汽车安全技术论文

ABS汽车防抱死系统研究    2

一、ABS技术的发展历程    2

二、ABS基本结构和工作原理    3

2.1、ABS的基本结构    3

2.1.1、传感器    4

2.1.2、控制器    4

2.1.3、执行器    5

2.2、ABS工作原理    7

三、防抱死系统ABS的分类    8

3.1.按结构分类    8

3.1.1 机械式ABS    8

3.1.2  SCS型机械式防抱装置    8

3.1.3  机电一体化的ABS    8

3.2.按控制方法分类    8

3.2.1．采用逻辑门限值控制的ABS    8

3.2.2.采用现代控制方法    9

3.3、按控制通道分类    9

3.3.1四通道系统    9

3.3.2三通道系统    9

3.3.3 双通道系统    9

3.3.4 单通道系统    9

3.4.按制动压力调节装置与制动主缸和制动助力器的结构关系分类    10

3.4.1 分离式ABS    10

3.4.2整体式ABS    10

四、ABS系统的检修    10

4.1、检修ABS的注意事项    10

4.2、ABS故障检修的一般步骤    11

4.3、ABS主要部件的检修    11

五、ABS的使用中的问题以及其优点进行探讨    12

5.1、ABS的使用中的问题    12

5.2、ABS的四大优点    12

六、典型故障案例分析    13

6.1、故障案例一：    13

6.2、故障案例二：    13

6.3、故障案例三：    14

七、结束语    15

八、参考文献    16

九、Text in English    17

ABS汽车防抱死系统研究

摘要：如今汽车行业日新月异的飞跃，汽车的制动性能是其主要性能之一，它关系到行车安全性。随着汽车技术的不断改进，评价一辆车的制动性能最基本的指标是制动加速度﹑制动距离﹑制动时间及制动时方向的稳定性。防抱死制动系统ABS已逐渐成为汽车的标准配件，本文主要介绍汽车ABS技术发展，ABS基本结构和工作原理，ABS的分类，ABS系统的检修，ABS的使用中的问题以及其优点进行探讨，最后选取了日常维修工作中比较典型的几个故障案例进行评述。

关键词：防抱死制动系统；刹车；故障检测；安全

现代汽车上大量安装了防抱死制动系统ABS，其全称是Anti-lock Brake System，它是一种具有防滑、防锁死等优点的汽车安全控制系统。现代汽车上大量安装防抱死制动系统，ABS既有普通制动系统的制动功能，又能防止车轮锁死，使汽车在制动状态下仍能转向，保证汽车的制动方向稳定性，防止产生侧滑和跑偏，是目前汽车上最先进、制动效果最佳的制动装置。

一、ABS技术的发展历程

ABS技术是英国人霍纳摩尔1920年研制发明并申请专利， 1936年德国博世公司取得了ABS专利权。它是由装在车轮上的电磁式转速传感器和控制液压的电磁阀组成，使用开关方法对制动压力进行控制。

20世纪40年代末期，为了缩短飞机着陆时的滑行距离、防止车轮在制动时跑偏、甩尾和轮胎剧烈磨耗，飞机制动系统开始采用ABS，并很快成为飞机的标准装备。

20世纪70年代 ABS系统有了突破性发展。博世公司与奔驰公司合作研制出三通道四轮带有数字式控制器的ABS系统，并批量装于奔驰轿车上。由于微处理器的引入，使ABS系统开始具有了智能，从而奠定了ABS系统的基础和基本模式。

20世纪80年代德国的威伯科（WABCO）公司与奔驰公司在载重车上装用了数字式ABS系统。ABS的市场占有率迅速上升。20世纪80年代中期以后，借助于电子控制技术的进步，ABS的更为灵敏、成本更低、安装更方便、价格也更易被中小型家用轿车所接受。这期间较为典型的ABS装置有博世（BOSch）公司于20世纪80年代末期推出的Bosch2型，机械与电子元件持续不断的发展和改进使ABS的优越性越来越明显，随着激烈的竞争，技术的日趋成熟，ABS变得更精密，更可靠，价格也在下降。

