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1、第四章 电子控制防抱死制动系统,第一节 概 述 第二节 ABS的结构与工作原理 第三节 ABS的使用与检修 第四节 MK20I型的ABS 第五节 红旗轿车的ABS 第六节 别克轿车德尔福的ABS 第七节 丰田轿车的ABS,第一节 概 述,一、 附着系数与车轮滑移率的关系 (一) 车轮滑移率汽车正常行驶时，车速v（即车轮中心的纵向速度）与车轮速度vw（即车轮圆周速度）相同，可以认为车轮在路面上作纯滚动。当驾驶员踏下制动踏板时，由于地面制动力的作用，使车轮速度减小，车轮处在既滚动又滑动的状态，实际车速与车轮速度不再相等，人们将车速和车轮速度之间出现的差异称为滑移。 为了表征滑移成分所占的比例的多少
2、，常用滑移率S表示。滑移率的定义如下式所示：,下一页,第一节 概 述,(二) 附着系数与滑移率的关系 车轮滑移率的大小对车轮与地面间附着系数有很大影响。通过试验，附着系数与滑移率的关系见图41所示。 从图4-1中可以看出： 附着系数随路面性质不同呈大幅度变化。一般来说，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。 在各种路面上，附着系数都随滑移率的变化而变化。各曲线的趋势大致相同，只有积雪路面滑移率在靠近100时会上升。 ,下一页,上一页,图41 附着系数与滑移率的关系,返回,第一节 概 述,为了方便说明附着系数与滑移率的关系，以典型的干燥硬实路面上附着系数与滑移率的关系进行
3、介绍，见图4-2所示。图中实线为制动时纵向附着系数和车轮滑移率的一般关系，虚线为横向附着系数和车轮滑移率的一般关系。 图42同时给出车轮的横向（侧向）附着系数y。横向附着系数是研究汽车行驶稳定性的重要参数之一。横向附着系数越大，汽车制动时方向稳定性和保持转向控制能力越强。从图中可以看出，当滑移率为零时，横向附着系数最大；随着滑移率的增加，横向附着系数越来越小。当车轮抱死时，横向附着系数几乎为零，此时导致横向附着力几乎为零，其危害是较大的，主要是： 方向稳定性差。 失去转向控制能力。 ,下一页,上一页,图42 干燥硬实路面上附着系数 与滑移率的一般关系,返回,第一节 概 述,二、 ABS的功能(
4、一) 理想的制动控制过程 图43所示的制动过程即理想的制动过程。制动开始的时候让制动压力骤升，滑移率达到峰值滑移率的时间，即纵向附着系数达到最大值的时间最短。 (二) ABS的功用 ABS的功用就是使实际制动过程控制在接近于理想制动过程，见图44所示。 在制动时，当车轮滑移率刚刚超过峰值滑移率，出现抱死趋势时（即从稳定区进入非稳定区），ABS迅速适当降低制动压力，减小车轮制动力矩，使车轮滑移率恢复至靠近稳定界限峰值滑移率的稳定区域内。,下一页,上一页,图43 理想的制动控制过程,返回,图44 ABS的理想制动控制过程,返回,第一节 概 述,三、 ABS的优缺点 ABS的优点是： 制动时保持方向
5、稳定性； 制动时保持转向控制能力； 缩短制动距离，在冰雪路面上，可以缩短制动距离1020； 减少轮胎磨损，提高轮胎的使用寿命610； 减少驾驶员紧张情绪； 提高汽车行驶的平均速度大约15。,下一页,上一页,第一节 概 述,但ABS仍然存在着一些缺点和局限性： ABS不能提供超越车轮与路面所能承受的制动效果； ABS性能的好坏受整车制动系统状况的影响； ABS不能取代驾驶员的制动，只能在驾驶员制动时，帮助其达到较好的制动效果； 在平滑的干路面上制动，熟练驾驶员制动的制动距离可能比ABS工作时制动距离要短，这主要由于ABS允许滑移率降低到8左右； 松散的沙土和积雪较深的路面制动，车轮抱死制动要比A
