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ABS 汽车制动防抱系统 AUTILOCKBRAKINGSYSTEM 汽车ABS系统简介 一 ABS概述 二 ABS的组成和工作原理 三 ABS系统的布置形式 四 ABS系统的优点 五 转速传感器 六 ABS液压控制总成的结构 七 制动压力调节器 如果车轮抱死滑移 车轮与路面间的侧向附着力将完全消失 前轮 转向轮 制动到抱死 后轮滚动 汽车失去转向能力 后轮制动到抱死 前轮 转向轮 滚动 汽车侧滑 甩尾 ABS概述 在汽车制动时 没有装设ABS装置的汽车 如果在行驶中用力踩踏制动踏板 车轮会急速降低转速 最后车轮停止 但车身依然保持惯性向前滑动 前轮 转向轮 抱死 后轮制动到抱死 汽车水滑 一 按照惯性运动 如果汽车原来在平直的路面上行驶 问题可能不大 如果汽车正在弯道上行驶 离心惯性力作用下就会脱离原来的道路 发生事故 甚至滚下山崖 二 在外力作用下运动 如果侧面来风 汽车可能侧滑 如果路面倾斜 凹凸不平 干湿不均 汽车可能滑移 路面条件造成各轮制动力不均匀 汽车会突发转动 一旦轮子不转了 被抱死 汽车的运动就变得难以捉摸了 会发生什么事呢 ABS 只要车轮还在滚动 上述情况就不会发生 因为滚动着的车轮要遵循它的运动规律 就是沿着垂直于轴线的方向运动 只要轴的方向不变 车的方向就不变 你就能够把握汽车的运动 为什么 怎么不让车轮抱死呢 ABS的作用就是防止车轮在制动过程中抱死 看看去GO ABS的组成 通常 ABS是在普通制动系统的基础上 车轮速度传感器 ABS电控单元 制动压力调节装置 制动控制电路等组成的 如下图 11 点火开关 1 前轮速度传感器 2 制动压力调节装置 3 ABS电控单元 4 ABS警告灯 5 后轮速度传感器 6 停车灯开关 7 制动主缸 8 比例分配阀 9 制动轮缸 10 蓄电池 ABS制动过程中的减压状态 ABS的工作原理 制动过程中 ABS电控单元 ECU 3不断地从前轮速度传感器1和后轮速度传感器5获取车轮速度信号 并加以处理 分析是否有车轮即将抱死拖滑 如果没有车轮即将抱死拖滑 制动压力调节装置2不参与工作 制动主缸7和各制动轮缸9相通 制动轮缸中的压力继续增大 ABS制动过程中的增压状态 如果电控单元判断出某个车轮 假设为左前轮 即将抱死拖滑 它即向制动压力调节装置发出命令 关闭制动主缸与左前制动轮缸的通道 使左前制动轮缸的压力不再增大 ABS制动过程中的保压状态 若电控单元判断出左前轮仍趋于抱死拖滑状态 它即向制动压力调节装置发出命令 打开左前制动轮缸与储液室或储能器 图中未画出 的通道 使左前制动轮缸中的油压降低 ABS的工作过程实际上是抱死 松开 抱死 松开的循环工作过程 使车辆始终处于临界抱死的间隙滚动状态 有效地克服紧急制动时的跑偏 侧滑 甩尾 防止车身失控等情况的发生 它是利用阀体内的一个橡胶气囊 在踩下刹车时 给予刹车油压力 充斥到ABS的阀体中 此时气囊利用中间的空气隔层将压力返回 使车轮避过锁死点 当车轮即将到达下一个锁死点时 刹车油的压力使得气囊重复作用 如此在一秒钟内可作用60 120次 相当于不停地刹车 放松 即相似于机械的 点刹 因此 ABS防抱死系统 能避免在紧急刹车时方向失控及车轮侧滑 使车轮在刹车时不被锁死 不让轮胎在一个点上与地面摩擦 从而加大磨擦力 使刹车效率达到90 以上 依靠装在各车轮上高灵敏度的车轮转速传感器以及车身上的车速传感器 通过计算机控制 紧急制动时 一旦发现某个车轮抱死 计算机立即指令压力调节器使该轮的制动分泵泄 减 压 使车轮恢复转动 轮速传感器内有电磁线圈可产生磁力线 安装在车轮附近的一个固定部件上 齿圈安装在车轮轮辋上 车轮转动带动齿圈转动 齿圈切割磁力线使传感器内的电磁线圈感应出交变电流 其脉冲率与车轮转速成正比并被输往电子控制器内 电子控制器是一种微电子计算机 它根据各个轮速传感器的电流脉冲信号测出各个车轮的运动速度 加速度或者减速度 滑动率等数值 当这些数值超出正常值的范围内就会发出指令给电磁调节器 