任务一 汽车防抱死制动系统的检修

【学习目标】

知识要求：掌握ABS系统的作用、组成、原理及检修方法；熟悉ABS系统的主要元件的结构与原理。

能力要求：能够依据维修手册并使用常用工具、量具对ABS系统进行基本检查；能够对ABS系统常见故障进行诊断与修复。

任务导入

一辆04款本田雅阁轿车出现故障：将点火开关置于ON位，ABS灯亮；起动发动机，ABS灯熄灭，同时ABS油泵电动机旋转；过1～2min，ABS油泵电动机停止运转，与此同时ABS灯点亮。

知识准备

防抱死制动系统可以防止车轮完全抱死，制动效果优于常规制动系统的制动装置，是在常规制动系统的基础之上，经改进而成，整个制动系统在制动时既有常规制动系统的制动功能，又有防止车轮被完全抱死的功能；它将驾驶员施加在制动踏板的力迅速、均匀地转化为车轮的制动力。而增加的ABS控制系统是由电子、机械和液压源、气压源组成的自动控制系统，它可以连续地检测车辆的制动状况，并及时将汽车的制动调整到最佳状态。如果常规制动系统出现故障，ABS系统就会自动失去作用；如果ABS系统出现故障，常规制动系统仍会照常工作。它是20世纪末汽车上安装的最新的现代化制动系统。

一、概述

1928年防抱死制动系统理论被提出，20世纪30年代，机械式ABS就开始在火车和飞机上应用。1920年英国人霍纳摩尔首先研制了ABS并申请了专利。40年代末，ABS被应用于波音B-47飞机上。20世纪50年代福特公司将飞机的ABS应用在林肯轿车上。至1978年，博世公司推出采用数字式电控装置ABS，揭开了现代ABS系统发展的序幕。

① 1978年，博世公司第一次将数字电控ABS用在梅塞德斯奔驰轿车上。

② 1985年，戴维斯（TEVES）公司首次在北美洲将整体式ABS应用在福特轿车上。

③ 德尔科（DELCO）公司的ABS系统于1989年首次装在“W”型轿车上。

④ 德尔科公司于1991年推出了更为经济的四轮防抱死制动系统ABSⅥ。该系统主要用于美国通用公司1991年后制造的汽车上。

进入21世纪，ABS发展得越来越快，欧洲和美国、日本、中国等国家和地区均在高速发展ABS，ABS的普及使用是大势所趋。

二、汽车防抱死制动系统的类型

1.整体式ABS

整体式ABS的制动压力调节器与制动主缸以及制动助力器组合为一个整体，福特、通用公司的别克、凯迪拉克、奥斯莫比尔、旁蒂克、绅宝等高级轿车采用该种方式，如图1-1所示。

2.分离式ABS

分离式ABS的制动压力调节器为独立总成，通过制动管路与制动主缸和制动轮缸相连，桑塔纳、捷达、红旗、宝马和沃尔沃等轿车采用该种方式。具体形式如图1-2所示。

图1-1 整体式ABS

图1-2 分离式ABS

另外，汽车防抱死制动系统按控制方式分，包括机械式和电子式两类。

按动力源分为气压式、液压式和气顶液压式。其中，对于大中型汽车、牵引车及挂车等多采用气压式ABS，如图1-3所示。轿车和小型客货车等多采用液压式ABS，如图1-4所示。气顶液压式ABS如图1-5所示。

图1-3 气压式ABS

图1-4 液压式ABS

图1-5 气顶液压式ABS

按控制车轮的方式，分为轴控式和轮控式两种。轴控式又分为轴控低选控制式和轴控高选控制式。轴控低选控制ABS如图1-6所示。ϕ为车轮与路面的附着系数。轴控高选控制ABS如图1-7所示。轮控独立式ABS如图1-8所示，每个车轮各占用一个控制通道。

图1-6 轴控低选控制ABS

图1-7 轴控高选控制ABS

图1-8 轮控独立式ABS

三、ABS的理论基础

汽车制动系统是在汽车行驶过程中，能够根据驾驶员的需要减速、停车的重要装置。常规制动系统只提供了足够大的制动力，在紧急制动时车轮很容易抱死而产生与路面之间的滑移。车轮一旦抱死，驾驶员失去对方向的控制，严重的会出现甩尾现象，同时造成轮胎的严重磨损。良好的制动系统应具有制动距离短、制动时汽车行驶方向能够控制、轮胎损耗小等特点。随着汽车工业的发展，计算机技术在汽车上得到广泛的应用，用计算机控制制动力，使汽车在制动时，控制车轮不至于抱死，同时缩短了制动距离，解决了常规制动系统的不足问题。

ABS的优点

1.汽车的制动性

汽车的制动性是指汽车在行驶过程中，强制地减速以致停车且维持行驶的方向稳定性的能力。对一辆汽车制动系统的性能有多方面的要求，因而有多方面的评价指标，主要评价指标有以下3个方面。

（1）制动效能

制动效能主要是指汽车在行驶中，强制减速以至停车的能力。其基本评价指标为制动距离、制动减速度以及制动时间。

（2）制动时车辆的方向稳定性

制动时汽车的方向稳定性是指汽车在制动时仍能按指定方向的轨迹行驶，即不发生跑偏、侧滑，以及失去转向能力。

（3）制动效能的恒定性

制动效能的恒定性主要是指抗热衰退性能。汽车在大负荷工作条件下制动，制动器性能会因温度升高而衰退。抗热衰退性是指汽车保持制动效能的程度。它是设计制动器及选材中必须认真考虑的一个重要问题。

为了达到良好的制动性能指标，现代汽车采用了防抱死制动系统。在以上3个指标中，前两项指标在采用了ABS装置后，其性能都有明显的改善和提高，对避免交通事故的发生起到很好的作用，因此，ABS是汽车上十分重要的主动安全装置。

2.汽车制动时车轮受力分析

汽车在行驶过程中能够实施制动过程的根本原因是由于与轮胎接触的路面给相应车轮提供了路面制动力。一个是制动器内制动蹄摩擦片与制动鼓间的摩擦力，另一个是轮胎与路面间的附着力。图1-9所示为车轮在制动时的受力情况示意图。

从力矩平衡可知：制动时地面对车轮的切向反作用力为Fx=Mj/r，也称地面制动力。

制动蹄与制动鼓（盘）压紧时形成的摩擦力矩为Mμ，通过车轮作用于地面的切向力称为制动器制动力，以Fμ表示，制动器制动力Fμ=Mμ/r。

经过大量实验证明，弹性车轮在地面上滚动，产生阻力和摩擦力（附着力），其中附着力是地面对轮胎切向反作用力的极限值，用Fϕ表示，附着力取决于轮胎与路面之间的摩擦作业及路面的抗剪强度，即路面的附着系数ϕ，由上可知Fϕ=ϕFz

由于地面制动力受到附着力的限制，所以地面最大制动力不能超过附着力Fϕ即Fx≤Fϕ=ϕFz

根据上述分析，在汽车制动过程中，制动器制动力Fμ、地面制动力Fx及附着力Fϕ之间的关系如图1-10所示。汽车制动过程中，地面制动力的大小首先取决于制动器制动力，但又受地面附着条件的限制，所以为了达到最佳的制动效果，不仅需要足够的制动器制动力，同时又要较高的附着力。在汽车制动时，通常将附着系数分为纵向附着系数和横向附着系数，汽车的加速度运动和减速运动主要受纵向附着系数限制，抵抗外界横向作用力的能力则主要受车轮横向附着系数的限制。

图1-9 车轮在制动时的受力情况示意图

v—车速 ω—车轮旋转角速度 Mj—惯性力矩 Mμ—制动阻力矩 W—车轮法向载荷 Fz—地面法向反力 T—车轴对车轮的推力 Fx—地面制动力 r—车轮半径 rω—轮速

图1-10 制动器制动力Fμ、地面制动力Fx及附着力Fϕ之间的关系

3.滑移率

（1）滑移率的定义

滑移率是指车轮在制动过程中车速和车轮速度之差与车速的比值，用百分比来表示。其定义表达式为

S=［（v−ωr）/v］×100%

式中，S——车轮的滑移率；

r——车轮的滚动半径，m；

ω——车轮的转动角速度，rad/s；

ν——车轮中心的纵向速度，m/s。

由上式可知：当车轮为纯滚动时，汽车的实际车速与车轮滚动时的圆周速度相等，滑移率为零，当车轮边滚动边滑动时，滑移率在0～100%；当车轮处于抱死状态，而车身又具有一定的速度时，则滑移率为100%。

（2）附着系数与滑移率的关系

在汽车的制动过程中，附着系数的大小随着滑移率的变化而变化。图1-11所示为在干路面上时附着系数与滑移率的关系曲线。对于纵向附着系数ϕB，随着滑移率的迅速增加，并在S=20%左右时，纵向附着系数最大；然后随着滑移率的进一步增加，当S=100%，即车轮抱死时，纵向附着系数有所下降，制动距离会增加，制动效能下降。对于横向附着系数ϕS，当S=0时，横向附着系数最大；然后随着滑移率的增加，横向附着系数逐渐下降，并在S=100%，即车轮抱死时，横向附着系数下降为零左右。