6、BS工作时的制动距离短。,下一页,上一页,第一节 概 述,四、 ABS的控制技术 （一） ABS的控制方法 从前面的介绍可知，ABS的功用就是在汽车制动过程中，根据车轮的滑移率和车轮减速度是否达到某一设定值来判断车轮是在稳定区域还是在非稳定区域，进入非稳定区域后是保压还是降压，从而实现理想控制。 ABS目前所用的控制方式主要有逻辑门限值控制、最优控制和滑动模态变结构控制等，但目前绝大多数ABS都采用逻辑门限值控制方式。逻辑门限值控制方式通常都是将车轮的减速度（或角减速度）和加速度（或角加速度）作为主要控制门限，而将车轮滑移率作为辅助控制门限。,下一页,上一页,第一节 概 述,（二） ABS的控
7、制过程 ABS的控制过程一般分为高附着系数路面和低附着系数路面控制两种形式，下面以博世ABS为例，说明采用逻辑门限值控制方法进行ABS的控制过程。 1 高附着系数路面上的制动控制过程 高附着系数路面上的制动控制过程见图45所示。 2 低附着系数路面的制动控制过程 与在高附着系数路面上不同，汽车在低附着系数路面上进行制动时，其制动踏板只有轻微的压力，就足以使车轮抱死，而且需要更长的时间加速才能走出高滑移率区。见图46所示给出了在低附着系数路面上的典型制动控制过程。 ,下一页,上一页,图4-5 高附着系数路面的制动防抱死控制过程,返回,图46 低附着系数路面的制动防抱死控制过程,返回,第一节 概
8、述,3 由高附着系数路面突变到低附着系数路面的制动防抱死控制过程 在防抱死制动过程中，有时会出现车轮由高附着系数路面突然进入低附着系数路面的情况，例如，汽车由干燥的沥青或水泥路面驶入结冰路面时，在这种情况下的制动过程见图47所示。 五、 ABS的分类 （一） 按控制方式分类 按ABS控制方式分为两大类，即机械控制式ABS和电子控制式ABS。目前机械式ABS在国外已趋于淘汰，因此本书提到的现代ABS，一般都是机电一体化的电子控制ABS。,下一页,上一页,图47 由高附着系数路面突变到低附着系数路面的制动防抱死控制过程,返回,第一节 概 述,（二） 按控制通道和传感器数目分类 1 四通道式 四通道
9、式ABS见图48所示。 2 三通道式 三通道ABS见图49所示。一般三通道ABS是对两前轮进行独立控制，两后轮按低选原则进行一同控制，因此有的称之为混合控制。 3 二通道式 二通道式ABS通常称为双通道ABS。为了减少制动压力调节部分装置的数量，降低系统成本，也有采用双通道ABS。各种可能的双通道方式见图410所示。,下一页,上一页,图48 四通道四传感器ABS,返回,图49 三通道式ABS,返回,图4-10 双通道ABS,返回,第一节 概 述,4 一通道式ABS一通道ABS常称为单通道ABS。它在后轮制动器总管中设置一个制动压力调节器，在后桥主减速器上安装一个轮速传感器（也有在两后轮上各安装
10、一个传感器），见图411所示。 一通道ABS一般都是对两后轮按低选原则进行一同控制。一通道ABS不能使两后轮的附着力得到充分利用，因而制动距离不一定会明显缩短。另外前轮制动分泵的压力并未进行控制，制动时前轮仍会出现抱死，因而转向操纵能力也未能得到改善。但由于制动时两后轮并未抱死，能够显著地提高制动时的方向稳定性，在安全上是一大优点，加之具有结构简单、成本低等优点，所以一通道ABS目前在一些轻型载货车上仍广泛应用。 ,返回,上一页,图411 一通道一传感器ABS,返回,第二节 ABS的结构与工作原理,一、 ABS的组成及其各组成部件的功用 无论是液压制动系统还是气压制动系统，电子控制制动防抱死系
11、统（ABS）的组成均由传感器、电子控制单元（ECU）和执行器三部分组成。 二、 传感器 目前用于ABS的轮速传感器主要有电磁式轮速传感器和霍尔式轮速传感器两种类型。 （一） 电磁式轮速传感器 1 基本结构 电磁式轮速传感器由传感头和齿圈（转子）两部分组成。 图4-12为磁脉冲轮速传感器的外形与基本结构。,下一页,图412 磁脉冲轮速传感器的外形与基本结构,返回,第二节 ABS的结构与工作原理,2 基本工作原理 电磁式转速传感器的工作原理与发动机点火系中电磁脉冲信号发生器工作原理相同。 交变信号的频率与齿圈的齿数和转速成正比。因齿圈的齿数一定，因而轮速传感器输出的交变电压信号的频率只与相应的车轮
