防抱死制动系统1.

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1、 第十一章 防抱死制动系统(ABS) 第一节 概 述 ABS是汽车防抱死制动系统的英文缩写。这种安全系统可以在汽车制动过程中,自动控制和调节制动力的大小,防止车轮抱死,从而比较有效地消除制动过程中的侧滑、跑偏、丧失转向能力等非稳定状态,使车辆可以获得良好的制动性能、操纵性能和稳定性能。 丰田公司于1971年首次将ABS安装在国内车辆上。当时,这一系统仅是控制后轮(两轮ABS),目的是减少车辆在摩擦系数低的路面上制动时,方向稳定性的损失。后来对这一系统进行了改进,1983年推出了4轮的ABS。 一、ABS的工作原理 当车辆以匀速行驶时,车速和车轮速度是一样的,即轮胎没有打滑。但是,当驾驶员通过踩

2、制动踏板使车速减慢时,车轮的速度逐渐减慢,不再与正在其本身惯性作用下行驶的车辆速度相一致,即轮胎与路面之间可能发生滑移(打滑)。车速与车轮速度之差与车速的比值,称为滑移率。即:打滑率=100% 打滑率为0,反映车轮自由转动,毫无阻力。打滑率为100,反映车轮完全抱死,轮胎在路面上滑移。从图11-1中可以看出:制动力并不一定与滑移率成正比,而是当滑移率在1030之间时最大。超过30%,制动力会逐渐减小。所以,为了使制动力保持最大,滑移率应控制在1030之间。ABS的设计目的,就是不论道路情况如何,都能使滑移率控制在1030之间,从而保证车辆能获得最佳的制动性能。图11-1 车辆制动力和转弯力与滑

3、移率的变化关系 这里要强调的是,在不平整的路面上,或者在砂砾以及积雪的路面上,带有ABS的车辆的制动距离会比没有ABS的车辆的制动距离稍长。 二、ABS的基本运作ABS系统的构成如图11-2所示,其基本运作如下:图11-2 ABS系统示意图 (1)在紧急制动情况下,车轮转速传感器检测车轮转速的任何突然变化。 (2)ABSECU(防抱死制动系统的电子控制元件)计算车轮速度及其变化,然后由此计算出车速,判断轮胎和道路情况,指示执行器给每个车轮提供最佳制动力。 (3)ABS执行器根据来自ECU的指令工作,减小或增大制动的液压力,或者视需要而保持制动液压力不变,以控制轮胎的最佳滑移率(1030),避免

4、车轮被抱死。 目前,丰田ABS最常用的是三位置电磁阀型;另外还有将两位置电磁阀与量孔结合以控制液压型和用转向助力液压控制制动液压型。 第二节 系统的部件图11-3是凌志LS400的ABS部件配置图。对有TRC(牵引控制)的车辆,ABS和TRC一般共用一个ECU。图11-3 凌志LS400 ABS系统部件配置图 一、车轮转速传感器 前轮和后轮转速传感器为磁电式,由永久磁铁、线圈和传感器转子组成。前轮转速传感器安装在转向节上,后轮转速传感器安装在后桥壳上。锯齿形转子(传感器转子)安装在驱动轴或轮毂上,作为一个整体转动。如图11-4所示,传感器转子的外缘上有细齿,当转子转动时,就产生频率与转子转速成

5、正比例的交流电压。交流电压信号将车轮转速输送至ECU。 图11-4 转速传感器及信号输出 二、ABS执行器 1、ABS执行器的结构丰田汽车ABS执行器因车型不同,其安装位置和制动管路的布置等均有所不同,但其本身的构造和工作则基本相同,它由电磁阀、储液室和泵所构成。表11-1列出了ABS执行器部件的功能。 表11-1 ABS执行器部件的功能部件功能结构3位置电磁阀(控制元件)在防抱死制动系统运作中,ABS ECU根据来自ABS ECU的信号从三种模式(“压力增加”、“保持”和“压力减少”)中进行选择储液室和泵(压力降低元件)随着压力减少,制动液从盘式制动分泵流回并由执行器泵送至总泵,注入执行器储