图1-11 附着系数与滑移率的关系曲线

从以上分析可知，如果制动时将车轮的滑移率S控制在20%左右，即如图1-11所示的Sopt处，此时纵向附着系数最大，可得到最好的制动效能；同时横向附着系数也保持较大值，使汽车也具有较好的制动方向稳定性。

（3）横向附着系数过小的危害

① 方向稳定性变差。因为横向附着力较小，汽车失去抵抗横向外力的能力，后轮易产生横向滑移、甩尾等现象，使汽车方向稳定性变差，如图1-12所示。

图1-12 方向稳定性变差

② 转向控制能力丧失。在汽车转向行驶时，尽管驾驶员在操纵转向盘，由于前轮横向附着力丧失，汽车会仍按原来惯性方向行驶，而不按驾驶员的意愿行驶，从而使转向控制能力丧失，如图1-13所示。

图1-13 转向控制能力丧失

4.理想的制动控制过程

S<20%为制动稳定区域；S>20%为制动非稳定区域；车轮在制动过程中，以5～10次/s的频率进行增压、保压、减压的不断切换，将滑移率S控制在20%左右，便可获得最大的纵向附着系数和较大的横向附着系数，是最理想的控制效果。

四、ABS的功用

装有ABS的汽车制动时，ABS直接控制的车轮（依据自身的运动状态来调节其制动压力的车轮）不能抱死滑移，但允许有短暂的车轮抱死，也允许车速低于15km/h时车轮抱死。

可以设想一下，如果汽车不装用ABS系统，为了达到汽车在最短的制动距离内停车并具有良好的控制方向的能力，就要求驾驶员在操作时十分精心，即踩下制动踏板使车轮抱死，然后在轮胎抱死的一瞬间放松制动踏板，车轮一旦开始转动再踏制动踏板使车轮抱死，如此反复操作。在附着系数小的光滑路面上，驾驶员在制动时都很小心，唯恐使车轮抱死，但仍很难控制，原因是驾驶员不知道车轮什么时候抱死。

当然，驾驶员在驾驶室内根本看不到车轮是否抱死，至于按一定轮胎滑移率去操作制动，那更不是一般人所能完成的操作了。除此之外，汽车行驶的许多条件也都在变化之中，如道路的路面状况、轮胎着地状态、前后轮胎的载荷分配也每时每刻不停地变化着。要完成上述制动要求确实非常困难。当然技术熟练的驾驶员在某种程度上能根据各种条件合理地操作制动，如采用点制动。可是一旦遇上紧急状况，大多数人都是踏死制动踏板，使轮胎抱死。

上述驾驶员做不到的许多事，利用防抱死制动系统（ABS）就能做到。ABS利用车轮速度传感器来监控制动时各车轮速度的变化，计算机将车轮速度传感器的数据进行处理、判断，变成执行机构所必需的信息，执行机构按照计算机的指令来操作汽车制动。

ABS可控制实际制动过程接近于理想制动过程。其具体功能为缩短制动距离；防止车辆转向制动时，因转向内外轮横向附着力差所造成的侧滑；改善了轮胎的磨损状态；防止因制动油管漏油，造成制动完全失效的隔断功能；减轻制动踏板踩下时的力，提升制动辅助效果，驾驶员也没有必要用一连串的点制动方式进行制动。

1.制动时缩短制动距离

有ABS的汽车制动时，将会缩短制动距离，如图1-14所示。

ABS制动系统概述

图1-14 制动时缩短制动距离

因为在同样紧急制动的情况下，ABS将滑移率控制在20%左右，可获得最大的纵向制动力。如在冰雪等光滑路面上，如果没有ABS，无论怎么小心，制动力总是会显得太大，使轮胎抱死，从而使汽车制动距离过长。同样，在这种路面上，如果汽车装有ABS，就能自动地使车轮与路面间产生最大的附着力，可以使制动距离变短。但不要错误地认为有了ABS，汽车的制动就再也没有问题了，甚至错误地认为无论是冰雪等光滑路面还是干燥路面，使用了ABS的汽车的制动距离都是一样的。

2.制动时保持方向稳定性

制动时的方向稳定性是指汽车制动时按预定方向行驶的能力，即不发生跑偏、侧滑的能力，如图1-15所示。

在日常生活中，大家都可能遇到过这种现象：汽车在直线行驶过程中，突然紧急制动，汽车车轮一下子抱死，汽车仍然向前滑行，轮胎和地面之间发出剧烈的摩擦声。

如果汽车发生交通事故，交警来了之后，首先总是检查一下汽车制动痕迹，判断驾驶员在事故中是否采取了紧急制动措施。然后，再测量一下制动距离，看一看该车制动效果好不好。但这是不正确的。因为如果车轮的滑移率过大，附着力反而要降低。如果驾驶员能控制车轮的滑移率，使其在制动期间始终处于20%左右，汽车将在更短的制动距离内停车。

ABS的最大优点是：当汽车紧急制动时，ABS能最大限度地利用轮胎与路面之间的附着力来获得最大制动力，并且仍然可以控制汽车的方向，以保持整车的方向稳定性。

3.制动时保持转向控制能力

制动时保持转向控制能力，如图1-16所示。

当汽车转向时，如果汽车紧急制动，和汽车直线行驶时紧急制动一样会出现车轮抱死现象。由于车轮抱死，汽车的横向附着力变为零，车轮将出现横向滑动，汽车丧失了控制方向的能力，这是十分危险的。

当车轮抱死之后，转向盘已经不起作用了，汽车此时不能控制方向。如果汽车前轮抱死，驾驶员就无法控制汽车的行驶方向，这是非常危险的；倘若汽车的后轮先抱死，则会出现侧滑、甩尾，甚至使汽车出现整体掉头等严重事故。ABS可以防止4个车轮制动时被完全抱死，使汽车在转弯过程中制动也不会影响汽车的转向性，提高了汽车行驶的稳定性。有资料表明，装有ABS的车辆可使因车轮侧滑引起的事故比例下降8%左右。

图1-15 制动时保持方向稳定性

图1-16 制动时保持转向控制能力

4.制动时能使轮胎磨损下降

事实上，车轮抱死会造成轮胎杯形磨损，轮胎面磨耗也会不均匀，使轮胎磨损消耗费用增加。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用，已超过一套防抱死制动系统的造价。因此，装用ABS可使成本下降。

5.使用方便，工作可靠

ABS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制动方式进行制动，ABS会使制动状态保持在最佳点。ABS工作时，驾驶员会感到制动踏板有颤动，并听到一点噪声，这些都属于正常现象。ABS工作十分可靠，并具有自诊断能力。如果它发现系统内部有故障，就会自动记录，并点亮ABS故障指示灯。

五、ABS的技术要求及评价方法

1.对ABS的设计要求

评价ABS的主要指标是转向能力、稳定性和最佳制动距离。由此对ABS提出以下要求。

（1）在调节制动过程中，汽车转向能力和行驶稳定性必须得到保证。

（2）即使左右车轮的附着力系数不相等，也应保证无法避免的转向反应尽可能小。

（3）必须在汽车的整个速度范围内进行调节。

（4）调节系统应该最有效地利用车轮在路面上的附着性，这时保持转向能力的考虑优先于缩短制动距离的目标。

（5）调节装置应极快地适应路面传递能力的变化。

（6）在波状路面上给以任意强度的制动，汽车都能被完全控制住。

（7）调节装置必须能识别出附着系数小的路面，并对此做出正确的反应。

（8）调节装置只能附加在常规制动装置上，如果出现损坏，安全通路必须自动断开调节装置而不出现不良作用，这时常规制动装置必须能全功能工作。

2.ABS的质量准则

高质量的ABS必须有高的可靠性、广泛的适应性及良好的性能。评判一个ABS应该遵循的质量准则如下。

（1）良好的行驶稳定性

为使汽车有良好的行驶稳定性，ABS必须在汽车制动时使后轮具有足够大的侧向抵制能力，以抵抗足够大的外界侧向力，不至于发生后轴侧滑的不稳定制动工况。

（2）良好的转向能力

ABS在汽车制动时，应使转向轮具有足够大的侧向控制力，而不至于发生侧滑，且转向轮不抱死滑移，使汽车保持良好的转向能力。

（3）高附着力系数利用率

汽车装用ABS制动时，应有高的附着力系数利用率，即合理的轮胎与路面间的潜在附着力。在一般情况下，装用ABS的汽车应具有良好的制动效能，即较短的制动距离和较高的制动减速度。

（4）舒适性良好

在汽车制动时，若ABS对制动压力控制得不理想，发生严重的过制动或欠制动现象，会使汽车发生前后窜动的现象，制动舒适性很差，而且制动效能也不佳，这是不允许的。

汽车行驶条件复杂多变，振动冲击大。ABS的工作环境恶劣，且ABS又是制动系统的一个组成部分，因此，ABS必须具有高的可靠性。

3.主要评价指标

ABS直接关系到汽车的制动性、操纵稳定性以及安全性等性能。因此，对ABS性能的评价必须是多指标的综合评价，并且必须通过严格的试验检测后才可装车使用。安装有ABS的汽车制动性能的主要评价指标如下。

