ABS与ASR理论分析.docx

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ABS与ASR理论分析

三、ABS的基本组成

一般来说，带有ABS的汽车制动系统由基本制动系统和制动力调节系统两部分组成，前者是制动主缸、制动轮缸和制动管路等构成的普通制动系统，用来实现汽车的常规制动，而后者是由传感器、控制器。

执行器等组成的压力调节控制系统（如图11．4所示），在制动过程中用来确保车轮始终不抱死，车轮滑动率处于合理范围内。

在制动压力调节系统中，传感器承担感受系统控制所需的汽车行驶状态参数，将运动物理量转换成为电信号的任务。

控制器即电子控制装置（ECU）根据传感器信号及其内部存储信号，经过计算、比较和判断后，向执行器发出控制指令，同时监控系统的工作状况。

而执行器（制动压力调节器）则根据ECU的指令，依靠由电磁阀及相应的液压控制阀组成的液压凋节系统对制动系统实施增压、保压或减压的操作，让车轮始终处于理想的运动状态。

第二节 ABS的控制

从汽车使用性能上来说，防抱死制动系统控制效果的优劣主要取决于系统的控制方式和控制通道类型等方面，但无论如何，汽车上所采用的ABS系统一般均具有以下的控制共性。

①在制动过程中，只有当车轮趋于抱死时，ABS系统才起作用，此前保持常规制动状态。

②ABS系统只在车速超过一定值时才起作用。

③ABS系统具有自诊断功能，以确保系统出现故障时，常规制动系统仍能正常工作。

轮速传感器有电磁感应式与霍尔式两大类。

前者利用电磁感应原理，将车轮转动的位移信号转化为电压信号（如图11.13所示），由随车轮旋转的齿盘和固定的感应元件组成。

图11.14示出了各种传感器在汽车上的安装位置。

此类传感器的不足之处在于，传感器输出信号幅值随转速而变，低速时检测难，频响低，高速时易产生误信号，抗干扰能力差。

后者利用霍尔半导体元件的霍尔效应工作。

当电流Iv流过位于磁场中的霍尔半导体层时（如图11．15所示），电子向垂直于磁场和电流的方向转移，在半导体横断面上出现霍尔电压UH，这种现象称之为霍尔效应。

霍尔传感器可以将带隔板的转子置于永磁铁和霍尔集成电路之间的空气间隙中。

霍尔集成电路由一个带封闭的电子开关放大器的霍尔层构成，当隔板切断磁场与霍尔集成电路之间的通路时，无霍尔电压产生，霍尔集成电路的信号电流中断；若隔板离开空气间隙，磁场产生与霍尔集成电路的联系，则电路中出现信号电流。

霍尔轮速传感器由传感头和齿圈组成，传感头包含有永磁体。

霍尔元件和电子电路等结构（如图 11．16所示）。

永磁体的磁力线穿过霍尔元件通向齿轮，当齿轮处于图 11．16（a）位置时，穿过霍尔元件的磁力线分散于两齿之中，磁场相对较弱。

当齿轮位于图 11．16（b）位置时，穿过霍尔元件的磁力线集中于一个齿上，磁场相对较强。

穿过霍尔元件的磁力线密度所发生的这种变化会引起霍尔电压的变化，其输出一个毫伏级的准正弦波电压。

此电压经波形转换电路转换成标准的脉冲电压信号输人ECU。

由霍尔传感器输出的毫伏级正弦波电压经过放大器放大为伏级正弦波信号电压，在施密特触发器中将正弦波信号转换成标准的脉冲信号，由放大级放大输出。

各级输出波形信号也一并显示在图 11．16中。

霍尔车轮转速传感器与前述电磁感应式传感器相比较，具有以下的优点：

①输出信号电压的幅值不受车轮转速影响，当汽车电源电压维持在12V时，传感器输出信号电压可以保持在 11．5－12V，即使车轮转速接近于零；

②频率响应高，该传感器的响应频率可高达20kth（此时相当于车速I000km／h）；

③抗电磁波干扰能力强。

减速度传感器在结构上有光电式。

水银式和差动式等各种型式。

其中光电式传感器利用发光二极管和受光（光电）三极管构成的光电偶合器所具有的光电转换效应，以沿径向开有若干条透光窄槽的偏心圆盘作为遮光板，制成了能够随减速度大小而改变电量的传感器（如图11.17所示）。

