汽车防抱死系统ABS的原理与故障诊断全解.docx

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汽车防抱死系统ABS的原理与故障诊断全解

山东科技职业学院

毕业设计（论文）

论文题目:

汽车防抱死系统（ABS）的原理与故障诊断

系别:

汽车工程系

专业:

汽车检测与维修技术

班级:

汽修一班

学生姓名:

学号:

2012308

指导教师:

摘要..........................................................1

关键词........................................................1

1.车轮防抱死系统（ABS）....................................2

1.1.ABS的发展史.............................................2

1.2.车轮防抱死系统（ABS）的技术介绍..........................2

1.3.ABS的优点................................................3

1.4.车轮防抱死系统（ABS）的分类..............................3

1.5.ABS的组成部件...........................................4

1.6.ABS系统的调压方式.......................................5

2.车轮防抱死系统（ABS）的组成与原理........................5

2.1.车轮防抱死系统（ABS）的结构组成.........................5

2.2.制动系统工作过程........................................6

2.3.车轮防抱死系统（ABS）的作用.............................7

2.4.车轮防抱死系统（ABS）的控制原理.........................7

3.电控防抱死制动系统（ABS）的检修......................11

3.1.检修ABS的注意事项......................................11

3.2.ABS故障检修的一般步骤...............................11

3.3.ABS主要部件的检修..................................12

致谢........................................................13

参考文献.................................................14

摘要：

随着世界汽车工业的迅猛发展，安全性日益成为人们选购汽车的重要依据。

目前广泛采用的防抱制动系统（ABS）使人们对安全性要求得以充分的满足。

汽车制动防抱系统，简称为ABS，是提高汽车被动安全性的一个重要装置。

有人说制动防抱系统是汽车安全措施中继安全带之后的又一重大进展。

汽车制动系统是汽车上关系到乘客安全性最重要的二个系统之一。

随着世界汽车工业的迅猛发展，汽车的安全性越来越为人们重视。

汽车制动防抱系统，是提高汽车制动安全性的又一重大进步。

ABS防抱制动系统由汽车微电脑控制，当车辆制动时，它能使车轮保持转动，从而帮助驾驶员控制车辆达到安全的停车。

这种防抱制动系统是用速度传感器检测车轮速度，然后把车轮速度信号传送到微电脑里，微电脑根据输入车轮速度，通过重复地减少或增加在轮子上的制动压力来控制车轮的打滑率，保持车轮转动。

在制动过程中保持车轮转动，不但可保证控制行驶方向的能力，而且，在大部分路面情况下，与抱死〔锁死〕车轮相比，能提供更高的制动力量。

关键词：

ABS；系统；组成；原理；控制

1车轮防抱死系统（ABS）

1.1ABS的发展史

50年代制动防抱死系统开始应用于汽车工业。

60年代开始应用于电磁传感器探测车轮转速，控制部分主要以机械为主，系统相对简单，只有在特定的车辆参数和工况情况下防抱死效果才比较显著，在车辆参数和工况情况发生变化时，防抱死功能就会丧失。

20世纪70年代末，由于微处理器的引入，使ABS系统开始有了智能，从而奠定了ABS的基础和模式。

20世纪80年代中后期，驱动防滑（TCS）和牵引力控制系统（TCS）得到了发展，利用原有ABS系统只需要增加部分作动系统和相应的软件，就可以实现驱动防滑控制或牵引力控制功能，这就使得ABS系统与TCS和TCS系统的同步发展成为可能。

20世纪90年代ABS系统进一步简化结构、提高性能、降低成本，并以此为基础作为作为必备的安全装备在各种不同车型上广泛应用。

从总体上看，为了降低ABS在汽车总成本的比例，ABS趋向于采用“附加式”结构方案。

1.2车轮防抱死系统（ABS）的技术介绍

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。

科学计算和实验证明，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，汽车制动不出现严重方向失控、侧滑和甩尾等危险情况。

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，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。

1.3ABS的优点

以提高汽车行驶性能为目的而开发的各种ABS装置，其原理是充分利用轮胎和嗲面的附着系数，主要采用控制制动液压压力的方法，给各车轮施加最合适的制动力。

其具有以下优点：

1ABS系统的第一个优点能缩短制动距离。

2ABS系统的第二个优点是增加了汽车制动时的稳定性。

3ABS系统的第三个优点是改善了轮胎的磨损状况。

4ABS系统的的最后一个优点是使用方便，工作可靠。

1.4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整体式，具有独立制动压力调节器和独立制动总泵的称分离式。

1.5ABS的组成部件

1、车速传感器

车轮传感器的作用是向ABS模块提供各车轮瞬时转速的信号，ABS模块利用这些信号计算ABS的控制参数。

图2.1所示为转速传感器（福特蒙迪欧2.5L）在车轮上的安装位置。

图2.1轮速传感器在车轮上的安装位置

目前，用于ABS系统的速度传感器主要有电磁式与霍尔式（如图2.2）。

图2.2霍尔传感器示意图

2、ABS电控模块（ECU）

3、液压控制单元（HCU）

4、制动灯开关：

ABS警示灯和制动系统警示灯

1.6ABS系统的调压方式

ABS系统的制动压力调节装置，串接在制动总泵和分泵之间，用ABS

模块控制。

它有两种调节方式：

一为，变容式调节方式，它是利用总泵和分泵间容积的改变，调节制动油压的大小，是间接控制调压的方式；二为，循环调节方式，它是利用总泵和分泵间油液的回流，调节流动压力的大小，是直接控制的调压方式，循环调节方式结构简单，动作灵敏度高。

2车轮防抱死系统（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，路面也给车轮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。

2.2制动系统工作过程：

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

汽车双管路制动系统

①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，使弹簧储能式后制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。

②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，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。