（1）良好的抗外界电磁场干扰的能力

ABS是一个典型的电子控制系统，如不能抵抗外界电磁场的干扰，工作时就可能对制动压力进行误调节，从而出现危险情况。因此，要求ABS有良好的抵抗外界电磁场干扰的能力。但是，此规定目前并不严谨，欧洲经济委员会汽车制动法规（ECER13）中仅对此项指标提出了性能要求，而对评价指标未作具体规定。我国目前的做法是依照国家标准GB/T 13594—2003《机动车和挂车防抱制动性能和试验方法》中规定，只要按本标准的规定进行了道路性能试验，即认定所测ABS抵抗外界电磁场干扰的能力满足要求。

（2）基本功能（制动车轮不抱死）

装有ABS的汽车制动时，ABS直接控制的车轮（依据自身的运动状态来调节其制动压力的车轮）不能抱死滑移，但允许有短暂的车轮抱死，也允许车速低于15km/h时车轮抱死。

当汽车在高附着力系数路面上制动时，可通过轮胎在路面上的印痕来判断车轮运动状态；而汽车在湿滑的低附着力系数路面上制动时，车轮制动印痕较难分辨，采用观察车轮印痕的方法受到限制。因此，也常采用录像观察法，即在车轮外侧用具有明显颜色（一般用白色）的涂料作记号，汽车制动时用录像机记录车轮运动全过程。通过观看录像，可判断车轮在制动过程中的运动状态。另外一种方法是用车轮运动状态记录仪测量车轮运动状态。所需专用仪器虽较昂贵，但能精确测量车轮制动时的滑移率。

（3）附着系数利用率

装用ABS的汽车在附着系数均匀的路面上制动时，附着系数利用率不得小于0.75。汽车在左、右车轮位于不同附着系数的路面上制动时，附着系数利用率也要足够大。

（4）对道路条件突变的适应性

装有ABS的汽车制动过程中，路面附着系数突变，附着系数由高（ϕ1≥0.5）到低（ϕ2<ϕ1，ϕ1/ϕ2≥2）或由低到高，ABS直接控制的车轮不得抱死，且制动减速度应急速变化。一般要求制动行驶中通过附着系数突变分界线的车速在50km/h左右。

（5）产生电器故障可解除ABS的工作

如前所述，ABS电器出现故障，如ABS继续参与工作，可能对制动压力进行误调节，这是十分危险的。因此ABS电器一旦出现故障，必须迅速终止ABS的工作，而ABS的调节器必须保证常规制动管路畅通。

六、ABS的组成与工作原理

1.组成

汽车制动系统随车型的不同而不同，同样ABS也因车型而异。因此ABS的类型较多，但基本由常规制动系统（制动总泵、制动分泵）、电子控制器ECU（加速度传感器）、轮速传感器、制动压力调节器（压力开关、储能器、动力装置和液压泵）、ABS警告灯和必需的导线等组成，如图1-17所示。在不同的ABS中，电子控制单元（ECU）的内部结构和控制逻辑可能不尽相同，制动压力调节装置的结构形式和工作原理也往往不同。图1-18所示为一种较为典型的汽车ABS组成的原理图，图1-19所示为汽车ABS组成的实物图。

图1-17 电子控制防抱死制动系统（ABS）的组成

在图1-18所示的ABS中，在汽车的每个车轮上各安装了一个车轮转速传感器，将各个车轮的转速信号输入给电子控制单元，电子控制单元根据各车轮转速传感器输入的信号对各个车轮的运动状况进行分析判断，并形成相应的控制指令，发送给制动压力调节装置。制动压力调节装置主要由调压电磁控制阀总成、电动泵总成和储液器等组成，通过制动管路与制动主缸和各制动轮缸相连。制动压力调节装置受电子控制单元的控制，对各制动轮缸的制动压力进行调节。在正常工作时，所有ABS都和传统的助力制动系统相似。在强力制动时，ABS根据车轮的速度调节通向每个车轮的制动液压力。

2.工作原理

制动时ECU接收传感器的信号，当车轮将要被抱死的情况下，ECU发出控制信号，通过执行机构控制制动器的制动力使车轮不被抱死。

ABS系统的控制原理

（1）ABS的工作条件

① ABS是在常规制动基础上工作，制动中车轮未抱死时，与常规制动相同；车轮趋于抱死时，ABS才工作，ECU控制制动压力调节器对分泵制动压力进行调节。

② ABS工作时，车速必须大于5km/h，若低于该车速，制动时车轮仍可能抱死。

③ 常规制动系统出现故障，ABS随之失去控制作用；ABS出现故障，ECU自动关闭ABS，同时ABS警告灯点亮并存储故障码，但常规制动系统仍可正常工作。

图1-18 汽车ABS的基本组成原理图

1—制动压力调节装置 2—制动器总成 3—ECU 4—车轮转速传感器

图1-19 汽车ABS系统组成的实物图

1—附加式制动压力调节器 2—ECU 3—车轮转速传感器 4—ABS警告灯 5—ABS故障测试接头 6—制动灯开关

①—制动主缸 ②—真空助力器 ③—制动器 ④—后制动补偿器（载荷感应器）

（2）典型ABS的调节原理

① 常规制动阶段。在常规制动阶段，ABS并不介入制动压力控制，调压电磁阀总成中的各进液电磁阀均不通电而处于开启状态，各出液电磁阀均不通电而处于关闭状态，电动泵也不通电运转，制动主缸至各制动轮缸的制动管路均处于畅通状态，而各制动轮缸至储液器的制动管路均处于封闭状态，各制动轮缸的压力将随制动主缸的输出压力而变化。此时的制动过程与一般制动系统的制动过程完全相同，如图1-20所示。

② 制动压力保持阶段。在制动过程中，电子控制单元根据车轮转速传感器输入的车轮转速信号判定有车轮抱死时，ABS就进入防抱死制动压力调节过程。例如，电子控制单元发现左前轮趋于抱死时，电子控制单元就使控制左前轮制动压力的进液电磁阀通电，使左前进液电磁阀转入关闭状态，制动主缸输出的制动液不再进入左前制动轮缸。此时，左前出液电磁阀仍未通电而处于关闭状态，左前制动轮缸中的制动液也不会流出，左前制动轮缸的制动压力就保持一定，而其他未抱死车轮的制动压力仍会随制动主缸输出压力的增大而增大，维持在最大制动力，控制元件与传感器充分配合，使制动分泵的液压不会太大而导致滑移，也不会太小而导致制动力不足，如图1-21所示。

图1-20 常规制动阶段

1-21 保持最大制动力时

③ 制动压力减小阶段（车轮抱死时）。如果在左前制动轮缸的制动压力保持一定时，电子控制单元判定左前轮仍趋于抱死，电子控制单元又使左前出液电磁阀也转入开启状态，左前制动轮缸中的部分制动液就会经过处于开启状态的出液电磁阀流回储液器，使左前制动轮缸的制动压力迅速减小，左前轮的抱死趋势将开始消除，车轮被抱死时，传感器传送信号给控制元件，使进油阀关闭，回油阀打开，部分制动油流回储油室，降低制动分泵的液压，避免车轮被抱死，如图1-22所示。

④ 制动压力增大阶段。随着左前制动轮缸制动压力的减小，左前轮会在汽车惯性力的作用下逐渐加速，当电子控制单元根据车轮转速传感器输入的信号判断左前轮的抱死趋势已经完全消除时，电子控制单元就使左前进液电磁阀和出液电磁阀都断电，使进液电磁阀转入开启状态、出液电磁阀转入关闭状态，同时也使电动泵通电运转，向制动轮缸泵送制动液，由制动主缸输出的制动液和电动泵泵送的制动液都经过处于开启状态的左前进液电磁阀进入左前制动轮缸，使左前制动轮缸的压力迅速增大，左前轮又开始减速转动。

图1-22 车轮抱死时

ABS使趋于抱死车轮的制动压力循环往复的经历保持—减小—增大过程，而将趋于抱死车轮的滑移率控制在峰值附着系数滑移率的范围内，直至汽车速度减小到很低或者制动主缸的输出压力不再使车轮趋于抱死时为止，一般制动压力调节循环的频率可达3～20Hz。在四通道ABS中对应于每一个制动轮缸各有一对进液和出液电磁阀，可由电子控制单元分别进行控制。因此，各制动轮缸的制动压力能够被独立地调节，从而使4个车轮都不发生制动抱死现象。

ABS系统工作原理

七、ABS的控制方式

ABS中能够独立进行制动压力调节的制动管路称为控制通道，ABS按控制通道数可分为单通道系统、双通道系统、三通道系统和四通道系统。

如果车轮的制动压力可以进行单独的调节，与其他车轮的控制无关，称该车轮为独立控制，独立控制方式能使每一个车轮都根据各自的防抱死控制算法达到最大的附着系数利用率，得到最佳的制动效果。但在综合4个车轮的控制时，在很多情况下不能得到最佳的制动效果，这主要是由于在分离附着系数路面上行驶时，左右车轮上产生的制动力不同，将导致附加的侧摆力矩，使汽车失去操纵稳定性。独立控制方式主要用于汽车的主要承载轴或驱动轴，对轿车主要应用于前轴，对中、重型汽车主要应用于后轴。

