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汽车电控系统(14)
第十章 汽车的防滑控制系统
第一节 概 述
一、制动过程分析
驾车经验告诉我们，当行车在湿滑路面上突遇紧急情况而实施紧急制动时，汽车会发生侧滑，严重时甚至会出现旋转调头，相当多的交通事故便由此而产生。当左右侧车轮分别行驶于不同摩擦系数的路面上时，汽车的制动也可能产生意想不到的危险。弯道上制动遇到上述情况则险情会更加严重。所有这些现象的产生，均源自于制动过程中的车轮抱死。汽车防抱死制动装置就是为了消除在紧急制动过程中出现上述非稳定因素，避免出现由此引发的各种危险状况而专门设置的制动压力调节系统。
图11．l是汽车在水平路面上制动时汽车的受力示意图，图中G是汽车的重力，FZ1和FZ2是前后轮上作用的地面支承力，FJ是汽车制动时作用在质心上的减速惯性力，Fxbl和Fxb2。是地面作用在车轮边缘上的摩擦力。汽车制动减速的过程实际上就是汽车在行驶方向上受到地面制动力Fxb而改变运动状态的过程。制动效果的好坏完全取决于这种外界制动力的大小及其所具有的特性。
由于地面制动力是地面与轮胎之间的摩擦力，因此，它具有一般摩擦力的特性。即：那车减速度（即惯性力）较小时，地面摩擦力未达到极限值，它可随所需惯性力增加而增加；稍汽车减速度（即惯性力）达到一定数值后，地面摩擦力达到其极限值，以后便不再增大。按照摩擦的物理特性可知，此时
Fxbmax＝Fz·φ
式中：
Fxbmax——地面制动力（摩擦力）的最大值；
Fi——作用在车轮上的法向载荷；
φ——摩擦系数（通常称为附着系数）。
由此可以看出，在汽车紧急制动情况下，若欲提高制动效能，即缩短制动距离或增大制动减速度，必须设法增大Fxbmax。为此，可以采取两条途径：一方面，可以通过提高正压力Fz来增大Fxbmax；另一方面，也可以通过提高摩擦系数φ中使Fxbmax得以提高。考虑到汽车具体使用情况，后一种途径更具有实际意义。
大量试验已经证明，轮胎与路面之间的附着系数主要受到三方面要素影响，即：①路面的类型、状况；②轮胎的结构类型、花纹、气压和材料；③车轮的运动方式和车速。
通过观察汽车制动过程中车轮与地面接触痕迹的变化（图11．2），可以知道制动车轮的运动方式一般均经历了三个变化阶段，即开始的纯滚动、随后的边滚边滑和为能够定量地描述上述三种不同的车轮运动状态，即对车轮运动的
比例上加以量化和区分，便定义了如下的车轮滑动率： S＝ v－ r.w
V
式中：S——车
r——车轮半径；ω——车轮角速度
述定义可知，车轮运动特征可由滑动率
图11．3是试验所获得的车轮与地面摩擦系数随车轮运动状态不同而变化的
中可以看出，车轮纵向附着系数（又称制动力系数）随车轮滑动成分的增加呈先上升后下降的趋势，附着系数最大值（亦称峰值附着系数冲。一般出现在滑动率S＝15％－25％之间，滑动率S达到100％（车轮抱死）时的附着系数（也称滑动附着系数）φs小于峰值附着系数φp。一般情况下，（φp一φs）随道路状况的恶化而增大，即滑动附着系数φs会远远低于w。同时，当s=100％时，车轮的横向附着系数（又称横向力系数）中；趋近于0，这时，车轮无法获得地面横向摩擦力。若这种情况出现在前轮上，通常发生侧滑的程度不甚严重，但是却会导致前轮无法获得地面侧向摩擦力，导致转向能力的丧失；若这种状况出现在后轮上，则会导致后轮抱死，此时，后轴极易产生剧烈的侧滑，使汽车处于危险的失控状态。
数滑动率（即S＝20％）附近，这样既能使汽车获得较高的制动效能，又可保证它在制动时的方向稳定性。 汽车防抱死制动系统（
自动调节作用在车轮上的制动力矩，防止车轮抱死的电子控制装置。它不仅能缩短制动距离。有效避免各种因制动引起的事故，还可减少轮胎磨损，使其达到使用寿命。 二、 防抱死制动系统的发展历史
20世纪初，原始的防抱死制动系统（
