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摘要
汽车制动防抱死系统（ABS）作为一种主动安全装置，已经十分广泛的安装于现代轿车上。
为解决汽车制动防抱死系统（ABS）的故障诊断和维修问题，通过分析和研究防抱死系统的结构和工作过程，提出了汽车制动防抱死系统（ABS）实验台的设计方案。
以帕萨特B5型轿车采用BOSCH5.3制动防抱死系统（ABS）为研究对象，以实车中的常见故障为基础，开发和设计了该实验台。
此外，可以在通过检测端子检测传感器和执行器的电压，还可以根据实验台显示装置观察各电控元件的工作情况。
设计说明书对汽车（帕萨特B5）制动防抱死系统的结构组成进行了讲解，对其控制原理进行了分析，最主要的是讲解了汽车（帕萨特B5）制动防抱死系统实验台的总体设计方案。
设计方案包括实验台台架的设计，实验台面板的设计、实验台面板控制图的设计、故障点的设计等。
最后，还对实验台的使用和操作过程做了介绍。
关键词：
制动防抱死系统（ABS）；
实验台；
开发和设计；
故障设计
ABSTRACT
Automobileanti-lockbrakingsystem（ABS）asanactivesafetydevice,hasbeentheinstallationofawiderangeofmoderncars.Toresolvethecarbrakeanti-lockbrakingsystem（ABS）ofthefaultdiagnosisandmaintenanceproblems,throughanalysisandresearchofanti-lockbrakingsystemstructureandworkingprocessofavehicleanti-lockbrakingsystem（ABS）experimentplatformdesign.
ToPassatB5usedcarB5BOSCH5.3（ABS）astheresearchobject,theactualvehicleisbasedonthecommonfailuretodevelopanddesigntheexperimentplatform.Inaddition,theterminalcanbedetectedbydetectingsensorandtheactuatorvoltage,butalsoshowthedeviceinaccordancewithexperimentplatformtoobservetheelectroniccontrolcomponentsofthework.
DesignManualofMotorVehicles（PassatB5）anti-lockbrakingsystemonthestructuralcompositionofitscontrolprinciplefortheanalysis,themostimportantthingistoexplaintheMotorVehicles（PassatB5）ABSexperimentplatformdesignprogram.Includingtheexperimentplatformdesignplatformdesign,testpaneldesign,paneltestcontrolchartdesign,thedesignpointoffailure.Finally,experimentplatformfortheuseandoperationoftheprocessisintroduced.
KeyWords：
ABS；
experimentplatform；
developmentanddesign；
designfault
1绪论
1.1国内外的发展现状及发展趋势
如今汽车工业的快速发展，它的保有量在飞速的增长。
它对人的生活方式带来了很大的影响，大家对汽车的要求也越来越高，不光要求汽车快捷、舒适、可靠，重要的是安全。
由于制动系是汽车不可缺少的系统之一，它的性能直接关系到大家生命财产的安全，同时制动系也是在安全行驶下提高汽车的行驶速度，以获得尽可能高的运输生产率的重要保证。
近些年，中国汽车工业发展迅速，至2014年我国生产的乘用车中，价格在10万元以上的轿车基本上都配置了ABS。
华晨宝马、上海大众、一汽大众、广州本田、长安福特等相关企业生产的汽车已经全部配置了ABS。