如果两个或两个以上的车轮制动压力一同进行调节，则称该两个车轮为一同控制。如果两个车轮一同进行控制，若以保证附着系数较大的车轮不发生制动抱死为原则进行防抱死制动控制，称这两个车轮是按高选原则一同控制的；若以保证附着系数较小的车轮不发生制动抱死为原则进行防抱死制动控制，称这两个车轮是按低选原则一同控制的。按高选原则控制的车辆，附着系数的利用率比较大，制动距离比较短，但同样在分离附着系数路面上行驶时会产生附加的侧摆力矩，使制动稳定性恶化。这种控制方式适用于轿车前轮。按低选原则进行控制的车辆，由于高附着系数一侧的车轮不能充分利用附着系数，从而使汽车制动距离加长，但由于这种控制方式可以消除和减少附加的侧摆力矩，因此汽车在附着系数均匀的路面上直线行驶时，其制动效果基本与独立控制的制动效果相同，制动距离也基本相同，只是在分离附着系数路面上行驶时，制动距离略长。这种控制方式常用于轿车的后轴。

① 四传感器四通道/四轮独立控制如图1-23所示。

图1-23 四传感器四通道/四轮独立控制

② 四传感器四通道/前轮独立—后轮选择控制方式。对应于双制动管路的H形（前后）或X形（对角）两种布置形式，如图1-24所示，四通道ABS也有两种布置形式。为了对4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轮速传感器，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。因此，ABS通常不对4个车轮进行独立的制动压力调节。

图1-24 对应于双制动管路的X形（对角）布置形式

③ 四传感器三通道/前轮独立—后轮低选控制方式如图1-25所示。

图1-25 四传感器三通道/前轮独立—后轮低选控制方式

④ 三传感器三通道/前轮独立—后轮低选控制方式如图1-26所示。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，所以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。

图1-26 三传感器三通道/前轮独立—后轮低选控制方式

⑤ 四传感器二通道/前轮独立控制方式如图1-27所示。

图1-27 四传感器二通道/前轮独立控制方式

⑥ 四传感器二通道/前轮独立—后轮低选控制方式如图1-28所示。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。

图1-28 四传感器二通道/前轮独立—后轮低选控制方式

⑦ 一传感器一通道/后轮近似低选控制系统制动方式如图1-29所示。所有单通道ABS都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统中安装一个转速传感器。由于前制动轮缸的制动压力未被控制，前轮仍然可能发生制动抱死，所以汽车制动时的转向操作能力得不到保障。但由于单通道ABS能够显著地提高汽车制动时的方向稳定性，又具有结构简单、成本低的优点，因此在轻型货车上得到广泛应用。

图1-29 一传感器一通道/后轮近似低选控制系统制动方式

⑧ ABS的控制参数。目前，ABS控制方式很多，主要有逻辑门限值控制、最优控制和滑动模态变结构控制等。但绝大多数ABS都是采用逻辑门限值控制方式，即普遍采用的以车轮滑移率为控制参数的ABS和以车角加速度和角减速度为控制参数的ABS，如图1-30所示。

图1-30 ABS的控制参数

在实际控制中ABS一般以多种参数结合进行控制，若仅采用其中任何一种门限作为防抱死制动控制，都存在较大的局限性。例如，若仅将车轮的加、减速度作为控制门限，当汽车在湿滑路面高速行驶过程中进行紧急制动时，车轮的滑移率离进入不稳定区域较远时车轮的加速度就可能达到控制门限，而这时由于滑移率很小，防抱死控制逻辑在以后的控制中就可能失效。而对于驱动车轮，如果制动时没有分离离合器，由于车轮系统存在着很大的转动惯量，会造成车轮滑移率已进入不稳定区域，而车轮的减速度却未达到控制门限，导致车轮过早抱死，严重地影响了控制效果。因此，仅以固定的滑移率门限作为防抱死控制门限，仍很难保证在各种路面情况下都能获得最佳的控制效果。如果将车轮的加、减速度控制门限和滑移率控制门限结合起来，就有助于对路面情况的识别，提高系统的自适应控制能力。防抱死逻辑使滑移率在车轮峰值附着系数附近处波动，从而获得较大的车轮纵向和侧向力，使汽车同时具有较短的制动距离和制动稳定性。

八、传感器结构原理

1.车轮速度传感器

（1）车轮速度传感器的结构

在ABS控制系统中每个车轮都装有车轮转速传感器，来检测车轮的转速，前轮转速传感器装在转向节上，后轮转速传感器装在后轴托架上。有些后驱动的车辆，轮速传感器装在差速器内，通过后轴转速检测，称为轴速传感器。

传感器由永久磁铁、线圈和齿圈组成，它对车轮的转速进行非接触式测量。齿圈与车轮同步转动，切割传感器的磁力线使磁通量交替变化，从而在传感器的输出端产生交变电压，其电压频率与车轮转速成正比变化，同时该脉冲信号输入ABS控制装置，就可以检测到车轮的瞬时转速变化，如图1-31和图1-32所示。

图1-31 典型的前轮传感器

图1-32 典型的后轮传感器

（2）车轮速度传感器安装的不同位置

① 安装在驱动轮上，如图1-33所示。

② 安装在非驱动轮上，如图1-34所示。

图1-33 安装在驱动轮上的车轮速度传感器

图1-34 安装在非驱动轮上的车轮速度传感器

③ 安装在后驱动桥主减速器上，如图1-35所示。

④ 安装在变速器输出轴上，如图1-36所示。

图1-35 安装在后驱动桥主减速器上的车轮速度传感器

图1-36 安装在变速器输出轴上的车轮速度传感器

（3）ABS车轮速度传感器安装方式

① 轴向式安装，如图1-37所示。

② 径向式安装，如图1-38所示。

图1-37 轴向式安装

图1-38 径向式安装

（4）车轮速度传感器的类型

车轮速度传感器主要有两种类型：电磁感应式和霍尔效应式。

① 电磁感应式车轮速度传感器。电磁感应式车轮速度传感器主要由电缆、永磁体、外壳、感应线圈、极轴和齿圈组成，如图1-39所示。其工作过程如下所述。

a. 当齿圈的齿隙与传感器的极轴端部相对时，极轴端部与齿圈之间的空气间隙最大，通过感应磁线圈的磁通量最小，如图1-40所示。

图1-39 电磁感应式车轮速度传感器结构

图1-40 电磁感应式车轮速度传感器工作过程（1）

b. 当齿圈的齿顶与传感器的极轴端部相对时，极轴端部与齿圈之间的空气间隙最小，通过感应磁线圈的磁通量最大，如图1-41所示。

c. 齿圈的齿顶和齿隙交替地与极轴顶部相对，周围磁场发生强弱交替变化，感应出交变电压，如图1-42所示。

其特点为：结构简单，成本低；输出的信号电压的幅值随转速变化而变化一般为1～15V；若车速过慢，输出信号电压小于1V时ABS计算机无法检测。有效的控制速度范围较窄，一般为15～160km/h。抗电磁波干扰能力差。

电磁感应轮速传感器的检查与更换

图1-41 电磁感应式车轮速度传感器工作过程（2）

图1-42 电磁感应式车轮速度传感器工作过程（3）

② 霍尔式车轮速度传感器。霍尔式车轮速度传感器主要由霍尔元件、永磁体、齿圈和电路等组成，如图1-43所示。其工作过程如下所述。

a. 齿圈的齿不正对永磁体时，穿过霍尔元件的磁力线分散，磁场相对较弱，如图1-44所示。

霍尔式轮速传感器工作原理

图1-43 霍尔式车轮速度传感器结构

图1-44 霍尔式车轮速度传感器工作过程（1）

b. 齿圈的齿正对着永磁体时，穿过霍尔元件的磁力线集中，磁场相对较强，引起霍尔电压变化，将输出正弦波电压，如图1-45所示。

2.减速度传感器

（1）作用

减速度传感器也称为G传感器，用于测量汽车制动时的减速度，识别是否为雪路、冰路等易滑路面。

（2）类型

① 光电式减速传感器。其基本结构如图1-46所示，由2个发光二极管、2个光电三极管、1个透光板和1个信号电路组成。

图1-45 霍尔式车轮速度传感器工作过程（2）

图1-46 光电式减速传感器结构

工作过程：当透光板上的开口位于发光二极管与光电三极管之间时，能使光电三极管导通，反之截止，计算机接收到传感器信号后，就可判定路面状况，如图1-47所示。

② 水银式减速度传感器。其基本结构如图1-48所示，由玻璃管和水银组成。

图1-47 光电式减速传感器工作过程

图1-48 水银式减速度传感器结构

工作过程：当汽车在低附着系数路面上制动时，汽车减速度小，水银基本不动，开关在玻璃管内处于接通状态，计算机按低附着系数路面控制。反之，在高附着系数路面上制动时，汽车减速度大，水银在玻璃管内前移，使玻璃管内的电路开关断开，计算机按高附着系数路面控制，如图1-49所示。

