机电工程系教案.docx
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机电工程系教案
汽车底盘构造与维修课程教案
课题
ABS系统结构与工作原理
课时
周次
授课日期
周次
授课方式
及手段
讲授、演示、讨论使用多媒体
教
学
目
标
知识点
电控防抱死制动系统的组成及工作原理
能力点
能正确分析电控防抱死制动系统控制原理和工作过程
教
学
重
难
点
重点：
电控防抱死制动系统的组成及工作原理。
难点：
电控防抱死制动系统的组成及工作原理。
教
学
过
程
结
构
设
计
一、用提问的方式复习上次课的内容
1、真空增压器和比例阀各有何作用？
2、真空增压器和比例阀的工作原理如何？
二、引入电控防抱死制动系统的组成及工作原理。
此过程分别采用教具及动画演示。
三、讲解电控防抱死制动系统的组成及工作原理
在讲解电控防抱死制动系统的组成及工作原理时可以多进行动画演示以助于学生理解和掌握。
四、分析ABS液压控制总成的结构
此过程应抓住ABS液压控制系统各总成本身的结构特点进行分析，注意强调使用注意事项。
五、总结并布置课后作业
六、结束
由老师引导思路对本次课内容作一个系统回顾。
主
要
教
学
内
容
一、ABS防抱死制动系统
（一）汽车防抱死装置（ABS）概述
·车轮抱死产生的现象
1）当车轮抱死滑移时，制动距离延长，制动失灵
2）若前轮先抱死，汽车失去转向能力
3）若后轮先抱死，即使受到不大的侧向干扰力，汽车也将发生侧滑
·理想状态：
车轮处于边滚边滑的滑转状态，车轮滑移率到15%—20%时，附着系数最大
·目前在中高级轿车、大客车和重型车上装备了防抱死装置。
1、ABS系统功用
·在制动过程中自动控制和调节制动力大小
·防止车轮抱死，消除侧滑、跑偏、丧失转向能力
·获得良好的制动性能、操纵性能和稳定性能
2、类型
·机械液压式ABS（可靠性差，已不用）
·电子控制式ABS（现广泛应用）
3、ABS系统优点
1）ABS系统的第一个优点是增加了汽车制动时的稳定性。
汽车在制动时，如果前轮先抱死，驾驶员将无法控制汽车的行驶方向，这是非常危险的；倘若后轮先抱死，则会出现侧滑、甩尾，甚至使汽车整个调头等严重事故。
ABS系统可以防止车轮制动时被完全抱死，提高了汽车行驶的稳定性。
2）ABS系统的第二个优点是能缩短制动距离。
这是因为在同样紧急制动的情况下，ABS系统可以将滑移率控制在20％左右，从而可获得最大的纵向制动力。
需要说明的是，当汽车在积雪路面上制动时，若车轮抱死，则车轮前的楔状积雪可阻止汽车的前进。
3）ABS系统的第三个优点是改善了轮胎的磨损状况。
事实上，车轮抱死会加剧轮胎磨损，而且轮胎胎面磨耗不均匀，使轮胎磨损消耗费增加。
经测定，汽车在紧急制动时，车轮抱死所造成的轮胎累加磨损费，已超过一套防抱死制动系统的造价。
因此，装用ABS系统具有一定的经济效益。
4）ABS系统还有一个优点就是使用方便，工作可靠。
ABS系统的使用与普通制动系统的使用几乎没有区别，制动时只要把脚踏在制动踏板上，ABS系统就会根据情况自动进入工作状态，如遇雨雪路滑，驾驶员也没有必要用一连串的点刹车方式进行制动，ABS系统会使制动状态保持在最佳点。
增大，此即ABS制动过程中的保压状态。
主
要
教
学
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（二）ABS的组成和工作原理
1、结构组成
·ABS是在普通制动系的基础上加装车轮速度传感器、ABS电控单元、制动压力调节装置及制动控制电路等组成
2、工作原理
·制动过程中，ABS电控单元（ECU）3不断地从传感器1和5获取车轮速度信号，并加以处理，分析是否有车轮即将抱死拖滑。
·如果没有车轮即将抱死拖滑，制动压力调节装置2不参与工作，制动主缸7和各制动轮缸9相通，制动轮缸中的压力继续增大，此即ABS制动过程中的增压状态。
·如果电控单元判断出某个车轮（假设为左前轮）即将抱死拖滑，它即向制动压力调节装置发出命令，关闭制动主缸与左前制动轮缸的通道，使左前制动轮缸的压力不再增大，此即ABS制动过程中的保压状态。
·若电控单元判断出左前轮仍趋于抱死拖滑状态，它即向制动压力调节装置发出命令，打开左前制动轮缸与储液室或储能器（图中未画出）的通道，使左前制动轮缸中的油压降低，此即ABS制动过程中的减压状态。
（三）ABS系统的布置形式
·ABS系统中，能够独立进行制动压力调节的制动管路称为控制通道。
·如果对某车轮的制动压力可以进行单独调节，称这种控制方式为独立控制；如果对两个（或两以上）车轮的制动压力一同进行调节，则称这种控制方式为一同控制。
