ABS車輪制動防抱死系統(tǒng)講義

1、ABSABS車輪制動防抱死系統(tǒng)車輪制動防抱死系統(tǒng)主講人：趙偉主講人：趙偉第一章第一章 汽車汽車ABSABS系統(tǒng)概述系統(tǒng)概述 ABS是車輪制動防抱裝置（Anti Lock Brake System）的縮寫。行駛中緊急制動時防止輪胎抱死的裝置.急制動或惡性道路行駛中制動時，因輪胎抱死不但車輛失去控制而且制動距離也會加長.ABS是預先防止輪胎抱死的現(xiàn)象，維持最佳的制動力減小事故危險性的預防安全裝置，屬于汽車的主動安全裝備。 隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展汽車消費不再是一種財富的象征而是一種代步的交通工具.可是隨著汽車的迅速普及汽車交通事故已成為我們身邊巨大的社會問題.因此汽車安全性日益成為人們選購汽車的重要依據(jù)

2、.目前在西方發(fā)達國家中廣泛采用的制動防抱系統(tǒng)(ABS),使人們對安全性的要求得以充分的滿足。2 2、制動防抱死裝置的發(fā)展、制動防抱死裝置的發(fā)展汽車制動防抱裝置的開發(fā)是從20世紀30年代開始的，1932年英國人活納摩姆首先研制了ABS，并申請了專利，40年代末ABS被用于波音47飛機上。60年代末70年代初美國三大汽車公司都分別推出了裝有ABS的高級轎車。但受當時的技術水平的限制，ABS采用了模擬計算機與真空作用的壓力調(diào)節(jié)器，因此ABS的動作速度較慢、控制精度差、加上體積、質(zhì)量大，銷路很有限，制造廠家終于在70年代中期停止了ABS汽車的生產(chǎn)。由于科學技術的發(fā)展，歐洲隨后研制成由數(shù)字計算機與電磁閥

3、調(diào)制器組成的較為現(xiàn)代型的ABS。這種較為現(xiàn)代型的ABS體積小、質(zhì)量輕、動作更快、更準確。70年代末，80年代初，歐洲批量生產(chǎn)用于轎車、商業(yè)汽車的ABS。3、ABS發(fā)展歷史發(fā)展歷史 1910年代 鐵路部門為了防止Wheel-lock現(xiàn)象開始試用當中意外發(fā)現(xiàn)制動距離縮短效果。 1950年代 飛機著陸裝置中開始開發(fā)并使用ABS，System開始使用 Computer控制。 1954年代 美國FORD林肯轎車最初使用法國制飛機用ABS。 1970年代 林肯、凱迪拉克等高級轎車開始使用（后輪控制式） 1978年代 BENZ 450SEL和BMW 7系列使用BOSCH的4輪 控制式ABS。 1984年代

4、日本車開始使用NIPPON的ABS系統(tǒng) 德國開發(fā)Master Cylinder 一體型的H .U。 1990年代 韓國車輛開始使用ABS（選裝）。 2000年后國產(chǎn)車開始作為標準裝備，目前基本使用一體化ABS系統(tǒng)，并具備一些高級的功能，如EBD電子制動力分配、TRC驅動輪牽引力控制、WSC電子穩(wěn)定系統(tǒng)。4、ABS分類分類1、按控制方式分： 機械式ABS系統(tǒng) 半機械式ABS系統(tǒng)（后輪比例閥控制) 電腦控制ABS系統(tǒng)2、按總泵和控制閥體的關系分 分開式ABS系統(tǒng)：控制電腦和控制閥體總成分開，制動總泵和閥體總成分開。 整體式ABS系統(tǒng)：制動總泵和閥體總成合為一體3、按控制電腦和閥體的關系分 一體化A

5、BS系統(tǒng)：控制電腦和閥體總成為一整體 分開式ABS系統(tǒng)：控制電腦和閥體總成分開4、按制動管路的控制分配 3通道式ABS系統(tǒng) 4通道式ABS系統(tǒng)第二章 ABS控制系統(tǒng)基本理論1、汽車制動基礎理論、汽車制動基礎理論 汽車在轉向制動時輪胎于地面間產(chǎn)生縱向附著力和側向附著力。1) 制動力與制動力矩的關系駕駛員踩下制動踏板時制動總泵的壓力上升，通過制動分泵產(chǎn)生約束輪胎轉動的制動力矩（T）。隨著制動力矩的增加輪胎的旋轉角速度（）會減小。這時輪速小于車速，輪胎與地面間產(chǎn)生滑動摩擦和滾動摩擦。 制動力隨著輪胎與路面間的滑移率（Slip=S）和施加在輪胎的載重變化而變化。 滑移率由以下公式來表示， S=(V-V