电磁调节器里面的柱塞会依照指令上下移动 调节输入各个车轮制动分泵的油量 起到一个阀门的作用 ABS的工作原理简单一点来讲 就是由轮速感应器监测车轮的转速 监测信号汇集到电子控制器内分析 一旦监测到车轮快要抱死时 电子控制器会发出指令给电磁调节器 由它控制油压分配阀调节各个车轮的制动分泵 以 一放一收 的点放形式来控制刹车摩擦片 解除车轮的抱死现象 用点放形式来制动 即可急剧降低轮速 又可保持轮胎与地面的附着力 ABS系统的布置形式 按照控制通道数目的不同来分类 ABS系统 四通道 三通道 双通道 单通道 对应于双制动管路的H型 前后 或X型 对角 两种布置形式 四通道ABS也有两种布置形式 见图 a b 为了对四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转速传感器 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 四通道ABS 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通常不对四个车轮进行独立的制动压力调节 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 其布置形式见图 c d e 三通道ABS 图 c 所示的按对角布置的双管路制动系统中 虽然在通往四个制动轮缸的制动管路中各设置一个制动压力调节分装置 但两个后制动压力调节分装置却是由电子控制装置一同控制的 实际上仍是三通道ABS 由于三通道ABS对两后轮进行一同控制 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 如上图e所示 汽车紧急制动时 会发生很大的轴荷转移 前轴荷增加 后轴荷减小 使得前轮的附着力比后轮的附着力大很多 前置前驱动汽车的前轮附着力约占汽车总附着力的70 80 油箱 前轮 前轮 后轮 原理示意图 对前轮制动压力进行独立控制 可充分利用两前轮的附着力对汽车进行制动 有利于缩短制动距离 并且汽车的方向稳定性却得到很大改善 对于后轮驱动的汽车 可以在两前轮和传动系中各安装一个转速传感器 如图f所示 当在附着系数分离的路面上进行紧急制动时 两前轮的制动力相差很大 为保持汽车的行驶方向 驾驶员会通过转动转向盘使前轮偏转 以求用转向轮产生的横向力与不平衡的制动力相抗衡 保持汽车行驶方向的稳定性 双通道ABS 如图所示的双通道ABS在按前后布置的双管路制动系统的前后制动管路中各设置一个制动压力调节分装置 分别对两前轮和两后轮进行一同控制 两前轮可以根据附着条件进行高选和低选转换 两后轮则按低选原则一同控制 但是在两前轮从附着系数分离路面驶入附着系数均匀路面的瞬间 以前处于低附着系数路面而抱死的前轮的制动力因附着力突然增大而增大 由于驾驶员无法在瞬间将转向轮回正 转向轮上仍然存在的横向力将会使汽车向转向轮偏转方向行驶 这在高速行驶时是一种无法控制的危险状态 而对于采用此控制方式的后轮驱动汽车 如果将比例阀调整到正常制动情况下前轮趋于抱死时 后轮的制动力接近其附着力 则紧急制动时由于离合器往往难以及时分离 导致后轮抱死 使汽车丧失方向稳定性 图g所示的双通道ABS多用于制动管路对角布置的汽车上 两前轮独立控制 制动液通过比例阀 P阀 按一定比例减压后传给对角后轮 对于采用此控制方式的前轮驱动汽车 如果在紧急制动时离合器没有及时分离 前轮在制动压力较小时就趋于抱死 而此时后轮的制动力还远未达到其附着力的水平 汽车的制动力会显著减小 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 单通道ABS一般对两后轮按低选原则一同控制 其主要作用是提高汽车制动时的方向稳定性 在附着系数分离的路面上进行制动时 两后轮的制动力都被限制在处于低附着系数路面上的后轮的附着力水平 制动距离会有所增加 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 