ABS车轮制动防抱死系统讲义课件.ppt

1、ABSABS车轮制动防抱死系统车轮制动防抱死系统主讲人：赵伟主讲人：赵伟第一章第一章 汽车汽车ABSABS系统概述系统概述 ABS是车轮制动防抱装置（Anti Lock Brake System）的缩写。行驶中紧急制动时防止轮胎抱死的装置.急制动或恶性道路行驶中制动时，因轮胎抱死不但车辆失去控制而且制动距离也会加长.ABS是预先防止轮胎抱死的现象，维持最佳的制动力减小事故危险性的预防安全装置，属于汽车的主动安全装备。随着社会经济的发展汽车消费不再是一种财富的象征而是一种代步的交通工具.可是随着汽车的迅速普及汽车交通事故已成为我们身边巨大的社会问题.因此汽车安全性日益成为人们选购汽车的重要依据.

2、目前在西方发达国家中广泛采用的制动防抱系统(ABS),使人们对安全性的要求得以充分的满足。2 2、制动防抱死装置的发展、制动防抱死装置的发展汽车制动防抱装置的开发是从20世纪30年代开始的，1932年英国人活纳摩姆首先研制了ABS，并申请了专利，40年代末ABS被用于波音47飞机上。60年代末70年代初美国三大汽车公司都分别推出了装有ABS的高级轿车。但受当时的技术水平的限制，ABS采用了模拟计算机与真空作用的压力调节器，因此ABS的动作速度较慢、控制精度差、加上体积、质量大，销路很有限，制造厂家终于在70年代中期停止了ABS汽车的生产。由于科学技术的发展，欧洲随后研制成由数字计算机与电磁阀调

3、制器组成的较为现代型的ABS。这种较为现代型的ABS体积小、质量轻、动作更快、更准确。70年代末，80年代初，欧洲批量生产用于轿车、商业汽车的ABS。3、ABS发展历史发展历史 1910年代 铁路部门为了防止Wheel-lock现象开始试用当中意外发现制动距离缩短效果。1950年代 飞机着陆装置中开始开发并使用ABS，System开始使用 Computer控制。1954年代 美国FORD林肯轿车最初使用法国制飞机用ABS。1970年代 林肯、凯迪拉克等高级轿车开始使用（后轮控制式）1978年代 BENZ 450SEL和BMW 7系列使用BOSCH的4轮 控制式ABS。1984年代 日本车开始使

4、用NIPPON的ABS系统 德国开发Master Cylinder 一体型的H.U。1990年代 韩国车辆开始使用ABS（选装）。2000年后国产车开始作为标准装备，目前基本使用一体化ABS系统，并具备一些高级的功能，如EBD电子制动力分配、TRC驱动轮牵引力控制、WSC电子稳定系统。4、ABS分类分类1、按控制方式分：机械式ABS系统 半机械式ABS系统（后轮比例阀控制)电脑控制ABS系统2、按总泵和控制阀体的关系分 分开式ABS系统：控制电脑和控制阀体总成分开，制动总泵和阀体总成分开。整体式ABS系统：制动总泵和阀体总成合为一体3、按控制电脑和阀体的关系分 一体化ABS系统：控制电脑和阀体

5、总成为一整体 分开式ABS系统：控制电脑和阀体总成分开4、按制动管路的控制分配 3通道式ABS系统 4通道式ABS系统第二章 ABS控制系统基本理论1、汽车制动基础理论、汽车制动基础理论 汽车在转向制动时轮胎于地面间产生纵向附着力和侧向附着力。1)制动力与制动力矩的关系驾驶员踩下制动踏板时制动总泵的压力上升，通过制动分泵产生约束轮胎转动的制动力矩（T）。随着制动力矩的增加轮胎的旋转角速度（）会减小。这时轮速小于车速，轮胎与地面间产生滑动摩擦和滚动摩擦。制动力随着轮胎与路面间的滑移率（Slip=S）和施加在轮胎的载重变化而变化。滑移率由以下公式来表示，S=(V-V)/V*100%S越大则轮胎的滑