6、)/V*100%S越大則輪胎的滑動越大，當輪速V=0時，S接近100%，車輪完全抱死，車輪只產(chǎn)生滑動摩擦。2)制動力與滑移率的關系右圖中可知制動力隨滑移率的增加而增加,超過一定的滑移率后反而會下降，一般滑移率控制在2030之間制動效果最好。3)附著力與載重的關系同一種路面上行駛時施加在輪胎上的載重越大制動力也就越大，并且摩擦系數(shù)越高制動力也就越大。制動力（Q）=W: 路面的摩擦系數(shù) W: 輪胎的載重 思考與提問 1、附著力是不是制動時產(chǎn)生的最大制動力？ 2、是不是滑移率越小制動效果越好？ 3、滑移率S100時說明什么？ 4、滑移率在什么范圍內(nèi)制動效果最好？ 5、為什么轎車的前輪的剎車皮比后輪磨

7、損的快？ 6、汽車的前輪抱死對駕駛會造成什么影響？汽車后輪抱死對駕駛有什么影響？2、側向附著力非制動時特性無制動力的非制動狀態(tài)時側向附著力（CF）隨側向滑移角度（）的增加而增加超過一定階段反而會下降。（圖1）制動時特性制動時側向附著力隨側向滑移角度、車輛載重的特性變化而變化，與非制動時基本相同，但大小隨滑移率而變化。圖2是車輛維持一定載重時滑移率與側向附著力的關系?；坡剩⊿）為0時側向附著力最大,隨著滑移率的增加側向附著力也減小。制動力與側向附著力的關系上述制動理論與特性整理如下： 駕駛員踩制動踏板增加制動力矩（T）時滑移率（S）和制動力（Q）跟T成正比上升。但側向附著力隨T的增加而減小。

8、T繼續(xù)增加制動力（Q）在理想滑移率（Si）時最大，這時側向附著力的減量也較小，制動性能在最佳狀態(tài)。 SSi時制動力減小輪胎也會抱死（S=100%）這時側向附著力急減，車輛以不穩(wěn)定狀態(tài)行駛。 前輪抱死時CFf接近0行駛中制動效果明顯下降失去方向操縱性，后輪抱死時CFr接近0制動時車輛穩(wěn)定性下降車輛左右振動或發(fā)生旋轉現(xiàn)象。側附著力與側向滑移角度的關系3、ABS的優(yōu)缺點的優(yōu)缺點ABS的作用和優(yōu)點確保方向操縱性（Steerability）縮短制動距離（Stopping Distance）確保車輛穩(wěn)定，防止車輛側滑和掉頭（Stability）延長輪胎使用壽命ABS的缺點 在冰雪路面和砂石的制動效果比普通

9、可抱死的剎車系統(tǒng)表現(xiàn)差4 4、ABSABS作用機理作用機理 直線行駛制動時 直線行駛車輛左右兩側路面摩擦系數(shù)不同時摩擦系數(shù)小的輪胎先抱死因此未裝ABS車輛向摩擦系數(shù)大的一側轉動產(chǎn)生Spin現(xiàn)象。而ABS車輛制動時因4輪獨立控制不僅能直線行駛制動而且制動距離也會縮短。 轉向行駛制動時 易滑路面上轉向行駛制動時，未裝ABS車輛因輪胎抱死向切線方向滑動。而ABS車輛因防止輪胎抱死，能隨著駕駛員的意志轉向行駛。 因此ABS是一種隨路面狀況控制制動力確保制動安全性的裝置。作用示意圖作用示意圖5 5、滑移率、滑移率 行駛中駕駛員踩制動踏板時，摩擦片和摩擦盤間產(chǎn)生摩擦力矩，因此車輪的旋轉速度減小，車輪速度小

