车用防抱死ABS控制器的研究解读Word文档格式.docx

1、逻辑门限值；MC9S12XS单片机ABSTRACTWith the rapid development of Chinas automobile industry, people began increasing emphasis on road safety issues, anti-lock braking system is able to automatically adjust the braking wheel braking force, to prevent the wheels from locking the brake in order to obtain the bes

2、t results braking system, referred to as ABS. ABS systems can significantly enhance or improve vehicle control during emergency braking and stability, reduce the vehicle braking distance, is a new type of electronic control products, and get more and more widely used. In this paper, as the research

3、object bus to start the car ABS study. Firstly, the development of the ABS were reviewed to explain the ABS system control theory, on this basis, the structure of ABS described in detail as well as the role of the various parts. Next to the ABS control algorithm is studied, the main logic of the tra

4、ditional threshold method is used. This paper also core components of ABS electronic control unit （ECU） were studied. ABS control of the whole process and logic is analyzed. ABS is designed central controller. ABS with single chip research and development is a widely used method. In this paper, to F

5、reescales microcontroller core MC9S12XS always control system. Including the signal input circuit, the control output circuit, drive circuit and other hardware parts. Finally, while the future of the ABS in the future, made a summary of the complete setKeywords: ABS; ECU; logic threshold; SCM . 目 录中

6、文摘要 英文摘要 1绪论. . .11.1 车轮防抱死系统（ABS）的技术介绍 .11.2 车轮防抱死系统（ABS）的分类 .22 汽车防抱死系统（ABS）的组成与原理 .22.1 车轮防抱死系统（ABS）的结构组成 .22.2 车轮防抱死系统 （ABS）的作用 .52.3 车轮防抱死系统 ABS）的控制原理 .53 电控防抱死制动系统（ABS）的使用与检修 .103.1 装备ABS系统的车辆103.2 ABS系统的检修113.3 ABS的故障诊断133.4 ABS故障的一般检查方法14总结 .15参考文献 .15致谢 .161 绪论1.1车轮防抱死系统（ABS）的技术介绍人们在汽车的使用中发

7、现，在湿滑的路面上行驶时，施加的制动力过小，会延长制动距离，降低行驶的安全性;施加的制动力过大，车轮被抱死，不仅不能有效地缩短制动距离，还会造成汽车侧滑、调头、失去控制，同时降低了安全性；只有对车轮施加适当的制动力 ，防止车轮抱死，才能提高制动速度，缩短制动距离，使汽车平稳停止汽车是利用地面和轮胎之间产生的摩擦力减速的。制动时，车体速度因为轮胎路面之间的摩擦力作用而减小，车轮速度因为制动蹄与车轮鼓之间的摩擦力作用而减小。由于车速、载重、路面、车况等因素的影响，车速和轮速的降低并不完全相同，总是存有一定的差值，这一差值就是我们经常见到的打滑，也称为滑移现象，即车轮已经停止转动，车体还在前行。在科

8、学计算中，这一现象的程度用滑移率来表示：滑移率=（车速-轮速）车速100% 从上式可以看出，当车速等于轮速时，滑移率等于零，为正常行驶;汽车制动时，车速和轮速值差越大，滑移率越大；停止之前，如果轮速为零，滑移动率为100%，为滑行状态。科学计算和实验证，最佳制动状态不是出现在车轮抱死时，而是出现在车轮与地面维持20%滑移率时。此时，汽车制动不出现重方向失控、侧滑和甩尾等危险情。早在20世纪初，人们就开始研究制动防抱死技术。开始应用于飞机和铁路，直到50年代后期，ABS技术开始用于汽车。其核心思想始终是避免使制动力像开关一样，只把液压制动力控制在零或最大，而是根据车轮的减速情况，阶段性地控制液压

9、，使制动性能得到最大限度的改善首先由轮速传感器测出与车轮或驱动轴共同旋转地传感齿轮的齿数，从而得到频率与车轮转速成正比的交流信号。轮速传感器的交流信号送入电子控制器，电子控制器计算出车轮速度、滑移率和车轮的加、减速度，然后再由电子控制器对这些信号加以分析，给压力调节器发出制动压力控制指令。压力调节器安装在制动系统的制动总水泵与制动分泵之间，接受控制器的指令后，由压力调节器中的电磁阀控制制动压力的增加或减小，从而调节制动力矩，使之与地面附着状况相适应防止制动车轮被抱死。电子控制器还对ABS的其他元件进行控制，当这些元件发生故障时，控制器令警报灯点亮，并使整个系统停止工作，恢复到常规制动方式。1.

