汽車防抱死制動系統一、防抱死制動系統概述二、ABS系統主要零部件的結構與工作原理課題一防抱死制動系統概述一、防抱死制動系統的基本理論由車輪受力分析可知：車輪在制動過程中，當制動器制動力小于或等于輪胎與路面間的附著力時，車輪將作滾動運動，如圖7-1（a）所示。當制動器制動力大于附著力時，車輪將抱死滑移，如圖7-1（b）所示。（a)（b）圖7-l制動車輪運動狀態（a)車輪滾動運動；（b）車輪抱死滑移1．車輪滑移率S輪胎滑移的程度用滑移率S來表示。車輪滑移率是指：實際車速與車輪速度之差同實際車速

的比率，其表達式為：當

時，滑移率S=O，車輪自由滾動；當時，滑移率S=100%，車輪完全抱死滑移；當

時，滑移率0〈S〈100%，車輪既滾動又滑移。滑移率越大，車輪滑移程度越大。2．車輪滑移率S的影響因素(1)汽車載重量；(2)前、后軸的載荷分布情況；(3)輪胎種類及輪胎與路面的附著狀況；(4)路面性質和路面狀況；(5)制動力大小及其增長速率。3．車輪滑移率S與附著系數的關系（1）附著系數取決于路面性質。一般說來，干燥路面附著系數大，潮濕路面附著系數小，冰雪路面附著系數更小。（2）在各種路面上，附著系數都隨滑移率的變化而變化。（3）在各種路面上，當滑移率為20％左右時，縱向附著系數最大，制動效果最好。（b）干燥硬實路面時（a)不同路面時圖7-2附著系數與滑移率的關系4．車輪抱死制動的危害當車輪抱死時，橫向附著系數接近于零，汽車將失去行駛穩定性和轉向控制能力，其危害性極大。這是因為如果前輪抱死，雖然汽車能沿直線向前行駛，但是失去轉向控制能力。由于維持前輪轉彎運動能力的橫向附著力喪失，因此，汽車仍將按原行駛方向滑行，可能沖人其他車道與迎面車輛相撞或沖出路面與障礙物相撞而發生惡性交通事故。如果后輪抱死，汽車的制動穩定性就會變差，抵抗橫向外力的能力很弱，后輪稍有外力（如側向風力或地面障礙物阻力）作用就會發生側滑（甩尾），甚至出現掉頭（即突然出現大轉彎）等危險現象。二、防抱死制動系統的作用1．改善汽車制動時轉向操縱性2．增加汽車制動時的方向穩定性3．縮短制動距離4．減少輪胎磨損5．減少駕駛員的緊張情緒6．使用方便、工作可靠但ABS也存在以下不足：（1）ABS不能提供超越車輪與路面所能承受的最大制動力，ABS性能的好壞受整車制動系統狀況的影響；（2）ABS不能取代駕駛員的制動，只能在駕駛員制動時，幫助其達到較好的制動效果；（3）松散的沙土和積雪較深的路面制動，車輪抱死制動要比ABS工作時的制動距離短。三、防抱死制動系統的類型1.按照產生制動壓力的動力源分類按照產生制動壓力動力源的不同可分為液壓式ABS系統、氣壓式ABS系統、氣液混合式ABS系統。在轎車中液壓式ABS系統應用最廣泛，本章主要介紹液壓式ABS系統。2.按結構形式分類ABS按制動壓力調節器和制動主缸的結構形式分為分離式和整體式兩種。

3．按ECU所依據的控制參數分類按ECU所依據的控制參數可分為以車輪滑移率S為控制參數和以車輪角加速度為控制參數兩種。4．按制動壓力調節器形式分類按制動壓力調節器的形式可分為循環式和可變容積式兩種。