动导致的“平面现象”和钢轨的早期损坏。1936年德国Robert Bosch公司取得了ABS专利权。40年代ABS系统被应用于飞机上，以防止飞机着陆时偏离航道及轮胎的爆破。 1954年美国Ford汽车公司首次将法国生产的民航机用ABS系统应用在Lincoln牌高
车上，由此拉开了汽车采用ABS系统的序幕。同一时期，Kelsey Hayes公司与Hydro Aire公司开始联合生产用于载货车的ABS系统。1957年 Ford公司与Kelsey HayeS公司开始了 ABS系统的开发合作。1969年Ford汽车公司推出了后二轮控制方式的防抱死制动系统，并在美国和日本的高级轿车上得到应用。进人70年代，随着电子控制技术及精密液压元器件加工制造技术的进步，逐步奠定了复杂而精确的控制技术基础，1978年德国Benz汽车公司首次推出了四轮控制式防抱死制动系统。随着电子技术的进步和电器件价格的迅速降低，自80年代后期起ABS在汽车上应用得到普及，并逐渐已成为现代汽车上的一种标准装备。 从ABS出现到今
ABS系统的整体结构已日渐趋于成熟，今后的发展将集中体现在以下几个方面。 ①实时跟踪路面特性变化，采用更加有效的控制算法，实现真正意义上优化控制，
补现今汽车上广为采用的逻辑控制的不足。 ②提高关键元件的性能指标和可靠性，消除系
大的缺陷。 ③由单一AB
④进一步降低系统装车成本。
三、 ABS的基本组成
一般来说，带有ABS的
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，而后者是由传感器、控制器。执行器等组成的压力调节控制系统（如图11．4所示），在制动过程中用来确保车轮始终不抱死，车轮滑动率处于合理范围内。
在制动压力调节系统中，传感器承担感受系统控制所需的汽车行驶状态参数，将运动物理量转换成为电信号的任务。控制器即电子控制装置（ECU）根据传感器信号及其内部存储信号，经过计算、比较和判断后，向执行器发出控制指令，同时监控系统的工作状况。而执行器（制动压力调节器）则根据ECU的指令，依靠由电磁阀及相应的液压控制阀组成的液压凋节系统对制动系统实施增压、保压或减压的操作，让车轮始终处于理想的运动状态。
第二节 ABS的控制
从汽车使用性能上来说，防抱死制动系统控制效果的优劣主要取决于系统的控制方式和控制通道类型等方面，但无论如何，汽车上所采用的ABS系统一般均具有以下的控制共性。
①在制动过程中，只有当车轮趋于抱死时，ABS系统才起作用，此前保持常规制动状态。
②ABS系统只在车速超过一定值时才起作用。
③ABS系统具有自诊断功能，以确保系统出现故障时，常规制动系统仍能正常工作。
ABS对车轮制动压力的调节通常可以采用以下两种方式进行。
①双参数感测控制。该方法同时利用两种传感器获得车速和车轮转速信号，并按照一定的控制方法由计算机控制制动系统工作。由于目前测取车速信号需借助多普勒雷达作为传感器，价格较高，故实际使用较少。
②单参数感测控制。此方法仅仅利用车轮转速传感器获取车轮转速信号，通过计算机，依靠某种计算方法估算出汽车速度、加速度信号，根据这些数据由计算机控制制动系统工作。由于这种方法性能价格比较好，故得到了广泛的使用。
一、ABS控制过程
在计算机控制过程中，为了提高控制效率和加快控制收敛速度，各国研究人员提出了许多控制方法，如：逻辑门限控制法、滑动模态变结构控制法、最优控制法和模糊控制法等。它们在实现控制的系统结构难度上、系统制造成本上、自身控制速度上各有不同，其中以逻辑门限控制方法使用最广泛。其控制过程举例如下（如图11．5所示）。
该控制方式以车轮减速度和车轮加速度为控制参数，在ECU中预先设定好车轮加、减速度门槛值，并以参考滑动率和参考速度为辅助控制参数，对制动过程实施控制。