目前，国际上ABS在汽车上的应用越来越广泛，已成为绝大多数类型汽车的标准装备。北美和西欧的各类客车和轻型货车ABS的装备率已达90%以上，轿车ABS的装备率在60%以左右，运送危险品的货车ABS的装备率为100%。

二、ABS基本结构和工作原理

2.1、ABS的基本结构

防抱死系统ABS是在普通制动系统的基础上，加装传感器、控制器、执行器等装置而形成的制动系统，其基本构成如图1。

图1 制动防抱死系统（ABS）的基本组成

2.1.1、传感器

1）轮速传感器

（1）作用：检测车轮运动状态，获得车轮转速信号，并将车轮的减速度（或加速度）信号送给ECU。典型轮速传感器外形与基本结构如图6。

（2）安装：一般在车轮处，但也有设置在主减速器或变速器中。

图2 轮速传感器的外形与基本结构

(a)轮速传感器外形(b)轮速传感器的基本结构

2）车速传感器 

作用：检测车速，给ECU提供车速信号，用于滑移率控制方式。

3）减速度传感器

作用：在汽车制动时，获得汽车减速度信号。因为汽车在高附着系数路面上制动时，汽车减速度大，在低附着系数路面上制动时，汽车减速度小，因而该信号送入ECU后，可以对路面进行区别，判断路面附着系数高低情况。当判定汽车行驶在雪地、结冰路等易打滑的路面上时，采取相应控制措施，以提高制动性能。多用于四轮驱动控制系统

2.1.2、控制器

接收轮速、车速信号、发动机转速信号、制动信号、液位等信号，分析判定车轮制动状态，需要时发出调节指令，并具有报警、记忆、存储、自诊断和保护功能。ECU控制原理如图3。

图3 ABS控制电脑原理图

2.1.3、执行器

1）油泵及储能器

作用：产生控制油压，使制动压力调节装置工作。

2）制动压力调节器

制动压力调节器是ABS系统中最主要的执行器，一般都设在制动总泵(主缸)与车轮制动分泵(轮缸)之间。

（1）作用：根据ECU的控制指令，自动调节制动分泵(轮缸)的制动压力。

（2）分类：①根据动力来源分可以分为：气压式与液压式。

气压式：主要用在大型客车和载重汽车上。

液压式：主要用在小轿车和一些轻型载重汽车上。

②根据结构关系分可以分为：分离式与整体式。

分离式：制动压力调节器自成一体，通过制动管路与制动总泵相连。

图8 分离式液压调节器组件          整体式ABS系统总成

整体式：制动压力调节器与制动总泵构成一个整体。如图8。

③根据调压方式分可以分为：流通式与变容式。

流通式：在制动总泵和制动分泵之间串联一个或两个电磁阀，由电磁阀根据ECU的指令，通过控制，使制动分泵的制动液回到制动总泵(或储液器)，或使制动总泵(或储能器)的制动液流入制动分泵，或者使制动分泵的制动液既不流入也不流出，以实现制动分泵压力的减小、增大或保持。

变容式：如图9。在原制动管路中，并联一套液压装置，该装置中有一个类似活塞的装置。工作时根据ECU的指令，该装置首先将制动分泵和总泵隔离，然后通过电磁阀的开闭或电动机的转动等不同方式，控制活塞在调压缸中运动，使调压缸工作室至制动分泵的容积发生变化。容积增大，实现制动压力减小；容积减小，实现制动压力增大；容积不变，实现压力保持。

1—制动踏板 2—制动主缸 3—储能器 4—电动泵 5—储液室 

6—电磁线圈 7—电磁阀 8—柱塞 9—电控单元 10—制动轮缸

11—转速传感器 12—车轮 13—单向阀 14—控制活塞

图9 可变容积式制动压力调节器常规制动（升压）状态

2.2、ABS工作原理     

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。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沟通状态，而各制动轮缸至储液器的制动管路均处于封闭状态，各制动轮缸的制动压力将随制动主缸的输出压力而变化，此时的制动过程与常规制动系统的制动过程完全相同。