制动防抱死系统在汽车上的使用越来越多，因此对制动防抱死系统的基本原理、基本构造、作用与检修是每一位从事汽车维修人员掌握的重要技能。
现在国外进口的制动防抱死系统实验台结构复杂，且价格较高，在国内汽车维修行业中应用较少，应用较多的是国产实验台。
为了研制具有自主知识产权的，而且适合我国国情的汽车制动防抱死系统检测设备，对各种汽车制动防抱死系统的基本性能和常见故障进行台架测试与分析，我们在汽车制动防抱死系统实验台的设计和开发方面做了大量工作。
1.2设计制作的目的和任务
现如今由于汽车维修制度的改革与发展以及汽车维修技术的变革，迫使汽车维修人员所培训的教学内容、手段和设备都应该作出相应的变化，因为在现如今汽车维修过程中，有故障的车辆应该先用故障检测诊断仪器或者设备进行有关的检查，然后再由维修技术人员再根据自己的知识能力和经验，对检查结果作出综合分析后作出相应的诊断，接者再由相关的主修人员独立或者指导辅修人员完成故障排除和修理，一般查找故障所占的时间比例达整个维修时间的70％以上，所以开发设计能进行故障模拟以及故障分析诊断的教学实验台非常重要，它用于汽车维修从业人员的培训工作，可以提高汽车维修人员素质，从而达到提高维修质量及维修效率。
该教学实验台正是为了适应当今社会的需求，帮助人们对汽车使用与维修人员以及从事汽车专业教学的老师和学生系统的掌握现代汽车电子控制系统，同时对汽车电子控制系统的整个结构、原理、使用维修和故障诊断等方面的专业技能，通过设置一些故障来模拟现实当中的故障现象，从而使维修人员与从事汽车专业教学的老师和学生了解汽车制动防抱死系统（ABS）的工作情况，同时深入研究各故障部件的工作情况、结构原理和工作的条件。
该实验台是选用了具有代表性的帕萨特B5型轿车ABS为设计对象，其具有以下功能：
（1）可根据实物、电控原理图及液压制动工况显示状态讲解制动防抱死系统的组成、结构特点、控制原理等理论知识；
（2）可进行制动防抱死系统的实际操作，了解制动防抱死系统的正确使用方法及注意事项；
（3）可进行故障码及数据流的读取；
（4）可设置相关故障，对制动防抱死系统进行诊断和排除的相关操作；
（5）可观察液压制动工况，显示制动防抱死系统各控制部件的工作状态。
通过实验台教学，它能够帮助学生对制动防抱死系统的整个结构和工作原理的理解，以及对老师的教学简单化和对学习的效率的提高。
1.3设计制作的主要工作
以帕萨特B5型轿车的制动防抱死系统（BOSCH5.3型ABS）为教学实验台的设计对象，来设计帕萨特B5制动防抱死系统（ABS）实验台。
本设计所进行的主要工作：
1.以制动防抱死系统实物作为设计的根据，从而设计制作实验台台架，同时选择与制动防抱死系统的实验台匹配的动力源和负载。
2.以帕萨特B5型轿车的制动防抱死系统（ABS）的电路原图为基础，在遵循大众车系画法的基础上，结合实训教学的需要，设计并用AUTOCAD绘制了帕萨特B5型轿车的制动防抱死系统（ABS）面板电路图，将制动灯开关、制动灯、电磁阀、及各传感器等合理的布置在实验台面板上。
4.根据现实当中汽车经常发生的故障，在实验台面板电路图上设置相关的一些故障点一共16对。
5.根据之前设计的内容设计并绘制了此实验台内部的电路图；
并设计驱动电机及其变频器一些的控制电路。
6.最后编写帕萨特B5型轿车的制动防抱死系统（ABS）实验台的设计说明书。
2汽车制动防抱死系统（ABS）的结构和工作原理
2.1ABS系统的基本组成
ABS系统能够在汽车行驶刹车制动时，为了防止汽车车轮抱死在路面上，从而提高汽车在制动过程中的方向稳定性和转向的可操作性、缩短制动距离，使汽车制动更为安全可靠。
上海帕萨特B5轿车采用BOSCH5.3（ABS）系统。
ABS制动系统主要包括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2-1所示。
图2-1ABS系统组件在车上的安装位置
1-ABS的液压单元（N55）2-ABS控制单元（J104）3-ABS/EDS或具有ASR的ABS/EDS液压单元（N55）4-ABS/EDS或具有ASR的ABS/EDS控制单元（J104）5-ASR的信号灯（K86）6-制动装置的信号灯（K118）7-ABS的信号灯（K47）8-制动灯开关（F）9-诊断接口10-前左、前右传感器齿圈11-前右/左转速传感器（G45/G47）12-后右/左转速传感器（G44/G46）13-后右和左转速传感器齿圈