10、于車體速度，這就是滑移現(xiàn)象?；扑a(chǎn)生的輪胎與路面間的摩擦力就是制動力?；坡视靡韵鹿絹碛嬎恪；坡剩⊿）=V（車速）-Vwl（輪速）/ V（車速）*100%6、制動力及滑移率的特性曲線關系、制動力及滑移率的特性曲線關系此特性曲線說明的是對制動特性及轉向特性的輪胎跟地面間的摩擦系數(shù)和輪胎跟滑移率間的關系。橫軸表示滑移率。0%表示輪胎對路面純滾動狀態(tài)100%表示輪胎抱死狀態(tài)。根據(jù)制動特性滑移率約20%左右時可獲得最大的摩擦系數(shù)。根據(jù)轉向特性隨滑移率的增加摩擦系數(shù)減小滑移率100%時摩擦系數(shù)為“0”。這種現(xiàn)象在不同路面上產(chǎn)生的效果都是一樣的。由此可見輪胎抱死時制動力下降制動距離加長而且失去側向附

11、著力不僅喪失操縱性及方向安全性而且車輛發(fā)生SLIP現(xiàn)象。既側向附著力在滑移率0%時最大隨滑移率的增加而減小滑移率100%時接近于0。ABS是根據(jù)以上原理防止輪胎抱死現(xiàn)象控制制動油壓把滑移率控制在最佳值斜線范圍內(nèi)發(fā)揮最大的制動力。7、滑移率特性曲線、滑移率特性曲線8 8、滑移率與最大制動力的關系、滑移率與最大制動力的關系8 8、ABSABS油壓基本控制原理油壓基本控制原理ABS與普通剎車制動油壓變化比較與普通剎車制動油壓變化比較 ABS未安裝車輛 急制動時制動油壓急速上生容易使輪胎抱死。因此車輛以不穩(wěn)定狀態(tài)行駛，發(fā)生事故的可能性很高。 a. 行駛中制動時車速減小 b. 行駛中制動時制動油壓上升

12、c. 輪胎抱死點ABS安裝車輛 急制動時ECU根據(jù)輪速傳感器的車輪減速度信號從車輪抱死點開始維持一定的壓力形成適當?shù)哪Σ亮τ绊懼苿泳嚯x的縮短。 a. 行駛中制動時車速減小 b. 行駛中制動時制動壓力上升 c. 控制點開始維持一定的壓力9 9、ABSABS控制油壓過程控制油壓過程制動狀態(tài)時的分泵壓力控制過程 行駛中緊急制動時，ABS電腦運算車輪速度，車輪速度減小車輪而使滑移率增加到超過設定值（-b）時，ABS電腦控制油壓從“A”點開始減壓。 因剎車油壓減壓，車輪速度開始增加，判斷為輪胎從抱死開始有恢復滾動傾向時從“B”點開始增壓或保持壓力。 因增壓輪胎從新開始有抱死傾向時從“C”點開始重新減壓。

13、反復-的動作把制動力控制在最佳滑移率范圍內(nèi)。第三章、第三章、ABSABS系統(tǒng)的組成系統(tǒng)的組成第一節(jié)、傳感器工作原理第一節(jié)、傳感器工作原理輪速傳感器（Wheel Speed Sensor）輪速傳感器的作用是檢測車輪的速度，并將速度信號輸入ABS的電控單元。目前用于ABS系統(tǒng)的輪速傳感器主要有電磁式和霍爾式兩種。1 1、電磁式輪速傳感器、電磁式輪速傳感器 電磁式輪速傳感器是一種通過磁通量的變化產(chǎn)生感應電壓的裝置，主要有傳感頭和齒圈兩部分組成。齒圈一般安裝在輪轂或軸坐上，對于后輪驅動車輛齒圈也可安裝在差速器或傳動軸上。齒圈隨車輪或傳動軸一起轉動。傳感頭通過固定在車身上的支架安裝在齒圈附近，傳感頭與齒