③ 差动变速器式减速度传感器。其基本结构如图1-50所示，由差动变压器和电子电路组成，其中差动变压器主要由一个初级绕组、两个串联的次级绕组和铁心组成。

图1-49 水银式减速度传感器工作过程

图1-50 差动变速器式减速度传感器结构

工作过程：当汽车制动减速时，铁心受惯性力作用向前移动，从而使差动变压器线圈内的感应电压发生变化，以此作为输出信号送入ECU用来控制ABS的工作，如图1-51所示。

九、制动压力调节器结构原理

制动压力调节器（见图1-52）的作用是根据ECU的指令来调节各个车轮制动器的制动压力。制动系统不同，所采用的制动压力调节装置的结构和工作原理也不同。常用的制动系统主要有液压式、机械式、气压式和空气液压复合式等。而在ABS中应用最广泛的是液压式制动系统。因此，在这里主要介绍液压式制动压力控制装置。

图1-51 差动变速器式减速度传感器工作过程

图1-52 制动压力调节器

液压式制动压力控制装置（制动压力调节器）主要由液压电动泵、液压控制电磁阀及储液器等组成。压力调节器安装在主缸和轮缸之间，通过电磁阀直接或间接地控制轮缸的制动压力。

1.循环式制动压力调节器

循环式制动压力调节器的结构如图1-53所示。

（1）电磁阀

电磁阀直接控制轮缸的制动压力。

① 三位三通电磁阀。三位三通电磁阀（由博士公司生产，应用于博士ABS中），在ECU控制下，使阀处于增压、保压、减压3种位置。

三位三通电磁阀的结构如图1-54所示，它由进液阀、回液阀、主弹簧、副弹簧、固定铁心及衔铁套筒等组成。

图1-53 循环式制动压力调节器结构

图1-54 三位三通电磁阀结构

三位三通电磁阀的工作过程如下所述。

增压（常规）制动状态：电磁线圈未通电时，在主弹簧张力作用下，进液阀打开，回液阀关闭，进液口与出液口保持畅通。

保压状态：如图1-55所示，电磁线圈通入较小电流（2A），产生的电磁吸力小，吸动衔铁上移量少，但能适当压缩主弹簧，使进液阀关闭，放松副弹簧，回液阀并不打开。

减压状态：如图1-56所示，电磁阀线圈通入较大电流（5A），产生的电磁吸力大，吸动衔铁上移量大，同时压缩主、副弹簧，使进液阀仍保持关闭，回液阀打开。

图1-55 三位三通电磁阀保压状态

图1-56 三位三通电磁阀减压状态

该电磁阀工作在3个状态（增压、保压、减压），称为“三位”。该电磁阀对外具有3个接口（进液口、出液口、回液口）分别通总泵、通分泵、通储液器，称为“三通”。所以该电磁阀称为三位三通电磁阀，常写成3/3电磁阀。

② 二位二通电磁阀。二位二通电磁阀的结构如图1-57所示，又分为二位二通常开电磁阀和二位二通常闭电磁阀。两种电磁阀均由阀门、衔铁、电磁线圈、回位弹簧等组成。

图1-57 二位二通电磁阀结构

常态下，二位二通常开电磁阀阀门在弹簧张力作用下打开，二位二通常闭电磁阀阀门在弹簧张力作用下闭合。

二位二通常开电磁阀用于控制制动总泵到制动分泵的制动液通路，又称为二位二通常开进液电磁阀。

二位二通常闭电磁阀用于控制制动分泵到储液器的制动液回路，又称为二位二通常闭出液电磁阀。

两个电磁阀配套使用，共同完成ABS工作中对制动压力调节的任务。

③ 二位三通电磁阀。二位三通电磁阀的结构如图1-58所示，由两个阀门（第一球阀和第二球阀）、衔铁、弹簧及电磁线圈等组成。二位三通电磁阀主要用于戴维斯MK II ABS中的主电磁阀。

第一球阀（常闭阀门）用于控制助力室与内部储液室之间的制动液通路—高压控制。

第二球阀（常开阀门）用于控制储液筒与内部储液室之间的制动液通路—低压控制。

二位三通电磁阀的工作过程如下。

踏下制动踏板，ABS不工作（电磁线圈未通电）时，第一球阀关闭，第二球阀打开，内部储液室与储液筒相通，低压制动液由制动总泵进入两前轮制动分泵，对两前轮实施低压制动。由于助力室在控制滑阀作用下在踏下制动踏板的同时，储存了高压制动液，所以对两后轮实施高压制动。

ABS工作（电磁线圈通电）时，第一球阀打开，接通助力室与内部储液室之间的高压制动液通路，第二球阀关闭，切断了储液筒与内部储液室之间的低压制动液通路，此时，前、后轮均为高压制动。

在制动过程中，增压、保压、减压的转换均由二位二通常开进液电磁阀和二位二通常闭出液电磁阀控制调节。

图1-58 二位三通电磁阀结构图

（2）回油泵与储液器

当电磁阀在减压过程中，从制动轮缸流出的制动液经储液器由回油泵泵回制动主缸。

储液器根据储存制动液压力的不同，分为低压储液器和高压储能器。分别配置在不同形式的制动压力调节系统中。

① 低压储液器与电动泵如图1-59所示。低压储液器，用来接纳ABS减压过程中从制动分泵回流的制动液，同时还对回流制动液的压力波动具有一定的衰减作用。

图1-59 低压储液器与电动泵

储液器内有一活塞和弹簧。减压时，回流的制动液压缩活塞克服弹簧张力下移，使容积增大，暂时存储制动液。

电动回液泵由直流电动机和柱塞泵组成。柱塞泵由柱塞、进出液阀及弹簧组成。

当ABS工作（减压）时，根据ECU输出的指令，直流电动机带动凸轮转动，凸轮将驱动柱塞在泵筒内移动。

柱塞上行时，储液器与制动分泵内具有一定压力的制动液进入柱塞泵筒。柱塞下行时，压开进液阀及泵筒底部的出液阀，将制动液泵回制动总泵出液口。

② 高压蓄能器与电动增压泵如图1-60所示。高压蓄能器下端，设有一个压力控制开关、一个压力警示开关，检测高能蓄压器下腔制动液压力。压力低于15MPa时，开关闭合，增压泵工作。压力达到18MPa时，开关打开，增压泵停止工作。

高能蓄压器用于储存制动中或ABS工作时所需的高压制动液。高压蓄能器多采用黑色气囊状球体。黑色气囊状球体被一个膜片分隔成两个互不相通的腔室。上腔为气室，充入氮气并具有一定的压力。下腔为液室，与电动增压泵液道相通，盛装由电动增压泵泵入的制动液。

压力警示开关设有两对开关触点，一对常开，一对常闭。当高压蓄能器下腔制动液压力低于10.5MPa时，常开触点闭合，点亮红色制动警示灯；同时常闭触点张开，该信号送给ECU，关闭ABS并点亮黄褐色ABS警示灯。

（3）工作过程

图1-60 高压蓄能器与电动增压泵

循环式制动压力调节器的工作过程如下。

① 增压（常规制动）过程。增压过程如图1-61所示。踏下制动踏板，由于电磁阀的进液阀开启，回液阀关闭，各电磁阀将制动总泵与各制动分泵之间的通路接通，制动总泵中的制动液将通过各电磁阀的进出液口进入各制动分泵，各制动分泵的制动液压力将随着制动总泵输出制动液压力的升高而升高。

图1-61 增压（常规制动）过程

② 保压过程。如图1-62所示，当某车轮制动中，滑移率接近于20%时，ECU输出指令，控制电磁阀线圈通过较小电流（约2A），使电磁阀的进液阀关闭（回液阀仍关闭），保证该控制通道中的制动分泵制动压力保持不变。

图1-62 保压过程

③ 减压过程。如图1-63所示，当某车轮制动中，滑移率大于20%时，ECU输出指令，控制电磁阀线圈通过较大电流（约5A），使电磁阀的进液阀关闭、回液阀开启，制动分泵中的制动液将通过回液阀流入储液器，使制动压力减小。

与此同时，ECU控制电动泵通电运转，将流入储液器的制动液泵回到制动总泵出液口。

图1-63 减压过程

2.可变容积式制动压力调节器

液压控制可变容积式制动压力调节器如图1-64所示。

（1）特点

在汽车原有制动系统管路中增加一套液压控制装置，用于改变制动管路容积，实现增压—保压—减压的循环调节。这种制动压力调节系统的控制液压油路和ABS控制的制动液油路是相互隔开的。

