汽车防滑控制系统

第十四章 汽车防滑控制系统 第一节 概述 第二节 防滑控制系统的基本组成及工作过程 第三节 防滑控制系统主要组成件的结构及工作原理 第四节 制动压力调节器的调压方式及工作原理 第五节 轿车防滑控制系统 第六节 防滑控制系统的维护与检修 第十四章 汽车防滑控制系统 第一节 概述 汽车防滑控制系统就是对制动防抱死系统和驱动防滑系统的统称。 制动防抱死系统 (Anti-lock Braking System)，简称 ABS。 驱动防滑系统 (Acceleration Slip Regulation)，简称 ASR。它也 被称为驱动力控制系统 (Traction Control System)，简称 TCS。 轮胎与路面的附着关系： F=G F 轮胎与路面间的附着力， N G 轮胎与路面间的垂直载荷， N 轮胎与路面间的附着系数。 由于轮胎与路面之间的垂直载荷和附着系数会随许多因素而变化，因 此，轮胎与路面间的附着力实际上是经常变化的。 （一）车轮滑动率对附着系数的影响 车轮相对于路面的滑动可分为滑移和滑转两种形式，引 入车轮滑动率的概念可以表征车轮运动中滑动成分所占的 比例。 1. 汽车在制动过程中，车轮可能相对于路面发生滑移，滑移 成分在车轮纵向运动中所占的比例可以由 负滑动率 表征。 SB =(r-v) / v 100% -100% SB 0，车轮滑移所占成分越多， SB 越大。 2. 汽车在驱动过程中，驱动车轮可能相对于路面发生滑转， 滑转成分在汽车纵向运动中所占的比例可由 正滑动率 表征。 SA=(r-v) / r 100% 0 SA 100%，车轮滑转比例越大， SA 越大。 通过试验发现，在硬实路面上，弹性车轮与路面间的附着系 数 和滑动率 S 存在如下图所示的关系。 （二）防滑控制系统的作用与工作原理： 使汽车能够自动地将车轮控制在纵向和横向附着系数 都很大的滑动率范围内。 制动防抱死系统在制动过程中，通常将车轮滑移率控 制在 10%20%的范围内；驱动防滑系统在驱动过程中， 通常将车轮滑移率控制在 5%15%的范围内。 制动防抱死系统 (ABS) 都是在制动过程中，通过调 节轮缸（或制动气室）的制动压力使作用车轮的制动力矩 受到控制，从而控制车轮的滑移率。 而防滑驱动控制系统 (ASR) 在驱动过程中通常可以通 过调节发动机的输出转矩、转动系的传动比、差速器的锁 紧系数等控制作用于驱动车轮的驱动力矩，以及通过调节 驱动车轮制动轮缸（或制动气室）的制动压力控制作用于 驱动车轮的制动力矩。实现对驱动车轮牵引力矩的控制。 第二节 防滑控制系统的基本组成及工作过程 （一） ABS 的基本组成及工作原理 ABS 通常由车轮轮速传感器、制动压力调节器、电子控制单元 (ECU) 和 ABS 警示装置等组成。如图： 如下图所示： ABS 的工作过程可以分为常规制动、制动压力保持、制动压 力减小和制动压力增大等阶段。 1. 常规制动阶段（ ABS 并不介入制动压力控制） 2. 制动压力保持阶段 3. 制动压力减小阶段 4. 制动压力增大阶段 ABS 系统具有以下优点： 1. 增大了汽车制动时的稳定性。 2. 能缩短制动距离。 3. 改善了轮胎的磨损状况。 4. 使用方便，工作可靠。 （二） ASR 的基本组成和工作原理 ASR/TCS 可以通过调节作用于驱动车轮的驱动力矩 和制动力矩，在驱动过程中防止车轮发生滑转。目前在 ASR 系统中通常通过控制节气门开度和点火提前角的方式 调节发动机的输出转矩，从而对作用于驱动车轮的驱动力 矩进行调节。为了使驱动车轮的转速迅速降低，或者使两 侧驱动车轮获得不同牵引力，通常 ASR都可以通过对驱动 车轮施加一定的制动力矩得以实现。 