ABS系统的基本工作原理是：
行驶汽车在紧急制动过程中，为防止汽车车轮发生抱死现象，从而造成制动性能的下降和失去转向能力，最好的措施是反复的去踩下与放松制动踏板。
但是，当遇到紧急情况时，很难在很短的时间去操作这个过程，然而防抱死制动系统是用ABS控制单元（ECU）来监测四个车轮制动过程中的转速情况，从而来控制ABS液压控制单元制动轮缸的制动压力的大小，以此来避免车轮抱死。
汽车ABS电子控制单元（ECU）不断的接收来自4个车轮的车速传感器转速信号，并且ECU根据4个转速传感器输入的信号进行相关的处理并计算，得出汽车各车轮的滑移率。
当ECU检测到某个车轮的滑移率大于所设定值，它就会发出相关指令来控制液压控制单元，把该车轮制动轮缸中的制动压力减小，当ECU检测到某个车轮的滑移率小于设定值，它就会发出相关指令来控制液压单元，把该车轮的制动压力增大；
当ECU检测到某个车轮的滑移率接近于设定值时，它就会发出相关指令来控制液压控制单元，使该车轮制动压力保持一定。
这样就可以把车轮的各个传感器控制在理想的范围内，使车轮不会发生完全抱死现象。
在汽车制动过程中，当ECU没有监测的车轮有抱死趋势，ABS系统是不会将参制动与工作。
2.2ABS系统主要部件结构与工作原理
2.2.1车轮转速传感器
车轮转速传感器检测车轮的速度并将它的信号传给ABS电子控制单元。
BOSCH5.3型ABS系统共有4个车轮转速传感器，前轮的齿圈安装在传动轴上，转速传感器安装在汽车的转向节上，如图2-2所示。
后轮的齿圈安装在汽车的后轮毂上，转速传感器则安装在固定支架上，如图2-3所示。
图2-2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
车轮转速传感器由永磁头、极轴和感应线圈等组成。
当齿圈旋转时，齿顶与齿隙轮流交替对向极轴，在齿圈旋转过程中，感应线圈内部的磁通量交替变化，从而产生感应电动势，这个信号通过感应线圈末端的电缆输入ABS的电控单元。
当齿圈的转速发生变化时，感应电动势的频率发生变化。
ABS电控单元通过检测感应电动势的频率来检测车轮转速。
如图2-4（a）所示；
当齿圈旋转时，齿圈齿顶正对齿顶时，感应线圈周围的磁场就弱，输出为最大电压信号，如图2-4（b）所示。
齿圈齿隙正对齿心时，磁感应线圈周围的磁场就强，输出为最低电压信号。
图2-3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2-4车轮转速传感器原理图
（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
2.2.2ABS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（V39）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，它是一个微型计算机，所以又常称为ABS（ECU）电脑。
ABS的ECU接受各车轮上的传感器传来的转速信号，再经过电路对信号的整形、放大和计算机的比较、分析、判别处理，向ABS执行器发出指令。
ABS电控单元还具有初始检测、故障排除、速度传感器检测和系统失效保护功能。
ABS的ECU基本作用是，它利用轮速传感器的信号，计算车轮的速度、加速度，从而计算知道车速和滑移率，去利用压力调节器控制各个轮缸的制动压力，以此来控制车辆的运动情况，防止车轮抱死。
（1）组成：
电控单元封装在金属壳体里，利用多针接口，通过线束与传感器和执行器相连。
为保证ECU的可靠工作，它一般被安装在尘土和潮气不以入侵、电磁波干扰较小的地方。
（2）内部结构:
为确保系统工作的安全可靠性，在许多ABS的ECU中采取了两套完全相同的微处理器，一套用于系统控制，另一套则起检测作用。
它们以相同的程序执行运算，一旦检测用ECU发现其计算结果与控制用ECU所算结果不相符，则ECU立即让制动系统退出ABS控制，只维持常规制动。
这种方法可以保证系统更加安全。
2、液压控制单元和液压泵
液压控制单元装在制动主缸与制动轮缸之间，采用整体式结构（如图2-5所示）。
主要任务是根据ABSECU的指令，自动调节制动器中的液压压力。
图2-5液压控制单元结构
1-电动液压泵2-液压单元