6、动越大，当轮速V=0时，S接近100%，车轮完全抱死，车轮只产生滑动摩擦。2)制动力与滑移率的关系右图中可知制动力随滑移率的增加而增加,超过一定的滑移率后反而会下降，一般滑移率控制在2030之间制动效果最好。3)附着力与载重的关系同一种路面上行驶时施加在轮胎上的载重越大制动力也就越大，并且摩擦系数越高制动力也就越大。制动力（Q）=W:路面的摩擦系数 W:轮胎的载重 思考与提问 1、附着力是不是制动时产生的最大制动力？2、是不是滑移率越小制动效果越好？3、滑移率S100时说明什么？4、滑移率在什么范围内制动效果最好？5、为什么轿车的前轮的刹车皮比后轮磨损的快？6、汽车的前轮抱死对驾驶会造成什么影

7、响？汽车后轮抱死对驾驶有什么影响？2、侧向附着力非制动时特性无制动力的非制动状态时侧向附着力（CF）随侧向滑移角度（）的增加而增加超过一定阶段反而会下降。（图1）制动时特性制动时侧向附着力随侧向滑移角度、车辆载重的特性变化而变化，与非制动时基本相同，但大小随滑移率而变化。图2是车辆维持一定载重时滑移率与侧向附着力的关系。滑移率（S）为0时侧向附着力最大,随着滑移率的增加侧向附着力也减小。制动力与侧向附着力的关系上述制动理论与特性整理如下：驾驶员踩制动踏板增加制动力矩（T）时滑移率（S）和制动力（Q）跟T成正比上升。但侧向附着力随T的增加而减小。T继续增加制动力（Q）在理想滑移率（Si）时最大，

8、这时侧向附着力的减量也较小，制动性能在最佳状态。SSi时制动力减小轮胎也会抱死（S=100%）这时侧向附着力急减，车辆以不稳定状态行驶。前轮抱死时CFf接近0行驶中制动效果明显下降失去方向操纵性，后轮抱死时CFr接近0制动时车辆稳定性下降车辆左右振动或发生旋转现象。侧附着力与侧向滑移角度的关系3、ABS的优缺点的优缺点ABS的作用和优点确保方向操纵性（Steerability）缩短制动距离（Stopping Distance）确保车辆稳定，防止车辆侧滑和掉头（Stability）延长轮胎使用寿命ABS的缺点 在冰雪路面和砂石的制动效果比普通可抱死的刹车系统表现差4 4、ABSABS作用机理作用

9、机理 直线行驶制动时 直线行驶车辆左右两侧路面摩擦系数不同时摩擦系数小的轮胎先抱死因此未装ABS车辆向摩擦系数大的一侧转动产生Spin现象。而ABS车辆制动时因4轮独立控制不仅能直线行驶制动而且制动距离也会缩短。转向行驶制动时 易滑路面上转向行驶制动时，未装ABS车辆因轮胎抱死向切线方向滑动。而ABS车辆因防止轮胎抱死，能随着驾驶员的意志转向行驶。因此ABS是一种随路面状况控制制动力确保制动安全性的装置。作用示意图作用示意图5 5、滑移率、滑移率 行驶中驾驶员踩制动踏板时，摩擦片和摩擦盘间产生摩擦力矩，因此车轮的旋转速度减小，车轮速度小于车体速度，这就是滑移现象。滑移所产生的轮胎与路面间的摩擦

10、力就是制动力。滑移率用以下公式来计算。滑移率（S）=V（车速）-Vwl（轮速）/V（车速）*100%6、制动力及滑移率的特性曲线关系、制动力及滑移率的特性曲线关系此特性曲线说明的是对制动特性及转向特性的轮胎跟地面间的摩擦系数和轮胎跟滑移率间的关系。横轴表示滑移率。0%表示轮胎对路面纯滚动状态100%表示轮胎抱死状态。根据制动特性滑移率约20%左右时可获得最大的摩擦系数。根据转向特性随滑移率的增加摩擦系数减小滑移率100%时摩擦系数为“0”。这种现象在不同路面上产生的效果都是一样的。由此可见轮胎抱死时制动力下降制动距离加长而且失去侧向附着力不仅丧失操纵性及方向安全性而且车辆发生SLIP现象。既侧

