）各制動輪壓力均可單獨調節(jié)（輪控制）-控制精度高；第二十八頁，共93頁。

2.四傳感器、三控制通道特點：

兩前輪獨立控制，兩后輪一同控制（軸控制）；

按附著力較小車輪不發(fā)生抱死為原則進行制動壓力調節(jié)-低選原則控制；按附著力較大車輪不發(fā)生抱死為原則進行制動壓力調節(jié)-高選原則控制；第二十九頁，共93頁。

三、ABS主要部件結構及工作（一）輪速傳感器

1、作用

2、組成

檢測車輪轉速，產生與輪速成正比的正弦交流信號，經整形、放大轉變成數(shù)字信號送給ECU，用于對制動壓力調節(jié)器實施控制。傳感器一般采用磁感應式第三十頁，共93頁。傳感器頭（靜止）：永久磁鐵、感應線圈、極軸；

齒圈（轉動）：凸齒數(shù)40～100不等；傳感器頭與齒圈間隙：0.6～0.7mm；輪速傳感器分類：電磁式、霍爾式

輪速傳感器的安裝位置：(a)驅動車輪(b)非驅動車輪車速轉速傳感頭在車輪上的安裝第三十一頁，共93頁。

傳感頭與齒圈之間的間隙很小，通常只有0.5mm到1mm左右，多數(shù)車輪轉速傳感器的間隙是不可調的。第三十二頁，共93頁。電磁感應式車輪轉速傳感器的工作原理:(a)齒隙與磁心端部相對時(b)齒頂與磁心端部相對時(c)傳感器輸出電壓第三十三頁，共93頁。電磁式輪速傳感器分類：根據(jù)磁心端部的結構形狀，可分為鑿式極軸、柱式極軸車輪轉速傳感器第三十四頁，共93頁。

由于結構形式的不同，傳感頭與齒圈的相對安裝方式也有區(qū)別：(a)鑿式極軸傳感頭(b)菱形極軸傳感頭(c)柱式極軸傳感頭

(柱式極軸的一種)電磁感應式車輪轉速傳感器的傳感頭與齒圈的相對安裝方式第三十五頁，共93頁。

電磁式車輪轉速傳感器結構簡單，成本低，但存在以下缺點：

①電磁感應式輪速傳感器向ABS的ECU輸送的電壓信號的強弱是隨轉速的變化而變化的，信號幅值一般在1V到15V的范圍內變化。當車速很低時，傳感器輸出的電壓信號若低于1V，則ECU無法檢測到如此弱的信號，ABS也就無法正常工作。②電磁感應式輪速傳感器頻率響應較低。當車輪轉速過高時，傳感器的頻率響應跟不上，容易產生錯誤信號。③電磁感應式輪速傳感器的抗電磁波干擾能力較差，尤其在輸出信號幅值較小時。

第三十六頁，共93頁。2.霍爾式車輪轉速傳感器霍爾式輪速傳感器優(yōu)點：

①輸出的電壓信號強弱不隨轉速的變化而變化。在汽車電源電壓為12V的條件下，信號的幅值保持在11.5V到12V不變，即使車速很低時也不變。②傳感器頻率響應高達20kHz，用于ABS中，相當于車速為1000km/h時所檢測的信號頻率，因此不會出現(xiàn)高速時頻率響應跟不上的問題。③霍爾式車輪轉速傳感器輸出的電壓信號強弱不隨轉速的變化而變化，且幅值較高。因此，霍爾式車輪轉速傳感器抗電磁波干擾能力較強。第三十七頁，共93頁。

霍爾式車輪轉速傳感器的組成和工作原理

第三十八頁，共93頁。

霍爾式車輪轉速傳感器電子線路：霍爾元件輸出的毫伏級的準正弦波電壓首先經放大器放大為伏級電壓信號，然后送往施密特觸發(fā)器轉換成標準的脈沖信號，再送到輸出級放大后輸出給ECU。第三十九頁，共93頁。

工作原理

齒圈隨車輪轉動，凸齒和齒隙不斷交替在極軸下掠過，使鐵心磁通發(fā)生變化在感應線圈中產生交變信號電壓，頻率：f=30～6000Hz，電壓幅值：U=1～15V。第四十頁，共93頁。