在制动开始阶段，轮缸压力快速上升，车轮减速度很快超出门槛值，电磁阀从升压切换到保压状态，同时，以控制起始时刻的车轮角速度作为初始参考速度，计算出制动控制的参考车速，并以该参考车速和车轮角速度为依据，计算出参考滑动率门槛曲线。在保压阶段，轮速继续下降，当轮速降到低于滑动率门槛值时，电磁阀由保压切换到减压状态。在减压过程中，轮速在一段时间以后会开始上升，当车轮减速度减小，逐渐越过减速度门槛值时，系统又进人保压状态。若在规定的保压时间内，车轮加速度不超过加速度门槛值，则判定此时路面属于低附着系数情况，以另外方式实施以后的控制。若可超过加速度门槛值，则继续保压。为了适应不同附着系数的路况需要，在加速度门槛值的上方又设定了一道旨在识别大附着系数路面的第二加速度门槛值。当角加速度超过了第二门槛值时，则要对轮缸实施增压，直至车轮加速度低于该门槛值后，再行保压措施，直到车轮减速度再次低于第一加速度门槛值。随后的升压过程中，一般采用比初始增压慢得多的上升梯度，电磁阀在增压和保压之间不断切换，直至车轮减速度再次向下穿过减速度门槛值。以后相类似地重复上述调节过程。
由此可以看出，ABS控制过程实际上就是利用制动压力调节系统对制动管路油压高速地进行“增压一保压一减压”的循环调节过程。近年来，随着控制和执行元件技术的日益进步，这种调节循环的工作频率通常可达15－20次／秒。
二、ABS系统控制通道、控制方式及布置类型
ABS控制通道是指ABS系统中能够独立进行压力调节的制动管路。按照系统对制动压力调节方式的不同，可将ABS控制方式分为两大类，即独立控制和同时控制。前者指一条控制通道只控制一个车轮；而后者为一条控制通道同时控制多个车轮，依照这些车轮所处位置不同，同时控制又有同轴控制和异轴控制之分，同轴控制是一个控制通道控制同轴两车轮，而异轴控制则是一个控制通道控制非同轴两车轮。如果按照控制时控制依据选择不同，也可将ABS的同时控制区分为低选控制和高选控制两种。在低选控制中是以保证附着系数小的一侧车轮不发生抱死来选择控制系统压力，而高选控制却是从保证附着系数较大一侧车轮不发生抱死出发来实施制动系统压力调节。
一般说来，如能在汽车四个车轮上独立地进行压力调节控制，意味着汽车有可能在四个车轮上都发挥出地面上最大的附着能力。按照ABS通道数目和传感器数目的多少可以对ABS控制系统进行分类。
按照传感器数目不同，ABS可以分为四传感器（4S）、三传感器（3S）、两传感器（2S）和单传感器（1S）等几种系统。按照通道数目不同，也可将ABS分为四通道式、三通道式、二通道式和一通道式等。
四传感器四通道（四轮独立）控制方式如图11．6（a）所示，该系统是通过各车轮轮速传感器的信号分别对各车轮制动压力进行单独控制。其制动距离和转向控制性能好，但在附着系数不对称路面上制动时，由于汽车左右侧车轮地面制动力差异较大，因此形成较大的偏转力矩，从而导致汽车在制动时的方向稳定性较差。
四传感器四通道（前轮独立、后轮选择）控制方式如图11．6（b）所示，该系统适用于X型制动管路系统，由于左右后轮不共用一条制动管路，故对它们实施同时控制（一般为低选控制）需采用两个通道。此种控制方式的操纵性和稳定性较好，制动效能稍差。
四传感器三通道（前轮独立、后轮选择）控制方式如图11．7所示，使用在制动管路前后布置的后轮驱动汽车上，后轮一般采用低选控制，其控制效果是操纵性和稳定性较好，制动效能稍差。
三传感器三通道（前轮独立、后轮选择）控制方式如图11．8所示，该系统适用于X型制动管路系统，由于左右后轮不共用一条制动管路，故对它们实施同时控制（一般为低选控制）需采用用两个通道。此种控制方式的操纵性和稳定性较好，制动效能稍差。
四传感器二通道（前轮独立）控制方式如图11．9所示，此结构多用于X型制动系统中，前轮独立控制，制动液通过比例阀（PV阀）按一定比例减压后传至对角后轮。采用此种控制方式的汽车在不对称的路面上制动时，高附着系数路面一侧前轮产生高制动压力，该压力传至低附着系数路面一侧的后轮时，会导致该后轮抱死。而低附着系数路面一侧前轮制动压力较低，对应的高附着系数一侧的后轮不会抱死。从而有利于制动时方向稳定性，但与三通道和四通道控制系统相比较，其后轮制动力稍有降低，制动效四传感器M通道（前轮独立、