10、2 车轮防抱死系统（ABS）的分类 ABS根据制动系统的传动介质，可分为气压系统、气顶液系统和液压系统。 气压系统主要用于重型载重汽车及其挂车，由发动机产生的压缩气直接控制动力分泵的气压，不需在原有的系统中增加另外的部件，能较容易地独立控制各车轮的制动力。 气顶液系统一般用于大中型汽车，在前后轴原有的制动管路中各装一个空气加压器，通过控制动力气室的输入气压间接地控制液压主缸的输出液压。液压系统用于轿车、厢式车和轻型载重车，系统中增加了一套制动传动介质的独立供给装置，如支流电动机和再循环油泵。ABS根据控制通道数量和传感器数量，可分为单通道式、双通道式、三通道式和四通道式。根据控制方式，ABS可

11、分为机械式和电子式。由于机械式ABS控制精度差，反应速度慢，不能保证紧急制动时车轮不被抱死，已经基本被电子式ABS所取代。根据压力调节器的布置，ABS分为整体式和分离式。将压力调节器与制动总泵制成一体的称为整体式，具有独立制动压力调节器和独立制动总泵的称为分离式。2 汽车防抱死系统（ABS）的组成与原理2.1 车轮防抱死系统（ABS）的结构组成普通行车制动系的结构原理大家都很清楚，下面仅介绍液压式行车制动系。（如图1）汽车正常行驶时,制动蹄10连同摩擦片9在弹簧13的拉力下，与固定在车轮轮毂上制动鼓8之间保持有一定的间隙，使制动鼓能随车轮一同自由转动。欲使行驶中的汽车减速或停车时，驾驶员只要踩

12、下制动踏板1，就可使肌体的制动能源通过推杆2和制动主缸4中的活塞3，使主缸内的制动液加压流入制动轮缸6，并通过两个轮缸活塞7推动两个制动蹄10连同摩擦片9绕支承销12转动，使摩擦片的外圆面压紧在制动鼓8的内圆面上。这样，固定不旋转地制动蹄摩擦片就对旋转着的制动鼓作用一个摩擦力矩Mu，其方向与车轮旋转方向相反。制动鼓将该制动器制动力矩传到车轮和后，由于车轮与路面的附着作用，车轮对路面作用一个向前的周缘力，即制动器制动力Fu。同时，路面也对车轮作用着一个向后的反作用力，即路面制动力Fb，这就是制动时迫使汽车减速行驶直至停车的外力。路面制动力愈大，汽车减速度也就愈大。当驾驶员松开制动踏板时，回位弹簧

13、13即将制动蹄拉回原位，摩擦片的外圆面与制动鼓的内圆面之间恢复原有间隙，摩擦力矩Mu和制动力Fb解除，制动作用也就终止。1-制动踏板 2-推杆 3-主缸活塞 4-制动主缸 5-油管 6-制动轮缸 7-轮缸活塞 8-制动鼓 9-摩擦片 10-制动蹄 11-制动底板 12-支承销 13-制动蹄回位弹簧图1 液压行车制动系的结构原理综上所述不难看出，阻止汽车行驶的路面制动力Fb不仅取决于制动器制动力Fu的大小，而且还受到轮胎与路面间附着条件的限制。也就是说，汽车制动系只有具备了足够的制动器制动力Fu，同时路面又能提供大的附着力F1时，才能获得较大的路面制动力Fb。普通行车制动系的组成：普通行车制动系

14、通常由供能装置、传动装置和制动器等四个基本部分组成，只是这四个基本部分的内涵随着汽车制动技术的发展而变得更为丰富。例如早期汽车的制动能源完全靠驾驶员的肌体供能，现在发展到包括供给、调节制动所需能量以及改善传能介质状态的各种部件；又例如控制装置，早期采用最简单的制动踏板机构，现在发展到包括产生制动动作和控制制动效果的各种部件；再例如传动装置，早期采用机械杆系，现在发展到包括将制动能量传送到制动器的各个部件；至于制动器，早期只装在汽车后轴的左右车轮上，且结构简单，形式单一，现代汽车不但前轴车轮均装有制动器，而且形式多样，结构日趋完善合理。早期汽车的前轴车轮之所以不装备制动器，其主要原因有：当时的车