右图所示为一种较为典型的具有制 动防抱死和驱动防滑功能 ABS/ASR 防滑控制系统，其中 ASR和 ABS共用 车轮转速传感器和电子控制单元 (ECU)，只在通往驱动车轮制动轮缸 的制动管路中增设一个 ASR制动压力 调节器，在由加速踏板控制的主节气 门上方增设一个由步进电机控制的副 节气门，并在主副节气门处各设置一 个节气门开度传感器，即可实现 ASR 控制。 ASR 制动液压系统： 下图中的 ASR 制动压力调节器主要包括制动供能装置（由电动泵和储 能器组成）和电磁控制阀总成（其中有三个二位二通电磁阀）组成。 （三） ABS和 ASR的比较： 相同点： 1. ABS和 ASR都是通过控制作用于被控制车轮的力矩， 而将车轮的滑动率控制在设定的理想范围之内，从而缩 短汽车制动距离或提高汽车的加速性能。 2. ABS和 ASR 都要求系统具有快速的反应能力，以适应 车轮附着力的变化；都要求控制偏差量尽可能达到最 小；都要求尽量减少调节过程中的能量消耗。 不同点： 1. ABS对驱动和非驱动车轮都可进行控制，而 ASR只对 驱动车轮进行控制。 2. 在 ABS控制期间，离合器通常处于分离状态（手动变 速），发动机也处于怠速运转，而在 ASR控制期间，离 合器处于接合状态，发动机的惯性对 ASR控制有较大影 响。 3.在 ABS控制期间，汽车传动系的振动较小，在 ASR控制期 间，很容易使传动系统产生较大的振动。 4.在 ABS控制期间，各车轮之间的相互影响不大，而在 ASR 控制期间，由于差速器的作用会使驱动车轮之间产生较大 的互相影响。 5. ABS只是一个反应时间近似一定的制动控制单环系统， 而 ASR却是由反应时间不同的制动控制和发动机控制等组 成的多环系统。 （四）控制通道 防滑控制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。 ABS按照控制通道数 可分为四通道系统、 三通道系统、双通道 系统和单通道系统， 其布置形式多样， 如图： 第三节 防滑控制系统主要组成件的结构及工作原理 （一）车轮转速传感器 车轮转速传感器检测车轮的速度，并将速度信号输入防滑 控制系统的电子控制单元。目前，用于防滑系统的转速传 感器主要有电磁式和霍尔式两种。 1.电磁式转速传感器 通过磁通量的变化产生感应电压 ,由传感头和齿圈两部分组成。 2.霍尔式转速传感器 优点： 1.输出信号电压幅值不受转速的影响。 2.频率响应高 3.抗电磁波干扰能力强。 （二）汽车减速度传感器 有些 ABS系统中，为了获得汽车的纵向或横向减速度，在汽车的车身上 安装有减速度传感器。如下图为采用水银开关的 G传感器。 （三） ABS制动压力调节器 ABS/ASR制动压力调节器的作用是接受电子控制单元 (ECU)的指令，通 过电磁阀的动作来实现车轮制动器制动压力的自动调节。它主要由电磁 阀阀体、制动液储能室、储能器、制动主缸、液压助力器与电动泵等组 成。如图： 下面主要介绍 ABS制动压力调压器。 1.电动泵 2.储能器 a.活塞弹簧式： b.气囊式： 3.电磁控制阀 ABS系统中都有一个或两个电磁阀体，其中有若干个电磁控制阀，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。 (1)三位三通阀 (2)二位二通阀 4.压力控制、压力警告和液位指示开关 （四）电子控制单元 ABS电子控制单元一般由以下几个基本电路构成 1.输入极电路：将转速传感器输入的正弦交流信号转换成脉 冲方波信号。 2.运算电路：主要是进行车轮线速度、初始速度、滑动率、 加速度及减速度等的运算，以及调节器的电磁阀控制参 数的运算和监控运算 3.