车用防抱死制动系统ABS控制器研究汽车检测与维修Word格式文档下载.docx
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第一章.概述
二三十年代
ABS系统的发展可以追溯到上世纪初期，早在1928年制动防抱理论就被提出，在30年代机械式制动防抱系统就开始在火车和飞机上获得应用，博世（BOSCH）公司在1936年第一个获得了用电磁式车轮转速传感器获取车轮转速的制动防抱系统的专利权。
五十年代
进入50年代，汽车制动防抱系统开始受到较为广泛的关注。
福特（FORD）公司曾于1954年将飞机的制动防抱系统移置在林肯（LINCOIN）轿车上，凯尔塞·
海伊斯（KELSEHAYES）公司在1957年对称为“AUTOMATIC”的制动防抱系统进行了试验研究，研究结果表明制动防抱系统确实可以在制动过程中防止汽车失去方向控制，并且能够缩短制动距离；
克莱斯勒（CHRYSLER）公司在这一时期也对称为“SKIDCONTROL”的制动防抱系统进行了试验研究。
由于这一时期的各种制动防抱系统采用的都是机械式车轮转速传感器的机械式制动压力调节装置，因此，获取的车轮转速信号不够精确，制动压力调节的适时性和精确性也难于保证，控制效果并不理想。
六十年代
随着电子技术的发展，电子控制制动防抱系统的发展成为可能。
1964年（也是集成电路诞生的一年）Bosch公司再度开始ABS的研发计划，最后有了“通过电子装置控制来防止车轮抱死是可行的”结论，这是ABS（AntilockBrakingSystem）名词在历史上第一次出现！
世界上第一具ABS原型机于1966年出现，向世人证明“缩短刹车距离”并非不可能完成的任务。
因为投入的资金过于庞大，ABS初期的应用仅限于铁路车辆或航空器。
在60年代后期，一些电子控制的制动防抱系统开始进入产品化阶段。
凯尔塞·
海伊斯公司在1968年研制生产了称为“SURETRACK”两轮制动防抱系统，该系统由电子控制装置根据电磁式转速传感器输入的后轮转速信号，对制动过程中后轮的运动状态进行判定，通过控制由真空驱动的制动压力调节装置对后制动轮缸的制动压力进行调节，并在1969年被福特公司装备在雷鸟（THUNDERBIRD）和大陆·
马克III（CONTINENTALMKIII）轿车上。
七十年代
TeldixGmbH公司从1970年和奔驰车厂合作开发出第一具用于道路车辆的原型机——ABS1，该系统已具备量产基础，但可靠性不足，而且控制单元内的组件超过1000个，不但成本过高也很容易发生故障。
克莱斯勒公司与本迪克斯（BENDIX）公司合作研制的称为“SURE-TRACK”的能防止4个车轮被制动抱死的系统，在1971年开始装备帝国（IMPERIAL）轿车，其结构原理与凯尔塞·
海伊斯的“SURE-TRACK”基本相同，两者不同之处，只是在于两个还是四个车轮有防抱制动。
别克（BUICK）公司在1971年研制了由电子控制装置自动中断发动机点火，以减小发动机输出转矩，防止驱动车轮发生滑转的驱动防抱转系统. 1973年Bosch公司购得50%的TeldixGmbH公司股权及ABS领域的研发成果，瓦布科（WABCO）公司与奔驰（BENZ）公司合作，在1975年首次将制动防抱系统装备在气压制动的载货汽车上。
这一年AEG、Teldix与Bosch达成协议，将ABS系统的开发计划完全委托Bosch公司整合执行。
“ABS2”在3年的努力后诞生！
有别于ABS1采用模拟式电子组件，ABS2系统完全以数字式组件进行设计，不但控制单元内组件数目从1000个锐减到140个，而且有造价降低、可靠性大幅提升与运算速度明显加快的三大优势。
两家德国车厂奔驰与宝马于1978年底决定将ABS2这项高科技系统装置在S级及7系列车款上。
进入70年代后期，数字式电子技术和大规模集成电路的迅速发展，为ABS系统向实用化发展奠定了技术基础。