在制动过程中，电子控制装置根据车轮转速传感器输入的车轮转速信号判定有车轮趋于抱死时，ABS就进入防抱制动压力调节过程。ABS通过使趋于抱死车轮的制动压力循环往复而将趋于防抱车轮的滑动率控制，在峰值附着系数滑动率的附近范围内，直至汽车速度减小至很低或者制动主缸的常出压力不再使车轮趋于抱死时为止。制动压力调节循环的频率可达3~20HZ。在该ABS中对应于每个制动轮缸各有对进液和出液电磁阀，可由电子控制装置分别进行控制，因此，各制动轮缸的制动压力能够被地调节，从而使四个车轮都不发生制动抱死现象。

其中制动中的滑移率对附着系数的影响

s＝(Vt-Va)/Vt×100％ 

　　式中：s--滑移率； 

　　    Vt--汽车的理论速度； 

　　Va--汽车的实际速度。

s在20%左右时，汽车的横向附着系数和纵向附着系数都比较大。

纵向附着系数大，可以产生较大的制动力；横向附着系数大，可以产生较大的侧向力，保证汽车制动时的方向稳定性。 

图表 1滑移率及对附着系数的影响

三、防抱死系统ABS的分类

3.1.按结构分类 

3.1.1 机械式ABS

机械式ABS的特点是结构紧凑价格低缺点是控制不够精确性 

3.1.2  SCS型机械式防抱装置 

3.1.3  机电一体化的ABS 

这是目前广泛使用的ABS由车速传感器电子控制器压力调节器等组成控制性能好可靠性高 

3.2.按控制方法分类 

电子式ABS按控制方法的不同可分为以下两类 

3.2.1．采用逻辑门限值控制的ABS

该方法在技术上已非常成熟目前获得广泛应用的ABS几乎全部采用逻辑门限值控制方法 

3.2.2.采用现代控制方法 

采用这种控制方法的ABS由于技术与经济方面的原因还处于研究阶段没有达到实用化的程度 

3.3、按控制通道分类 

3.3.1四通道系统 

在每个车轮各设置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装置并对四个轮进行控制 

3.3.2三通道系统 

三通道ABS对两个前轮进行控制对两个后轮按低选原则进行一同控制该布置有利于行驶稳定性目前大部分轿车采用该种布置方式 

3.3.3 双通道系统 

双通道系统主要用在摩托车上前后轮心分别安装传感器控制能够实现最佳控制方式 

3.3.4 单通道系统 

单通道系统一般对两后轮按低选原则一同控制主要作用是提高汽车的制动方向稳定性目前在轻型货车和轿车上应用广泛 

3.4.按制动压力调节装置与制动主缸和制动助力器的结构关系分类 

3.4.1 分离式ABS 

分离式ABS的特点是压力调节装置与制动主缸制动助力装置在结构上是分开的 

3.4.2整体式ABS 

整体式ABS的特点是压力调节装置与制动主缸制动助力装置成为一体结构紧凑目前大部分汽车上使用的ABS是整体式的

四、ABS系统的检修

4.1、检修ABS的注意事项

1）ABS系统与普通制动系统密不可分，普通制动系统一旦出现故障，ABS系统也就不能工作，故当车辆制动系统出现问题时，应首先判明是ABS系统故障还是普通制动系统故障，而不能把注意力全部集中在传感器、电控单元和制动压力调节器上。