11、向附着力在滑移率0%时最大随滑移率的增加而减小滑移率100%时接近于0。ABS是根据以上原理防止轮胎抱死现象控制制动油压把滑移率控制在最佳值斜线范围内发挥最大的制动力。7、滑移率特性曲线、滑移率特性曲线8 8、滑移率与最大制动力的关系、滑移率与最大制动力的关系8 8、ABSABS油压基本控制原理油压基本控制原理ABS与普通刹车制动油压变化比较与普通刹车制动油压变化比较 ABS未安装车辆 急制动时制动油压急速上生容易使轮胎抱死。因此车辆以不稳定状态行驶，发生事故的可能性很高。a.行驶中制动时车速减小 b.行驶中制动时制动油压上升 c.轮胎抱死点ABS安装车辆 急制动时ECU根据轮速传感器的车轮减

12、速度信号从车轮抱死点开始维持一定的压力形成适当的摩擦力影响制动距离的缩短。a.行驶中制动时车速减小 b.行驶中制动时制动压力上升 c.控制点开始维持一定的压力9 9、ABSABS控制油压过程控制油压过程制动状态时的分泵压力控制过程 行驶中紧急制动时，ABS电脑运算车轮速度，车轮速度减小车轮而使滑移率增加到超过设定值（-b）时，ABS电脑控制油压从“A”点开始减压。因刹车油压减压，车轮速度开始增加，判断为轮胎从抱死开始有恢复滚动倾向时从“B”点开始增压或保持压力。因增压轮胎从新开始有抱死倾向时从“C”点开始重新减压。反复-的动作把制动力控制在最佳滑移率范围内。第三章、第三章、ABSABS系统的组

13、成系统的组成第一节、传感器工作原理第一节、传感器工作原理轮速传感器（Wheel Speed Sensor）轮速传感器的作用是检测车轮的速度，并将速度信号输入ABS的电控单元。目前用于ABS系统的轮速传感器主要有电磁式和霍尔式两种。1 1、电磁式轮速传感器、电磁式轮速传感器 电磁式轮速传感器是一种通过磁通量的变化产生感应电压的装置，主要有传感头和齿圈两部分组成。齿圈一般安装在轮毂或轴坐上，对于后轮驱动车辆齿圈也可安装在差速器或传动轴上。齿圈随车轮或传动轴一起转动。传感头通过固定在车身上的支架安装在齿圈附近，传感头与齿圈间的间隙约1mm。传感头由电缆、永磁铁、外壳、感应线圈、极轴、齿圈组成。极轴同

14、永磁铁相连，感应线圈套在极轴的外面。极轴头部结够有凿式和柱式两种。齿圈旋转时，齿顶和齿隙交替对向极轴。当齿顶对向极轴时磁路的磁隙最小，因此磁阻也最小，通过感应线圈的磁通量最大；当齿隙对向极轴时磁路的磁隙最大，磁阻也最大，通过感应线圈的磁通量最小。所以在齿圈旋转过程中，感应线圈内部的磁通量交替变化从而产生感应电动势，此信号通过感应线圈内部的电缆输入ABS的电控单元。当齿圈的转速发生变化时感应电动势的频率也随之变化。ABS电控单元即通过检测感应电动势的频率变化来检测车轮速度。2、轮速传感器结构原理、轮速传感器结构原理。轮速传感器轮速传感器是随磁通量的变化产生交流电的装置。ECU根据交流电的变化监测

