ABS的组成构造与工作原理

05-03

一、ABS的组成

ABS主要由传感器、ECU和执行器三部分组成，其组成及功能见表

ABS主要部件在车上的位置见图

二、ABS主要部件的结构原理

1.ABS传感器

（1）轮速传感器。

用于检测车轮的转速，并将转速信号输入ECU。

轮速传感器一般安装在车轮处、主减速器或变速器中，主要类型有电磁感应式轮速传感器和霍尔效应式轮速传感器。

[1]电磁感应式轮速传感器。

主要由传感头和齿圈组成，安装位置见图2-18。安装在车轮处的轮速传感器，齿圈安装在随车轮一起转动的部件上，如轮毂、制动盘、半轴等，而传感头则安装在车轮附近不随车轮转动的部件上，如转向节、制动底板、半轴套管等。传感器与齿圈之间的间隙很小，通常只有0.5～1.0mm，多数轮速传感器是不可调的。一些后轮驱动的汽车，在主减速器或变速器上安装一个电磁感应式轮速传感器，传感头安装在主减速器或变速器壳体上，齿圈安装在主减速器或变速器输出轴上。

图2-18轮速传感器的安装位置传感器齿圈由磁阻较小的铁磁性材料制成，齿圈外周为细轮齿，传感头主要由永磁体、磁极和线圈组成，见图2-19。

图2-19电磁感应式轮速传感器的构成

1—细齿轮；2—线圈；3—磁铁；4—磁极；5—磁通；6—齿圈（回转）电磁感应式轮速传感器的工作原理见图2-20。

当齿圈的齿隙与传感器的磁极端部相对时，磁极端部与齿圈之间的空气隙最大，传感器永磁性磁极所产生的磁力线不容易通过齿圈，感应线圈周围的磁场较弱；当齿圈的齿顶与传感器的磁极端部相对时，磁极端部与齿圈之间的空气隙最小，传感器永磁性磁极所产生的磁力线容易通过齿圈，感应线圈周围的磁场较强。当齿圈随同车轮转动时，齿圈的齿顶和齿隙交替地与传感器磁极顶部相对，传感器感应线圈周围的磁场随之发生强弱交替变化，在感应线圈中感应出交变电压，其频率与齿圈的齿数和转速成正比。因此，轮速传感器输出的交变电压频率将与相应车轮的转速成正比。

图2-20电磁感应式轮速传感器的工作原理

1—齿圈；2—磁极端部；3—感应线圈引线；4—感应线圈；5—永磁性磁极；6—磁力线；7—电磁感应式轮速传感器；8—磁极；9—齿圈齿顶电磁感应式轮

速传感器结构简单、成本低，但输出信号的幅值随转速的变化而变化，在规定的转速变化范围内，其输出信号的幅值一般为1～15V，若轮速过低，其输出信号低于1V，ECU无法检测；频率响应不高，当转速过高时，传感器的频率响应跟不上，容易产生误信号；抗电磁波干扰能力差。目前，国内外ABS控制对应的车速一般为15～160km/h，其控制范围将逐渐扩大到8～260km/h，电磁感应式轮速传感器很难适应。

[2]霍尔效应式轮速传感器。

具有输出信号不受转速影响、频率响应高、抗电磁波干扰能力强等优点，广泛用于ABS轮速检测及其他控制系统的转速检测。

霍尔效应式轮速传感器由传感头和齿圈组成，见图2-21。传感头由永磁体、霍尔元件和电子电路等组成。

永磁体的磁力线穿过霍尔元件通向齿圈，在图2-21（a）位置时，穿过霍尔元件的磁力线分散，磁场相对比弱；在图2-21（b）位置时，穿过霍尔元件的磁力线集中，磁场相对比强。齿圈转动过程中，通过霍尔元件的磁力线密度发生变化，从而引起霍尔电压变化，霍尔元件将输出一准正弦波电压。此信号由电子电路（图2-22）转换成标准的脉冲电压，见图2-23。

