模块三汽车制动防抱死系统(ABS)



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，即可获得最大的纵向制动力的效果(除在沙石、雪地路面上)。
(2) 增加了汽车制动时的稳定性。
汽车在制动时，四个轮子上的制动力是不一样的，如果汽车的前轮抱死，驾驶员就无法控制汽车的行驶方向； 倘若汽车的后轮先抱死，则会出现侧滑、甩尾，甚至使汽车整个调头等严重事故。资料表明，装有ABS系统的车辆，可使因车轮侧滑引起的交通事故比例下降8％左右。
(3) 改善了轮胎的磨损状况。
事实上，车轮抱死会造成轮胎磨损，轮胎面磨耗也会不均匀。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。因此，装用ABS系统具有一定的经济效益。
(4) 使汽车在制动的过程中具备了制动加转向的能力。
带有ABS的汽车适用于在大弯道上高速行驶。而且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，使制动状态保持在最佳点。
2. ABS制动系统的组成和工作原理
ABS制动系统的组成： 一般来说，带有ABS的汽车制动系统由基本制动系统和制动力调节系统两部分组成，前者是制动主缸、制动轮缸和制动管路等构成的普通制动系统，用来实现汽车的常规制动； 而后者由车轮转速传感器、制动压力调节装置、电子控制装置和ABS警示灯组成(见图32)。


图32ABS系统组件在车上的安装位置

1—ABS控制器； 2—制动主缸和真空助力器； 3—自诊断插口； 4—ABS警告灯(K47)； 5—制动警告灯(K118)； 6—后轮转速传感器(G44/G46)； 7—制动灯开关(F)； 8—前轮转速传感器(G45/G47)


由装在车轮上的转速传感器采集四个车轮的转速信号，送到电子控制单元计算出每个车轮的转速，进而推算出车辆的减速度及车轮的滑移率。
ABS电子控制单元根据计算出的参数，通过液压控制单元来控制进油阀(常开)和出油阀(常闭)的开关状态来调节制动压力，从而达到防止车轮抱死的目的。下面我们以桑塔纳ABS系统为例说明其工作过程。
1) 建压阶段
制动时，通过助力器和总泵建立制动压力，此阶段又称为普通制动(因ABS不工作)。如图33所示，此时常开阀打开，常闭阀关闭，制动压力进入车轮制动器，车轮转速迅速降低，直到ABS电子控制单元通过转速传感器得到车轮有抱死的倾向为止。


图33建压阶段


2) 保压阶段
如图34所示，ABS电子控制单元通过转速传感器得到的信号识别出车轮有抱死的倾向时，ABS电子控制单元即关闭常开阀，常闭阀仍然关闭，此时的制动压力不变，称之为保压阶段。


图34保压阶段


3) 降压阶段
如果在保压阶段车轮仍有抱死倾向，则ABS系统进入降压阶段。如图35所示，电子控制单元命令常闭阀打开，常开阀关闭，液压泵开始工作，制动液从轮缸经低压蓄能器被送回到制动总泵，制动压力降低，制动踏板出现抖动，车轮抱死程度降低，车轮转速开始增加。