输出级（电磁阀控制）电路：接受运算电路输入的电磁阀 控制参数信号，控制大功率三极管向电磁阀提供控制电路。 4.安全保护电路：将汽车电源提供的 12V或 14V的电压变为电 子控制单元内部所需的 5V电压。对电源电路的电压进行监 控，对故障信号进行监视，出现故障时停止 ABS系统工作， 点亮 ABS警告灯，并储存故障码。 电子控制单元内部电路如下图： ABS系统故障指示灯 第四节 制动压力调节器的调压方式及工作原理 （一） ABS调压方式 （ 1）循环式制动压力调节器：电磁阀直接控制轮缸制动压力 （ 2）可变容积式制动压力调节器：间接控制制动压力 现在以凌志 LS400轿车的循环式制动压力调节器来说明 ABS系统的调压工作原理 循环式制动压力调节器是在制动总缸和轮缸之间串联一电 磁阀，直接控制轮缸的制动压力，其特点是制动压力油路和 ABS控制压力油路相通。 组成：制动踏板机构、制动主缸、回油泵、储能器、电磁 阀、制动轮缸。 1）常规制动（升压）状态 此时 ABS系统不工作，制动轮缸与轮缸相通。如图： 2）保压状态 当转速传感器发出抱死危险信号时，电磁阀处于 “ 保压 ” 位置。此 时 主缸、轮缸和回油孔相互隔离密封，轮缸中制动压力保持一定。 3）减压状态 若 “ 保压 ” 命令发出后，车轮仍有抱死倾向，电磁阀将轮缸与回油 通道 或储液室接通，轮缸中的制动液经电磁阀流入储液室，轮缸压力下降。 4）增压状态 当压力下降后车轮转速太快时，电控单元便切断通往电磁阀的电流， 主缸和轮缸再次相通，主缸中高压制动液再次进入轮缸，使制动力增加。 （二） ASR调压方式 ASR制动压力调节器也可以采用流通调压方式进行防滑转制动压力调 节，故 ASR制动压力调节器也分为循环式和变容积式两种。 第五节 轿车防滑控制系统 以下以凌志 LS400为例，介绍轿车防滑控制系统的组成和功能。 LS400轿车的防滑驱动控制系统 (TRC)为选装件，所以国内只有部分 LS400制动防抱死系统中带有 TRC。 （一） LS400的制动防抱死系统 (ABS) 凌志 LS400不带 TRC的防抱死制动系统零件位置如下图所示。 在这一系统中，设有前轮左右轮速传感器各一个，后轮 左右轮速传感器各一个，共四个车轮速度传感器检测车轮的 转速；在 ABS控制通道中，前轮系统是由确保转向性能的左 右轮各一个通道组成，后轮系统则只装设一个通道。 该 ABS系统由轮速传感器、制动压力调节器、电控单 元、控制电路等部分组成。原理和工作方式与前面几节中介 绍的基本相同，故本节主要介绍带牵引力控制系统 (TRC) 的 LS400轿车防滑系统。 （二）牵引力控制系统 (TRC) LS400为后轮驱动车。其牵引力控制系统 (TRC)是在控 制发动机输出功率的同时控制汽车的驱动轮制动系统，即采 用发动机 /制动器并用控制方法，控制驱动轮转速，它有助 于避免在起动和加速时容易出现的驱动轮打滑现象，并根据 车速、路面状态控制汽车驱动轮的驱动力，和 ABS系统相结 合，保持制动滑移率在 15%30%之间，达到最佳制动效 果。 下图为 LS400 TRC 系统构成图， TRC系统由 TRC和 ABS ECU、 TRC制动 执行器、 ABS执行器、车轮转速传感器、副节气门位置传感器和副节气门 执行器组成。 该系统主要部件及工作原理： 1. 车轮转速传感器：与 ABS系统合用，当需要进行防滑控制时才用到。 2. 辅助节气门执行器：执行元件为一步进马达，接受 ECU指令逐渐关闭 辅助节气门。 3.主、副节气门位置传感器：主节气门位置传感器用来检测节气门开度， 并将开度大小信号送入 ECU。