（1）循環式制動壓力調節器循環式制動壓力調節器是在制動總缸與輪缸之間串聯一電磁閥，直接控制輪缸的制動壓力。這種壓力調節系統的特點是制動壓力油路和ABS控制壓力油路相通。循環式制動壓力調節器如圖7-3所示。圖7-3循環滿期制動壓力調節器（2)可變容積式制動壓力調節器在汽車原有制動管路上增加一套液壓控制裝置，用它控制制管路中制動液容積的增減，從而控制制動壓力的變化。即可變容積式制動壓力調節器是電磁閥間接控制制動壓力，如圖7-4所示。

圖7-4可變容積式制動壓力調節器5．按ABS系統布置形式的分類ABS系統的布置形式是指輪速傳感器的數量、制動壓力調節器控制的通道數和對各車輪制動器制動壓力的控制方式，可分為7種類型。（1）四傳感器、四通道、四輪獨立控制。這種類型的ABS系統適用于雙制動管路為前、后輪獨立布置形式的汽車，如圖7-5所示。（2）四傳感器、四通道、前輪獨立一后輪低選擇控制。這種類型的ABS系統適用于雙制動管路為交叉形式布置的汽車，如圖7-6所示。圖7-5四傳感器、四通道、四輪獨立控制圖7-6四傳感器、四通道、前輪獨立一后輪低選擇控制（3）四傳感器、三通道、前輪獨立后輪低選擇控制。這種類型的ABS系統適用于雙制動管路且前后輪為獨立布置形式的汽車，如圖7-7所示，它具有4個輪速傳感器。這種控制方式的特點是制動時的操縱穩定性和方向穩定性較好，但制動效能稍差。（4）三傳感器、三通道、前輪獨立一后輪低選擇控制。這種類型的ABS系統僅適用于雙制動管路為前、后輪獨立布置形式且采用后輪驅動的汽車，如圖7-8所示，

圖7-7四傳感器、三通道、前輪獨立一后輪低選擇控制圖7-8三傳感器、三通道、前輪獨立一后輪低選擇控制（5）四傳感器、兩通道、前輪獨立控制。這種類型的ABS系統是一種簡易的防抱死制動系統，如圖7-9所示，兩前輪獨立控制。（a）（b）圖7-9三傳感器、三通道、前輪獨立控制（6）四傳感器、兩通道、前輪獨立后輪低選擇控制。這種類型的ABS系統的布置形式與類型（5）基本相同，如圖7-10所示。（7）一傳感器、一通道、后輪近似低選擇控制。這種類型的ABS系統適用于制動管路為前、后輪獨立布置形式且采用后輪驅動的汽車，如圖7-11所示。（a）（b）圖7-10四傳感器、兩三通道、前輪獨立-后輪低選擇控制圖7-11一傳感器、一通道、后輪近似低選擇控制四、防抱死制動系統的基本組成與控制原理1．基本組成雖然各型汽車防抱死制動系統的結構形式各不相同，但都是在常規制動系統（液壓制動系統或氣壓制動系統）的基礎上，增設一個電子控制系統而構成。由此可見，防抱死制動系統是由制動壓力調節系統和電子控制系統兩個子系統組成，如圖7-12所示。（1）電子控制系統防抱死制動電子控制系統由輪速傳感器、制動燈開關、防抱死制動電控單元(ABSECU)、ABS指示燈和制動壓力調節器等構成，控制部件的安裝位置如圖7-13所示。7-12防抱死斜動系統ABS組成簡圖圖7-13防抱死制動電子控制系統控制部件的安裝位置（2）制動壓力調節系統制動壓力調節系統是由常規制動系統和制動壓力調節器組成。常規制動系統主要由制動總泵、制動助力器、制動輪泵、制動管路和制動器（盤式或鼓式制動器）等組成。因為汽車制動動力源分為液壓和氣壓兩種，所以制動壓力調節系統相應地有液壓調節系統和氣壓調節系統。轎車普遍采用液壓調節系統，載貨汽車普遍采用氣壓調節系統。2．防抱死制動系統的控制原理汽車在制動過程中，ECU接受來自車輪轉速傳感器的信號，再根據設定的控制邏輯對車輪轉速傳感器輸入的信號進行處理，計算汽車的參考車速、各車輪的速度和減速度，確定各車輪的滑移率，并將滑移率與設定滑移率控制門限值進行比較。若無車輪抱死（即所有車輪的滑移率均在設定的滑移率控制門檻值內），ABS系統不起作用，制動過程為常規制動過程；當某車輪的滑移率接近設定滑移率控制門檻值時，ECU發出指令給制動壓力調節裝置（執行器），使該車輪的制動壓力保持一定；當某車輪的滑移率超過了設定滑移率控制門檻值時，ECU發出指令給制動壓力調節裝置，使該車輪的制動壓力減小。由此可見，ABS制動過程就是在制動時，利用制動壓力調節系統對制動管路油壓高速地進行“增壓一保壓一減壓”的循環調節過程，將各車輪滑移率范圍控制在最佳范圍內，從而縮短制動距離，提高車輪制動時的方向穩定性。