图2-21霍尔效应式轮速传感器工作原理图

2-22霍尔效应式轮速传感器电子电路

（2）减速传感器，也称G传感器

用于测量汽车制动时的减速度，识别是否是雪路、冰路等易滑路面。减速传感器利用差动变压器原理获得加速度信号，其结构原理见图2-24。汽车正常行驶时，差动变压器线圈内的铁心处于线圈的中部位置，当汽车制动减速时，铁心受惯性力（惯性力与汽车加速度或减速度的大小成正比，方向相反）作用向前移动，从而使差动变压器线圈内的感应电流发生变化，以此作为输出信号控制ABS工作。铁心产生的惯性力不同，其在线圈内所处的位置随之不同，减速传感器输出信号也不同。

近年来，四轮驱动汽车也开始装用ABS，其减速传感器主要用于检测车身的减速度，通常采用水银开关型减速传感器，见图2-25。汽车处于水平位置时，开关处在“开”状态。汽车在低附着系数路面上制动时，由于减速度小，开关内的水银不动，开关仍处于“开”状态；汽车在高附着系数路面上制动时，因为减速度较大，开关则处于“关”状态，从而识别出路面的附着系数信息并传送到ECU。采用水银开关的减速传感器中，也有能传递前进和后退两个方向的路面附着系数信息，还有的在前进方向上并列了2个水银开关，即使一个有故障，另一个也能正常工作。

2.ECU

ECU主要用于接收轮速传感器及其他传感器输入的信号，进行放大、计算、比较，按照特定的控制逻辑，分析判断后输出控制指令，控制制动压力调节器进行压力调节。ABSECU的硬件由安装在印刷电路板上的一系列电子元器件构成，由集成度高、运算速度快的数字电路构成，封装在金属壳体内，形成一个独立的整体；软件是固存在只读存储器中的一系列控制程序和参数。目前ABSECU的内部电路和控制程序并不相同，基本组成见图2-26。

（1）输入级电路。

由低通滤波、整形、放大等组成的输入放大电路，用于对轮速传感器输入的交变信号进行预处理，并将模拟信号变成微机使用的数字信号。输入级电路接收点火开关、制动开关、液位开关等外部信号，传送轮速传感器监测信号，还接收电磁阀继电器、泵电动机继电器等工作电路的监测信号，并将这些信号经处理后送入计算电路。

（2）计算电路。

进行车轮线速度、初始速度、滑移率、加速度和减速度的运算、分析、处理及压力调节器

调节器电磁阀控制参数的运算和监控。计算电路中的两个微处理器分别接收同样的输入信号，在进行运算和处理时通过交互式通讯，对两个微处理器的结果进行比较，若处理结果不一致，微处理器立即使ABS退出工作，防止系统发生故障后导致错误控制。计算电路检测ECU内部工作，监测系统中有关部件的工作状况，当监测到这些电路工作不正常时，立即向安全保护电路输出终止ABS工作的指令。

（3）输出级电路。

将计算电路输出的控制信号转换成模拟控制信号，通过控制功率放大器向执行器提供控制电流，驱动执行器工作。

（4）安全保护电路。

由电源控制、故障记忆、继电器驱动和ABS警告灯驱动等电路组成。安全保护电路接收电源信号，对电源电压是否稳定在规定的范围内进行监控，同时将12V或14V电源电压变成ECU内部需要的5V标准电压。同时还对继电器电路、ABS警告灯电路进行控制。当ABS出现故障时，根据微处理器的指令，切断有关继电器的电源电路，使ABS停止工作，恢复常规制动功能。同时点亮组合仪表上的ABS警告灯，提醒驾驶员ABS出现故障。并将故障信息存储在存储器内，以便进行自诊断时，将存储的故障信息调出，供维修时使用。

[1]失效保护模式说明，

3.制动压力调节器

制动压力调节器用于接收ECU的指令，通过电磁阀的动作自动调节制动器制动压力。制动压力调节器主要有液压式、气压式和空气液压加力式等型式。以液压式制动压力调节器最常用。液压式制动压力调节器主要由电磁阀、液压泵和储液器组成，通过电磁阀和液压泵产生的液压力控制制动力。每个车轮或每个系统内部都有电磁阀，压力调节器通过电磁阀直接控制制动压力的，称为循环式制动压力调节器；间接控制制动压力的，称为可变容积式制动压力调节器。1）循环式制动压力调节器