图1-64 液压控制可变容积式制动压力调节器

可变容积式制动压力调节器的组成、原理

（2）液压控制可变容积调压方式应用实例（本田车系ABS）

液压控制可变容积调压方式应用如图1-65所示，4个传感器、4个通道，4个车轮均独立控制，制动压力调节器由电磁阀、调压缸、电动增压泵、储能器、压力开关组成。

图1-65 液压控制可变容积调压方式应用实例

液压控制可变容积调压方式的工作过程如下。

踏下制动踏板，制动液由制动泵→A腔→开关阀→B腔→制动分泵。制动分泵制动液压力将随踏板力的增大而增大。

滑移率趋近于20%时，ECU控制输入电磁阀略通电后即关闭，输出电磁阀通电关闭。滑动活塞产生位移使开关阀关闭，A腔与B腔隔断，B腔容积不变，实现保压过程。

滑移率>20%时，ECU控制输入电磁阀通电打开，输出电磁阀通电关闭。滑动活塞在控制液压作用下上移，使B腔容积增大，实现减压过程。

滑移率<20%时，ECU控制输入电磁阀断电关闭，输出电磁阀断电打开。控制油液泄入储液罐，滑动活塞下移，使B腔容积减小，实现增压过程。

（3）微型电动机控制可变容积式制动压力调节器

微型电动机控制可变容积式制动压力调节器的特点是在汽车原有制动系统管路上增加一套控制装置，用于控制制动管路中容积的变化。这种制动压力的调节方式是由活塞在调压缸中所产生的位移直接改变制动管路的容积，实现增压—保压—减压的循环调节。其结构如图1-66所示，主要由调压缸和电磁阀组成。ABS工作过程是单向阀、电磁阀均关闭，活塞在调压缸中运动，完成增压、保压、减压过程。

图1-66 微型电动机控制可变容积式制动压力调节器

十、电子控制单元（ECU）

电子控制单元是汽车ABS防抱死制动系统的控制中心。它能够接收传感器的信号并进行分析，判断车轮是否抱死，然后向制动压力调节器发出制动压力控制指令。它是一台微型计算机，一般由两个微处理器和电路组成，封装在金属壳体中，形成一个独立的整体单元。电子控制单元通常安装在汽车上尘土和潮气不易侵入、电磁干扰较小的部位。电子控制单元通过线束与传感器和执行机构相连，在某些车型上，为了使ABS系统结构紧凑，减少插头和线束，将电子控制单元就安装在制动压力调节装置上。

1.电子控制单元的作用

当ABS起作用时，电子控制单元监测并控制制动系统的工作情况，即ECU具有对制动系统进行“监测”和“控制”两方面的功能，如图1-67所示。

（1）防抱死制动控制功能

对制动系统进行防抱死制动控制是电子控制单元的主要功能，ECU接收各个车轮轮速传感器及其他传感器的输入信号，然后按照预先设置的控制逻辑进行处理和运算，从而形成相应的控制指令，对执行机构进行控制，通过制动压力调节装置调节制动压力，防止各车轮抱死。

（2）系统监测功能

对制动系统进行监测是电子控制单元的另一个功能，ECU接收制动灯开关、压力开关以及其他各种信号来监测ABS工作是否正常，当ECU监测到ABS工作不正常时，会自动停止ABS工作并点亮ABS警告灯，以免因系统故障造成错误的控制结果。在部分利用液压制动的ABS中，ECU还控制电动液压泵的工作。

在正常情况下，发动机起动后，ABS警告灯数秒后就应自动熄灭，否则说明ABS有故障。

图1-67 电子控制单元功能示意图

2.ECU的基本电路

ECU内部电路结构主要由输入放大电路、运算电路、电磁阀控制电路以及安全保护电路等组成，各种ABS系统的ECU电路框图如图1-68～图1-70所示。

（1）输入电路

输入电路主要由一低通滤波器和用以抑制干扰信号并放大车轮转速信号的输入放大器组成。其功用是对输入电子控制单元的信号进行预处理，滤除输入信号中的各种干扰，对输入的信号进行整形，然后将输入的各种模拟信号转换为数字信号后输入运算电路中。在对系统的监测过程中，由运算电路发出的测试脉冲信号又经输入电路传给各车轮转速传感器，再由输入电路将各传感器的反馈信号处理后输入运算电路。输入电路的数量与车轮转速传感器的数量一致，即采用4个传感器的ECU中相应有4个输入电路，采用3个传感器的ECU中相应有3个输入电路。

图1-68 四传感器、两通道控制ABS系统的ECU内部电路框图

图1-69 四传感器、三通道控制ABS系统的ECU内部电路框图

图1-70 四传感器、四通道控制ABS系统的ECU内部电路框图

（2）运算电路（微处理器）

运算电路主要进行车轮线速度、初始速度、滑移率、加速度和减速度的运算，并进行电磁阀控制参数的运算和监控运算。运算电路可分为瞬时线速度运算电路、初始速度运算电路、比较运算电路、电磁阀控制参数运算电路和监控运算电路。

车轮转速传感器信号经过输入电路预处理后输入运算电路，首先由瞬时线速度运算电路计算出车轮的瞬时线速度，并将运算结果输送给初始速度运算电路；再由初始运算电路对瞬时线速度进行积分运算，计算出车轮的初始速度，并将计算结果输送给比较电路；比较电路则再对初始速度和瞬时线速度进行比较运算，计算出车轮的滑移率、加速度和减速度，输送给电磁阀控制参数运算电路；最后由电磁阀控制参数运算电路，根据计算出的车轮滑移率、加速度和减速度，计算出电磁阀的控制参数并输送给电磁阀控制电路。

在ECU中一般设有两套运算电路（两个微处理器），这两套运算电路可以是完全相同的，也可以是不同的。在运算电路相同的ECU中，两套运算电路同时进行运算并利用交互式通信方式进行数据传输，利用各自的运算结果进行相互比较、相互监测，确保可靠性。在运算电路不同的ECU中，一套为控制运算电路（控制微处理器），另一套为安全运算电路（安全微处理器），如图1-71所示。经过输入电路预处理的信号输入到控制运算电路，进行运算和处理，形成相应的控制指令；为了防止因系统发生故障导致错误的控制，由安全运算电路与控制运算电路通过双向通信对整个系统进行监测，当发现系统存在故障时，控制运算电路和安全运算电路都可以通过控制主继电器和电磁阀继电器使系统退出工作状态，并将故障信息存储。

图1-71 两套运算电路不同的ECU内部电路框图

（3）电磁阀控制电路

电磁阀控制电路接收由运算电路输送来的电磁阀控制参数信号，由数字式控制指令转换为模拟式控制信号，并将控制信号放大后向电磁阀的电磁线圈提供不同的控制电流，以控制电磁阀的工作位置。

（4）安全保护电路

安全保护电路主要包括稳压电源电路、电源监控电路、故障存储电路和继电器驱动电路4部分。稳压电源电路将汽车蓄电池或发电机提供的电源电压转变为ECU内部所需的稳定电压，并由电源监控电路对电源电压是否稳定在规定的范围进行监控。

故障存储电路对向ECU各电路（输入电路、运算电路和电磁阀控制电路）输入的信号进行监控，并以故障码的形式将其检测到的故障存储在存储器中，以便诊断故障时调取。

继电器驱动电路实际是一个报警电路，当故障存储电路检测到故障时，报警电路驱动相应的继电器，切断ABS电源电路使ABS停止工作，制动系统转入普通制动模式，同时点亮ABS警告灯提示驾驶员ABS出现故障。

3.ECU软件简介

ABS的电子控制单元的软件主要由防抱死控制和安全控制两部分组成。防抱死控制部分的功能是对经过输入电路预处理的车轮转速信号进行采样、计算和分析，并形成相应的控制指令。安全控制部分的功能是对系统的工作状态进行监控，将故障情况进行存储，并将系统自动关闭。ABS的软件一般都按结构化形式进行编制，并被固存在EPROM中。

图1-72所示为ABS的主程序流程示意图。程序起动后，首先对系统进行初始化设置，清除内存，设置输入/输出接口，起动中断，设置条件控制等。然后进入主程序，主程序大约每5ms运行一次，首先对车轮防抱死控制软件的各模块和子程序进行初始化，对索引结构和控制程序进行初始化，对索引结构和控制标识进行重新设置，对地址和参数进行确认，将各个车轮的脉冲时刻和个数存入存储器中，并调用车轮转速子程序计算出车轮的转速和加速度，然后根据这些计算出的参数判断汽车运动是否正常，并同时检测系统硬件的状态，若系统硬件和汽车运动不正常则切断供电并通过警告灯报警；如果汽车运动正常则进入控制模式选择，判断汽车是否进行防抱死制动控制；若进行防抱死制动控制，首先需要计算参考速度，由车轮加速度和参考速度与控制门限做比较，确定控制循环的阶段。最后根据控制循环阶段确定出控制命令状态，并输出给执行机构。

图1-72 ABS控制主程序流程

十一、ABS应用实例

ABS形式各异，但两个方面相同：一方面ABS工作车速必须达到一定值后，才会对制动过程中趋于抱死的车轮进行制动防抱死控制调节。另一方面ABS都具有自诊断功能。一旦发生影响系统正常工作的故障时，ABS自动关闭，同时ABS警告灯点亮。常规制动仍可正常工作。

1.博世ABS

（1）结构特点

制动压力调节器为分离式且独立安装；调压方式为循环式；控制方式为两前轮独立控制，两后轮按低选原则一同控制；电磁阀为三位三通电磁阀。

（2）制动压力调节过程

① 制动压力增大。制动压力增大过程如图1-73所示，踏下制动踏板，由于电磁阀的进液阀开启，回液阀关闭，各电磁阀将制动总泵与各制动分泵之间的通路接通，制动总泵中的制动液将通过各电磁阀的进出液口进入各制动分泵，各制动分泵的制动液压力将随着制动总泵输出制动液压力的升高而升高，实现增压过程。