五、防抱死制動系統的發展趨勢1．控制技術會進一步提高2．系統的體積與質量減小，結構簡化3．控制功能的擴展和集成課題二ABS系統主要零部件的結構與工作原理一、車輪轉速傳感器1．電磁式車輪轉速傳感器（1）基本結構電磁式車輪轉速傳感器由電磁感應傳感頭和信號轉子兩部分組成，其外形如圖7-14（a）所示。根據極軸的結構不同，電磁式車輪轉速傳感頭又可分為鑿式極軸傳感頭、柱式極軸傳感頭等(分別見圖7-14(b)、(c))。（a）外形（b）鑿式極軸傳感頭（c）柱式極軸傳感頭圖7-14電磁式車輪轉速傳感器結構圖1-電纜；2-永久磁鐵；3-外殼；4-感應線圈；6-極軸；7-信號轉子（齒圈）

(2)工作原理電磁式車輪轉速傳感器產生的信號如圖7-15所示。電磁式轉速傳感器的工作原理與發動機點火系統中電磁脈沖信號發生器工作原理相同。交變信號的頻率與齒圈的齒數和轉速成正比。因齒圈的齒數一定，因而輪速傳感器輸出的交變電壓信號的頻率只與相應的車輪轉速成正比，所以通過輪速傳感器輸出的頻率信號就可以確定車輪的轉速。