采用循环调压方式进行防抱死制动压力调节时，通过使轮缸中的制动液流回主缸或储液器（也称蓄能器），实现制动压力减小；通过主缸或蓄能器中的制动液流入轮缸，实现制动压力增大。

（1）电磁阀。

循环式制动压力调节器多采用二位三通电磁阀或三位三通电磁阀。

[1]二位三通电磁阀，见图2-27。

有增压和减压两种工作位置，即电磁线圈断电位置和电磁线圈通电位置，工作时二位三通电磁阀穿梭于两个位置。只要ECU控制线圈电流通断的占空比，即可实现制动压力的三态调整。

[2]三位三通电磁阀，见图2-28。

有3个液压孔，能实现压力升高、压力保持和压力降低三种工作状态，其工作过程见图2-29。

二位三通电磁阀

三位三通电磁阀

口都被封闭，制动液既不能从进液口进入电磁阀，也不能从回液口流出电磁阀，保持回路中的压力不变，见图2-29（b）。当电磁线圈中通大电流时，电磁线圈对衔铁产生较大的电磁吸力，使衔铁下移至极限位置，同时带动上压板下移，使回液球阀不再压靠在阀座上，回液阀开启，而进液球阀被压靠在阀座上，进液阀关闭，制动液不能从进液口进入电磁阀，而从出液口流回电磁阀的制动液可从回液管流出电磁阀，从而降低制动压力，见图2-29（c）。

（2）液压泵，见图2-30。

液压泵由直流电动机和回转球阀式活塞泵组合为一体，电动机由设置在活塞泵出液口的压力控制开关控制。当蓄能器内制动液压力低于设定的控制压力时，压力控制开关闭合，向电动机供电，使液压泵工作，将制动液泵入蓄能器中；当液压泵出液口的压力超过设定的控制压力时，压力控制开关断开，停止向电动机供电，电动机和活塞泵停止工作，将液压泵出液口处的压力保持在一定的控制范围内。如果液压泵出液口处的压力过低，说明液压泵或蓄能器存在故障，压力警示开关闭合，发出警示信号。

图2-30液压泵

1—回转球阀式活塞泵；2—直流电动机；3—压力控制/警示开关；4—蓄能器；5—单向阀；6—限压阀（3）蓄能器。

根据其压力范围分高压蓄能器和低压蓄能器。高压蓄能器用于向制动助力器、轮缸或调压缸供给高压制动液或其他的调压介质，作为制动能源；低压蓄能器用于接纳回流的制动液或调压介质，并衰减回流制动液或调压介质的压力波动。通常将高压蓄能器称为蓄能器，将低压蓄能器称为储液器。

2）循环式制动压力调节器的工作过程

[1]常规制动过程，见图2-31。

电磁阀不通电，衔铁在图示位置，主缸和轮缸管路相通，主缸可随时控制制动压力的增减。此时液压泵不工作。

[2]减压过程，见图2-32。

当ECU对电磁阀提供较大电流时，柱塞移至上端，主缸和轮缸的通路被截断，轮缸和储液器接通，其制动液流入储液器，制动压力降低。与此同时，电动机带动液压泵工作，将流回储液器的制动液加压后送回主缸。