图1-73 制动压力增大过程

② 制动压力保持。制动压力保持过程如图1-74所示，当某车轮制动中，滑移率接近于20%时，ECU输出指令，控制电磁阀线圈通过较小电流（约2A），使电磁阀的进液阀关闭（回液阀仍关闭），保证该控制通道中的制动分泵制动压力保持不变，实现保压过程。

图1-74 制动压力保持过程

③ 制动压力减小。制动压力减小过程如图1-75所示，当某车轮制动中，滑移率大于20%时，ECU输出指令，控制电磁阀线圈通过较大电流（约5A），使电磁阀的进液阀关闭回液阀开启，制动分泵中的制动液将通过回液阀流入储液器，使制动压力减小，实现减压过程。

与此同时，ECU控制电动泵通电运转，将流入储液器的制动液泵回到制动总泵出液口。

图1-75 制动压力减小过程

（3）电子控制系统控制过程

对图1-76所示的电子控制系统的控制过程分析如下。

① 打开点火开关，ECU进入自检。ABS保护继电器线圈通电：蓄电池电压（12V）经触点送至ECU端子1，触发自检，时间为3～5s。自检中，ECU端子27、28均未搭铁，电动泵继电器、电磁阀继电器常开触点均不闭合，电动泵及电磁阀均不工作。

② ABS警告灯亮。ABS警告灯亮后可能出现两种情况：灯亮3～5s后熄灭，说明系统正常；灯亮3～5s后不熄灭，说明系统有故障，ECU关闭ABS，汽车仅保持常规制动。

③ 自检正常，ABS等待工作。ECU端子27搭铁，接通电磁阀继电器线圈电路。电磁阀继电器线圈通电，铁心产生吸力，常闭触点（30→87A）张开，ABS警告灯熄灭；常开触点（30→87）闭合，蓄电池电压作用在3个三位三通电磁阀线圈及ECU端子32上。

2.戴维斯MK20-I型ABS

戴维斯MK20-I ABS是戴维斯MK II ABS的换代产品，是目前世界上比较新的一代ABS产品。以桑塔纳2000GSi轿车上装用的MK20-I ABS为例说明其结构特点。

（1）MK20-I ABS结构特点

① 采用模块式结构设计，将液压控制单元（储液器、电动回液泵、电磁阀）与电子控制单元集成为一体，使其结构更加紧凑。

② 电磁阀线圈设置于控制单元内部，节省连接导线。采用大功率集成电路直接驱动电磁阀及回液泵电动机，省去了电磁阀继电器。

③ 电子控制单元内部设有故障存储器，随车带有故障诊断接口，借助诊断仪调取故障码可以很方便地进行故障诊断。

图1-76 博世ABS2电子控制系统

④ MK20-I ABS采用四传感器、三通道控制系统，其控制原则是对两前轮进行独立控制，对两后轮按低选原则一同控制。

其目的是在制动过程中，确保后轮不会先于前轮抱死，从而获得良好的制动稳定性。

（2）主要组成与结构

① 轮速传感器。桑塔纳2000GSi轿车上装有4个磁感应轮速传感器，每个轮速传感器均由传感器头和齿圈组成，如图1-77所示。

前轮轮速传感器齿圈（43个凸齿）镶嵌在制动盘后，随制动盘一同旋转，传感器头安装在转向节上。

后轮轮速传感器齿圈（43个凸齿）安装在轮毂上，随轮毂一同旋转，传感器头则安装在固定支架上。

② 控制模块。控制模块（见图1-78）由液压控制单元和电子控制单元组成。液压控制单元由储液器、电动回液泵、电磁阀等组成。电子控制单元ECU中具有两个完全相同的微处理器，它们按照同样的程序对输入信号进行计算处理，并将最终结果进行比较，一旦发现最终结果不一致，即判定自身存在故障，它会自动关闭ABS，同时将仪表板上的ABS警告灯点亮。

③ 故障警告灯。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）。

打开点火开关后ABS警告灯亮约2s熄灭，说明自检结束的同时已起动ABS。若ABS警告灯常亮，说明ABS出现故障。

图1-77 桑塔纳2000GSi轿车上装用磁感应轮速传感器

图1-78 桑塔纳2000GSi轿车ABS控制模块

（3）液压控制系统

桑塔纳2000GSi轿车上采用的MK20-I ABS液压控制系统为对角线双回路控制系统，如图1-79所示。

图1-79 桑塔纳2000GSi轿车MK20—I ABS液压控制系统

任务实施

一、ABS的使用与检修

1.ABS的使用

（1）装有ABS的车辆容易出现的一些特殊现象

① 发动机起动后，有时发动机舱内会发出类似撞击的声音。

② 某些装有ABS的汽车在发动机起动时，踏下制动踏板会弹起，而在发动机熄火时，制动踏板会下沉。

防抱死制动系统（ABS）的检修

③ 制动时转动转向盘，会感到转向盘有轻微的振动。

④ 制动时，有时会感到制动踏板有轻微下沉或轻微振动，这是由于制动分泵的高速收放时高压的制动液被频繁挤压而产生的。

⑤ 高速行驶急转弯时，或在冰滑路面上行驶时，有时会出现制动警告灯亮起的现象。

⑥ 在积雪路面上制动时，有时制动距离较长。

⑦ 装有ABS的汽车在制动后期，车轮也会被抱死，在地面留下拖滑的印痕的现象，但与常规制动时的印痕有所不同。

（2）使用装备ABS的车辆的注意事项

① 要保持足够的制动距离。

② 切忌反复踩制动踏板。应踩下制动踏板，使施加在制动踏板上的力持续且稳定。

③ ABS正常时，会产生液压工作噪声和制动踏板振动。这属于正常现象。在紧急制动时，应直接将加速踏板踩到底，且不放松。

④ 不要忘记控制转向盘。

⑤ 在行车中应留意仪表板上的ABS警告灯情况，如发现闪烁或长亮，说明已不具备ABS功能，但常规制动系统仍起作用，应尽快到修理厂检修。

⑥ 要保持装在车轮上的传感器探头及齿圈的清洁。

⑦ 应严格按规定的轮胎气压标准加气，同时要保持同轴轮胎气压的均衡，严禁使用不同规格的轮胎。

⑧ ABS系统对制动液有严格的要求。添加或更换制动液应严格按照车辆使用说明书上的要求，禁止掺杂不同型号的制动液。

2.检修ABS时应注意的事项

（1）制动系统发生故障由ABS警告灯和制动装置警告灯指示。有时ABS警告灯和制动装置警告灯不亮，但制动效果仍不理想，则可能是系统放气不干净或在常规制动系统中存在故障。

（2）制动不良时，先区分是机械故障还是ABS系统故障。鉴别方法：让汽车以常规制动方式工作，如制动不良故障消失，则说明为ABS系统故障，如制动不良故障依然存在，则为机械故障。

（3）确定为ABS故障后，应首先对ABS的外观进行检查，检查制动油路和泵及阀有无泄露、导线的接头和插接器有无松脱、蓄电池电压是否亏电。在检查线路故障时，也不应漏检保险器。

（4）若外观检查正常，应用故障诊断仪或人工调取的方式查询故障代码，检查故障所在。

（5）不要轻易拆检ECU和液压控制器件，如果怀疑其有问题，可用替换法检查。

在拆检ABS液压控制器件时，应先进行卸压，以免高压油喷出伤人。卸压方法是先关闭点火开关，反复踩制动踏板20次以上，直到感觉踩制动踏板力明显增加变得非常硬时为止。

（6）开始维修前，应关闭点火开关，从蓄电池上拆下负极线。特别注意拔出ABS电气插头之前，必须关闭点火开关。

（7）拆卸前必须彻底清洁连接点和支撑面，清洁时不要使用汽油、稀释剂等类似的清洁剂，拆下的零件必须放在干净的地方，并覆盖好。

（8）把ABS ECU和液压控制单元分开后，必须把液压控制单元放在专用支架上，以免在搬运中碰坏阀体。

（9）制动系统打开后不要使用压缩空气，也不要移动车辆。

（10）拆下的部件如果不能立刻完成修理工作，必须小心地盖好或者用塞子封闭，以保证部件的清洁。

（11）更换配件时，必须使用质量良好的配件。配件要在安装前才从包装内取出。

（12）一定要按维修手册的要求进行安装调整。

（13）维修ABS制动系统作业完成后，按规定加装制动液，并对系统进行放气。

（14）在试车中，至少进行一次紧急制动。当ABS正常工作时，会在制动踏板上感到有反弹，并可感觉到车速迅速降低而且平稳。

二、ABS故障的一般检查方法

电磁式轮速传感器工作原理

1.车速传感器故障的检查

（1）故障现象

车轮速度传感器出现故障，传感器不一定损坏，往往是传感器磁头脏污，传感器与齿圈之间的气隙过大或过小，传感器插接件松动。

（2）检查方法

① 检查车轮速度传感器的电阻值：将点火开关置于关闭（OFF）位置；举升汽车；分别拆下前后轮及传感器的连接器；对应不同车型的维修手册，用数字万用表进行检查是否异常。