14、圈間的間隙約1mm。傳感頭由電纜、永磁鐵、外殼、感應線圈、極軸、齒圈組成。極軸同永磁鐵相連，感應線圈套在極軸的外面。極軸頭部結夠有鑿式和柱式兩種。齒圈旋轉時，齒頂和齒隙交替對向極軸。當齒頂對向極軸時磁路的磁隙最小，因此磁阻也最小，通過感應線圈的磁通量最大；當齒隙對向極軸時磁路的磁隙最大，磁阻也最大，通過感應線圈的磁通量最小。所以在齒圈旋轉過程中，感應線圈內(nèi)部的磁通量交替變化從而產(chǎn)生感應電動勢，此信號通過感應線圈內(nèi)部的電纜輸入ABS的電控單元。當齒圈的轉速發(fā)生變化時感應電動勢的頻率也隨之變化。ABS電控單元即通過檢測感應電動勢的頻率變化來檢測車輪速度。2、輪速傳感器結構原理、輪速傳感器結構原理。

15、 輪速傳感器輪速傳感器是隨磁通量的變化產(chǎn)生交流電的裝置。ECU根據(jù)交流電的變化監(jiān)測4輪的各自轉速1 Electronic Cable2 Permanent Magnet3 Housing4 Winding5 Pole Pin6 Tone Wheel1234563 3、輪速傳感器信號波形、輪速傳感器信號波形 1 Magnet 2 Winding 3 Tone Wheel 4 Rotates 5 High Speed 6 Low Speed 7 Air Gap傳感器的檢測 1、傳感器電阻檢測 2、輸出波形或電壓檢測 3、線路檢測 4、信號齒形狀檢測 5、解碼器數(shù)據(jù)流分析項目前后備注線圈電阻1100

16、50110050最小P-P電壓150mV150mV最小P-P電壓Tone Wheel47個47個7Km/h時檢測Air Gap0.30.9mm0.20.7mm4 4、霍爾式輪速傳感器、霍爾式輪速傳感器霍爾式輪速傳感器也是由傳感頭和齒圈組成。傳感頭由永磁體、霍爾元件和電霍爾式輪速傳感器也是由傳感頭和齒圈組成。傳感頭由永磁體、霍爾元件和電子電路組成。永磁體的磁力線通過霍爾元件同鄉(xiāng)齒圈，齒圈相當于一個集磁器。子電路組成。永磁體的磁力線通過霍爾元件同鄉(xiāng)齒圈，齒圈相當于一個集磁器。 當齒圈位于（當齒圈位于（a）所示位置時，穿過霍爾元件的磁力線分散，磁場相對）所示位置時，穿過霍爾元件的磁力線分散，磁場相對

17、較弱；而當齒圈位于（較弱；而當齒圈位于（b）所示位置時，穿過霍爾元件的磁力線集中，磁）所示位置時，穿過霍爾元件的磁力線集中，磁場相對較強。齒圈轉動時，使得穿過霍爾元件的磁力線密度發(fā)生變化，因場相對較強。齒圈轉動時，使得穿過霍爾元件的磁力線密度發(fā)生變化，因而引起霍爾電壓的變化，霍爾元件將輸出一個毫伏（而引起霍爾電壓的變化，霍爾元件將輸出一個毫伏（mV）級的準正弦波）級的準正弦波電壓，然后再由電子電路轉換成標準的脈沖電壓。電壓，然后再由電子電路轉換成標準的脈沖電壓。 由霍爾元件輸出的毫伏級準正弦波電壓，經(jīng)運算放大器放大為伏級的電由霍爾元件輸出的毫伏級準正弦波電壓，經(jīng)運算放大器放大為伏級的電壓信號后

18、送至施密特觸發(fā)器，施密特觸發(fā)器將正弦波信號轉換成標準的脈壓信號后送至施密特觸發(fā)器，施密特觸發(fā)器將正弦波信號轉換成標準的脈沖信號后再送至輸出級放大后輸出。沖信號后再送至輸出級放大后輸出。 霍爾式輪速傳感器具有以下優(yōu)點：一是輸出信號電壓伏值不受轉速的霍爾式輪速傳感器具有以下優(yōu)點：一是輸出信號電壓伏值不受轉速的影響，影響，12V的汽車電源電壓條件下，其輸出信號電壓保持在的汽車電源電壓條件下，其輸出信號電壓保持在11.512V不變，不變，即使車速接近于零也不變；二是頻率響應高，其響應頻率高達即使車速接近于零也不變；二是頻率響應高，其響應頻率高達20kHz，用，用于于ABS系統(tǒng)時相當于車速為系統(tǒng)時相當于