6、液室泵是电机驱动柱塞型泵 2、ABS执行器的工作 下面以前轮为例,讲解ABS系统的工作过程。 (1)正常制动(ABS不工作)。如图11-5所示,在正常制动中,ABS不工作,ABS ECU没有电流送至电磁线圈。此时,回位弹簧将三位置电磁阀推下,“A”孔保持打开,“B”孔保持关闭。当踩下制动总泵时,制动总泵液压上升,制动液从三位置电磁阀内的“A”孔流至“C”孔,送至盘式制动分泵。位于泵油路中的1号单向阀阻止制动液流进泵内。图11-5 正常制动时(ABS不工作)ABS系统运作图 当松开制动踏板时,制动液从盘式制动分泵,经三位置电磁阀内的“C”孔流至“A”孔和3号单向阀,流回制动总泵。所以,在正常制动

7、中,ABS不工作,其制动过程和没有ABS的制动过程是一样的。 (2)紧急制动(ABS工作)。 在紧急制动中,当任何一个车轮被抱死时,ABS执行器根据来自ECU的信号,控制作用在车轮上的制动液压力,阻止车轮抱死。ABS会按以下三种模式工作。1)“压力降低”模式。当车轮将要抱死时,ECU将5A电流送至电磁线圈,产生一强磁力。三位置电磁阀向上移动,“A”孔随“B”孔的打开而关闭。结果,制动液从盘式制动分泵流经三位置电磁阀内的“C”孔至“B”孔,从而流入储液室。同时,执行器泵的电机由来自ECU的信号接通,制动液从储液室送回至总泵。由于“A”孔(此时关闭)以及1号和3号单向阀阻止来自总泵的制动液流入三位

8、置电磁阀,结果,盘式制动分泵内的液压降低,阻止车轮被抱死。液压降低速率通过“压力降低”和“保持”模式的反复交替进行调节。其工作如图11-6所示。 图11-6 ABS系统“压力降低”模式工作图 2)“保持”模式。随着盘式制动分泵内压力的降低或提高,车轮转速传感器传送一个信号,表示转速达到目标值,于是,ECU供应2A电流至电磁线圈,将盘式制动分泵内的压力保持在该值。如图11-7所示,当提供给电磁线圈的电流从5A(在压力降低模式)降至2A(在保持模式)时,在电磁线圈内产生的磁力也减小。于是回位弹簧的弹力将三位置电磁阀向下推至中间位置,将“B”孔关闭。图11-7 ABS系统“保持”模式状态图3)“压力

9、提高”模式。当盘式制动分泵内的压力需要提高,以施加更大的制动力时,ECU停止传送电流至电磁线圈(如图11-8)。三位置电磁阀的“A”孔打开,“B”孔关闭。从而使总泵内的制动液经三位置电磁阀内的“C”孔流至盘式制动分泵。液压提高速率通过“压力提高”和“保持”模式的反复交替进行控制。图11-8 ABS系统“压力提高”模式工作图 3、ABS系统管路示意图如图11-9所示,ABS执行器有4个三位置电磁阀。用于前轮的,分别控制左、右轮,而用于后轮的,则同时控制左、右轮。因此,这个系统称为三通道系统。 图11-9 ABS系统管路示意图 三、ABS ECU 根据来自车轮转速传感器的信号,ABS ECU测量车

10、轮转速和车速。在制动过程中,虽然车轮转速下降,但减速幅度则会视制动中的车速和路面状况(诸如干沥青、湿路面或结冰路面等)而异。也就是说,ECU根据制动中车轮转速的变化,判断车轮与路面之间的滑移情况,控制ABS执行器,将最佳液压力传送至盘式制动分泵,以获得对车轮转速的最佳控制。ABS ECU的系统构成如图11-10所示。它具有车轮转速控制功能、初始检查功能、诊断功能、转速传感器检查功能和失效保护功能。 图11-10 ABS系统控制电路图 1、车轮转速控制ECU不断地收到来自4个转速传感器的车轮转速信号,通过对每个车轮转速和减速度进行运算,以估算车速。当踩下制动踏板时,各个盘式制动分泵内的液压开始升