图35降压阶段


4) 升压阶段
ABS电子控制单元通过转速传感器得到的信号识别出车轮有抱死的倾向时，ABS电子控制单元即打开常开阀，此时常闭阀仍然关闭，如图36所示。


图36升压阶段


在普通制动模式和防抱死制动模式时各元件的工作情况见表31。


表31桑塔纳ABS系统执行器的工作情况



工作过程进油阀回油阀液压泵制动液流动方向


常规制动模式打开(断电)关闭(断电)不工作主缸→轮缸
保持制动模式关闭关闭不工作不流动
减压制动模式关闭(通电)打开(通电)工作轮缸→低压蓄压器
增压制动模式打开关闭工作泵→主缸和轮缸
3. ABS制动系统的类型
1) 按结构分类
ABS按制动系统结构分类分为整体式和分离式两种。
整体式ABS的制动压力调节器与制动主缸及制动助力器组合为一个整体，其优点是结构紧凑、节省安装空间； 缺点是结构复杂、成本较高，高级轿车采用较多。
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及制动轮缸相连，其优点是零部件安装灵活。目前车辆上分离式ABS较为多见。
2) 按车轮控制方式分类
ABS按车轮控制方式不同可分为轮控式与轴控式两种。轴控式又分为低选控制(select low，SL)和高选控制(select high，SH)两种。
在制动系统中，制动压力能够独立进行调节的制动管路称为控制通道。每个车轮各占用一个控制通道的称为轮控式（又称为独立控制式)； 两个占用一个控制通道的称为同时控制。当同时控制的两个车轮在同一轴上时，则称为轴控式。
在采用轴控式ABS的汽车上，当左、右两个车轮行驶在附着系数不同的路面上，由于左、右车轮与地面间的附着力不同，汽车在紧急制动时，附着系数小的车轮先抱死，附着系数大的车轮后抱死。如果以保证附着系数较小的车轮不发生抱死为原则来调节制动压力，这两个车轮就是按低选原则进行控制，简称低选控制(SL)； 如果以保证附着系数较大的车轮不发生抱死为原则来调节制动压力，这两个车轮就是按高选原则进行控制，简称高选控制(SH)。
3) 按控制通道和传感器数量分类
ABS根据轮速传感器的数量和制动压力调节器控制的通道数可分为7类。以下分类仅对双轴四轮汽车而言。 
(1) 四传感器、四通道、四轮独立控制的ABS
此类ABS适用于双制动管路前、后轮独立布置形式的汽车，如图37所示，具有四个轮速传感器和四个控制通道，系统根据各车轮速传感器的信号分别对各车轮进行单独控制。


图37四传感器、四控制通道



采用此类ABS的汽车，制动效能和制动时的操作性最好，但在左、右车轮所处路面条件不同时，汽车制动时方向稳定性较差，主要原因是在此种路面上同轴左、右车轮的制动力不等，易造成汽车制动跑偏。

(2) 四传感器、三通道、前轮独立后轮低选择控制的ABS
此类ABS适用于双制动管路为前、后轮独立布置形式的汽车，如图38所示，采用四个轮速传感器实现两前轮的单独控制和两后轮的低选择控制。


图38四传感器、三控制通道


4) 按控制车轮数量分类
按控制车轮数量的不同，可分为两轮ABS和四轮ABS。两轮ABS只控制两个车轮，结构简单、价格低廉，适用于轻型载货汽车和客货两用汽车。四轮ABS又分为四通道ABS和三通道ABS。
除此之外，按制动压力调节器的动力源可分为液压式和气动式； 按制动压力调节器的调节方式可分为流通式和变容式等。
五、 实训指导
桑塔纳2000Gsi型轿车采用的是美国ITT公司MK20Ⅰ型ABS系统，是三通道的ABS调节回路，前轮单独调节，后轮则以两轮中地面附着系数低的一侧为依据统一调节。ABS系统主要由ABS控制器(包括电子控制单元、液压单元、液压泵等)、四个车轮转速传感器、ABS故障警告灯、制动警告灯等组成。
1. ABS系统的卸压方法
对于制动主缸和液压调压器设计在一起的整体式ABS，由于蓄压器存储着高压，在修理前需要彻底卸压，以免高压油喷出造成人员伤害。首先将点火开关置于OFF和LOCK位置，然后反复踏制动踏板20次以上，当感觉到踩踏板的力明显增加，即感觉不到踩踏板的液压助力时，ABS系统泄压完成(有的AB5系统在泄压过程中需踩踏的次数较多，甚至需要40次以上)。
2. ABS系统控制器的拆装方法
1) 卸ABS控制器总成
(1) 关闭点火开关，拆下蓄电池及支架。在拆下蓄电池之前，要将ECU等电子元件中储存的信息记录下来。
注意事项： 
① 先拆蓄电池负极，再拆蓄电池正极。
② 在搬放蓄电池时要保持水平，防止液体电解液溢出。
(2) 拆ABS ECU的连接器。拔开接头侧的锁止扣，然后拆开ABS ECU的连接器。
注意事项： 
在拆ABS ECU的连接器时，不要直接拔连接器上的连接线。应拿着连接器的壳体，再将其拆开。