这光板设置在发光二极管和受光三极管之间，由发光二极管发出的光束可以通过板上窄槽到达受光三极管，光敏的三极管上便会出现感应电流。

当汽车制动时，质量偏心的遮光板在减速惯性力的作用下绕其转动轴偏转，偏转量与制动强度成正比，如果像图11．17所示那样，在光电式传感器中设置两对光电偶合器，根据两个三极管上出现电量的不同组合就可区分出如表中所示的四种减速度界限，因此，它具有感应多级减速度的能力。

水银式传感器利用具有导电能力的水银作为工作介质。

在传感器内通有导线两极柱的玻璃管中装有水银体，由于水银的导电作用，传感器的电路处于导通状态，当汽车制动强度达到一定值后，在减速惯性力的作用下，水银体脱离导线极柱，传感器电路断电（如图11．18所示）。

这种开关信号可用于指示汽车制动的减速度界限。

差动式传感器利用电磁感应原理工作。

传感器由固定的线圈和可移动的铁芯构成，铁芯在制动减速惯性力的作用下沿线圈轴向移动，可导致传感器电路中感应电量的连续变化（如图11.19所示）。

ECU的内部电路结构主要包括以下几方面。

l）输入级电路

以完成波形转换整形（低通滤波器）、抑制干扰和放大信号（输人放大器）为目的，将车轮转速传感器输人的正弦波信号转换成为脉冲方波，经过整形放大后，输给运算电路。

输人级电路的通道数视ABS所设置的传感器数目而定，通常以三通道和四通道为多见。

2）运算电路（微型计算机）

根据输入信号运算电磁阀控制参数。

主要根据车轮转速传感器输人信号进行车轮线速度、开始控制的初速度、参考滑动率、加速度和减速度等运算，调节电磁阀控制参数的运算和监控运算，并将计算出的电磁阀控制参数输送给输出级。

3）输出级电路

利用微机产生的电磁阀控制参数信号，控制大功率三极管向电磁阀线圈提供控制电流。

4）安全保护电路

将汽车12V电源电压改变并稳定为ECU作所需的5V标准电压，监控这种工作电压的稳定性。

同时监控输人放大电路、ECU运算电路和输出电路的故障信号。

当系统出现故障时，控制继动电动机和继动阀门，使ABS停止工作，转人常规制动状态，点亮ABS警示灯，将故障以故障码的形式存储在ECU内存中。

3．控制过程

ECU电路的控制过程如图 11．37所示。

该系统为四传感器三通道（前轮独立控制、后轮低选控制），传感器输人端FR+～RL--。

回油泵电机受ECU和油泵继电器共同控制，有以下两种工作状态。

附：

ABS的故障诊断

1．汽车ABS系统的常见故障

1）系统线路故障

它多为连接线短路或断路、插接器接触不良等原因引起，一般可由万用表进行检测。

2）传感器信号故障

因传感头安装位置不对、传感头与齿圈间隙过大、传感头松动等引起。

3）电源故障

一般由电压不稳、发电机故障、电压调节器故障等引起。

4）油路故障

因油泵转子卡死、油泵电机搭铁线断路、电磁阀损坏、调压器进有空气等引起。

2．故障诊断前的注意事项

当汽车ABS系统出现故障后，一般可将故障诊断过程分为初步检查和故障码诊断（扫描检测仪诊断）两个阶段。

在进行故障诊断前，首先注意以下几点。

①汽车所用轮胎大小与型号必须与厂家推荐的保持一致，否则会降低制动效率，导致汽车损坏和人员伤亡。

②对具有高压储能器的ABS系统，在维修前，必须使用专用工具对其实行减压后，方可维修。

在压力未卸除前，不要尝试刺穿或拆卸高压储能器，或将储能器靠近过热区和火源，否则银l起爆炸。

③制动液属脱漆剂，必须避免将制动液溢流在车身漆面上。

④若ABS调压器进有空气，会导致泵电机运转时间延长，且ABS警示灯点亮。

3．初步检查

ABS系统诊断前期，应进行初步检查，完成以下检查项目。

①检查总泵储液箱中制动液面高度。

若液压控制单元具有单独储液箱，则应检查两个储＠箱的液面，满足厂家规定要求。

②检查ABS液压系统是否有液体泄漏。

③检查ABS系统是否有机械零件损坏，如制动衬块、制动蹄、摩擦片等。

④检查所有轮胎，确保轮胎大小与弹性满足厂家规定。

⑤检查ABS系统中所有导线的连接是否松动、腐蚀和损坏。

⑥检查轮速传感器齿盘齿圈的完好性。

⑦若轮速传感器是可调的，应按照厂家规定调整。

⑧检查ABS系统的所有保险丝及熔断器的连接。

4．故障码诊断

若经过初步诊断后仍无法排除ABS故障时，可借助系统自诊断功能，依靠故障码进一步寻找故障发生部位。

在现代汽车ABS系统中均具有故障自诊断功能，当ABS的ECU检测到系统故障信息时，立即将仪表板上的ABS警示灯点亮，告知驾驶员ABS系统出现故障，同时将故障信息以诊断故障码（DTC）的形式存储在存储器中。