道上增设一个低选择阀KLV阀）。当汽车在不对称路面制动时，高附着系数一侧前轮的高压不直接传至低附着系数侧对角后轮，而通过低选阀只上升到与低附着系数侧前一传感器一通道控制系统如图10.11所示，此种控制方
，只对后轮进行控制，一个传感器装于后桥差速器上，只对后轮采用低选控制的方式。能较有效地防止后轮抱死，但由于前轮无控制，故易抱死，转向操纵性差，制动距离较长。
在各种轿车制动系统上采用不同类型的ABS可以产生不同的使用效果，综合的性能三、ABS制动的过程
ABS的制动过程分为常
发生抱死的情况下，汽车制动系统执行常规制动过程，而当系统认定车轮有抱死趋势时，便开始进行制动压力的调节。在图11.12所示的ABS系统中，两种制动过程的系统元件工作情况如下。
1．常规制动
ABS不介入控制，各进液调压电磁间断电导通，各回液电磁阀断电关闭，电动泵不通电运转，各制动轮缸与储液器隔绝，系统处于正常制动状态。
2．调节制动
制动压力调节过程由制动保压、制动减压和制动增压组成。
l）制动保压
当传感器告知ECU右前轮趋于抱死，右前轮进液调压电磁阀通电关闭，右前轮回液调压电磁阀仍断电关闭，实现制动保压；其他车轮仍随制动主缸增压。
2）制动减压
当传感器告知ECU右前轮抱死趋势无改善，右前轮回液调压电磁间也通电导通，轮缸制动液回流储液器，实现制动减压。
3）制动增压
当传感器告知有前轮抱死趋势已消失，右前轮进液调压电磁阀和回液凋压电磁间均断电，进液调压阀导通，回液调压阀关闭，电动泵运转，与主缸一起向右前轮轮缸送液，实现制动增压。
第三节 防抱死制动系统的结构及工作原理
一、传感器
ABS系统的传感器是感受汽车运动参数（车轮转速）的元件，用来感受系统控制所需的基本信号，其作用如同人的眼睛和耳朵。通常，ABS系统中所使用的传感器主要包含有以变换车轮转速信号为目的的轮速传感器和以感受车身加速度为目的的加速度传感器。
轮速传感器有电磁感应式与霍尔式两大类。前者利用电磁感应原理，将车轮转动的位移信号转化为电压信号（如图11.13所示），由随车轮旋转的齿盘和固定的感应元件组成。图11.14示出了各种传感器在汽车上的安装位置。此类传感器的不足之处在于，传感器输出信号幅值随转速而变，低速时检测难，频响低，高速时易产生误信号，抗干扰能力差。后者利用霍尔半导体元件的霍尔效应工作。当电流Iv流过位于磁场中的霍尔半导体层时（如图11．15所示），电子向垂直于磁场和电流的方向转移，在半导体横断面上出现霍尔电压UH，这种现象称之为霍尔效应。
霍尔传感器可以将带隔板的转子置于永磁铁和霍尔集成电路之间的空气间隙中。霍尔集成电路由一个带封闭的电子开关放大器的霍尔层构成，当隔板切断磁场与霍尔集成电路之间的通路时，无霍尔电压产生，霍尔集成电路的信号电流中断；若隔板离开空气间隙，磁场产生与霍尔集成电路的联系，则电路中出现信号电流。
霍尔轮速传感器由传感头和齿圈组成，传感头包含有永磁体。霍尔元件和电子电路等结构（如图 11．16所示）。永磁体的磁力线穿过霍尔元件通向齿轮，当齿轮处于图 11．16（a）位置时，穿过霍尔元件的磁力线分散于两齿之中，磁场相对较弱。当齿轮位于图 11．16(b)位置时，穿过霍尔元件的磁力线集中于一个齿上，磁场相对较强。穿过霍尔元件的磁力线密度所发生的这种变化会引起霍尔电压的变化，其输出一个毫伏级的准正弦波电压。此电压经波形转换电路转换成标准的脉冲电压信号输人ECU。
由霍尔传感器输出的毫伏级正弦波电压经过放大器放大为伏级正弦波信号电压，在施密特触发器中将正弦波信号转换成标准的脉冲信号，由放大级放大输出。各级输出波形信号也一并显示在图 11．16中。
霍尔车轮转速传感器与前述电磁感应式传感器相比较，具有以下的优点：
①输出信号电压的幅值不受车轮转速影响，当汽车电源电压维持在 12 V时，传感器输出信号电压可以保持在 11．5－12 V，即使车轮转速接近于零；