图39各制动油管与液压控制
单元之间的关系


(3) 踩下踏板，并用踏板架定位。
(4) 在ABS控制器下垫一块布，用来吸干从开口处流出的制动液。
(5) 拆下制动主缸到液压控制单元的制动油管A、B和液压控制单元通到各轮的制动油管1~4(见图39)。

注意事项： 
① 制动油管拆下后用软铅丝扎在一起，挂到高处，使开口处高于制动储液罐的油平面，并立即将开口部封住。
② 在制动油管上做好记号。
(6) 把ABS控制器从支架上拆下来。
注意事项： 
① 在操作中必须特别小心，不能使制动液渗入到ABS ECU壳体中。
② 如果壳体脏，可用压缩空气吹净。
2) ABS控制器的分解
(1) 压下接头侧的锁止扣，拔下控制单元上液压泵(V64)电线插头。
(2) 用专用套筒扳手拆下ABS ECU与液压控制单元的四个连接螺栓(如图310所示)。


图310液压单元总成分解图


(3) 将液压控制单元与电子控制单元分离。注意： 拆下液压控制单元时要直拉，防止损坏。
(4) 在ABS ECU的电磁阀上盖一块不起毛的布。
(5) 把液压控制单元和液压泵安放在专用支架上，以免在搬运时碰坏阀体。
3) ABS控制器的装配
(1) 装配场地必须清洁，不允许有灰尘及脏物。
(2) 把ABS液压控制单元和ECU装成一体，用专用套筒扳手拧紧新的螺栓，力矩不得超过4N·m。
(3) 插上液压泵电线插头，注意锁扣必须到位。
4) ABS控制器的安装
ABS液压控制单元开口处的密封塞只有在制动油管要装上去的时候才能拆下，以免异物进入制动系统。
(1) 将ABS控制器装到架上，以10N·m的力矩拧紧固定螺栓。
(2) 拆下液压口处的密封塞，装上各轮制动油管，检查油管位置是否正确，以20N·m的力矩拧紧管接头。
(3) 装上连接主缸的制动油管A和B，以20N·m的力矩拧紧管接头。
(4) 插上ABS ECU线束插头。
(5) 对ABS系统充液和放气。
(6) 试车检测ABS功能，须感到踏板有反弹。
5) 前轮转速传感器的拆装
(1) 拆卸前轮转速传感器
先拔下传感器导线插头，再拧下内六角紧固螺栓，拆下前轮转速传感器。
(2) 安装前轮转速传感器
安装前轮转速传感器之前，先清洁传感器的安装孔内表面，并涂上固体润滑膏G 000 650，然后装入转速传感器，以10N·m的力矩拧紧内六角紧固螺栓，最后插上导线插头。
注意事项： 
前轮左、右传感器不能互换。
6) 后轮转速传感器的拆装
后轮转速传感器的拆装顺序如下： 
(1) 先翻起汽车后坐垫，根据图311所示转速传感器安装位置，拔下后轮转速传感器的连接插头。


图311转速传感器的安装位置


(2) 拧下传感器的内六角紧固螺栓，然后拆下后轮转速传感器。
注意事项： 
后轮左、右传感器不能互换。
7) 后轮转速传感器的安装
安装与拆卸顺序相反，但注意安装后轮转速传感器之前先清洁传感器的安装孔内表面，并涂上固体润滑膏G000650，然后装入转速传感器，以10N·m的力矩拧紧内六角螺栓。
六、 质量评价标准
典型ABS制动系统的拆装实训质量评价标准见表32。