博世公司在1978年首先推出了采用数字式电子控制装置的制动防泡系统--博世ABS2，并且装置在奔驰轿车上，由此揭开了现代ABS系统发展的序幕。
尽管博世ABS2的电子控制装置仍然是由分离元件组成的控制装置，但由于数字式电子控制装置与模拟式电子控制装置相比，其反应速度、控制精度和可靠性都显著提高，因此，博世ABS2的控制效果己相当理想。
从此之后，欧、美、日的许多制动器专业公司和汽车公司相继研制了形式多详的ABS系统。
八十年代
1980年后，电脑控制的ABS逐渐在欧洲、美国及亚洲日本的汽车上迅速扩大。
但是在诞生的前3年中，ABS系统都苦于成本过于高昂而无法开拓市场。
从1978到1980年底，Bosch公司总共才售出24000套ABS系统。
所幸第二年即成长到76000套。
受到市场上的正面响应，Bosch开始TCS循迹控制系统的研发计划。
1983年推出的ABS2S系统重量由5.5公斤减轻到4.3公斤，控制组件也减少到70个。
到了1985年代中期，全球新出厂车辆安装ABS系统的比例首次超过1%，通用车厂也决定把ABS列为旗下主力雪佛兰车系的标准配备。
1986年是另一个值得纪念的年份，除了Bosch公司庆祝售出第100万套ABS系统外，更重要的是Bosch推出史上第一具供民用车使用的TCS/ASR循迹控制系统。
TCS/ASR的作用是防止汽车起步与加速过程中发生驱动轮打滑，特别是防止车辆过弯时的驱动轮空转，并将打滑控制在10%到20%范围内。
由于ASR是通过调整驱动轮的扭矩来控制，因而又叫驱动力控制系统，在日本又称之为TRC或TRAC。
ASR和ABS的工作原理方面有许多共同之处，两者合并使用可形成更佳效果，构成具有防车轮抱死和驱动轮防打滑控制（ABS/ASR）系统。
这套系统主要由轮速传感器、ABS/ASRECU控制器、ABS驱动器、ASR驱动器、副节气门控制器和主、副节气门位置传感器等组成。
在汽车起步、加速及行进过程中，引擎ECU根据轮速传感器输入的信号，当判定驱动轮的打滑现象超过上限值时，就进入防空转程序。
首先由引擎ECU降低副节气门以减少进油量，使引擎动力输出扭矩减小。
当ECU判定需要对驱动轮进行介入时，会将信号传送到ASR驱动器对驱动轮（一般是前轮）进行控制，以防止驱动轮打滑或使驱动轮的打滑保持在安全范围内。
第一款搭载ASR系统的新车型在1987年出现，奔驰S级再度成为历史的创造者。
随着ABS系统的单价逐渐降低，搭载ABS系统的新车数目于1988年突破了爆炸性成长的临界点，开始飞快成长，当年Bosch的ABS系统年度销售量首次突破300万套。
技术上的突破让Bosch在1989年推出的ABS2E系统首次将原先分离于引擎室（液压驱动组件）与中控台（电子控制组件）内，必须依赖复杂线路连接的设计更改为“两组件整合为一”设计！
ABS2E系统也是历史上第一个舍弃集成电路，改以一个8k字节运算速度的微处理器（CPU）负责所有控制工作的ABS系统，再度写下了新的里程碑。
该年保时捷车厂正式宣布全车系都已安装了ABS。
九十年代
1990年代前半期ABS系统逐渐开始普及于量产车款。
Bosch在1993年推出ABS2E的改良版：
ABS5.0系统，除了体积更小、重量更轻外，ABS5.0装置了运算速度加倍（16k字节）的处理器，该公司也在同年年中庆祝售出第1000万套ABS系统。
到1993年，美国在轿车上安装ABS已达46%，延续过去ABS与ASR诞生时的惯例，奔驰S级还是首先使用ESP系统的车型（1995年）。
4年后奔驰公司就正式宣布全车系都将ESP列为标准配备。
在此同时，Bosch于1998及2001年推出的ABS5.7、ABS8.0系统仍精益求精，整套系统总重由2.5公斤降至1.6公斤，处理器的运算速度从48k字节升级到128k字节。
21世纪
奔驰车厂主要竞争对手宝马与奥迪也于2001年也宣布全车系都将ESP列为标准配备。