副节气门位置执行器根据来自 ABS和 TRC ECU的信号，打开和关闭副节气门，以控制发动机输出功率。 4.TRC 制动执行器： TRC工作过程是由 TRC泵和 TRC 制动执行器来完成 的。制动执行器是用来传送液压并释放从制动分泵来的液压。 5.ABS 和 TRC ECU 控制逻辑 6.故障保护功能 LS400 TRC系统控制电路如右 图所示： 第六节 防滑控制系统的维护与检修 （一）使用与维修中的一般注意事项 1. 拆装系统中的电器元件和线束插头，应先断开点火开关。 2. 不可用充电机起动发动机，也不要在蓄电池与汽车电系连 接的情况下，对蓄电池进行充电。 3. 避免电子控制单元受到碰撞和敲击。 4. 在高温环境（如烤漆作业）下，应拆下电子控制单元；在 焊接电器元件与线路时，应拔下线束插头。 5. 不要让油污沾染电子控制单元，特别是电子控制单元的端 子。 6. 要注意对蓄电池的电压进行检查，特别是长时间停驶后初 次起动时。 7. 不要使车轮转速传感器和传感器齿圈沾染油污或其他脏 污，且不要敲击轮速传感器。 8. 维修带有防滑制动功能的制动系统时，应首先将蓄能器中 的高压制动液完全释放。 9. 具有防滑控制功能的制动系统应使用专用的管路。 10. 大多数防滑控制系统中的车轮转速传感器、电子控制单元 和制动压力调节装置如果损坏，应该进行整体更换。 11. 在对制动液压系统进行维修以后，或者在使用过程中发觉 制动踏板变软时，应按照要求的方法和顺序对制动系统进 行空气排除。 12. 应尽量选用汽车厂家推荐的轮胎。 13. 在防抱死警告灯持续点亮的情况进行制动时，应注意控制 制动强度。 （二）防滑控制系统的故障自诊断 当防抱死警告灯持续点亮时，就表明系统因故障已退出工作 状态，已将故障情况以故障代码的形式储存记忆。大多数具 有自诊断功能的防滑控制系统可以通过跨接诊断插座中相应 的端子，根据仪表板上的警告灯或 ECU 上的发光二极管的 闪烁情况读取故障代码，然后从维修手册中查找故障代码所 代表的故障情况，也可以利用解码器直接读取故障代码。 通过警告灯或发光二极管闪烁的方式，读取故障代码的 一般顺序是： 1. 将点火开关至于断开位置 (OFF)； 2. 用跨接线跨接诊断插座中的相应端子； 3. 将点火开关置于点火位置，以正确的方法计数警告灯或发 光二极管的闪烁次数，确定故障代码； 4. 从维修手册中查找故障代码所代表的故障情况。 利用解码器读取故障代码时，选择合适插头的线束与诊断 插座和解码器插接，再选择相应的软件，从解码器的显示 屏上就可以直接读取简明的故障情况。 在防滑控制系统的故障排除以后，还要需要通过特定的方 法清除电子控制单元 (ECU) 中存储的故障代码。否则，尽 管系统已经恢复正常，但电子控制单元 (ECU) 仍将储存记 忆故障代码。 （三）故障诊断与排除的一般步骤 当防滑控制系统的警告灯（包括防抱死警告灯和防滑 转警告灯）持续点亮时，或感觉防滑控制系统工作时，应及 时对系统进行故障诊断和排除。 故障诊断与排除的一般步骤如下： 1. 确认故障情况和故障症状； 2. 对系统进行直观检查，检查是否有制动液渗漏、导线破 损、插头松脱、制动液液位过低等现象； 3. 读取故障代码，再根据维修手册查找故障代码所代表的故 障情况； 4. 根据读取的故障情况，利用必要的工具和仪器对故障部位 进行深入检查，确诊故障部位和故障原因。 5. 排除故障； 6. 清除故障代码； 7. 检查警告灯是否仍然继续点亮； 8. 警告灯不再持续点亮后，进行路试，确诊系统是否恢复正 常工作。 思考题 14 1.叙述 ABS工作原理。 2.ABS与 ASR有何异同？ 3.ASR调压方式有哪些