②频率响应高，该传感器的响应频率可高达 20 kth（此时相当于车速I000km／h）；
③抗电磁波干扰能力强。
减速度传感器在结构上有光电式。水银式和差动式等各种型式。其中光电式传感器利用发光二极管和受光（光电）三极管构成的光电偶合器所具有的光电转换效应，以沿径向开有若干条透光窄槽的偏心圆盘作为遮光板，制成了能够随减速度大小而改变电量的传感器（如图11.17所示）。这光板设置在发光二极管和受光三极管之间，由发光二极管发出的光束可以通过板上窄槽到达受光三极管，光敏的三极管上便会出现感应电流。当汽车制动时，质量偏心的遮光板在减速惯性力的作用下绕其转动轴偏转，偏转量与制动强度成正比，如果像图11．17所示那样，在光电式传感器中设置两对光电偶合器，根据两个三极管上出现电量的不同组合就可区分出如表中所示的四种减速度界限，因此，它具有感应多级减速度的能力。
水银式传感器利用具有导电能力的水银作为工作介质。在传感器内通有导线两极柱的玻璃管中装有水银体，由于水银的导电作用，传感器的电路处于导通状态，当汽车制动强度达到一定值后，在减速惯性力的作用下，水银体脱离导线极柱，传感器电路断电（如图11．18所示）。这种开关信号可用于指示汽车制动的减速度界限。
差动式传感器利用电磁感应原理工作。传感器由固定的线圈和可移动的铁芯构成，铁芯在制动减速惯性力的作用下沿线圈轴向移动，可导致传感器电路中感应电量的连续变化（如图11.19所示）。
胆路以外的低压储油罐实现减压，随后再靠油泵将低压油送回制动主缸
二、制动压力调节装置（压力调节器）
ABS系统控制车轮滑移率的执行机构是系统压力调
，由计算机判断确定车轮的运动状态，向驱动压力调节装置的电磁阀线圈发出指令，通过电磁阀的动作来实现对制动分泵的保压、减压和增压控制。压力调节装置的电磁阀以很高的频率工作，以确保在短时间内有效地对车轮滑动率实施控制。 液压式制动主要由供能装置（液压泵、储液器等）、
有将压力调节装置独立于制动主缸、助力器的分离式布置型式（如图11．20所示），它具有布置灵活、成本低但管路复杂的特点；也有将压力调节装置以螺栓与主缸和助力器相连的组合式体的整体式布置方式（如图11.21所示），其结构更加紧凑、管路少、更加安全可靠。 通常，制动压力调节器串联在制动主缸与轮缸之间，通过电磁阀直接或间接地调节
力。当压力调节器直接控制轮缸制动压力时，称为循环式调压方式；当压力调节器间接的制动轮缸时，称为可变容积式调压方式。各种调压方式又可细分为以下几种。 1、 循环式调压方式
其工作原理如图11
回路以外的低压储油罐实现减压，随后再靠油泵将低压油送回主缸。 此种调压方式的系统无需高压储能器，ABS依靠油泵的启动实现增压，
通阀和油泵的启动来完成ABS增压、减压、保压三个动作，在ABS增压过程中，驾驶员能明显感觉到制动踏板的抖动。 该系统中所采用的三位三
阀、检查阀、支架、托盘、主弹簧、副弹簧。无磁支撑环、电磁线圈和油管接头组成。 移动架6在无磁支撑环3的导向下可沿轴向作微小的运动（约0．25 mm），由此可以打开卸
进油阀5关闭。主弹簧13与副弹簧12相对设置且主弹簧刚度大于副弹簧。 检测阀8与进油阀5并联设置，在解除制动时，该阀打开，增大轮缸至主缸的
力得以迅速下降，即使在主弹簧断裂或移动架6被卡死的情况下，也能使车轮制器的制动得以解除。
检测阀8与进油阀5并联设置，在解除制动时，该阀打开，增大轮缸至主缸的回油通道，以使轮缸压力得以迅速下降，即使在主弹簧断裂或移动架6被卡死的情况下，也能使车轮制器的制动得以解除。
当电磁线圈无电流通过时，由于主弹簧力大于副弹簧，进油阀5被打开，卸荷阀4关闭，制动主缸与轮缸的油路接通，此状态既可以是常规制动，也可以是ABS增压。
当ECU向电磁阀线圈半通电，电磁力使移动架6向下运动一定距离，将进油阀5关闭。由于此时的电磁力尚不足以克服两个弹簧的弹力，移动架6被保持在中间位置，卸荷阀4仍处于关闭状态，即三个阀孔相互封闭，ABS处于保压状态。