诊断ABS系统故障时，按照设定的程序和方法，可通过ABS警示灯的闪烁读出故障码，也可通过专用扫描检测诊断仪读解故障码。

故障排除以后，需要将已有故障码清除。

各类车型调取故障码的操作方式略有不同，必须按厂家维修手册要求进行.

汽车驱动防滑转电子控制系统

12．1．2ASR的工作原理

驱动防滑转控制系统的控制参数仍然是滑动率，滑动率的计算公式如下：

S=UL-Ua

   UL

式中：

S——驱动滑动率；

UL——驱动轮轮缘速度;

Ua——汽车车身速度，实际应用时常以非驱动轮轮缘速度代替。

当车身未动（Ua＝0）而驱动车轮转动时，S＝100％，车轮处于完全滑转状态；当UL=Ua时，S＝0，驱动车轮处于纯滚动状态。

ASR系统的电子控制器可以根据各车轮上的转速传感器信号，适时计算出各车轮的滑动率S。

当S值超过预先设定的界限值时，电子控制器就会向ASR执行装置输出控制信号，抑制或消除驱动车轮上的滑转。

为达到上述对汽车驱动轮运动状态的控制，汽车的驱动防滑转电子控制系统通常可以通过以下控制方式加以实现。

1．发动机输出功率控制

当汽车起步、加速时，若加速踏板踩得过猛，时常会因驱动力超出轮胎和地面的附着极限，出现驱动轮短时间的滑转。

这时，ASR电子控制器将根据加速踏板行程大小发出控制指令溉可通过发动机的副节气门驱动装置，适当调节节气门开度，也可以直接控制发动机ECU，改变点火时刻或燃油喷射量，通过限制发动机功率输出，达到抑制驱动轮滑转的目的。

2．驱动轮制动控制

在单侧驱动轮打滑时，ASR电子控制器将发出控制指令，通过制动系统的压力调节器，对产生滑转的车轮施加制动。

随着滑转车轮被制动减速，其滑动率会逐渐下降。

当滑动率降到预定范围之内以后，电子控制单元立即发出指令，减少或停止这种制动，其后，若车轮又开始滑转，则继续下一轮的控制，直至将驱动轮的滑动率控制在理想范围内。

与此同时，另一侧力F滑转车轮仍然保持着正常的驱动力。

这种作用类似于驱动桥差速器中的差速锁，即当一侧驱动轮陷入泥坑中，部分或完全丧失了驱动能力时，若制动该车轮，另一侧的驱动轮仍能够辨出足够的驱动力，以便维持汽车正常的行驶。

当两侧驱动轮均出现滑转，但滑动率不同时，可以通过对两边驱动轮施加不同的制动力，分别抑制它们的滑转，从而可提高汽车在湿滑路面上的起步、加速能力和行驶的方向稳定性。

这种方式是防止驱动轮滑转最迅速有效的一种控制方法。

但是，出于对舒适性的考虑，一般这种制动力不可太大。

因此，常常作为第一种方法的补充，以保证控制效果和控制速度的统一。

3．差速锁止控制

采用由电子控制的可锁止式差速器，可将驱动轮的差速滑动率控制在一定的范围内。

4．综合控制

为了达到更理想的控制效果，可采用上述各种控制相结合的控制系统。

汽车在行驶过程中，路面湿滑程度各不相同，驱动力的状态也随时变化，综合控制系统将根据发动机工况和车轮滑转的实际情况采取相应的控制措施。

如在发动机输出大转矩的状态下，车轮滑转的主要原因往往是因路面湿滑所致，采用对滑转车轮施加制动比较有效，而当发动机输出大功率时车轮滑转则以减小发动机输出功率的方法更有效。

在更为复杂的工况下，借助综合控制的方式能够更好地达到控制驱动轮滑转的目的。

典型的ASR系统如图12．2所示。

它由ASR选择开关、车轮转速传感器、防抱死制动和驱动防滑转电子控制单元、制动主继电器、制动执行装置、制动灯开关。

节气门继电器、主节气门