（二）ABSECU組成：（硬件、軟件）

輸入電路計算電路輸出電路

安全保護電路故障自診斷功用：接收傳感器信號及制動信號，控制執(zhí)行器工作。第四十一頁，共93頁。

（三）制動壓力調節(jié)器（液壓）

1、作用

根據(jù)ECU控制指令，通過電磁閥的動作對車輪制動器壓力實施自動調節(jié)，以使車輪滑移率保持在最佳范圍內。2、調壓方式

流通式（循環(huán)式）結構簡單控制方便被廣泛采用第四十二頁，共93頁。

變容積式組成調壓缸、電磁閥、單向閥、電機等德爾科ABS第四十三頁，共93頁。

3、制動壓力調節(jié)器組成

組成：電磁閥、儲液器、電動回液泵第四十四頁，共93頁。（1）電磁閥三位三通電磁閥由博世公司生產，應用于博世ABS中。作用：接收ECU指令，通過控制閥門的切換，調節(jié)制動分泵壓力，完成增壓、保壓和減壓。型式：三位三通電磁閥二位二通電磁閥三位三通電磁閥結構：線圈、鐵心、銜鐵套筒、軟硬彈簧、進液口回第四十五頁，共93頁。

二位二通電磁閥二位二通常閉電磁閥二位二通常開電磁閥二者配合工作，完成增壓、保壓、減壓的控制過程第四十六頁，共93頁。（2）蓄壓器與電動回液泵蓄壓器：接納ABS減壓過程中，從制動分泵回流的制動液。電動回液泵：將從制動分泵回流的制動液泵回電磁閥進液口。返回目錄第四十七頁，共93頁。

四、ABS應用實例

ABS型式各異，以下二個方面相同：

2、ABS都具有自診斷功能。一但發(fā)生影響系統(tǒng)正常工作的故障時，ABS自動關閉，同時ABS警告燈點亮。傳統(tǒng)制動仍可正常工作。

1、ABS工作車速必須達到一定值后，才會對制動過程中趨于抱死車輪進行制動防抱死控制調節(jié)。第四十八頁，共93頁。

（一）博世ABS電磁閥：三位三通電磁閥控制方式：兩前輪獨立控制，兩后輪按低選原則一同控制；調壓方式：流通式制動壓力調節(jié)器：分離式且獨立安裝；1、結構特點第四十九頁，共93頁。2、制動壓力調節(jié)過程（1）制動壓力增大過程第五十頁，共93頁。

踏下制動踏板，由于電磁閥的進液閥開啟，回液閥關閉，各電磁閥將制動總泵與各制動分泵之間的通路接通，制動總泵中的制動液將通過各電磁閥的進出液口進入各制動分泵，各制動分泵的制動液壓力將隨著制動總泵輸出制動液壓力的升高而升高-增壓。第五十一頁，共93頁。（2）制動壓力保持過程第五十二頁，共93頁。

當某車輪制動中，滑移率接近于20%時，ECU輸出指令，控制電磁閥線圈通過較小電流（約2A），使電磁閥的進液閥關閉（回液閥仍關閉），保證該控制通道中的制動分泵制動壓力保持不變-保壓。第五十三頁，共93頁。

（3）制動壓力減小過程第五十四頁，共93頁。

當某車輪制動中，滑移率大于20%時，ECU輸出指令，控制電磁閥線圈通過較大電流（約5A），使電磁閥的進液閥關閉回液閥開啟，制動分泵中的制動液將通過回液閥流入儲液器，使制動壓力減小-減壓。

與此同時，ECU控制電動泵通電運轉，將流入儲液器的制動液泵回到制動總泵出液口。第五十五頁，共93頁。3、電子控制系統(tǒng)控制過程

第五十六頁，共93頁。

控制過程：（1）打開點火開關，ECU進入自檢

ABS保護繼電器線圈通電

蓄電池電壓（12V）經觸點送至ECU端子1，觸發(fā)自檢，時間大約為3～5秒。

自檢中，ECU端子27、28均未搭鐵，電動泵繼電器、電磁閥繼電器常開觸點均不閉合，電動泵及電磁閥均不工作。第五十七頁，共93頁。

(2)ABS警示燈亮ABS警示燈亮后可能出現(xiàn)兩種情況：

燈亮3～5秒后熄滅，說明系統(tǒng)正常；

燈亮3～5秒后不熄滅，說明系統(tǒng)有故障，ECU關閉ABS，汽車僅保持傳統(tǒng)制動。（3）自檢正常ABS等待工作

ECU端子27搭鐵，接通電磁閥繼電器線圈電路。

電磁閥繼電器線圈通電，鐵芯產生吸力，常閉觸點（30→87A）張開，ABS警示燈熄滅；常開觸點（30→87）閉合，蓄電池電壓作用在三個三位三通電磁閥線圈及ECU端子32。第五十八頁，共93頁。