当ECU向电磁线圈7输人大工作电流时，所产生的大电磁力足以克服主、副两弹簧的弹力，使移动架6继续向下运动，将卸荷阀4打开，从而轮缸通过卸荷阀与回油管相通，ABS处于减压状态。
表11．4列出了再循环式调压方式中各电磁阀与ABS工作状态之间的关系。
再循环和循环式调压装置应用于 BOSCH的 ABSZ u。图 11．25所示是采用循环式
该调压方式再减压时，轮缸释放的压力油不再回送到储油器，而用油泵直接输送给制动主缸，其工作方式与再循环式相同，低压油容器被低压储能器替代。（如图11.24所示）
再循环和循环式调压装置应用于BOSCH的ABS2型产品中。图11.25所示是采用循环式调压系统的丰田凌志LS400轿车ABS结构的示意图，该制动系统采用双管路形式，ABS调压采用三通道方式，前轮独立控制，后轮按低选控制。ABS增压时，电磁阀线圈无电流通过，阀体在弹簧力作用下处于最左边位置，此时，制动主缸与轮缸接通，通往储能器的通道被阻断，电动机带动油泵高速运转，将高压油液送人轮缸；ABS保压时，ECU控制向电磁阀提供2A的小电流，在弹簧和电磁力的共同作用下使电磁阀处于中间位置，即制动主缸、轮缸和储能器各接口互不导通；ABS减压时，ECU向电磁阀输出5A大电流，所产生的大电磁力克服弹簧力，将电磁间设置在右位置，此时轮缸和储能器接通，制动主缸油路被截断。
系统中所采用的回油泵和储能器结构分别如图11．26和11.27所示。回油泵为柱塞泵，通过电动机带动凸轮来驱动，泵内设有两个单向阀，下阀为进油阀，上阀为出油阀。柱塞上行时，轮缸及储能器的压力油推开下进油阀，进人泵体内。而当柱塞下行时，泵体内的压力油首先封闭进油阀，随后推开出油阀，将制动液压回制动主缸。
压缩弹簧，使油道容积增大，以暂时储存制动液。也可采用气囊式的结构（见图 11．27），在储能器中有膜片将容器分隔成两部分，下部气囊中充满氮气，上腔与回油泵和电磁阀回油日相连。储能器上的压力开关可根据储能器内部的压力高低，向电脑发出信号，以便控制电动机和油泵的工作，即当储能器内油压达到一定值以后，波登管在该压力作用下向外伸展，感应杆在弹簧拉力作用下将触点开关闭合，向电脑输人控制信号。 3．可变容积式调压方式
该方式是在汽车原有制动
离，制动液在轮缸和压力调节装置间交换，通过机械方式如活塞运动使密闭的轮缸管路容积发生变化，实现加、减压调节。这种调压方式主要用于本田车系、美国DELCOMORANE ABS VI和BOSCH部分产品中。 系统基本结构如
可变容积式调压系统基本工作原理如图11．29所示。
常规制动时，电磁阀线圈不通电，电磁间将控制活塞工作腔与回油管路接通，控制活塞在强力弹簧的作用下移向左端，活塞顶端推杆将单向阎打开，使制动主缸与轮缸的制动管路接通，制动主缸的制动液直接进人轮缸，轮缸压力随主缸压力而变化。
减压制动时，ECU向电磁阀线圈通人大电流，电磁阀内的柱塞在电磁力作用下，克服弹簧力移到右边，将储能器与控制活塞工作腔管路接通，储能器的压力油进人控制活塞工作腔推动活塞右移，单向阀关闭，主缸与轮缸之间的通路被切断，由于控制活塞的右移，使轮缸侧容积增大，制动压力减小。
当ECU向电磁阀通入较小电流，由于电磁阀线圈的电磁力减小，柱塞在弹簧力作用下左移，将储能器、回油管和控制活塞工作腔管路相互关闭。此时控制活塞左侧的油压保持一定，控制活塞在油压和弹簧的共同作用下保持在一定位置，此时单向阀仍处于关闭状态，轮缸侧的容积也不发生变化，实现保压制动。
需要增压时，ECU切断电磁阀线圈中的电流，柱塞回到左端的原始位置，控制活塞工作腔与回油管路接通，控制活塞左侧控制油压解除，控制液流回储液器，弹簧将控制活塞向左推移，轮缸侧容积减小，压力升高，当控制活塞处于最左端时，单向阎被打开，轮缸压力将随主缸压力的增大而增大。
该系统具有以下特征：
①ABS作用时制动踏板无抖动感。
②活塞往复运动可由滚动丝杆或高压储能器推动。
③采用高压储能器作为推动活塞的动力时，储能器中的液体和轮缸的工作液是隔离的，前者仅仅作为改变轮缸容积的控制动力。