2）ABS电控单元对电压、静电非常敏感，维修时稍有不慎就可能会损坏电控单元。因此，点火开关接通时不可以拔或插电控单元上的连接器 。

3）维修车轮转速传感器时应特别小心，不要碰伤传感器头，不要用传感器齿圈做撬面，以免损坏，安装时不可用力敲击，磁隙可以调整的，但要用非磁性工具调整。                                                                                    

4)装有 ABS 的汽车，每年应更换一次制动液。否则，制动液吸湿性很强，含水后不仅会降低沸点，产生腐蚀，而且还会造成制动效能衰退。

5)要注意不要让电控单元受碰撞和敲击，不能处在高温环境中。

6)当蓄电池电压过低时，ABS系统将不能工作，所以特别在汽车停驶长时间后启动时，应检查蓄电池电压。

7)具有ABS系统的制动系应使用专用的管路，因为该系统往往具有很高的压力。

8)更换制动器或更换液压制动系部件后，应排净制动管路中的空气，以免影响制动系统的正常工作。 

4.2、ABS故障检修的一般步骤

1）确认故障情况和故障症状。

2）先对ABS系统进行直观检查，检查制动液渗漏、导线破损、插头松脱、制动液液位过低等情况。

3）利用自诊断系统进行读取故障码，然后根据维修手册来寻找故障位置。

4）根据故障情况，利用必要的工具和仪器对故障部位进行具体的检查，确定故障部位和故障原因。

5）修理或更换部件以排除故障。

6）清除故障代码。

7）检查故障警告灯是否持续点亮。

8）路试。

4.3、ABS主要部件的检修

1）轮速传感器的检修

轮速传感器可能出现的故障有：感应线圈短路、断路或接触不良，传感器齿圈上的齿有缺损或脏污，信号探头安装不牢或磁极与齿圈之间有赃物等。

轮速传感器在安装时注意其传感头的额定扭矩，不要拧得过紧或过松，否则极轴与齿圈的间隙过小或过大，影响轮速信号的产生与输出；检查轮速传感器与桥壳之间无间隙；传感器齿圈的齿面应无刮痕、裂缝、变形或缺齿等，严重时应更换转子轴总成。

2）ABS ECU的检修

首先检查ABS ECU线束插接器有无松动，连接导线有无松脱；再检查其线束插接器各端子的电压、电阻值或波形与标准值进行比较。如果与之相连的部件和线路正常，则应更换ECU 再试。

更换ABS ECU时，将点火开关关闭，拆下ECU上的线束插头，拆下旧的ECU，固定好新的ECU，插上所有的线束插头（注意线束不能损坏和腐蚀，插头应接触良好）对角线拧紧固定螺钉；起动发动机，红色制动灯和ABS灯应显示系统正常。

3）制动压力调节器的检修

制动压力调节器可能会出现电磁阀线圈不良、阀门泄漏等故障。

检测电磁阀线圈的电阻，如果电阻值无穷大或过小等，均说明其电磁阀有故障；将制动压力调节器电磁阀加上其工作电压，看阀能否正常动作，如果不能正常动作，则应更换制动压力调节器；如果怀疑是制动压力调节器有问题，则应在制动压力调节器内无高压制动液时，拆下调节器进一步检查。

五、ABS的使用中的问题以及其优点进行探讨

  5.1、ABS的使用中的问题

（ 1 ）更换制动器或更换液压制动系部件后，应排净制动管路中的空气，以免影响制动系统的正常工作。

（ 2 ）装有 ABS 的汽车，每年应更换一次制动液。否则，制动液吸湿性很强，含水后不仅会降低沸点，产生腐蚀，而且还会造成制动效能衰退。

（ 3 ）检查 ABS 防抱死制动系统前应先拔去电源。

   5.2、ABS的四大优点

1)、加强对车辆的控制。装备有ABS的汽车，驾驶员在紧急制动过程中仍能保持着很大程度的操控性，可以及时调整方向，对前面的障碍或险情做出及时、必要的躲避。而未配备ABS的车辆紧急制动时容易产生侧滑、甩尾等意外情况，使驾驶员失去对车辆的控制，增加危险性。　 

　     2)、减少浮滑现象。没有配备ABS的车辆在潮湿、光滑的道路上紧急制动，车轮抱死后会出现车辆在路面上保持惯性继续向前滑动的情况。而ABS由于减少了车轮抱死的机会，因此也减少了制动过程中出现浮滑的机会。　 