电动液压泵合为一体装于液压控制单元上。
电动液压泵是将制动液及时送至制动主缸，泵入制动循环系统，给液压系统以压力支持,增加制动效能。
液压控制单元（N55）阀体内包括8个电磁阀，每个回路各一对，常开进油阀和常闭出油阀。
它在制动主缸、制动轮缸和回油路之间建立联系，实现压力升高、压力保持和压力降低的功能，防止车轮抱死，工作原理如下:
（1）开始制动阶段（系统油压建立）
开始制动时，驾驶员踩制动踏板，制动压力由制动主缸产生，经常开的不带电压的进油阀作用到车轮制动轮缸上，此时，不带电压的出油阀依然关闭，ABS系统没有参与控制，整个过程和常规液压制动系统相同，制动压力不断上升，如图2-6所示。
图2-6系统油压的建立
（2）油压保持
当驾驶员继续踩制动踏板，油压继续升高到车轮出现抱死趋势时，ABS电子控制单元发出指令使进油阀通电并关闭阀门，出油阀依然不带电压仍保持关闭，系统油压保持不变，如图2-7所示。
图2-7油压保持
（3）油压降低
若制动压力保持不变，车轮有抱死趋势时，ABSECU给出油阀通电打开出油阀，此时进油阀继续通电保持关闭状态，有抱死趋势的车轮被释放，车轮转速开始上升。
与此同时，电动液压泵开始起动，将制动液送至制动主缸，如图2-8所示。
图2-8油压降低
（4）油压增加
为了使制动最优化，当车轮转速增加到一定值后，电子控制单元给出油阀断电，关闭此阀门，进油阀同样也不带电而打开，电动液压泵继续工作制动液泵入液压制动系统，如图2-9所示。
随着制动压力的增加，车轮转速又降低。
这样反复循环地控制（工作频率为5～6次/s，将车轮的滑移率始终控制在20%左右。
图2-9油压增加
如果ABS系统出现故障，进油阀始终常开，出油阀始终常闭，使常规液压制动系统继续工作而ABS系统不工作，直到ABS系统故障排除为止。
3、故障警告灯
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），在拉紧驻车制动装置时警告灯（K7）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。
3汽车制动防抱死系统实验台的总体设计方案
本设计所设计制作的汽车制动防抱死系统实验台为汽车维修教育行业作为实验实训设备使用，所以要力求做到形象直观，易于理解，便于操作，学生可以在实验台上进行故障排除的实验，学习如何进行性能检测、故障诊断、调取故障码、进行故障点的电压检测等。
本设计的总体设计方案定为：
1、选用BOSCH5.3型ABS为对象，该系统应用于帕萨特型B5轿车上。
2、设计实验台台架，将制动防抱死系统控制部件安装在台架上，并选择与其匹配的电机及其变频器作为其动力源。
3、设计实验台面板，面板设计包括面板电路图的设计、系统工作显示（仪表、指示灯等）设计、故障检测点设计、液压制动工况显示设计。
4、实验台面板控制电路的设计。
5、设计电机及其变频器的内部控制电路。
3.1实验台台架的设计
实验台架是整个实验台的支撑，如图4-1所示。
设计主要是根据制动防抱死系统控制部件的尺寸及安装位置进行设计制作，方便实验实训教学为目的，可以达到安全可靠、操作方便、结构稳定、造型美观的要求。
它的规格为底架为4*4cm的方钢，护栏周长为8cm的不锈钢管，仪表台板材质为钢板，底部安装有四个直径为20cm的脚轮以方便移动。
面板部分为长900mm，宽700mm的矩形，内部设有故障点控制开关（见图3-1）。
图3-1实验台架的结构
3.2实验台动力源和负载的选择
3.2.1实验台动力源的选择
实验台以发动机作为动力源，虽然接近于汽车行驶的实际情况，但安装调试不便；
且其噪声较大，对工作环境会产生排放及噪声污染；
同时有成本较高，通用性差等缺点。
所以选择电动机作为动力源，噪声小，占地面积小，无污染，可以方便的调节合适的转速。
（1）电动机的选择实验台选用了变频调速三相异步电机，型号为Y100L1-4，额定功率2.2kw,额定电源220V，恒转矩频率范围（5-50Hz），恒功率频率范围（50-100Hz）。
（2）变频器的选择变频器的型号:
SA-4015B；
输入电源规格：
380-460V50/60Hz；
输出电源规格：
0-460V3.2kVA4.2A；
频率范围0.1-400Hz。
3.2.2实验台负载的选择
负载用于模拟制动器制动力。
鉴于盘式制动器的制动效果优于鼓式制动器，且散热快，重量轻，构造简单，调整方便。