④采用滚动丝杆时，由电机驱动活塞，每一通道各设置一个电机。
图11．30所示是美国德尔科公司ABS调节器结构图，该系统为前轮独立控制、后轮低选控制的三通道ABS系统，主要用于美国通用系列汽车上（如别克、雪佛兰、旁蒂克等）。它以由可以正、反和停转的驱动电机带动丝杆，并推动控制活塞实现变容积调压为特色。该液压调节器位于制动总泵和分泵之间，与总泵联为一体。液压调节器上装有电磁阀，分别控制两前轮和后轮，在电脑控制下关闭或开启通往制动分泵的油路。单向球阀受活塞上下运动控制开启，而活塞则靠电动机驱动齿轮由丝杆带动。
常规制动时，电磁阀无电流通过，由它控制的油路处于开启状态。同时，活塞位于最上方，其顶端的小顶杆将单向球阀顶开，制动主缸的制动液可通过电磁阀控制通道和单向球阀所控制的通道流向前制动轮缸，制动轮缸压力随着制动主缸的压力变化而变化。此时电磁制动器不通电，处于制动状态，电动机不转动，活塞保持在上方位置不动。
当ABS系统工作时，电磁阀通电工作，它所控制的油路被切断。同时，电磁制动器通电，活塞在电动机和丝杆的驱动下，向下移动，单向球阀关闭，此时制动主缸与轮缸之间的通道完全隔断。调压活塞在ECU的控制下作上下运动，当活塞上移时，轮缸油路的空间变小，油压升高，制动力增加，实现ABS增压；若调压活塞维持不动，轮缸油路油压保持不变，车轮制动力恒定，实现ABS保压；而当调压活塞向下移动，轮缸油路油压变大，车轮制动力减小，实现ABS减压。
图11.31所示是本田汽车的ABS调节装置工作原理图，它也采用了可变容积式的调压方式。常规制动时，输人、输出问的电磁线圈断电，将输出阀打开，输人阀关闭。此时，调节器下端C腔与储油箱导通，滑动活塞在其上端主弹簧弹力作用下向下移动，直至顶开开关问，将B腔与A腔接通，制动主缸经过A腔和B腔与轮缸导通，轮缸压力受主缸压力的控制而变化。
当开关阀未被顶开之前，可以通过对输出阀和输人阀线圈的通断电控制，调节C腔的压力，靠改变滑动活塞的位置来改变 B容积的大小，实现对轮缸压力的调节。如 ABS减压时，ECU同时向输出阀和输人闹线圈通电，将输出阀关闭，输人间打开，由油泵和储能器提供的控制压力油进人C腔，推动控制活塞和滑动活塞上移小腔容积增大，轮缸压力下降；ABS保压时，ECU将输人阀电磁线圈的电流切断，让输出阀电磁线圈仍然通电，即同时关闭输人阀和输出阀，由于C腔油压保持恒定，滑动活塞不动心脏容积不变，轮缸油压维持不变；ABS增压时，ECU同时将输出阀和输人阀线圈断电，将输出间打开，输人阀关闭上腔压力下降，使控制活塞和滑动活塞下移小腔容积减小，轮缸压力增高。
此种压力调节器在ABS增压和减压过程中，由于控制活塞的缘故人腔的容积也在发生变化，即制动主缸内的油压有波动，所以，制动踏板上会出现抖动。
4．回流泵式调压方式
该压力调节装置（如图 11．32所示）采用两个二位二通电磁阀，其工作原理与再循环式调压器相似。减压时轮缸释放的制动液被回送储能器和制动主缸，同时，油泵也参与将制动液回送主缸的工作，制动液在主缸和轮缸间控制制动液的交换，实现调节作用。ABS作时，油泵连续工作。电磁阀与
油泵的工作状态如表11．5所列。
系统具有以下一些特点。
①系统采用两个二位二通电磁阀取代循环调压方式中的一个三位三通电磁阀，实现ABS保压、减压和增压，工作可靠性更高。
②当 ABS作，轮缸处于保压状态时，轮缸的压力和来自主缸的压力在单向阀处平衡。
③主缸和油泵之间串联单向阀，并联缓冲器，减缓了制动踏板的抖动，但仍保留了轻微的感觉。
回流泵式调压方式是 ABS调压方式中比较新的技术，目前 BOSCH ABS5．3和 TEVES MK20（桑塔纳2000时代超人装用）均采用了种方式。
5．补给式调压方式