（4）制動防抱死調節(jié)過程

制動中，各車輪滑移率均小于20%時，ECU端子2、35、18均開路，三個三位三通電磁閥線圈中均無電流通過，各制動分泵制動液壓力將隨制動總泵輸出制動液壓力的變化而變化-增壓。。制動中，某一車輪滑移率接近20%，ECU對其相應的電磁閥線圈通電（2A），使其制動分泵制動液壓力保持不變-保壓。

制動中，某一車輪滑移率大于20%，ECU對其電磁閥線圈通電（5A），使其制動分泵制動液壓力減小-減壓。

第五十九頁，共93頁。

第六十頁，共93頁。

第六十一頁，共93頁。

（二）戴維斯MK20-I型ABS

戴維斯MK20—IABS是戴維斯MKIIABS的換代產品，是目前世界上最新一代ABS產品。

以桑塔納2000Gsi轎車上裝用的MK20—IABS為例說明其結構特點。第六十二頁，共93頁。

1、MK20—IABS結構特點

（1）采用摸塊式結構設計，將液壓控制單元（儲液器、電動回液泵、電磁閥）與電子控制單元集成于一體，使其結構更加緊湊。

（2）電磁閥線圈設置于控制單元內部，節(jié)省連接導線。采用大功率集成電路直接驅動電磁閥及回液泵電機，省去了電磁閥繼電器。第六十三頁，共93頁。（3）電子控制單元內部設有故障存儲器，隨車帶有故障診斷接口，借助診斷儀調取故障碼可以很方便地進行故障診斷。

（4）MK20—IABS采用四傳感器、三通道控制系統(tǒng)，其控制原則是對兩前輪進行獨立控制，對兩后輪按低選原則一同控制。

其目的是在于制動過程中確保后輪不會先于前輪抱死，從而獲得良好的制動穩(wěn)定性。

第六十四頁，共93頁。

（二）主要組成與結構

1、輪速傳感器

桑塔納2000Gsi轎車上裝用四個磁感應輪速傳感器，每個輪速傳感器均由傳感器頭和齒圈組成。

前輪輪速傳感器齒圈（43個凸齒）鑲嵌在制動盤后，隨制動盤一同旋轉，傳感器頭安裝在轉向節(jié)上。

后輪輪速傳感器齒圈（43個凸齒）安裝在輪轂上，隨輪轂一同旋轉，傳感器頭則安裝在固定支架上。第六十五頁，共93頁。

第六十六頁，共93頁。

第六十七頁，共93頁。

第六十八頁，共93頁。

2、控制模塊

控制模塊由液壓控制單元和電子控制單元組成。

液壓控制單元由儲液器、電動回液泵、電磁閥等組成。

電子控制單元ECU中具有兩個完全相同的微處理器，它們按照同樣的程序對輸入信號進行計算處理，并將最終結果進行比較，一旦發(fā)現(xiàn)最終結果不一致，即判定自身存在故障，它會自動關閉ABS，同時將儀表板上的ABS警告燈點亮。第六十九頁，共93頁。

第七十頁，共93頁。

3、故障警示燈

在儀表板及儀表板附加部件上裝有兩個故障警示燈，一個是ABS警示燈（K47），另一個是制動裝置警示燈（K118）。

打開點火開關后ABS警示燈亮約2S熄滅，說明自檢結束的同時已啟動ABS。若ABS警示燈常亮，說明ABS出現(xiàn)故障。

（三）液壓控制系統(tǒng)

桑塔納2000Gsi轎車上采用的MK20—IABS液壓控制系統(tǒng)為對角線雙回路控制系統(tǒng)。第七十一頁，共93頁。

第七十二頁，共93頁。

返回目錄第七十三頁，共93頁。

五、EBD系統(tǒng)

電子控制制動力分配系統(tǒng)(electroniccontrolbrake-forcedistribution，EBD)功能是輔助防抱死制動系統(tǒng)ABS完成最佳制動過程。在ABS的基礎上添加限壓閥、比例閥、感載比例閥或減速度傳感器比例閥等硬件裝置，并編制相應的軟件程序即可實現(xiàn)制動力分配的最佳控制。

第七十四頁，共93頁。1.EBD系統(tǒng)控制原理

由汽車理論可知，前、后輪制動器制動力具有固定比值的汽車在制動過程中，為了防止后軸抱死發(fā)生危險的側滑現(xiàn)象，汽車制動系實際的前、后輪制動器制動力分配線(β線)應當控制在理想的前、后輪制動器制動力分配曲線(I曲線)的下方；