15、4轮的各自转速1 Electronic Cable2 Permanent Magnet3 Housing4 Winding5 Pole Pin6 Tone Wheel1234563 3、轮速传感器信号波形、轮速传感器信号波形 1 Magnet 2 Winding 3 Tone Wheel 4 Rotates 5 High Speed 6 Low Speed 7 Air Gap传感器的检测 1、传感器电阻检测 2、输出波形或电压检测 3、线路检测 4、信号齿形状检测 5、解码器数据流分析项目前后备注线圈电阻110050110050最小P-P电压150mV150mV最小P-P电压Tone Whee

16、l47个47个7Km/h时检测Air Gap0.30.9mm0.20.7mm4 4、霍尔式轮速传感器、霍尔式轮速传感器霍尔式轮速传感器也是由传感头和齿圈组成。传感头由永磁体、霍尔元件和电霍尔式轮速传感器也是由传感头和齿圈组成。传感头由永磁体、霍尔元件和电子电路组成。永磁体的磁力线通过霍尔元件同乡齿圈，齿圈相当于一个集磁器。子电路组成。永磁体的磁力线通过霍尔元件同乡齿圈，齿圈相当于一个集磁器。当齿圈位于（当齿圈位于（a）所示位置时，穿过霍尔元件的磁力线分散，磁场相对）所示位置时，穿过霍尔元件的磁力线分散，磁场相对较弱；而当齿圈位于（较弱；而当齿圈位于（b）所示位置时，穿过霍尔元件的磁力线集中，磁

17、）所示位置时，穿过霍尔元件的磁力线集中，磁场相对较强。齿圈转动时，使得穿过霍尔元件的磁力线密度发生变化，因场相对较强。齿圈转动时，使得穿过霍尔元件的磁力线密度发生变化，因而引起霍尔电压的变化，霍尔元件将输出一个毫伏（而引起霍尔电压的变化，霍尔元件将输出一个毫伏（mV）级的准正弦波）级的准正弦波电压，然后再由电子电路转换成标准的脉冲电压。电压，然后再由电子电路转换成标准的脉冲电压。由霍尔元件输出的毫伏级准正弦波电压，经运算放大器放大为伏级的电由霍尔元件输出的毫伏级准正弦波电压，经运算放大器放大为伏级的电压信号后送至施密特触发器，施密特触发器将正弦波信号转换成标准的脉压信号后送至施密特触发器，施密

18、特触发器将正弦波信号转换成标准的脉冲信号后再送至输出级放大后输出。冲信号后再送至输出级放大后输出。霍尔式轮速传感器具有以下优点：一是输出信号电压伏值不受转速的霍尔式轮速传感器具有以下优点：一是输出信号电压伏值不受转速的影响，影响，12V的汽车电源电压条件下，其输出信号电压保持在的汽车电源电压条件下，其输出信号电压保持在11.512V不变，不变，即使车速接近于零也不变；二是频率响应高，其响应频率高达即使车速接近于零也不变；二是频率响应高，其响应频率高达20kHz，用，用于于ABS系统时相当于车速为系统时相当于车速为1000km/h时所检测的信号频率；三是抗电磁时所检测的信号频率；三是抗电磁波干扰

19、能力强。由于其信号电压不随转速的变化而变化，且幅值高，故且波干扰能力强。由于其信号电压不随转速的变化而变化，且幅值高，故且有很强的抗电磁波干扰的能力。有很强的抗电磁波干扰的能力。第二节、第二节、ABS电子控制单元电子控制单元ECU（Elctronic Contlor Unit）ABS电子控制单元的功能是接受轮速传感器及其他传感器输入的信号，对这些输入的信号进行测量、比较、分析、放大和处理，通过精确计算，得出制动时车轮的滑移率、车轮的加速度和减速度，以判断车轮是否有抱死趋势，再由其输出级发出控制指令，控制制动压力调节器去执行压力调节任务。及出现故障时执行Fail-Ssfe功能，并点亮警告灯。AB