在两个车轮的制动压力进行一同控制时，如果以保证附着力较大的车轮不发生制动抱死为原则进行制动压力调节，称这种控制方式为按高选原则一同控制；如果以保证附着力较小的车轮不发生制动抱死为原则进行制动压力调节，则称这种控制方式为按低选原则一同控制。
·按照控制通道数目的不同，ABS系统分为四通道、三通道、双通道和单通道四种形式，而其布置形式却多种多样。
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要
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1、四通道ABS
·对应于双制动管路的H型（前后）或X型（对角）两种布置形式，四通道ABS也有两种布置形式。
·为了对四个车轮的制动压力进行独立控制，在每个车轮上各安装一个转速传感器，并在通往各制动轮缸的制动管路中各设置一个制动压力调节分装置（通道）。
·由于四通道ABS可以最大程度地利用每个车轮的附着力进行制动，因此汽车的制动效能最好。
·但在附着系数分离（两侧车轮的附着系数不相等）的路面上制动时，由于同一轴上的制动力不相等，使得汽车产生较大的偏转力矩而产生制动跑偏。
·ABS通常不对四个车轮进行独立的制动压力调节。
2、三通道ABS
·四轮ABS大多为三通道系统，而三通道系统都是对两前轮的制动压力进行单独控制，对两后轮的制动压力按低选原则一同控制。
·由于三通道ABS对两后轮进行一同控制，对于后轮驱动的汽车可以在变速器或主减速器中只设置一个转速传感器来检测两后轮的平均转速。
·汽车紧急制动时，会发生很大的轴荷转移（前轴荷增加，后轴荷减小），使得前轮的附着力比后轮的附着力大很多（前置前驱动汽车的前轮附着力约占汽车总附着力的70%—80%）。
·对前轮制动压力进行独立控制，可充分利用两前轮的附着力对汽车进行制动，有利于缩短制动距离，并且汽车的方向稳定性却得到很大改善。
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要
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3、双通道ABS
·双通道ABS在按前后布置的双管路制动系统的前后制动管路中各设置一个制动压力调节分装置，分别对两前轮和两后轮进行一同控制。
两前轮可以根据附着条件进行高选和低选转换，两后轮则按低选原则一同控制。
·双通道ABS多用于制动管路对角布置的汽车上，两前轮独立控制，制动液通过比例阀（P阀）按一定比例减压后传给对角后轮。
·对于采用此控制方式的前轮驱动汽车，如果在紧急制动时离合器没有及时分离，前轮在制动压力较小时就趋于抱死，而此时后轮的制动力还远未达到其附着力的水平，汽车的制动力会显著减小。
·对于采用此控制方式的后轮驱动汽车，如果将比例阀调整到正常制动情况下前轮趋于抱死时，后轮的制动力接近其附着力，则紧急制动时由于离合器往往难以及时分离，导致后轮抱死，使汽车丧失方向稳定性。
·由于双通道ABS难以在方向稳定性、转向操纵能力和制动距离等方面得到兼顾，因此目前很少被采用。
4、单通道ABS
·单通道ABS是在前后布置的双管路制动系统的后制动管路中设置一个制动压力调节装置，对于后轮驱动的汽车只需在传动系中安装一个转速传感器
·对两后轮按低选原则一同控制
·结构简单、成本低
·轻货车广泛应用
·制动距离长
·转向操作能力差
主
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容
（四）转速传感器
·转速传感器的功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系统的速度传感器主要有电磁式和霍尔式两种。
·下图所示为转速传感器在车轮上的安装位置。
主
要
教
学
内
容
1、电磁式转速传感器结构
·传感头的结构由永磁体、极轴和感应线圈等组成,极轴头部结构有凿式和柱式两种。
·优点：
结构简单、成本低
·缺点：
一是输出信号的幅值变化大；二是响应频率不高；三是抗电磁波干扰能力差。
2、霍尔轮速传感器
·霍尔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等组成，永磁体的磁力线穿过霍尔元件通向齿轮
·霍尔轮速传感器具有以下优点：
其一是输出信号电压幅值不受转速的影响。
；其二是频率响应高。
其响应频率高达20kHz，相当于车速为1000km/h时所检测的信号频率；其三是抗电磁波干扰能力强。