19、車速為1000km/h時所檢測的信號頻率；三是抗電磁時所檢測的信號頻率；三是抗電磁波干擾能力強。由于其信號電壓不隨轉速的變化而變化，且幅值高，故且波干擾能力強。由于其信號電壓不隨轉速的變化而變化，且幅值高，故且有很強的抗電磁波干擾的能力。有很強的抗電磁波干擾的能力。 第二節(jié)、第二節(jié)、ABS電子控制單元電子控制單元ECU（Elctronic Contlor Unit）ABS電子控制單元的功能是接受輪速傳感器及其他傳感器輸入的信號，對這些輸入的信號進行測量、比較、分析、放大和處理，通過精確計算，得出制動時車輪的滑移率、車輪的加速度和減速度，以判斷車輪是否有抱死趨勢，再由其輸出級發(fā)出控制指令，控制制

20、動壓力調(diào)節(jié)器去執(zhí)行壓力調(diào)節(jié)任務。及出現(xiàn)故障時執(zhí)行Fail-Ssfe功能，并點亮警告燈。 ABS電控單元由輸入增幅電路、L.S.I（運算電路，控制電路，安全電路）、電流 控制電路、電流增幅電路、電源監(jiān)控電路、穩(wěn)壓電源電路、繼電器和警告燈組成。 輸入增幅電路把輪速傳感器交流電壓信號轉換成矩形波輸入CPU,CPU根據(jù) 輸入增幅電路的信號運算輪速、滑移率等各種控制所須的數(shù)據(jù)，CPU再通過電流增幅電路控制電磁閥的動作。另外還可以控制警告燈是否點亮。 當系統(tǒng)出現(xiàn)故障時點亮警告燈。2 2、ABSABS電腦各電路的功能電腦各電路的功能 1、控制電路：根據(jù)輸入輪速信號計算滑移率，并根據(jù)滑移率發(fā)出控制電磁閥的驅動

21、信號。 2 輸入增幅電路：將輪速傳感器輸入的正弦交流信號轉換成脈沖方波，經(jīng)整形放大后輸入運算電路。輸入增幅電路主要由低通濾波器和用以抑制干擾并放大轉速信號的輸入放大器組成。 3 運算電路：根據(jù)脈沖方波的信號進行車輪線速度、滑移率、減速度等的運算 4 安全電路：監(jiān)控系統(tǒng)工作狀態(tài)，并在系統(tǒng)出現(xiàn)故障時斷 開電磁閥繼電器，點亮ABS警告燈。 第三節(jié)、液壓控制單元或閥體總成第三節(jié)、液壓控制單元或閥體總成（Hydraulic Unit） ABS液壓控制單元（HU）裝在制動主缸與輪缸之間，它以電動泵、電磁閥組成。電動泵（PUMP）“ 電動泵安裝在液壓控制單元內(nèi)部。電腦用電信號控制電動泵，增壓狀態(tài)時增加液壓電

22、磁閥（Solenoid Valve） 電磁閥是液壓控制單元中重要的部件，由它完成ABS系統(tǒng)各車輪制動力的控制，通過控制電磁閥的位置而達到控制油路中的壓力。2 2、閥體總成、閥體總成 G-Sensor(only 4WD)BLSIGNITIONBATT 2VCCBATT 18 Valve DriverFSRMotorRelayVoltageReg.Processor 1 (16bit)Processor 2 (8bit)Module ICWheel signal conditioning& Open/Short DetectSolenoid/Lamp Pre-driverWatchdog

23、Timer Motor relay & FSR DriverData I/O BufferSwitch Control / Clamp CircuitMSolenoidWheel SensorsABS W/LK-LineEBD W/L(Only Relay Type)練習與思考 1、ABS系統(tǒng)的三大組成部分是什么？ 2、霍爾式輪速傳感器輸出的什么形式的波形？ 3、輪速傳感器（磁電式）的電阻值一般來說是多少？ 4、輪速傳感器的信號電壓隨輪速如何變化？ 5、輪速傳感器的信號齒圈如果變形對ABS系統(tǒng)有什么影響？ 6、磁電式輪速傳感器好壞的檢測方法有幾種？ 7、霍爾式輪速傳感器一般有幾條線？說