③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。

④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。

⑤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。

2.3车轮防抱死系统（ABS）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。

2.4车轮防抱死系统（ABS）的控制原理

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传感器式等四种。

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，制动碟由于高温会产生热衰减现象。

所谓热衰减其实就是由于刹车碟和刹车蹄片的温度过高，导致表面或局部濒临融化，工程强度降低，所以制动力会减弱。

同样的道理，当我们以时速120，甚至160的速度高速行驶是，如果需要紧急的把速度降到20甚至静止刹车系统的负荷是非常大的。

由于驾驶者的习惯是保持刹车踏板的形成不变所以卡钳提供的制动力是恒定不变的，那么当到了后阶段刹车由于高温开始衰减时，驾驶员往往很难发现制动力的减弱，所以并不会主动的继续加大刹车力度。

那么由于三位电磁阀又控制制动油路加压的功能，所以它能自动增大刹车力度，让高速制动保持线性，即便到了制动末端又热衰减，也能把由于刹车力度不线性的安全风险降低。

不过这仅仅只是三位电磁阀对制动方面的贡献，其实三位电磁阀的贡献远不止于此。

它最大的作用就是可以实现电脑自动对单个车轮进行制动，这样ESP也好EDL也好才能得以实现。

我们知道ESP是BOSCH开发的一套电子稳定程序，要实现这样的电子稳定，必须要有4通道4传感器和3位电磁阀的硬件配备才行。

ESP之所以能够让前驱车减小转向不足，后驱车减小转向过度，就是因为它能对滑移率超过临界值的车轮（即将打滑的车轮）单独进行制动，从而摆脱失控的局面，这一切都不需要人为的介入，而是在很短的时间内通过电脑的控制来完成的。

简单的说，其原理就是电脑通过四个车轮转速传感器检测到每个车轮的转速值，然后通过安装在变速箱（或传动轴）上的汽车速度传感器以及转向角度传感器计算出某个车轮的理论转速。

如果四个车轮的实际转速与理论转速不匹配电脑则会判断该车轮有打滑失控的危险，那么ECU则会立即通知三位电磁阀给这个车轮进行制动，让他在制动力的限制下恢复到正常的转速。

所以他能在很大程度上提高汽车的主动安全性能，让汽车拥有更好的循迹性。

对于EDL，其工作原理跟ESP也很类似。

也是通过车轮转速传感器检测主动车轮的转速值，如果左右两个主动车轮的转速差在正常范围（通过转向角度传感器判断，因为在转弯的时候驱动轮产生转速差是正常的），那么ABS不工作；如果检测到左右两个驱动轮的转速差过大，电脑则会判断出转速过高的车轮正在打滑，那么在三位电磁阀的作用下给这个正在打滑的车轮施加额外的制动力，让动力能够传递到没有打滑的车轮那边去，使得汽车仍然能够拥有正常牵引力。

当然，对于四轮驱动的汽车这种电子差速制动显得更加重要，因为它可以通过对单个车轮的制动来调节动力分配情况。

设置可以让动力对任何一个车轮从0%-100%的调节。

所以它在不需要增加其他硬件设备的情况下能够实现这样多的衍生功能。

也就是说4通道4传感器并且配备了4个三位电磁阀的ABS是目前市场上最高规格的ABS，只要程序支持，就能实现上面所说的所有功能。

了解了ABS的控制原理以后，我们在日常驾驶装有ABS系统的车辆时就能更好的发挥ABS的制动性能。

在雨天，我们可以放心大胆的大脚踩刹车而不用担心车辆会失控。

这里要提醒大家一点，当ABS开始工作时，制动踏板会产生强烈的震动，这是因为三位电磁开始工作造成了制动液压力的变化。

这种情况是正常的，不用担心，驾驶者需要做的就是把脚放在制动踏板上，信心十足的减速。

3电控防抱死制动系统（ABS）的检修

3.1检修ABS的注意事项

（1）ABS系统与普通制动系统密不可分，普通制动系统一旦出现故障，ABS系统也就不能工作，故当车辆制动系统出现问题时，应首先判明是ABS系统故障还是普通制动系统故障，而不能把注意力全部集中在传感器、电控单元和制动压力调节器上。

（2）ABS电控单元对电压、静电非常敏感，维修时稍有不慎就可能会损坏电控单元。

因此，点火开关接通时不可以拔或插电控单元上的连接器。

（3）维修车轮转速传感器时应特别小心，不要碰伤传感器头，不要用传感器齿圈做撬面，以免损坏，安装时不可用力敲击，磁隙可以调整的，但要用非磁性工具调整。

（4）装有ABS的汽车，每年应更换一次制动液。

否则，制动液吸湿性很强，含水后不仅会降低沸点，产生腐蚀，而且还会造成制动效能衰退。

（5）要注意不要让电控单元受碰撞和敲击，不能处在高温环境中。

（6）当蓄电池电压过低时，ABS系统将不能工作，所以特别在汽车停驶长时间后启动时，应检查蓄电池电压。

（7）具有ABS系统的制动系应使用专用的管路，因为该系统往往具有很高的压力。

（8）更换制动器或更换液压制动系部件后，应排净制动管路中的空气，以免影响制动系统的正常工作。

3.2ABS故障检修的一般步骤

（1）确认故障情况和故障症状。

（2）先对ABS系统进行直观检查，检查制动液渗漏、导线破损、插头松脱、制动液的液位过低等情况。

（3）利用自诊断系统进行读取故障码，然后根据维修手册来寻找故障位置。

（4）根据故障情况，利用必要的工具和仪器对故障部位进行具体的检查，确定故障部位和故障原因。

（5）修理或更换部件以排除故障。

（6）清除故障代码。

（7）检查故障警告灯是否持续点亮。

（8）路试。

3.3A