20、S电控单元由输入增幅电路、L.S.I（运算电路，控制电路，安全电路）、电流 控制电路、电流增幅电路、电源监控电路、稳压电源电路、继电器和警告灯组成。输入增幅电路把轮速传感器交流电压信号转换成矩形波输入CPU,CPU根据 输入增幅电路的信号运算轮速、滑移率等各种控制所须的数据，CPU再通过电流增幅电路控制电磁阀的动作。另外还可以控制警告灯是否点亮。当系统出现故障时点亮警告灯。2 2、ABSABS电脑各电路的功能电脑各电路的功能 1、控制电路：根据输入轮速信号计算滑移率，并根据滑移率发出控制电磁阀的驱动信号。2 输入增幅电路：将轮速传感器输入的正弦交流信号转换成脉冲方波，经整形放大后输入运算电路。

21、输入增幅电路主要由低通滤波器和用以抑制干扰并放大转速信号的输入放大器组成。3 运算电路：根据脉冲方波的信号进行车轮线速度、滑移率、减速度等的运算 4 安全电路：监控系统工作状态，并在系统出现故障时断 开电磁阀继电器，点亮ABS警告灯。第三节、液压控制单元或阀体总成第三节、液压控制单元或阀体总成（Hydraulic Unit）ABS液压控制单元（HU）装在制动主缸与轮缸之间，它以电动泵、电磁阀组成。电动泵（PUMP）“电动泵安装在液压控制单元内部。电脑用电信号控制电动泵，增压状态时增加液压电磁阀（Solenoid Valve）电磁阀是液压控制单元中重要的部件，由它完成ABS系统各车轮制动力的控制

22、，通过控制电磁阀的位置而达到控制油路中的压力。2 2、阀体总成、阀体总成 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 Timer Motor relay&FSR DriverData I/O BufferSwitch Control/C

23、lamp CircuitMSolenoidWheel SensorsABS W/LK-LineEBD W/L(Only Relay Type)练习与思考 1、ABS系统的三大组成部分是什么？2、霍尔式轮速传感器输出的什么形式的波形？3、轮速传感器（磁电式）的电阻值一般来说是多少？4、轮速传感器的信号电压随轮速如何变化？5、轮速传感器的信号齿圈如果变形对ABS系统有什么影响？6、磁电式轮速传感器好坏的检测方法有几种？7、霍尔式轮速传感器一般有几条线？说明他们每一条线的功能？8、紧急制动时我们一般会听到噪音，这是为什么？9、ABS有哪些输入信号？有哪些输出信号？练习与思考6 故障蓄存电路（Fail

24、 Memory）：出现故障时蓄存故障状态。7 稳定化电源监控电路：控制整个系统的电源电路 8 继电器6 故障蓄存电路（Fail Memory）：出现故障时蓄存故障状态。7 稳定化电源监控电路：控制整个系统的电源电路 8 继电器、警告灯驱动电路：根据安全电路的信号断开继电器电磁阀，点亮警告灯，并断开系统电源。9 故障安全保护功能：ECU内部相互监控故障与否，出现故障时停止ABS系统 的工作，转入常规制动状态。10 自诊功能：自我诊断整个系统的工作状态，并出现故障时记忆故障内容。、警告灯驱动电路：根据安全电路的信号断开继电器电磁阀，点亮警告灯，并断开系统电源。9 故障安全保护功能：ECU内部相互监

25、控故障与否，出现故障时停止ABS系统 的工作，转入常规制动状态。10 自诊功能：自我诊断整个系统的工作状态，并出现故障时记忆故障内容。1、ABS系统的三大组成部分是什么？2、霍尔式轮速传感器输出的什么形式的波形？3、轮速传感器（磁电式）的电阻值一般来说是多少？4、轮速传感器的信号电压随轮速如何变化？5、轮速传感器的信号齿圈如果变形对ABS系统有什么影响？6、磁电式轮速传感器好坏的检测方法有几种？7、霍尔式轮速传感器一般有几条线？说明他们每一条线的功能？8、紧急制动时我们一般会听到噪音，这是为什么？ABS 不工作-常规制动状态驾驶员踩油门踏板时制动油压从M/CYL通过NO VALVE 到各自的轮