24、明他們每一條線的功能？ 8、緊急制動時我們一般會聽到噪音，這是為什么？ 9、ABS有哪些輸入信號？有哪些輸出信號？練習與思考6 故障蓄存電路（Fail Memory）：出現(xiàn)故障時蓄存故障狀態(tài)。 7 穩(wěn)定化電源監(jiān)控電路：控制整個系統(tǒng)的電源電路 8 繼電器6 故障蓄存電路（Fail Memory）：出現(xiàn)故障時蓄存故障狀態(tài)。 7 穩(wěn)定化電源監(jiān)控電路：控制整個系統(tǒng)的電源電路 8 繼電器、警告燈驅動電路：根據(jù)安全電路的信號斷開繼電器電磁閥，點亮警告燈，并斷開系統(tǒng)電源。 9 故障安全保護功能：ECU內(nèi)部相互監(jiān)控故障與否，出現(xiàn)故障時停止ABS系統(tǒng) 的工作，轉入常規(guī)制動狀態(tài)。 10 自診功能：自我診斷整個系統(tǒng)

25、的工作狀態(tài)，并出現(xiàn)故障時記憶故障內(nèi)容。、警告燈驅動電路：根據(jù)安全電路的信號斷開繼電器電磁閥，點亮警告燈，并斷開系統(tǒng)電源。 9 故障安全保護功能：ECU內(nèi)部相互監(jiān)控故障與否，出現(xiàn)故障時停止ABS系統(tǒng) 的工作，轉入常規(guī)制動狀態(tài)。 10 自診功能：自我診斷整個系統(tǒng)的工作狀態(tài)，并出現(xiàn)故障時記憶故障內(nèi)容。1、ABS系統(tǒng)的三大組成部分是什么？2、霍爾式輪速傳感器輸出的什么形式的波形？3、輪速傳感器（磁電式）的電阻值一般來說是多少？4、輪速傳感器的信號電壓隨輪速如何變化？5、輪速傳感器的信號齒圈如果變形對ABS系統(tǒng)有什么影響？6、磁電式輪速傳感器好壞的檢測方法有幾種？7、霍爾式輪速傳感器一般有幾條線？說明他

26、們每一條線的功能？8、緊急制動時我們一般會聽到噪音，這是為什么？ABS 不工作-常規(guī)制動狀態(tài)駕駛員踩油門踏板時制動油壓從M/CYL通過NO VALVE 到各自的輪泵。這時NO VALVE和 NC VALVE 不通電，所以M/CYL 的制動油壓直接傳到輪泵。NO VALVE 通常時打開油路，根據(jù)ECU的驅動信號關閉油路；NC VALVE 通常時關閉油路，根據(jù)ECU的驅動信號打開關閉的油路。松開制動踏板時制動油壓通過NO VALVE 回到總泵，減少制動油壓。通常制動時NO，NC VALVE 不工作是為了系統(tǒng)出現(xiàn)故障時沒有ECU的控制也能維持通常制動狀態(tài)。通常制動時電動泵不工作。ABS工作-減壓模式

27、ECU根據(jù)輪速傳感器的信號檢測到WHEEL LOCK時驅動NO，NC VALE減少WHEEL的制動油壓，這是ECU同時驅動電動泵，循環(huán)LPA里的制動油。這時因制動油循環(huán)發(fā)生PEDAL KICK BACK 現(xiàn)象。輪胎抱死時ECU向HCU傳達減少制動油壓的命令。既切斷NO VALVE 的油路，打開NC VALVE的油路減少制動油壓壓。這時輪泵的制動油暫時存到 LPA。LPA里的制動油隨著電動泵的旋轉回到制動總泵。這時HPA 利用HPA-節(jié)流孔的油體阻力減小因電動泵的工作而產(chǎn)生的強壓力油體波動。ABS工作-保壓模式 輪泵的壓力減壓（增壓）到最佳制動油壓時，ECU驅動NO VALVE 保持輪泵的制動油壓。這是因NC VALVE 不工作，切斷向LPA的油路。 通過減壓、增壓控制輪泵的制動油壓在最佳狀態(tài)時為了有效的實行ABS控制停止輪泵的制動壓力變化控制。 ECU向HCU傳達維持輪泵制動油壓的命令。既關閉NO，NC閥的油路，維持輪泵的制動油壓。 這是電動泵不工作。ABS工作-增壓模式 輪泵需要增壓時ECU切斷 NO，