② 检查车轮速度传感器的信号电压：举升汽车；点火开关置于打开（ON）位置；以慢速度转动被检查车轮；对应不同车型的维修手册，用数字万用表进行检查是否有问题。如有问题就要按照不同车型维修手册的要求进行更换。

③ 车轮速度传感器的齿圈的检查：检查是否有变形、断齿等现象，是否有泥土、脏污、铁石等异物堵塞。应根据不同情况进行更换或清洁。

2.ECU的检查

（1）检查ECU线束插接器、连接导线有无松动。

（2）检查ECU线束插接器各端子的电压值、波形或电阻，如与标准值不符且与之相连的部件和线路正常，应更换ECU后再试。

（3）直接采用替换法检验，即在检查其他部件无故障时，可用新的ECU代替，如故障消失，则为ECU故障。

3.压力调节器的检查

（1）常见故障

压力调节器的常见故障为电磁阀线圈不良和阀泄漏。

（2）检查方法

① 用电阻表检查电磁阀线圈的电阻，若电阻无穷大或过小，则电磁阀有故障。

② 将电磁阀加载其工作电压进行实验，如不能正常动作，则应更换。

③ 解体后检查。

4.ABS控制继电器的检查

（1）常见故障

ABS控制继电器的常见故障为触点接触不良和继电器线圈不良等。

（2）检查方法

① 对继电器施加正常工作电压，若能正常动作，再检测继电器触点间的电压和电阻，正常情况下，触点闭合时电压为零。电压大于0.5V，说明触点接触不良。

② 继电器线圈电阻应在正常范围内。

三、ABS制动液添加与补充

1.要求原则

（1）应选用厂家要求的制动液。

（2）应具有抗氧化性。

（3）应选用对橡胶件有较好润滑作用的制动液，不能使橡胶件膨胀。

（4）应选用对金属腐蚀性小的制动液。

（5）应选用具有较低的凝固点、较高的沸点和吸水性的制动液，必须具有较好的润滑性能，适应液压系统的橡胶及金属件。

2.选用制动液

ABS制动液一般选用DOT3、DOT4，不能使用DOT5硅铜制动液，制动液用错会造成制动元件过度磨损和其他情况。

3.制动液的更换周期

ABS系统的制动液建议每两年更换一次。

四、ABS的放气

1.ABS渗入空气的直观判断

若一次踏下制动踏板，软弱无力，连续踏下数次，制动踏板逐渐升高，感觉制动踏板很硬，说明ABS中渗入空气。

2.ABS渗入空气的危害性

ABS中若有空气，会严重干扰制动压力调节，而使ABS系统的作用丧失，会导致制动效果下降，制动反应迟钝，甚至制动失灵。

3.ABS的放气

对ABS的放气，要按规定进行，放气的顺序如下。

（1）使用专用橡胶管的一端接在某一放气螺钉下，而另一端插入盛有半瓶制动液的玻璃瓶中。

（2）反复踏制动踏板，将制动踏板踏住不动，按顺序先远后近打开制动分泵放气螺钉后马上扭紧，玻璃瓶中应有气泡产生，多次重复这一过程，每次间隔2～5s，直至玻璃瓶中没有气泡产生，制动踏板升至最高位置（约和油门踏板平齐），如图1-80所示。

（3）补充制动液。

图1-80 放气操作过程

4.ABS的放气原则

ABS的放气原则通常是先远后近、先下后上逐个车轮进行放气。

5.ABS的放气顺序

放气顺序为从右后轮缸到左后轮缸、从左后轮缸到右前轮缸、从右前轮缸到左前轮缸。

例如，达科（VI）ABS的放气，一般程序如下。

① 找到前轮放气螺钉。

② 在前轮放气螺钉上安一泄油管。

③ 慢慢拧松放气螺钉1/2～3/4转。

④ 制动液流出，若没有气泡时就关闭。

⑤ 找到后轮放气螺钉按步骤进行放气，如图1-81所示。

图1-81 达科（Ⅵ）ABS的放气

五、汽车防抱死制动系统的故障案例诊断过程

根据任务资料中的故障现象，首先应检查ABS液压调节器储液器的制动液液面，如正常，将点火开关置于OFF位，短接杂物箱下方的诊断插座两端子，再将点火开关置于ON位，读取故障码，结果无代码输出。

本田雅阁ABS由ABS ECU、液压调节器、轮速传感器、ABS警告灯和诊断插座等组成。液压调节采用变容原理，液压调节器由油泵、蓄压器、压力开关、储液器、6个电磁阀（3个进油电磁阀的输入阀、3个回油电磁阀）和4个滑动活塞组组成。进油阀（输入阀）为常闭电磁阀，回油阀（输出阀）为常开电磁阀。在整个制动过程中，油泵产生的高压油液并不与制动轮缸相通，压力的调节是通过滑动活塞移动来实现的，滑动活塞的移动则是由控制活塞控制，而控制活塞的移动则是由ECU指令电磁阀动作，使高压油液进入或停止进入控制活塞下方，或是使控制活塞下腔内的高压油回到储液器来实现的；常规制动状态时，电磁阀均不通电，制动轮缸的压力随主缸的压力上升而上升；进、回油阀均通电，则为减压状态；进油阀断电关闭，同时回油阀通电关闭时为压力保持状态；ABS ECU根据来自轮速传感器的信号确定车轮有无抱死，然后给液压调节器中的电磁阀发出指令，进行防抱死制动控制。当油压不足时，ABS ECU同时指令油泵电动机运转。ABS ECU还通过制动灯开关、手制动灯开关和压力开关来监视ABS的工作是否正常，并能进行自我诊断。

基于以上工作原理，考虑到该车每次起动后，ABS油泵电动机都运转较长时间，油泵电动机停止运转后ABS警告灯点亮。这说明有两种可能：一是初次起动时，ABS油压不足，所以油泵电动机运转，发动机熄火后接着再起动，油泵仍需工作，说明前一次油泵工作并没能给系统建立足够的油压，屡次起动都是如此，说明油压不能建立；二是压力开关在油压足够高时仍不能接通，ABS ECU判定油压过低而使油泵在发动机每次起动后较长时间运转。

为确定是否油压过低，拧开ABS液压调节器上的放气螺钉，起动发动机，此时油泵电动机运转，放气螺钉处只能喷出高度约30mm的油柱，油泵工作一定时间后，再拧松放气螺钉，则几乎无油流出。从理论上来说，油泵能产生高达20MPa左右的压力，且有蓄压器，即使油泵电动机停止运转后，在一定时间内也能保持足够的油压。此种情况说明油压过低了。

观察储液器，油泵运转时，回油口不见回油，而进油口反而有反流的现象。问题很可能出在柱塞式油泵本身的进油阀或柱塞与柱塞套筒上。拆下液压调节器总成，分解柱塞泵，发现进、出油阀的钢球及阀座均已磨损，柱塞上的皮圈也老化了，于是更换柱塞泵组件，直接通电给油泵电动机，拧开放气螺钉，此时喷出油柱达200mm高，装复后放气，起动发动机，故障排除。

原来，这种ABS在油压达到标准时，油泵停止工作，油压过低时，油泵工作，而工作一定时间后如油压仍不足，ABS ECU便指令油泵停止工作，同时将ABS警告灯点亮，警告驾驶员ABS有故障，应检修。后来出厂的装有这种ABS的本田车如果出现此类故障，一般可以读到故障码10。

习题测试

一、填空题

1.ABS按功能和布置形式不同可分为____和____。

2.ABS按控制通道数目不同可分为____、____、____和____。

3.循环式制动压力调节器在汽车制动过程中，ECU控制流经制动压力调节器电磁线圈的电流大小，使ABS处于____、____、减压3种状态。

4.轴控式ABS又分为____控制式和____控制式。

二、选择题

1.当滑移率为100%时，横向附着系数降为（ ）。

A.100%

B.50%

C.0

D.都不正确

2.为了避免灰尘与飞溅的水、泥等对传感器工作的影响，在安装前需对车速传感器加注（ ）。

A.机油

B.工作液

C.润滑脂

D.ATF

3.循环式制动压力调节器是在制动总缸与轮缸之间（ ）一个电磁阀，直接控制轮缸的制动压力。

A.串联

B.并联

C.都可以

D.均不正确

4.下列系统哪个不属于主动安全系统（ ）。

A.ASR

B.ABS

C.ESP

D.SRS

三、判断题

1.ABS排气时间要比普通系统短，消耗的制动液也少。（ ）

2.刚刚放出的制动液不能马上添回储液罐，需在加盖的玻璃瓶中静置12h以上，待制动液中的气泡排尽后才能使用。（ ）

3.汽车制动时，产生侧滑及失去转向能力与车轮和地面间的横向附着力无关。（ ）

4.车轮抱死时将导致制动时汽车稳定性变差。（ ）

5.电控ABS主要由传感器、电子控制单元和执行机构组成。（ ）

6.对于柱式极轴式传感器来说，其安装方式需将其轴垂直于齿圈。（ ）

7.ABS是在常规制动系统基础上工作，ABS出现故障不影响常规制动系统。（ ）

四、简答题

简述压力调节器的故障检查方法。