　　   3)、有效缩短制动距离。在紧急制动状态下，ABS能使车轮处于既滚动又拖动的状况，拖动的比例占20%左右，这时轮胎与地面的摩擦力最大，即所谓的最佳制动点或区域。普通的制动系统无法做到这一点。　 

　　   4)、减轻了轮胎的磨损。使用ABS消除了在紧急制动过程中抱死的车轮使轮胎遭受不能修复的损伤，即在轮胎表面形成平斑的可能性。大家留心就会发现，在道路上留下长长刹车痕迹的是未装备ABS的车辆，而装备了ABS的车辆，只会留下轻微的刹车痕迹，并且是一小段一小段的，明显减少了轮胎和地面的磨损程度。

六、典型故障案例分析

6.1、故障案例一：

故障现象：在日常维护保养过程中，维修人员发现一辆雷克萨斯05款RX300多功能车仪表板上ABS故障灯闪烁。

故障分析：从工具室借来雷克萨斯专用诊断仪IT-Ⅱ，检测结果显示“左前轮速传感器故障”。清除故障码后，ABS灯不再闪亮，但车辆开出公司后不久，车主给服务顾问打来电话，说故障灯又开始闪烁。于是服务顾问劝车主返回公司，维修人员再次借来专用诊断仪读取故障码，仍然显示是“左前轮速传感器故障”。于是便拆下左前轮转速传感器进行检查。目视发现传感器表面比较破旧且布满泥污，信号齿圈表面也脏污不堪。于是拆下齿圈和传感器一同进行仔细清洗，吹干后装复。清除故障码后由车间检验员出去试车，二十分钟后返回。根据反映ABS故障灯不再点亮，车主再次开车离开后也未反映有再次点亮的情况，由此故障排除。

6.2、故障案例二：

 故障现象：一辆桑塔纳2000GSI轿车，行驶8万公里，该车装备MK20 —I型防抱死制动系统，此车ABS故障灯亮起，车主开到修理厂进行检修。

 故障分析：首先，用元征电眼睛故障诊断仪读取故障码，对ABS系统进行检测，显示“00290”，为左后轮转速传感器G46故障。一般情况下，以下三种情况将会导致ABS系统出现这种故障：

1）当车速超过10 km/h时，没有转速信号传递给ABS控制单元。

2）当车速大于40 km/h时候，转速信号超出公差值。

3）传感器存在可识别的断路或对正极、接地短路故障。

根据经验，应该重点检查以下项目：

1）轮速传感器与ABS控制单元的线路连接情况。

2）轮速传感器和齿圈的安装间隙、安装位置以及受灰尘或杂质污染的情况。

3）车轮轴承间隙是否过大。

4）传感器本身故障。

在该车故障排除过程中，首先并没有急于检查轮速数据。将发动机怠速运转，选择阅读数据块功能，进入 001 显示组，用举升机将车升起来，观察各显示数据。车轮静止时候，各显示区均显示0 km/h。用手转动左后轮，第3显示区显示9 km/h。又转动别的车轮，观察相对应的显示区，发现基本一致。放下车辆，用故障诊断仪清除故障码。ABS警示灯随之熄灭，路试一切正常。用诊断仪读取测量数据块功能，进入显示组002，观察第3显示区左后轮速度。无论在加速、减速、制动、低速还是高速时，其数值都与其他3个轮速基本一致。ABS警示灯没有亮起，制动时也能感觉到ABS系统在起作用，故障也没有出现。因为再没有发现故障，就准备让车主将车接走。就在这时，故障再次出现了。在车辆怠速着车静止不动的时候，故障警示灯亮了。调码发现又产生左后轮的偶发性故障码。根据该车检查状况，只有一种可能，那就是左后轮转速传感器与ABS控制单元之间产生瞬间短路或断路。根据电路图进行检查时，发现ABS控制单元的25针插头第10针有轻微腐蚀。清理修复插头之后，清除故障码。车主驾车2000多公里也没有出现原来的故障。经询问车主得知，清洗车辆的时候，经常用高压水冲洗发动机舱，由于高压水溅入ABS控制单元的连接点，25针插头第10针被腐蚀，导致有瞬间开路的情况发生。此故障属于软性故障，故障出现的机率具有很大的随机性，一般用万用表不易测出，也只有在故障出现时，才能发现故障原因，找到病根，对症下药，将故障排除。