表32典型ABS制动系统的拆装实训质量评价标准



序号项目配分评 分 标 准得分


1ABS系统卸压25遗漏此项全扣
2蓄电池电极的拆卸顺序20遗漏此项或顺序错误全扣
3拆卸制动油管，ABS控制器20各个油管是否做了记号； 安放油管是否符合规定
4拆卸转速传感器15转速传感器是否做了记号
5安装ABS控制器、转速传感器10安装力矩是否符合规定
6安全文明生产10酌情扣分
七、 知识链接
1. 汽车制动性能的评价指标
对汽车的制动性能有多方面的要求，因而有多方面的评价指标。通常主要从以下三个方面来进行评价。
1) 制动效能
汽车的制动效能是汽车迅速降低车速直至停车的能力，具体可用制动距离和制动减速度来评价，通常实用中多指制动距离。制动距离指在一定的制动初速度下，汽车从驾驶员踩着制动踏板开始到停车为止所驶过的距离，它与制动踏板力以及路面附着条件有关。
2) 制动效能的恒定性
汽车制动效能的恒定性主要指的是抗热衰退性能。抗热衰退性能是指汽车在高速行驶或在下长坡连续制动时制动效能保持的程度。因为制动过程实际上是把汽车行驶的动能通过制动器吸收转换为热能，而制动器温度升高后，能否保持在冷状态时的制动效能已成为设计制动器时要考虑的一个重要问题。此外，涉水行驶时，制动器浸水后仍应保持其制动效能。
3) 制动时汽车的方向稳定性
制动时汽车的方向稳定性是指汽车在制动过程中维持直线行驶或按预定弯道行驶的能力。一般用制动时汽车是否发生制动跑偏、侧滑、甩尾以及失去转向能力来评定。制动时汽车自动向左或向右偏驶称为制动跑偏。侧滑是指制动时汽车的某一轴或两轴发生横向移动。失去转向能力是指弯道制动时，汽车不再按原来弯道行驶而沿弯道切线方向驶出或直线行驶制动时转动转向盘汽车仍按直线方向行驶的现象。制动跑偏、侧滑和失去转向能力是造成交通事故的重要原因。
2. 汽车在紧急常规制动时，车轮抱死的原因
我们知道汽车只有受到与行驶方向相反的外力时，才能达到降低车速或停车的目的。这个外力只能由地面和空气提供。但由于空气的阻力相对较小，所以实际上外力主要是由地面提供的，我们称之为地面制动力Fx。地面制动力越大，制动距离越短。


图312制动时各力
之间的关系


地面制动力大小取决于两个因素： 一个是制动器的制动力Fμ，一个是轮胎与地面的摩擦力附着力F。对于一般汽车而言，制动器的制动力是足够大的，那么地面制动力是随其增大而增大吗？下面我们结合图312来分析一下它们之间的关系。

第一阶段，制动器的制动力Fμ较小，制动器的摩擦力矩不大，地面制动力足以克服制动器制动力而使车轮滚动。显然，此时地面制动力等于制动器的制动力，且随踏板力的增加成正比增加。第二阶段，由于作用在车轮上法向载荷为常数，地面制动力达到附着力的值后就不再增加了。而此时制动器的制动力还逐步增大致使汽车车轮抱死。
由此可见，汽车的地面制动力首先取决于制动器的制动力，但同时又受到地面附着条件的限制。当制动器的制动力超过附着力时，车轮就会出现抱死情况。
3. 汽车的车轮抱死给汽车造成的影响
1) 车轮的滑移率(S)
汽车正常行驶时，车速(即车轮中心的纵向速度)与车轮速度(即车轮圆周速度)相同，可以认为车轮在路面上作纯滚动运动。
在汽车制动过程中，随着制动强度的增加，车轮的滚动状态逐渐减少，而滑动成分逐渐增加(见图313)，实际车速和轮速不再相等，人们将车速(v)与轮速(vW)之间出现的差异叫做滑移，一般认为车速大于轮速时车辆就发生了滑移,当轮速大于车速时认为发生了滑转(一般发生在起步和加速时的驱动轮)。


图313车轮边滚边滑的状态



为了表征滑移成分所占比例的多少，常用滑移率S来表示。即

S=v-vWv×100%=v-rωv×100%(31)

式中： v为车速； 
vW为轮速；
 r为车轮半径； 
ω为车轮角速度。
从式(31)可以看出，当车速等于轮速时滑移率为零，汽车制动时车速和轮速差别越大，滑移率就越大。停车之前车轮抱死时，轮速为零，滑移率达到100％(见图314)。从开始制