Bosch车厂于2003年庆祝售出超过一亿套ABS系统及1000万套ESP系统，根据ACEA（欧洲车辆制造协会）的调查，今天每一辆欧洲大陆境内所生产的新车都搭载了ABS系统，全世界也有超过75%的新车拥有此项装置。
到目前为止，一些中高级豪华轿车，如西德的奔驰、宝马、雅迪、保时捷、欧宝等系列，英国的劳斯来斯、捷达、路华、宾利等系列，意大利的法拉利、的爱快、领先、快意等系列，法国的波尔舍系列，美国福特的TX3、30X、红彗星及克莱斯勒的帝王、纽约豪客、男爵、道奇、顺风等系列，日本的思域，凌志、豪华本田、奔跃、俊朗、淑女300Z等系列，均采用了先进的ABS。
在一些顶级的公司中，已有本迪克斯、波许、摩根.戴维斯、海斯.凯尔西、苏麦汤姆、本田、日本无限等许多公司生产ABS，它们中又有整体和非整体之分。
预计随着轿车的迅速发展，将会有更多的厂家生产。
第二章、ABS组成及工作原理
（一）ABS的组成
现在汽车上普遍采用的ABS防抱死制动系统是以控制车轮的角减速度为对象，控制车轮的制动力，实现防抱死制动的。
ABS系统主要由传感器、电子控制装置和执行器三个部分组成。
图
（1）
1.前轮车速传感器2.制动压力调节装置3.ABS电控单元4.ABS警告灯5.后轮速度传感器6.停车灯开关7.制动主缸8.比例分配阀9.制动轮缸10.蓄电池11.点火开关
ABS系统能够防止车轮抱死，具有制动时方向稳定性好、制动时仍有转向能力、缩短制动距离等优点。
桑塔纳2000Gsi型和捷达系列轿车采用的是美国ITT公司MK20-Ⅰ型ABS系统，是三通道的ABS调节回路，前轮单独调节，后轮则以两轮中地面附着系数低的一侧为依据统一调节。
ABS系统主要由ABS控制器（包括电子控制单元、液压单元、液压泵等）、四个车轮转速传感器、ABS故障警告灯、制动警告灯等组成，如图
（2）所示。
图
（2）ABS系统组件在车上的安装位置
1-ABS控制器2-制动主缸和真空助力器3-自诊断插□4-ABS警告灯（K47）5-制动警告灯（K118）6-后轮转速传感器（G44/G46）7-制动灯开关（F））8-前轮转速传感器（G45/G47）
ABS系统的基本工作原理是:
由装在车轮上的转速传感器采集4个车轮的转速信号，送到电子控制单元计算出每个车轮的转速，进而推算出车辆的减速度及车轮的滑移率。
ABS电子控制单元根据计算出的参数，通过液压控制单元调节制动过程的制动压力，达到防止车轮抱死的目的。
在ABS不起作用时，电子制动力分配系统仍可调节后轮制动力，保证后轮不会在先于前轮抱死，以保证车辆的安全。
汽车在制动过程中，车轮转速传感器不断把各个车轮的转速信号及时输送给ABS电子控制单元（ECU）,ABSECU根据设定的控制逻辑对4个转速传感器输入的信号进行处理，计算汽车的参考车速、各车轮速度和减速度，确定各车轮的滑移率。
如果某个车轮的滑移率超过设定值，ABSECU就发出指令控制液压控制单元，使该车轮制动轮缸中的制动压力减小;
如果某个车轮的滑移率还没达到设定值，ABSECU就控制液压单元，使该车轮的制动压力增大;
如果某个车轮的滑移率接近于设定值时，ABSECU就控制液压控制单元，使该车轮制动压力保持一定。
从而使各个车轮的滑移率保持在理想的范围之内，防止4个车轮完全抱死。
在制动过程中，如果车轮没有抱死趋势，ABS系统将不参与制动压力控制，此时制动过程与常规制动系统相同。
如果ABS出现故障，电子控制单元将不再对液压单元进行控制，并将仪表板上的ABS故障警告灯点亮，向驾驶员发出警告信号，此时ABS不起作用，制动过程将与没有ABS的常规制动系统的工作相同
（二）ABS的调节过程
车轮制动压力调节的控制过程如下：
1．建压阶段制动时，通过助力器和总泵建立制动压力。
此时常开阀打开，常闭阀关闭，制动压力进入车轮制动器，车轮转速迅速降低，直到ABS电子控制单元通过转速传感器得到识别出车轮有抱死的倾向为止。
2．保压阶段
ABS电子控制单元通过转速传感器得到信号，识别出车轮有抱死的倾向时，ABS电子控制单元即关闭常开阀，此时常闭阀仍然关闭。
3．降压阶段如果在保压阶段，车轮仍有抱死倾向，则ABS系统进入降压阶段。