15、速低，仅后轴车轮装用制动器即可满足行车安全的要求。尽量简化机械系制动传动机构，提高传动可靠性。防止质心高、轴距短的汽车在制动时发生前倾翻事故，提高汽车的纵向稳 定性。适应当时道路条件差的状况，确保汽车制动时仍具有好的转向能力。图2为六平柴汽车双管路制动系统示意图。前轮鼓式制动器总成装在前轮轮毂中，后轮鼓式制动器总成装在后轮轮毂中。制动踏板装在驾驶员右脚前方，手制动操纵阀装在驾驶员右手后方车身底板凸台上（九平柴汽车的手动阀装在驾驶员左手下方）。空气压缩机装在发动机右侧，与燃油高压泵串接；储气筒装在汽车大梁上；感载比例阀装在汽车后桥上部的大梁上，下部的感载传动臂通过弹簧与后桥连接；制动管路沿车架大

16、梁和横梁顺势走向，管路与制动气室用橡胶软管连接。制动系统工作过程：驻车制动。汽车驻车时，操纵手制动阀3，放掉驻车制动三通管6和快放阀4中的压缩空气，使弹簧储能式后动气室中的储能弹簧释放，推动后轮鼓式制动器制动蹄片张开，摩擦片紧压在制动鼓的内圆面上，起驻车制动作用。在制动中，制动三通管中压缩空气已全部流失，仍有驻车制动。解除驻车制动。起动发动机，带动空气压缩机运转，使制动系统供气管路和两个储气筒中充满压缩空气，压缩空气的压力可由气压表12来指示。此时接在驻车制动供气管路中的快放阀4和气压警报开关5无气压，气压警报开关控制警报器发响和警报灯亮，指示汽车处于驻车制动状态。操纵手制动阀3至解除制动位置

17、，气压较低时，气压警报灯仍然灯亮，表示制动气压不足；制动气压足够时，驻车制动供气管路通过快放阀4和三通管接头使驻车制动气室供气，压缩后轮制动气室储能弹簧，使后轮制动蹄片回位，后轮制动即处于非制动状态，气压警报灯熄灭，表示汽车制动气压足够，可以起步。行车制动。行车中在制动系统供气管路气压足够的情况下，踏下行车制动（脚制动）踏板，使直踏式制动阀2动作，压缩空气通过四通接头21供至前制动气室，使前轮制动，此时前制动灯开关22接通，制动灯亮；压缩空气按比例通过感载储阀8和三通管接头6供至后制动气室，使后轮制动，此时装在感载比例阀上的后制动灯开关9接通，制动灯亮。汽车制动强度是由直踏式制动阀通过踏板控制

18、的，踏板行程大制动强；踏板行程小制动弱。当制动系统中气压不足时，装在湿储气筒16上的低压警报开关接通，低压警报灯亮和警报器响，表示制动气压不足。行车手制动。行车中脚制动失灵或无气压时，可以操纵手制动阀至制动位置，可使后轮制动。无气压解除驻车制动。汽车长期停放，可能处于无气压状态。此时汽车驻车制动。发动机不起动，想要将汽车拖走时，可用扳手旋转两个后轮的弹簧制动气室的解除制动螺栓，解除后轮驻车制动。要想恢复驻车制动，要旋回这个螺栓。1-前制动气室 2-直踏式制动阀 3-手制动阀 4-快放阀 5-气压警报开关6-三通管 7弹簧储能式制动室 8-感载储阀 9-后制动灯开关 10-储气筒 11-四回路保

19、护阀 12-气压表 13-三通管接头 14-空压机 15-气压调节器 16-湿处气筒 17-放气阀 18-安全阀 19-低压警报开关 20-双路阀 21-四通接头 22-前制动灯开关图2六平柴汽车双管路制动系统2.2车轮防抱死系统 （ABS）的作用 1、汽车制动性能与防抱死制动制动性能是汽车的主要性能之一。评价制动性能的指标主要有制动效能和制动时汽车的方向稳定性两个方面。制动效能：汽车制动效能是指汽车迅速降低车速直至停车的能力。汽车制动效能的评价指标是制动距离S（单位m）和制动减速度 （单位m/s2）。（1）制动距离：制动距离S，是指汽车以给定的初速u0，从踩到制动踏板至汽车停住所行驶的距离。