图2-31常规制动过程

1—电磁阀；2—轮缸；3—轮速传感器；4—车轮；5—电磁线圈；6—主缸；7—制动踏板；8—液压泵；9—储液器；10—柱塞

图2-32减压过程

1—电磁阀；2—轮缸；3—轮速传感器；4—车轮；5—电磁线圈；6—主缸；7—制动踏板；8—液压泵；9—储液器

[3]保压过程，见图2-33。

当ECU对电磁阀通较小电流时，柱塞移至图示位置，所有的通路都被截断，制动器制动压力保持不变。

[4]增压过程，见图2-34。

当ECU对电磁阀断电后，柱塞又回到初始位置。主缸和轮缸再次相通，主缸的高压制动液再次进入轮缸，增加制动压力。增压和减压的速度直接通过电磁阀的进、出油口控制。

3）可变容积式制动压力调节器的工作过程

图2-33保压过程

1—电磁阀；2—轮缸；3—轮速传感器；4—车轮；5—电磁线圈；6—主缸；7—制动踏板；8—液压泵；9—储液器

图2-34增压过程

1—电磁阀；2—轮缸；3—轮速传感器；4—车轮；5—电磁线圈；6—主缸；7—制动踏板；8—液压泵；9—储液器

力的调节速度取决于调压活塞的移动速度。

[1]常规制动过程，见图2-35。

调压活塞被一较大的弹簧力推至左端，活塞顶端有一推杆顶开单向阀，使主缸与轮缸之间的管路接通。此时系统处于常规制动状态，主缸直接控制制动器制动压力的增减。

图2-35常规制动过程

1—轮速传感器；2—车轮；3—单向阀；4—液压元件；5—主缸；6—制动踏板；7—蓄能器；8—调压活塞；9—电磁阀；10—液压泵；11—电磁线圈；12—储液器；13—ECU；14—轮缸

[2]减压过程，见图2-36。

ECU对电磁阀提供较大的电流，电磁阀内的柱塞移到右边，蓄能器中储存的高压高压液体通过管路作用在调压活塞的左侧，产生一个与弹簧力方向相反的作用力，使调压活塞右移，单向阀关阀，主缸和轮缸之间的通路被切断。图中粗实线部分表示轮缸侧的管路容积，与图2-35相比，因调压活塞右移而使轮缸侧容积增加，制动压力减少，其减小幅度决定于轮缸侧管路容积的增加量。

图2-36减压过程

[3]保压过程，见图2-37。

ECU对电磁阀提供较小的电流，电磁阀柱塞移到左边，作用在活塞左侧的液体压力保持不变，调压活塞两端承受的作用力相等。因此调压活塞静止不动，管路容积不发生变化，制动压力保持不变。

图2-37保压过程

[4]增压过程，见图2-38。

ECU对电磁阀断电，柱塞回到最左端位置，作用在调压活塞左侧的高压被解除，调压活塞左移，调压活塞左侧制动液泄入储液器，同时主缸和轮缸的管路相通。轮缸侧容积增加量在此期间减小，制动压力增加至初始值。

4.失效保护继电器

当故障自诊断系统检测到ABS故障时，ABSECU的失效保护功能将断开失效保护继电器，从而断开电磁阀、关闭液压泵电动机，ABS停止工作并恢复常规制动状态。当ABSECU给失效保护继电器通电时，失效保护继电器工作，触点闭合，给ABS各电磁阀供电，ABS正常工作。当ABSECU停止对失效保护继电器供电时，失效保护继电器停止工作，触点断开，各电磁阀无电源，且液压泵电动机也停止工作。

5.ABS警告灯

当发现下列异常现象时，ABSECU点亮ABS警告灯：

（1）液压泵电动机工作超时；

（2）车辆已经行驶超过30s，而未松开驻车制动；

（3）未收到四轮中任何一轮的传感器信号；

（4）电磁阀作用超时或检测到电磁阀断路；

（5）发动机开始运转或车辆已经开动，未接收到电磁阀输出信号。ABS有两个警告灯，一个是红色制动故障指示灯，另一个是琥珀色或黄色ABS警告灯.

两个警告灯正常闪亮的情况为：

当点火开关接通时，红色指示灯与琥珀色警告灯几乎同时点亮，红色指示灯亮的时间较短，琥珀色警告灯亮的时间较长（约3s）；

发动机启动后，蓄能器要建立系统压力，两灯会再次点亮，时间可达十几秒；

驻车制动时，红色指示灯也应亮。如果在上述情况下灯不亮，说明故障指示灯本身或线路有故障。