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中安装一个转速传感器 如图h 单通道ABS 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 ABS系统的优点 汽车在制动时 如果前轮先抱死 驾驶员将无法控制汽车的行驶方向 这是非常危险的 倘若后轮先抱死 则会出现侧滑 甩尾 甚至使汽车整个调头等严重事故 在同样紧急制动的情况下 ABS系统可以将滑移率控制在20 左右 从而可获得最大的纵向制动力 因为抱死后车轮与地面的摩擦系数反而变小了 增加了汽车制动时的稳定性 能缩短制动距离 需要说明的是 当汽车在积雪路面上制动时 若车轮抱死 则车轮前的楔状积雪可阻止汽车的前进 在此条件下 装有ABS系统的汽车 其制动距离可能更长 ABS系统可以防止车轮制动时被完全抱死 提高了汽车行驶的稳定性 资料表明 装有ABS系统的车辆 可使因车轮侧滑引起的事故比例下降8 左右 由试验得知 汽车车轮的滑动率在15 20 时 轮胎与路面间有最大的附着系数 经验 ABS系统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系统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刹车方式进行制动 ABS系统会使制动状态保持在最佳点 此即ABS制动过程中的保压状态 改善了轮胎的磨损状况 车轮抱死会加剧轮胎磨损 而且轮胎胎面磨耗不均匀 使轮胎磨损消耗费增加 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 已超过一套防抱死制动系统的造价 使用方便 工作可靠 因此 安装ABS系统具有一定的经济效益 也减少了轮胎粉尘对环境的污染 方便 一刹到底 不用点刹 可靠 防抱死 轮速传感器 转速传感器的原理 检测车轮的速度 将速度信号输入ABS的电控单元 转速传感器在车轮上的安装位置 齿圈的齿数是根据所选用的轮胎的大小来选择 安装时 传感头与齿圈之间应留有约1mm的间隙 同时注意在安装前应向传感器加注润滑脂 以防止水 泥或灰尘等对传感器工作产生影响 ABS系统使用的转速传感器的分类 电磁式 霍尔式 齿圈 结构组成 传感头 齿圈 传感头 永磁体 极轴 感应线圈 永磁体 霍尔元件 电子电路 柱式 凿式 到底哪个比较好呢 电磁式 齿圈6旋转时 齿顶和齿隙交替对向极轴 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 此信号通过感应线圈末端的电缆1输入ABS的电控单元 当齿圈的转速发生变化时 感应电动势的频率也变化 ABS电控单元通过检测感应电动势的频率来检测车轮转速 假设 1 测出交变电压的周期T齿圈齿数为z车轮滚动半径为r齿圈转动角速度为又因为则车速为 霍尔式 永磁体的磁力线穿过霍尔元件通向齿轮 当齿轮位于图中 a 所示位置时 穿过霍尔元件的磁力线分散 磁场相对较弱 而当齿轮位于图中 b 所示位置时 穿过霍尔元件的磁力线集中 磁场相对较强 齿轮转动时 使得穿过霍尔元件的磁力线密度发生变化 因而引起霍尔电压的变化 霍尔元件将输出一个毫伏 mV 级的准正弦波电压 此信号还需由电子电路转换成标准的脉冲电压 霍尔式转速传感器是利用霍尔效应的原理制成的 霍尔效应是指在一个矩形半导体薄片上有一电流通过 此时如有一磁场也作用于该半导体材料上 则在垂直于电流方向的半导体两端 会产生一个很小的电压 该电压就称为霍尔电压 当磁性材料制成的传感器转子上的凸齿交替经过永久磁铁的空隙时 就会有一个变化的磁场作用于霍尔元件 半导体材料 上 使霍尔电压产生脉冲信号 根据所产生的脉冲数目即可检测转速 目前 国内外ABS系统的控制速度范围一般为15 160km h 今后要求控制速度范围扩大到8 260km h以至更大 显然电磁感应式轮速传感器很难适应 霍尔传感器不仅广泛应用于ABS轮速检测 也广泛应用于其控制系统的转速检测 电磁式轮速传感器 转速传感器的优 缺点比较 霍尔轮速传感器 优点 结构简单 成本低 缺点 