此时，电子控制单元命令常闭阀打开，常开阀关闭，液压泵开始工作，制动液从轮缸经低压蓄能器被送回到制动总泵，制动压力降低，制动踏板出现抖动，车轮抱死程度降低，车轮转速开始增加。
4．升压阶段为了达到最佳制动效果，当车轮达到一定转速后，ABS电子控制单元再次命令常开阀打开，常闭阀关闭。
随着制动压力增加，车轮再次被制动和减速。
（三）ABS的主要部件结构工作原理
1、车轮转速传感器
车轮转速传感器的作用是将车轮的转速信号传给ABS电子控制单元。
MK20-Ⅰ型ABS系统共有4个车轮转速传感器，前轮的齿圈（43齿）安装在传动轴上，转速传感器安装在转向节上，如图（3）所示。
后轮的齿圈（43齿）安装在后轮毂上，转速传感器则安装在固定支架上，如图（4）所示。
图（3）前车轮转速传感器（G45/G47）安装位置
1-齿圈2-前轮转速传感器
传感器由电磁感应式传感头和磁性齿圈组成。
传感头由永久磁芯和感应线圈组成，齿圈由铁磁性材料制成。
当齿圈旋转时，齿顶与齿隙轮流交替对向磁芯，当齿圈转到齿顶与传感头磁芯相对时，传感头磁芯与齿圈之间的间隙最小，由永久磁芯产生的磁力线就容易通过齿圈，感应线圈周围的磁场就强，如图（5）（a）所示;
而当齿圈转动到齿隙与传感磁芯相对时，传感头磁芯与齿圈之间的间隙最大，由永久磁芯产生的磁力线就不容易通过齿圈，感应线圈周围的磁场就弱，如图（5）（b）所示。
此时，磁通迅速交替变化，在感应线圈中就会产生交变电压，交变电压的频率将随车轮转速成正比例变化。
电子控制单元可以通过转速传感器输入的电压脉冲频率进行处理来确定车轮的转速、汽车的参考速度等。
图（4）后车轮转速传感器（G44/G46）安装位置
1-齿圈2-后轮转速传感器
图（5）车轮转速传感器工作原理
（a）齿圈齿顶与传感器磁芯相对时（b）齿圈齿隙与传感器磁芯相对时
1-齿圈2-磁芯端部齿3-感应线圈端子4-感应线圈5-磁芯套6-磁力线7-磁场8-磁芯9-齿顶
2、执行器
制动压力调节器:
接受ECU的指令，通过电磁阀的动作实现制动系统压力的增加、保持和降低
液压泵:
受ECU控制，在可变容积式制动压力调节器的控制油路中建立控制油压；
在循环式制动压力调节器调节压力降低的过程中，将由轮缸流出的制动液经蓄能器泵回主缸，以防止ABS工作时制动踏板行程发生变化。
ABS警告灯:
ABS出现故障时，由EUC控制将其点亮，向驾驶员发出报警，并由ECU控制闪烁显示故障代码
ABS系统在仪表板及仪表板附加部件上装有两个故障警告灯，一个是ABS警告灯（K47），另一个是制动装置警告灯（K118）
两个故障警告灯正常点亮的情况是:
当点火开关打开起动至自检结束（大约2s）;
在拉紧驻车动装置时警告灯（K118）点亮。
如果上述情况灯不亮，说明故障警告灯本身或线路有故障。
如果ABS故障灯常亮，说明ABS系统出现故障;
如果制动装置警告灯常亮，说明制动液缺乏
MK20-Ⅰ型ABS系统的电路图，如图（6）所示
图（6）
MK20-Ⅰ型ABS系统电路图
A-蓄电池
B-在仪表内+15
F-制动灯开关
F9-驻车制动指示灯开关
F34-制动液位报警信号开关
G44-右后轮速度传感器
G45-右前轮速度传感器
G46-左后轮速度传感器
G47-左前轮速度传感器
J104-ABS及EBV的电子控制单元
K47-ABS警告灯
K118-驻车制动、制动液位警告灯
M9-左制动灯
M10-右制动灯
N55-ABS及EBV的液压单元
N99-ABS右前进油阀
N100-ABS右前出油阀
N101-ABS左前进油阀
N102-ABS左前出油阀
N133-ABS右后进油阀
N134-ABS右后出油阀
N135-ABS左后进油阀
N136-ABS左后出油阀
S2-保险丝（10A）
S12-保险丝（15A）
S18-保险丝（10A）
S123-液压泵保险丝（30A）
S124-电磁阀保险丝（30A）
TV14-诊断插口
V64-ABS液压泵
3、ABS控制器