20、制动距离与踏板力（或者制动系管路压力）以及地面的附着情况有关，也与制动器的热工况有制动减速度是地面制动力的反映，而与地面制动力与制动器制动力有关。减速度过程分析制动过程的各阶段:反应时间tr；操纵力（踏板力）增长时间tb；制动系统协调时间ta；减速度增长时间ts；持续制动时间tv制动距离：S=S1+S2+S3制动过程中有（减速度）、v（车速）和s（制动距离）的变化：线由增长和保持两段组成；v -t 线由等速和减速两段组成；s-t 线由三段制动距离组成。制动效能的恒定性：高速制动或下长坡制动，制动器温度迅速上升，摩擦力矩显著下降，即热衰退现象。要求汽车以规定车速连续制动15次，制动强度为3m/s

21、2,最后不低于冷试验效能的60 （5.8m/s2） 总之制动系作用时间是影响制动距离的重要因素。2、制动防抱死控制的作用车轮防抱死控制系统就是在汽车制动时，自动控制制动器制动力的大小，使车轮滑移率S保持在20%左右的状态运转，确保车轮与地面有良好的附着力，从而提高汽车制动的安全可靠性。2.3车轮防抱死系统 ABS）的控制原理其实ABS的原理很简单。早期的ABS主要由机械来控制，通过机械传感器来感知载荷的变化从而控制制动液压的大小。事实上这种纯机械的压力感应式ABS还不能完全算得上真正意义的ABS，它虽然也有防抱死功能，但是是一种被动的工作方式。我们知道，在同样制动力度的情况下，汽车越轻，那么发

22、生抱死的机会越大（因为轮胎与路面的最大静摩擦力小），如果越重，情况则相反。而汽车的重量是随载荷的不同而变化的。我们知道汽车满载的时候肯定比空载的时候要重，所以如果给于完全相同的制动力度，那么势必在空载的时候会更容易发生抱死。这种机械减压装置就是通过一个完全机械的阀门来感知载荷的多少，并根据载荷的增加减小制动液压管路中的阻力从而增大总体的制动力。相反，空载的时候用同样的原理减小总体制动力。这就是ABS的雏形。现在猎豹的帕杰罗V31和V33仍然使用这套机械系统。不过主要是用来改变后轮的液压制动情况。因为在制动时后轮的附着力会降低，后轮比前轮更容易抱死，而后轮抱死带来的危险性比前轮抱死更大，所以尽在

23、后轮的制动管路上安装了这套系统。事实上，这样的制动防抱死装置在轿车上几乎已经淘汰了，仍然在用的主要是越野车和大货车。因为早期的ABS由于电子设备太多，越野车的工作环境恶劣，所以早期的越野车仍然相信这种纯机械的东西。这就是为什么我们还能在市售的猎豹上见到它。即便是电子控制的ABS根据其配置的不同种类也有很多。现在轿车上所普及的ABS基本上都是电液一体式控制的。也就是把机械的感应装置，控制装置全部变成了电子来控制。总的原理就是通过车轮转速传感器来检测车轮的运转情况，然后把车轮转速传感器测得的转速信号通过放大以后传递给ECU车载电脑（有些车的ABS电脑是跟发动机管理电脑等集成在一起的）。然后电脑通过

24、传感器测得的数据判断车轮是否抱死，如果车轮运转不正常（有可能抱死或已经抱死）那么电脑会立即发出指令给电磁阀，让电磁阀处于减压状态，从而达到降低制动力的目的，直到抱死解除，如果此时驾驶员仍然在大力刹车，那么ABS解除控制后车轮又会回到抱死状态，那么ABS再次接入知道抱死再次解除。这就是为什么我们在驾驶ABS车大力制动的时候刹车踏板会产生强烈的抖动，这就是ABS的三位电磁阀在工作，液压油路时而增压时而减压，所以造成刹车踏板的脉冲抖动现象。通过电子设备接入以后ABS的控制能够更加精确，而且更加主动。不过即便是电子控制的ABS根据其配置的不同种类也有很多。首先从硬件配置来说主要分为： 1 通道1传感器