因此，霍尔传感器不仅广泛应用于ABS轮速检测，也广泛应用于其控制系统的转速检测。
·当齿轮位于图23-1所示位置时，穿过霍尔元件的磁力线分散，磁场相对较弱。
·齿轮转动时，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（mV）级的准正弦波电压。
此信号还需由电子电路转换成标准的脉冲电压。
·当齿轮位于图23—2所示位置时，穿过霍尔元件的磁力线集中，磁场相对较强。
·齿轮转动时，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（mV）级的准正弦波电压。
此信号还需由电子电路转换成标准的脉冲电压。
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（五）ABS液压控制总成的结构
·ABS液压控制总成是在普通制动系统的液压装置基础上经设计后加装ABS制动压力调节器而形成的。
·普通制动系统的液压装置一般包括制动助力器、双腔式制动主缸、储液室、制动轮缸和双液压管路等。
除了普通制动系统的液压部件外，ABS制动压力调节器通常由电动泵、储能器、主控制阀、电磁控制阀和一些控制开关等组成。
实质上，ABS系统就是通过电磁控制阀体上的控制阀控制分泵上的油压迅速变大或变小，从而实现了防抱死制动功能。
1、电动泵
·电动泵是一个高压泵，它可在短时间内将制动液加压（在储能器中）到15～18MPa，并给整个液压系统提供高压制动液体。
电动泵能在汽车起动一分钟内完成上述工作。
电动泵的工作独立于ABS电脑，如果电脑出现故障或接线有问题，电动泵仍能正常工作。
2、储能器
·储能器的结构形式多种多样。
图5-109为活塞-弹簧式储能器示意图，该储能器位于电磁阀与回油泵之间，由轮缸来的液压油进入储能器，进而压缩弹簧使储能器液压腔容积变大，以暂时储存制动液。
3、电磁控制阀
·电磁控制阀是液压调节器的重要部件，由它完成对ABS的控制。
ABS系统中都有一个或两个电磁阀体，其中有若干对电磁控制阀，分别控制前、后轮的制动。
常用的电磁阀有三位三通阀和二位二通阀等多种形式。
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4、压力控制、压力警告和液位指示开关
·压力控制开关（PCS）独立于ABS电脑而工作，监视着储能器下腔的压力。
压力报警开关（PWS）和液位指示开关（FLI）的功能是，当压力下降到一定值（14MPa以下）时或制动液面下降到一定程度时，点亮制动系统故障指示灯和ABS故障指示灯，同时让ABS电脑停止防抱死制动工作。
（六）制动压力调节器
·制动压力调节器串接在制动主缸与轮缸之间，通过电磁阀直接或间接地控制轮缸的制动压力。
通常，把电磁阀直接控制轮缸制动压力的制动压力调节器称作循环式调节器，把间接控制制动压力的制动压力调节器称作可变容积式调节器。
·循环式制动压力调节器:
此种形式制动压力调节器是在制动总缸与轮缸之间串联一电磁阀，直接控制轮缸的制动压力。
这种压力调节系统的特点是制动压力油路和ABS控制压力油路相通。
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教
学
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容
1）常规制动（制动触发阶段）
·踩下踏板，电磁柱塞在最低位
·制动液由主缸全部流向制动轮缸
·制动力很快建立，轮速很快下降
·ECU只检测
2）保压过程（制动压力保持阶段）
·随轮速的下降，滑动率上升
·滑动率接近35%时，ECU发出“保持压力”的指令
·电磁阀通过有限电流，柱塞被提起，制动液通道被切断
·从而制动力不再增加
3）减压过程（制动压力下降阶段）
·在“保压”后，轮速传感器继续传来抱死信号
·ECU则发出“降低压力”的指令，供给强电流，柱塞提高
·回油道开，一部分油液回流，另一部分油液流入降压器转化为弹性势能
·ECU给回流泵继电器通电工作，制动液被送回主缸，制动力下降，轮速增快，滑动率下降
4）增压过程
·当滑动率下降到ABS下极限8%时
·ECU切断通往电磁阀、回流泵的电流，柱塞在回到最低位
·制动压力减少，轮速如太快，ECU指令“提高压力”，制动液流回轮缸，踏板力又起作用
·压力波动调整，4-10次/秒，以保各车轮常处于抱死边缘，以发挥最大制动效能
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