6.3、故障案例三：

故障现象：上海别克（BUICK）君威轿车仪表板上的ABS故障指示灯点亮，ABS系统不起作用，制动抱死。

故障检修：由于行驶中仪表板上的ABS故障指示灯点亮，说明ABS电脑记录有故障代码。根据别克维修手册中提供的故障代码读取方法，人工调取故障代码41。查故障代码表得知：故障代码41表示右前电磁阀线路开路。

为确认是否电磁阀线路的故障，用万用表测量ABS总泵的电磁阀线路，测量时发现有一根线与其它任何一根线都不相通（正常电磁阀引脚之间是相通的），由此可以判断这根线便是故障代码41所指的开路线。为查出具体开路部位，采取以下方法：

拆下ABS总泵（位于发动机室左侧前端）；分解ABS总泵，从其他底部拆开便看到四个电磁阀（分解时要注意不要损坏密封圈），打开ABS总泵后，便看到有一根线端已明显断开，此即故障所在，用一根比较小的电线把电线的开路端焊接起来，然后用万用表的欧姆档原来开路的线与其他各线是否相通，结果相通，然后按照规定顺序对ABS系统进行空气排除（注意：一定要按规定放气顺序对各轮进行放气，否则空气无法排除干净，会影响ABS系统的工作效果）。试车，ABS系统功能恢复正常，故障排除。

案例总结：一般情况下，解决ABS灯常亮的故障，可以按如下方法进行逐步排除：清除故障码→清洗或更换有故障的转速传感器、清洗齿圈（用化油器清洗剂清洗）→调整齿圈间隙→更换刹车油→检查ABS控制线束，必要时更换→检查ABS控制器，必要时予以更换。

七、结束语

在这一次的论文研究设计中，首先要感谢喻教授在这一学期对我的指导和培养。喻教授老师严谨的治学态度，是我今后学习的榜样，并将一直激励着我。这次论文写作，使我了解汽车ABS技术发展，ABS基本结构和工作原理，ABS的分类，ABS系统的检修，ABS的使用中的问题以及其优点进行探讨，以及日常维修工作中比较典型的几个故障案例进行评述，锻炼了自己的写作水平；通过与同学的讨论学习，促进了互相的友谊；通过与老师的交流，对论文的修改使我了解到目前自己的不足，在今后的学习工作过程中要继续锻炼。

八、参考文献

［1］金加龙，宋麓明，等·汽车底盘构造与维修（第二版）［Ｍ］·北京：电子工业大学出版社，2009

［2］王世铮，覃娅娟·汽车故障诊断技术［Ｍ］·北京理工大学出版社，2009

［3］蒲永峰·汽车检测、诊断与维修［Ｍ］·清华大学出版社，2008

［4］杨庆彪. 汽车电控制动系统原理与维修精华. 北京：机械工业出版社，2006

［5］塞小平.汽车电器与电子设备.北京：人民交通出版社，1997

［6］ABS防抱死刹车系统·百度百科

［7］中国自动化仪表: http://www.ca18.net/news/content-39590.htm.

九、Text in English

ABS antilock brake systems car

LiJuanQin south China normal university institute of computer zengcheng city students

ABSTRACT：Now the car industry the ever-changing leap, automobile braking performance is one of the main performance, which is related to the security of driving. With the continuous improvement of technology, evaluation a car to the braking performance index is the most basic of brake acceleration and braking distance, braking time and braking stability of direction. ABS has gradually become the standard of car parts, this paper mainly introduces the technical development car ABS, ABS basic structure and working principle of the classification of ABS, ABS system maintenance, ABS using issues and its advantages are discussed, and finally selected the daily maintenance work more typical several fault cases reviewed.

Keywords ：Abs; The brake; Fault detection; security