12、转速成正比。所以通过轮速传感器输出的频率信号可以确定车轮的转速。 另外，在传感头与齿圈的间隙一定时，交变电压的幅值也决定于磁通变化率，在一定范围内，交变电压的幅值也随车轮转速成正比变化。,下一页,上一页,第二节 ABS的结构与工作原理,3 电磁式轮速传感器的种类与安装 电磁式轮速传感器根据极轴端部的形状，可分为凿式、圆柱式和菱形式三种。它们内部结构大同小异，其工作原理完全相同。电磁式轮速传感器极轴形状不同，其安装方式也不同。图413为三种轮速传感器的安装情况。 电磁式轮速传感器存在下述缺点： 其输出信号的幅值是随车速而变化的，若车速过慢，其输出信号低于1 V，ECU就无法检测。 频率响应不高，
13、当转速过高时，传感器的频率响应跟不上，容易产生误信号。 抗电磁波干扰能力差，尤其是在其输出信号幅值较小时。 ,下一页,上一页,图413 不同形状极轴传感器头的安装方式,返回,第二节 ABS的结构与工作原理,（二） 霍尔式轮速传感器 霍尔式轮速传感器由传感头和齿圈组成。传感头由永磁体、霍尔元件和电子线路等组成。它利用霍尔效应原理进行工作，其霍尔元件输出的毫伏级的准正弦波电压，将由电子电路转换成标准的脉冲电压波形输入ECU。 霍尔轮速传感器具有以下的优点： 输出信号电压幅值不受转速的影响。 频率响应高。 抗电磁波干扰能力强。,下一页,上一页,第二节 ABS的结构与工作原理,三、 制动压力调节器 制
14、动压力调节器（又称液压调节器）是ABS中最主要的执行器，一般都设在制动总泵（主缸）与车轮制动分泵（轮缸）之间。其主要任务是：根据ECU的控制指令，自动调节制动分泵（轮缸）的制动压力。 （一） 制动压力调节器的分类 1 根据动力来源分类 现代ABS的制动压力调节器大致分为液压式和气压式两种。气压式主要用在大型客车和载重汽车上；液压式主要用在轿车和一些轻型载重汽车上。 ,下一页,上一页,第二节 ABS的结构与工作原理,2 根据结构关系分类根据制动压力调节器与制动总泵（和制动助力器）的结构关系，制动压力调节器可分为整体式和分离式两种。 3 根据调压方式分类 液压式制动压力调节器根据调压方式可分为流通
15、式（也称为循环式或环流式）和变容式两种。,下一页,上一页,第二节 ABS的结构与工作原理,（二） 液压循环式制动压力调节器 此种形式特点是在制动总泵（和制动助力器）和制动分泵之间串联一个或两个电磁阀，由电磁阀根据ECU的指令，通过控制，使制动分泵的制动液回到制动总泵（或储液器），或使制动总泵（或储液器）的制动液流入制动分泵，或者使制动分泵的制动液既不流入也不流出，以实现制动分泵压力的减小、增大或保持。 此种压力调节方式在ABS中采用的较多，如目前占主流的博世ABS、戴维斯系统等。,下一页,上一页,第二节 ABS的结构与工作原理,1 电磁阀 电磁阀是控制液压的具体部件，是由电磁线圈直接控制的阀，
16、电磁线圈受ECU的控制。通过电磁阀的切换，直接或者间接的控制制动压力的增大、保持和减小。电磁阀有多种，现介绍其中的两种。 （1） 三位三通电磁阀 在四通道制动系统中每个轮缸有一个三位三通电磁阀；在三通道制动系统中，每个前轮有一个三位三通电磁阀，两后轮共用一个三位三通电磁阀。 三位三通电磁阀有三个孔分别通往制动主缸、车轮制动器和储能器。电磁线圈通过的电流由ECU控制，能使阀处于“升压”、“保压”、“减压”三种位置，即“三位”，见图414所示。,下一页,上一页,图414 三位三通电磁阀的基本结构与工作原理,返回,第二节 ABS的结构与工作原理,升压（常规制动）：见图415所示 保持压力：当ECU向电磁线圈通入一个较小的保持电流（约为最大电流的1/2）时，电磁阀处于“保持压力”位置，见图416所示。 减压：当ECU向电磁线圈通入一个最大电流时，电磁阀处于“减压”位置，此时电磁阀将轮缸与回油通道或储能器接通，轮缸中制动液经电磁阀流入储能器，轮缸压力下降，见图417所示。,