25、式 2 通道2传感器式 3 通道3传感器式 4 通道4传感器式 对于第一种方式，可以说是最早最原始的ABS的控制方式。同样是实现上文说的电脑控制一切，但无论是信息获取渠道（传感器）还是控制渠道（通道数）都只有一条。前文介绍过，对于制动来说最危险的是后轮先抱死的情况。而对于汽车的紧急制动特别是在湿滑路面上的紧急制动，后轮又是最容易抱死的。如果后轮比前轮先抱死，而此时驾驶者又有转向意图的话，整个车会产生侧滑甩尾的危险。所以对于单通道的ABS来说当然要优先后轮来防抱死。所以这种ABS的传感器装在后差速器上，它用来感知后轮的抱死情况；而电磁阀装在后制动液压管上，用来解除抱死危机。由于只有一个传感器和一

26、个电磁阀来控制后轮的制动力，所以电脑只能针对后轮整体抱死情况来处理危机。如果左右两个后轮所处的路面摩擦系数不一致的话，那么这种系统就很难做到自动调节左右车轮的制动力大小。对于2通道2传感器的ABS来说情况会好一些。不过这种硬件配置可以分成两种解决方案。第一种解决方案是把两个传感器和两个通道分别分配给前轮和后轮，这样只能防止前轮的整体抱死又能防止后轮的整体抱死，不过对于左右两侧车轮行驶在不同摩擦系数路面上的情况则无能为力；另一种则是针对X配管方式的设置。所谓X配管就是让制动液压成对角线分配。也就是说从制动总泵出来的液压50%分配给左前轮和右后轮，另外50%则分配给右前轮和左后轮。而仅有的两个通道

27、则装配在左右车轮的总管上。所以这种ABS能够在硬件条件有限的情况下部分解决前后车轮抱死和左右车轮抱死的情况。不过对于3通道3传感器的硬件配备来说情况会好很多，这种ABS在前轮使用两个通道和两个传感器，在后轮使用一个通道和一个传感器（后轮的控制跟单通道单传感器的设计一样），所以它除了可以自动分配前后总体制动力，还能独立调节前轮的制动力。不过这还不是最完美的ABS。最完美的ABS是目前最为广泛采用的4通道4传感器ABS。这种ABS在硬件上真正满足了对每个车轮进行制动力调节的要求。所以无论是前轮先抱死还是后轮先抱死都能得到有效调节，而且即便四个车轮所处的路面摩擦系数都不同，ABS也能自动调节，让每个

28、车轮都不会发生抱死。所以这种4通道4传感器的ABS系统又多了一个附带的功能叫做EBD电子制动力自动分配。其实在购买汽车时，如果厂家宣传此车配备了EBD电子制动力自动分配，那么就说明这个车的ABS为4通道4传感器的设计。不过即便是4通道4传感器的ABS根据其电磁阀的不同性能上也是又差别的。这种ABS的电磁阀主要分成两种：一种是3位电磁阀，另一种是2位电磁阀。同样是电磁阀，实现的功能却不相同。3位电磁阀能够把制动液压控制成三种状态，分别是：加压状态，减压状态和平衡状态。而2位电磁阀则只能把制动液压控制成：减压状态和平衡状态两种情况。虽然少了一个加压功能但实现的性能则大不相同。对于配备的是2位电磁阀

29、的ABS来说，它仅仅只能起到防止刹车抱死的作用。因为只能减小或保持制动液压，也就是说只有踩下了制动踏板以后他才能起作用。所以即便是4传感器4个通道，最多也只能实现EBD电子制动力自动分配功能。而对于配备了三位电磁阀的ABS来说，从硬件上它就满足了ESP电子稳定系统,TCS循迹控制系统和EDL电子差速制动的要求。之所以叫3电磁阀，就是跟2位电磁阀相比增加了一个加压功能。也就是说即使驾驶者没有踩下制动踏板，电脑也可以自动控制某一个车轮单独制动。那么这样的硬件配备有什么好处呢？我们先单纯从制动的功能来看。如果电脑能够自动控制液压的增加，那么我们在高速大力制动的时候就会获得更安全的性能。因为汽车在高速制动特别是高速紧急制动的时候，制动系统的负荷是很大的