1 其输出信号的幅值随转速的变化而变化 若车速过慢 其输出信号低于1V 电控单元就无法检测 2 响应频率不高 当转速过高时 传感器的频率响应跟不上 3 抗电磁波干扰能力差 优点 1 输出信号电压幅值不受转速的影响 2 频率响应高 其响应频率高达20kHz 相当于车速为1000km h时所检测的信号频率 3 抗电磁波干扰能力强 制动器 半轴 制动鼓 油封 轴管法兰 ROTOR感应齿圈 ROTOR 安装感应探头 也是产生磁力线的装置 输出感应齿圈切割磁力线所带来的电流或是电压的变化 感应圈上均布的齿型 在半轴旋转时切割磁力线 从而输出一定的波形信号 来感知半轴的每一瞬间运动状态 ABS液压控制总成 普通制动系统的液压装置 ABS液压控制总成结构 ABS制动压力调节器 制动助力器 双腔式制动主缸 制动轮缸 储液室 双液压管路 电动泵 储能器 主控制阀 电磁控制阀 控制开关 ABS系统就是通过电磁控制阀体上的控制阀控制分泵上的油压迅速变大或变小 从而实现了防抱死制动功能 电动泵 电动泵是一个高压泵 它可在短时间内将制动液加压 在储能器中 到15 18MPa 并给整个液压系统提供高压制动液体 电动泵能在汽车起动一分钟内完成上述工作 电动泵的工作独立于ABS电脑 如果电脑出现故障或接线有问题 电动泵仍能正常工作 储能器 储能器的结构形式多种多样 储能器位于电磁阀与回油泵之间 由轮缸来的液压油进入储能器 进而压缩弹簧使储能器液压腔容积变大 以暂时储存制动液 电磁控制阀 电磁控制阀是液压调节器的重要部件 由它完成对ABS的控制 ABS系统中都有一个或两个电磁阀体 其中有若干对电磁控制阀 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多种形式 压力控制 压力警告和液位指示开关 压力控制开关 PCS 独立于ABS电脑而工作 监视着储能器下腔的压力 压力报警开关 PWS 和液位指示开关 FLI 的功能是 当压力下降到一定值 14MPa以下 时或制动液面下降到一定程度时 点亮制动系统故障指示灯和ABS故障指示灯 同时让ABS电脑停止防抱死制动工作 电磁阀 电磁阀控制三种状态 加压 进油阀开 出油阀关减压 进油阀关 出油阀开保压 进油阀关 出油阀关 制动压力调节器 这种压力调节系统的特点是制动压力油路和ABS控制压力油路相通 制动压力调节器串接在制动主缸与轮缸之间 通过电磁阀直接或间接地控制轮缸的制动压力 定义 电磁阀直接控制轮缸制动压力 循环式调节器 电磁阀间接控制制动压力 可变容积式调节器 循环式制动压力调节器 在制动总缸与轮缸之间串联一电磁阀 直接控制轮缸的制动压力 该系统的工作 原理 回流泵 回流泵将制动分泵中排出的制动液泵回到制动总泵 储压器 储压器为在减压过程中大量回流的制动液提供暂时的储存所 阻尼器 阻尼器及其下游的节流装置能减少返回到制动总泵中的液压脉冲幅值 使噪声减小 常规制动过程中 ABS系统不工作 电磁线圈中无电流通过 电磁阀处于 升压 位置 此时制动主缸与轮缸直通 由制动主缸来的制动液直接进入轮缸 轮缸压力随主缸压力而增减 此时回油泵也不需工作 常规制动 当压力下降后车轮加速太快时 ECU便切断通往电磁阀的电流 主缸和轮缸再次相通 主缸中的高压制动液再次进入轮缸 使制动压力增加 增压过程 当轮速传感器发出抱死危险信号时 ECU向电磁线圈通入一个较小的保持电流 约为最大电流的1 2 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 轮缸中的制动压力保持一定 保压过程 如果在 保持压力 命令发出后 仍有车轮抱死信号 ECU即向电磁线圈通入一个最大电流 电磁阀处于 减压 位置 此时电磁阀将轮缸与回油通道或储液室接通 轮缸中制动液经电磁阀流入储液室 轮缸压力下降 减压过程 汽车的速度是由轮子的转速所决定的 轮子转得快汽车跑得快 轮子转得慢汽车跑得慢 似乎轮子的转速等于汽车的速度 但是在现实中 由于轮胎的变形 打滑等因素 车轮速度与汽车速度之间总是存在着差值 这个差值与汽车速度的比率就是滑动率 定义 滑动率 谢谢