11、高,车轮转速开始降低。如果有任何一个车轮将要抱死,ECU就降低这个车轮盘式制动分泵内的液压,其控制过程如图11-11所示分为A、B、C、D四个阶段。图11-11 车轮转速控制过程图 A段:ECU根据车轮减速度将三位置电磁阀设置为压力降低模式,从而降低盘式制动分泵内的液压。在压力降低后,ECU将三位置电磁阀转换至保持模式,监测车轮转速的变化。如果ECU判断需要进一步降低液压,就会再一次减压。 B段:当盘式制动分泵内的液压降低(A段)时,施加在车轮上的液压降低。这就使即将抱死的车轮提高转速。但是,如果液压太低,作用在车轮上的制动力就会变得太小。为防止发生这种情况,ECU在车轮即将被抱死时,将三位置

12、电磁阀交替设置在压力增加模式和保持模式,以恢复转速。 C段:随着ECU使盘式制动分泵内的液压逐渐提高(B段),车轮又趋向被抱死。所以,ECU又将三位置电磁阀转换至压力降低模式,以降低盘式制动分泵内的液压。 D段:由于盘式制动分泵内的液压再次降低(C段),ECU就又如B段一样开始提高压力。 2、继电器的控制继电器的控制如图11-12所示。图11-12 继电器控制电路图 (1)电磁线圈继电器控制。 当满足下列条件时,ECU接通电磁线圈继电器: 点火开关接通;初始检查功能完成,这一功能在点火开关接通后立即执行;诊断中未发现故障(除故障代码37外)。 如果上述条件中有任何一项不满足,ECU就断开电磁线

13、圈继电器。 (2)执行器泵电机继电器控制。 当满足下列条件时,ECU接通电机继电器: 在ABS运作中或初始检查中;当电磁线圈继电器接通时。 如果上述条件中有任何一项不满足,ECU就断开电机继电器。 3、初始检查功能 如图11-13所示,ABS ECU依次操纵三位置电磁阀和执行器泵的电机,分别检查每个电器系统的工作情况。当车辆关断制动灯(制动信号灯),以大于6kmh的车速行驶时,执行这一功能。这一功能仅在每次点火开关接通时执行一次。 4、诊断功能如果任何一个信号系统发生故障,组合仪表内的ABS警告灯(见图11-14)就会发亮,警告驾驶员有故障发生。ABS ECU也会将这一故障的代码储存起来。 图

14、11-13 ECU初始检查过程 图11-14 ABS警告灯 5、传感器检查功能 有些车型上的ABS ECU还具有传感器检查功能,检查传感器的运行特性。转速传感器检查功能是检查所有传感器输出电压的高低和检查所有传感器输出电压的波动。减速传感器(仅限于4WD)检查功能是检查减速传感器的输出电压的高低和检查信号盘的运作。 传感器检查功能是专为技术人员使用的,要用专门程序设置其运作条件,以诊断每个传感器的运行特性。 6、失效保护功能如果通往ECU的信号系统发生故障,从ECU至执行器的电流就会中断。结果,制动系统照常运作,好像防抱死制动系统没有起作用一样,从而保证正常制动工作。 第三节 系统故障的分析与

15、排除 一、概 要 在对ABS进行故障分析排除之前,首先要确定故障是发生在ABS还是制动系统。由:于ABS具有失效保护功能,若故障发生在ABS中,ABSECU就会立即停止ABS的工作,转换至正常制动系统。由于ABS有诊断功能,当故障发生时,ABS警告灯就会发亮,以警告驾驶员。此时应使用检查连接器读取故障码,确定故障根源。 如果故障是在制动系统内,而且ABS警告灯不发亮,就应进行下列检查: 1、制动力不足 (1)检查制动液是否泄漏或空气是否渗入制动系统。 (2)检查制动器自由间隙是否太大。 (3)检查制动器摩擦片的厚度,以及是否粘有润滑油或润滑脂等。 (4)检查制动助力器是否有故障。 (5)检查制动总泵。 2、

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