26、泵。这时NO VALVE和 NC VALVE 不通电，所以M/CYL 的制动油压直接传到轮泵。NO VALVE 通常时打开油路，根据ECU的驱动信号关闭油路；NC VALVE 通常时关闭油路，根据ECU的驱动信号打开关闭的油路。松开制动踏板时制动油压通过NO VALVE 回到总泵，减少制动油压。通常制动时NO，NC VALVE 不工作是为了系统出现故障时没有ECU的控制也能维持通常制动状态。通常制动时电动泵不工作。ABS工作-减压模式ECU根据轮速传感器的信号检测到WHEEL LOCK时驱动NO，NC VALE减少WHEEL的制动油压，这是ECU同时驱动电动泵，循环LPA里的制动油。这时因制动

27、油循环发生PEDAL KICK BACK 现象。轮胎抱死时ECU向HCU传达减少制动油压的命令。既切断NO VALVE 的油路，打开NC VALVE的油路减少制动油压压。这时轮泵的制动油暂时存到 LPA。LPA里的制动油随着电动泵的旋转回到制动总泵。这时HPA 利用HPA-节流孔的油体阻力减小因电动泵的工作而产生的强压力油体波动。ABS工作-保压模式 轮泵的压力减压（增压）到最佳制动油压时，ECU驱动NO VALVE 保持轮泵的制动油压。这是因NC VALVE 不工作，切断向LPA的油路。通过减压、增压控制轮泵的制动油压在最佳状态时为了有效的实行ABS控制停止轮泵的制动压力变化控制。ECU向H

28、CU传达维持轮泵制动油压的命令。既关闭NO，NC阀的油路，维持轮泵的制动油压。这是电动泵不工作。ABS工作-增压模式 轮泵需要增压时ECU切断 NO，NC VALVE 的电流，M/CYL的油压直接传到轮泵而增压。ECU想HCU传达增压命令。既打开NO VALVE 的油路而增压。减压模式中储存在LPA里的制动油通过电动泵循环。EBD（Electronic BrakeForce Distribution）介绍 必要性当汽车制动时产生汽车重心的移动。为了发挥最佳制动效果，各车轮根据载重需要有效的分配制动力。前后轮同时抱死的制动力分配叫做理想制动力分配。当车轮抱死滑移时，车轮与路面间的侧向附着力完全消

29、失。如果只是前轮（转向轮）制动到抱死滑移而后轮还在滚动，汽车将失去转向能力；如果只是后轮制动到抱死滑移而前轮还在滚动，即使受到侧向干扰力，汽车也将产生侧滑（甩尾）现象。这些都极易造成严重的交通事故。为了避免此类现象的发生根据重心的移动需要自动分配每个轮的制动力。机械式分配阀（Proportionig Valve）Proportionig Valve 是为了在急制动时提高前后轮的制动均衡力，在发生高压时,减少后轮制动油压上升速度。但机械式分配阀不能实现理想的制动力分配。它在轻微制动时不起作用。BRAKE CALIPER AND DISCFLOW VALVEMODULATOR DAMPER CHA

30、MBER MASER CYLINDERSOLENOID VALVEEXPANDER CHAMBER PUMPCHECK VALVECHECK VALVE BRAKE CALIPER AND DISCFLOW VALVEMODULATOR DAMPER CHAMBER MASER CYLINDERSOLENOID VALVEEXPANDER CHAMBER PUMPCHECK VALVECHECK VALVE第三章、故障分析与检修 一、ABS检修必须具备的知识和工具 1、会运用解码器的自诊断功能进行数据流分析 2、会运用线路图资料等查线路故障 3、会运用示波器分析传感器波形 4、会使用万用表测量传感器的好坏 二、故障分析思路和检查方法 1、利用自诊断进行读码和清码 2、检查传感器安装间隙和保养 3、测量传感器和线路 4、进行常规制动系统检查 5、检查线路插头、电源和接地