圖7-15電磁式車輪轉速傳感器輸出的電壓信號2.霍爾式輪速傳感器（1）基本結構霍爾式輪速傳感器是利用霍爾效應原理產生與車輪轉速相對應的電壓脈沖信號。傳感器也是由傳感頭和齒圈組成的，其傳感頭由永久磁鐵、霍爾元件和電子電路等組成，如圖7-16所示。（2）工作原理霍爾式輪速傳感器工作時，ECU給霍爾元件施加一個5V或8V的基準電壓，永久磁鐵的磁力線穿過霍爾元件通向齒圈。當齒圈位于圖7-16(a)所示位置時，穿過霍爾元件的磁力線分散，磁場相對較弱，產生的電壓信號也較小；當齒圈位于圖7-16(b)所示位置時，穿過霍爾元件的磁力線集中，磁場相對較強，產生的電壓信號較大。(a)霍爾元件磁場較弱(b)霍爾元件磁場較強7-16霍爾式車輪轉速傳感器磁路1-霍爾元件；2-永久磁鐵霍爾元件輸出的毫伏級的準正弦波電壓U1首先經放大器放大為伏級電壓信號U2，然后送往施密特觸發器轉換成標準的方波信號U3，再送到輸出級放大成U4后輸送給ECU，如圖7-17所示。電子線路中的各等級波形如圖7-18所示。圖7-17霍爾式車輪轉速傳感器電子線路框圖圖7-18霍爾式車輪轉速傳感器電子線路中各級電壓波形圖二、電控單元（ABSECU）電控單元ABSECU是ABS系統的控制核心，ABSECU的內部電路結構主要由信號輸入電路、運算電路、電磁閥控制電路以及安全保護電路等組成，如圖7-19為所示四傳感器四通道ABSECU的內部電路框圖。圖7-19四傳感器、四通道控制ABSECU內部電路框圖三、制動壓力調節器制動壓力調節器是ABS系統的執行機構，其功用是接受ECU的控制指令，通過電磁閥的動作控制車輪制動輪缸的制動壓力。常見的制動壓力的調節器主要有循環式制動壓力調節器和可變容積式制動壓力調節器兩種。1.循環式制動壓力調節器1）結構組成循環式制動壓力調節器常用的電磁閥有三位三通電磁閥，基本結構及工作位置如圖7-20所示。閥上有三個通道（即三通）分別與制動主缸、輪缸及儲液器連接。ABSECU通過控制電磁線圈電流的大小使閥內柱塞（可動鐵心）有三種不同的工作位置（即三位）：增壓、保壓、減壓。（2）電動液壓泵電動液壓泵的作用是當電磁閥在“減壓”過程中，將制動輪缸流出的制動液經儲液器泵回制動主缸。如圖7-21所示。（3）蓄壓器蓄壓器串聯在電動液壓泵和電磁閥之間，用于儲存來自電動液壓泵的高壓制動液，以備在制動過程中增加制動壓力。氣囊式蓄壓器如圖7-22所示。(a)增壓(b)保壓(c)減壓圖7-20三位三通電磁閥的三種工作位置1-線圈；2-固定鐵心；3-電流；4-通主缸；5-通儲液器；6-通輪缸；7-可動鐵心(a)柱塞上行(b)柱塞下行圖7-21電動液壓泵1-凸輪；2-油泵柱塞;3-油泵；4-儲液器圖7-22高壓儲能器與電動泵(a)蓄能器內部結構；(b)蓄能器與電動泵的結構l-氮氣；2-膜片；3-高壓制動液；4-壓力控制／壓力警示開關；5-蓄能閥；6-單向閻；7-限壓閥；8-回轉球閥式活塞泵；9-直流電動機2）工作過程（1）升壓過程（常規制動）：如圖7-23所示。

圖7-23常規制動（升壓）過程1-傳感器；2-車輪；3-輪缸；4-電磁閥；5-ECU；6-柱塞；7-儲液器；8-泵；9-電動機；10-線圈；11-液壓部件；12-主缸；13-踏板（2）保壓過程：當ECU向電磁線圈通人一個較小的保持電流（約為最大電流的1/2）時，電磁閥處于保持壓力位置，如圖7-24所示。此時主缸、輪缸和回油孔相互隔離密封，輪缸中保持一定的制動壓力。圖7-24保壓過程1-傳感器；2-車輪；3-輪缸；4-電磁閥；5-ECU；6-儲液器；7-泵；8=電動機9-線圈；10-主缸；11-踏板（3）減壓過程：當ECU向電磁線圈通人一個最大電流時，電磁閥處于減壓位置，此時電磁閥將輪缸與回油通道或儲液器接通，輪缸中制動液經電磁閥流人儲液器，輪缸壓力下降，如圖7-25所示。圖7-25減壓過程1-傳感器；2-車輪；3-輪缸；4-電磁閥；5-電子控制器；6-儲液器；7-泵；8-電動機；9-線圈；10-液壓部件；11-主缸；12-踏板2．可變容積式制動壓力調節器1）結構組成可變容積式制動壓力調節器是在原有的制動管路中并聯一套液壓控制裝置，該裝置中有一個類似活塞的部件。可變容積式制動壓力調節器主要由電磁閥、控制活塞、液壓泵、儲能器等組成。2）工作過程(1)常規制動ECU不給電磁線圈通電，電磁閥將控制活塞的工作腔與回油管路接通，控制活塞在強力彈簧的作用下推至最左端。活塞頂端推桿將單向閥打開，使制動主缸與輪缸的制動管路接通，制動主缸的制動液直接進