本设计实验台使用盘式制动器，对制动力进行模拟，增加车轮行驶阻力。
4实验台的面板设计
在彻底理解并掌握制动防抱死系统各控制部件、控制原理及其电控系统电路的基础上设计实验台面板电路图，在面板上设置各个传感器和执行元件等的故障检测点，设计的关键真实的反映实际制动防抱死系统的电子控制系统和形象直观教学，还要严格参照大众车系电路图和图形符号的画法，最后兼顾其美观性。
制动防抱死系统实验台面板根据其功能而设计，主显示面板的设计共分为：
（见图4-1）
图4-1主显示面板的总体布置
1、名称部分：
制动防抱死系统实验台
2、液压制动工况显示
3、含故障检测点的ABS电控图及元件列表
4、系统工作显示
1、含故障检测点的ABS电控图的功能有：
A、供学习者作读图练习；
B、显示ABS系统电控部分的元件组成；
C、通过设置故障点模拟ABS系统的故障现象；
D、通过面板上的检测点检测相应电路及元件的工作状况并作故障排除练习。
2、系统工作显示的功能有：
A、静态显示制动防抱死系统的基本部件；
B、动态显示工作过程中车轮转速和制动液压的变化；
C、通过面板上的指示灯观察元件的工作状况。
5实验台显示面板设计
5.1实验台面板电路图的设计
实验台面板电路的设计是整个面板设计的中心，该设计遵循原车电路图原理进行绘制，但略有改动，主要是删减掉一些不必要的附属电路，同时根据实车中的常发故障现象，在电路中设置了检测端子，可通过专用检测仪器对各主要传感器、执行器的电压进行检测。
1）在实验台面板上设计的电控系统元件包括：
1、传感器：
G44、G45、G46、G47，共4个。
2、控制开关：
制动灯开关、制动液位报警灯开关，共2个。
3、执行器：
液控单元（N55）8个电磁阀和ABS液压泵（V39）。
4、电控单元ABSECU：
微处理器、输入电路及输出电路等组成。
2）各元件的功能及其检测点的设置（见图5-1）：
实验台面板设有16对故障点，每一对故障检测点为2个直径为6㎜的测试点，圆心的距离大概为20㎜。
为了使测量点不是断点，检测数值更加准确。
同时还有2个搭铁检测点，方便整体检测。
图5-1实验台面板电路图
面板电路中各电控元件的功能及相应检测点设置如下：
1、制动灯开关制动灯开关是用于检测制动踏板的位置，检测制动踏板是否踏下，当踩下制动踏板时，制动灯亮，并把制动信号输入给ABSECU。
此处设置了1个故障点：
在制动灯开关与T25/18端子之间。
2、制动液位报警灯开关此开关为一常开触点，当制动液面降到一定程度时，触点闭合点亮制动装置警告灯，它提醒驾驶员要对车辆的制动液进行检查。
检测点设置：
在制动液位报警灯与15号线之间。
3、G44右后轮速传感器轮速传感器是用于检测右后车轮转速，并转换为电信号输入ABSECU，用以计算车轮的圆周速度。
此处设置了2个检测点：
一个设置在G44右后轮速传感器与ABSECUT25/22端子间的线路中；
另一个设置在G44右后轮速传感器与ABSECUT25/23端子间的线路中。
4、G45右前轮速传感器轮速传感器是用于检测右前车轮转速，并转换为电信号输入ABSECU，用以计算车轮的圆周速度。
一个设置在G45右前轮速传感器与ABSECUT25/19端子间的线路中；
另一个设置在G45右前轮速传感器与ABSECUT25/20端子间的线路中。
5、G46左后轮速传感器轮速传感器是用于检测左后车轮转速，并转换为电信号输入ABSECU，用以计算车轮的圆周速度。
一个设置在G46左后轮速传感器与ABSECUT25/6端子间的线路中；
另一个设置在G46左后轮速传感器与ABSECUT25/6端子间的线路中。
6、G47左前轮速传感器轮速传感器是用于检测左前车轮转速，并转换为电信号输入ABSECU，用以计算车轮的圆周速度。
一个设置在G47左前轮速传感器与ABSECUT25/1端子间的线路中；
另一个设置在G47左前轮速传感器与ABSECUT25/2端子间的线路中。
7、液控单元（N55）包括8个电磁阀分别为ABS右后进油电磁阀（N133）、ABS右后出油电磁阀（N135）、ABS左后进油电磁阀（N134）、ABS左后出油电磁阀（N136）、ABS右前进油电磁阀（N99）、ABS右前出油电磁阀（N100）、ABS左前进油电磁阀（N101）、ABS左前出油电磁阀（N
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