為了減少制動時前輪抱死而失去轉向能力的機會并提高附著效率，兩線應當盡可能靠近。Fu2kN05101520253035I曲線(滿載)β曲線(滿載)I曲線(空載)B第七十五頁，共93頁。

同樣，若按利用附著系數(shù)曲線圖來考慮，為了防止后輪抱死并提高制動效率，前軸利用附著系數(shù)曲線應當控制在45°對角線上方，即控制在后軸利用附著系數(shù)曲線的上方，同時還應盡可能靠近利用附著系數(shù)曲線。制動強度z/g0.39φ=z利用附著系數(shù)φφf(滿載)φr(滿載)φr(空載)0.2φf(空載)0.40.39（前輪先抱死）第七十六頁，共93頁。

為了保證制動時汽車的方向穩(wěn)定性和有足夠的制動效率，歐洲經濟委員會(EconomicCommissionofEurope，ECE)制定了ECER13制動法規(guī)，對雙軸汽車前、后輪制動器的制動力提出了明確的要求，我國汽車行業(yè)標準ZBT240007-1989也提出了類似的要求。法規(guī)規(guī)定：對于利用附著系數(shù)φ

=0.2到0.8之間的各種車輛，要求制動強度z≥0.1+0.85(φ

－0.2)

對于最大總質量大于3.5t的貨車，當制動強度z為0.15到0.3之間時，每根軸的利用附著系數(shù)曲線位于φ

=z±0.08的兩條平行于理想附著系數(shù)直線的平行線之間。第七十七頁，共93頁。

當制動強度z≥0.3時，若后軸的利用附著系數(shù)滿足關系式z≥0.3+0.74(φ－0.38)，即則認為也滿足了法規(guī)的要求。

第七十八頁，共93頁。

但對轎車而言，當制動強度z為0.3到0.4之間時，在后軸利用附著系數(shù)曲線不超過直線φ

=z+0.05的條件下，允許后軸利用附著系數(shù)曲線在前軸利用附著系數(shù)曲線的上方，如圖所示。第七十九頁，共93頁。

對于具有固定比值的前、后制動器制動力的制動系特性，其實際制動力分配曲線與理想的制動力分配曲線相差很大，制動效率低，前輪可能因抱死而喪失轉向能力，后輪也可能抱死而使汽車有發(fā)生后軸側滑的危險。因此，現(xiàn)代汽車設有電控制動力分配程序EBD或比例閥、感載比例閥等制動力調節(jié)裝置，根據(jù)制動強度、載荷等因素來改變前、后制動器制動力的比值，使之接近于理想制動力分配曲線，滿足制動法規(guī)的要求。汽車裝備設有EBD的ABS之后，由于各車輪具有理想的制動力分配，因此能夠進一步縮短汽車緊急制動時的制動距離和提高制動穩(wěn)定性。

實際制動力分配曲線是兼顧制動穩(wěn)定性和最短制動距離并優(yōu)先考慮穩(wěn)定性的原則進行設計。

第八十頁，共93頁。

但是，制動力分配曲線實際轉折點的選擇是復雜的，I曲線是簡單的直線制動情況，實際的制動工況會使I曲線發(fā)生改變，如發(fā)動機對制動的影響，轉彎制動時左、右車輪載荷轉移的影響等。所以，轉折點的選擇一般低于I曲線，以保證有一定的穩(wěn)定性的余地。圖4.10所示為制動系統(tǒng)設有限壓閥、比例閥、感載比例閥、感載射線閥與減速度傳感比例閥(D.S.P.V)的制動力分配曲線。

第八十一頁，共93頁。

所示為設置限壓閥的制動力分配曲線，在其轉折點后，后輪液壓不變是一水平線。雖然分配線對空載基本是合適的，但是，仍有一小段是非穩(wěn)定區(qū)，且滿載時效率偏低。第八十二頁，共93頁。

圖示為設置比例閥的制動力分配曲線，在其轉折點后是一條斜線，且與空載I曲線的交點(即同步附著系數(shù))超過了0.82(見ECE法規(guī))，既消除了不穩(wěn)定區(qū)又提高了制動效率；但是滿載時轉折點下移會增加與I曲線的距離，降低制動效率。

第八十三頁，共93頁。

圖示為設置感載比例閥的制動力分配曲線，滿載時轉折點上移與滿載I曲線靠近，提高了制動效率。第八十四頁，共93頁。

圖示為設置