ABS控制器由ABS电子控制单元（J104）、液压控制单元（N55）、液压泵（V64）等组成。
（1）电子控制单元
电子控制单元是ABS系统的控制中心，它实际上是一个微型计算机，所以又常称为ABS（ECU）电脑。
ABSECU由输入电路、数字控制器、输出电路和警告电路组成。
主要任务是连续监测接受4个车轮转速传感器送来的脉冲信号，并进行测量比较、分析放大和判别处理，计算出车轮转速、车轮减速度以及制动滑移率，再进行逻辑比较分析4个车轮的制动情况，一旦判断出车轮将要抱死，它立刻进入防抱死控制状态，通过电子控制单元向液压单元发出指令，以控制制动轮缸油路上电磁阀的通断和液压泵的工作来调节制动压力，防止车轮抱死。
ABSECU还不断地对自身工作进行监控。
由于ABSECU中有两个完全相同的微处理器，它们按照同样的程序对输入信号进行处理，并将其产生的中间结果与最终结果进行比较，一且发现结果不一致，即判定自身存在故障，它会自动关闭ABS系统。
此外ABSECU还不断监视ABS系统中其他部件的工作情况，一旦ABS系统出现故障，如车轮速度信号消失，液压压力降低等，ABSECU会发出指令而关闭ABS系统，并使常规制动系统工作，同时将故障信息存储记忆，并将仪表板上的ABS故障灯点亮，向驾驶员发出警示信号，此时应及时检查修理。
当点火开关接通时，ABSECU就开始进行自检程序，对系统进行自检，此时ABS故障灯点亮。
如果自检以后发现ABS系统存在影响其正常工作的故障，它将关闭ABS系统，恢复常规制动系统，仪表板上ABS故障灯一直点亮，警告驾驶员ABS系统存在故障。
自检结束后，ABS故障灯就熄灭，表明系统工作正常。
由于自检过程大约需要2s，因此在正常情况下，当点火开关接通时，ABS故障灯点亮2s，然后再自动熄灭，是正常的。
反之如果点火开关接通时，ABS故障灯不亮，说明ABS故障灯或其线路存在故障，应对其进行检修。
（2）电子控制模块（电脑）的结构与工作原理
ABS系统电子控制部分可分为电子控制器（ECU）、ABS控制模块、ABS计算机等，以下简称ECU。
ECU:
接受车速、轮速、减速等传感器的信号，计算出车速、轮速、滑移率和车轮的减速度、加速度，并将这些信号加以分析、判别、放大，由输出级输出控制指令，控制各种执行器工作
第三章ECU的结构与工作原理
（一）ECU的基本结构
（1）ECU由以下几个基本电路组成：
（1）轮速传感器的输入放大电路。
安装在各车轮上的轮速传感器根据轮速输出交流信号，输入放大电路将交流信号放大成矩形波并整形后送往运算电路。
不同的ABS系统中轮速传感器的数量是不一样的。
每个车轮都装轮速传感器时，需要四个传感器，输入放大电路也就要求有四个。
当只在左右前轮和后轴差速器安装轮速传感器时，只需要三个传感器，输入放大电路也就成了三个。
但是，要把后轮的一个信号当作左、右后轮的两个信号送往运算电路。
（2）运算电路。
初始速度、滑移率及加减速度运算电路把瞬间轮速加以积分，计算出初始速度，再把初始速度和瞬时线速度进行比较运算，则得出滑移率及加减速度。
电磁阀开启控制运算电路根据滑移率和加减速度控制信号，对电磁阀控制电路输出减压、保压或增压的信号。
（3）电磁阀控制电路。
接受来自运算电路的减压、保压或增压信号，控制通往电磁阀的电流。
（4）稳压电源、电源监控电路、故障反馈电路和继电器驱动电路。
在蓄电池供给ECU内部所有5V稳压电压的同时，上述电路监控着12V和5V电压是否在规定范围内，并对轮速传感器输入放大器、运算电路和电磁阀控制电路的故障信号进行监视，控制着电磁阀电动机和电磁阀。
出现故障信号时，关闭电磁阀，停止ABS工作，返回常规制动状态，同时仪表板上的ABS警报灯点亮，让驾驶员知道有故障情况发生。
2）接通电源时的初始检查
接通点火开关、ECU电源接通时，将检查下列项目。
（1）微处理机功能检查
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