在图11．33所示的调压系统中，当ABS系统工作时，轮缸的增压由高压储能器中的压力补给，而储能器中的压力则由油泵提供。油泵是否工作取决于高压储能器内的压力，当储能器内压力低于设定压力值时，油泵便开始工作。轮缸减压时的制动液送回到储油罐。进行常规制动时，轮缸的减压液体直接流回制动主缸。系统的三个调压电磁阀的工作状态如表11.6所列。坦威斯 TEVES MK2型 ABS系统上采用了此种结构，系统中所设置的高压储能器还取代了真空助力器，储能器中的高压液体兼用于制动助力。此种调压方式当ABS处于增压状态时，因主缸、轮缸的油路与高压储能器相通，故制动踏板会有明显的抖动。
三、ABS电控单元（ECU）
ABS的ECU接受由设于各车轮上的传感器传来的转速信号，经过电路对信号的整形、放大和计算机的比较、分析、判别处理，向ABS执行器发出控制指令。一般来说，ABS电控单元还具有初始检测、故障排除、速度传感器检测和系统失效保护等功能。图11．34显示了ABS电控单元（ECU）的基本作用。
1．组成
电控单元由硬件和软件两部分组成，前者由设置在印刷电路板上的一系列电子元器件（微处理器）和线路构成，封装在金属壳体中，利用多针接口（如 TEVES MKII采用 32针接口），通过线束与传感器和执行器相连，为保证ECU的可靠工作，一般它被安置在尘土和潮气不易侵入、电磁波干扰较小的乘客舱、行李舱或发动机罩内的隔离室中；软件则是固存在只读存储器（ROM）中的一系列计算机程序。电控单元的输人和输出如图 11．35所示。
2．内部结构
ABS电控单元的内部结构如图11．36所示。为确保系统工作的安全可靠性，在许多ABS的ECU中可采用了两套完全相同的微处理器，一套用于系统控制，另一套则起监测作用，它们以相同的程序执行运算，一旦监测用ECU发现其计算结果与控制用ECU所算结果不相符，则ECU立即让制动系统退出ABS控制，只维持常规制动。这种“冗余”的方法可保证系统更加安全。
ABS电控单元的内部结构如图11．36所示。为确保系统工作的安全可靠性，在许多ABS的ECU中可采用了两套完全相同的微处理器，一套用于系统控制，另一套则起监测作用，它们以相同的程序执行运算，一旦监测用ECU发现其计算结果与控制用ECU所算结果不相符，则ECU立即让制动系统退出ABS控制，只维持常规制动。这种“冗余”的方法可保证系统更加安全。
ECU的内部电路结构主要包括以下几方面。
l）输入级电路
以完成波形转换整形（低通滤波器）、抑制干扰和放大信号（输人放大器）为目的，将车轮转速传感器输人的正弦波信号转换成为脉冲方波，经过整形放大后，输给运算电路。输人级电路的通道数视ABS所设置的传感器数目而定，通常以三通道和四通道为多见。
2）运算电路（微型计算机）
根据输入信号运算电磁阀控制参数。主要根据车轮转速传感器输人信号进行车轮线速度、开始控制的初速度、参考滑动率、加速度和减速度等运算，调节电磁阀控制参数的运算和监控运算，并将计算出的电磁阀控制参数输送给输出级。
3）输出级电路
利用微机产生的电磁阀控制参数信号，控制大功率三极管向电磁阀线圈提供控制电流。
4）安全保护电路
将汽车12 V电源电压改变并稳定为ECU作所需的5 V标准电压，监控这种工作电压的稳定性。同时监控输人放大电路、ECU运算电路和输出电路的故障信号。当系统出现故障时，控制继动电动机和继动阀门，使ABS停止工作，转人常规制动状态，点亮ABS警示灯，将故障以故障码的形式存储在ECU内存中。
3．控制过程
ECU电路的控制过程如图 11．37所示。
该系统为四传感器三通道（前轮独立控制、后轮低选控制），传感器输人端 FR+～RL--。回油泵电机受ECU和油泵继电器共同控制，有以下两种工作状态。
①减压时高速运转。ECU通过MR端口向油泵继电器线圈加电，继电器触点闭合，蓄电池直接向电机供电，电机高速运转，迅速将制动液泵回制动主缸。
②其余时间低速运转。ECU停止向油泵继电器线圈供电，继电器触点断开，ECU经由MT端子通过电阻向油泵电机加较小电流（2A），油泵低速运转，将储能器中制动液抽空，以备下次减压时储油。
制动压力调节器中三个电磁阀线圈与一个监测电阻并联，共同受ECU和电磁间继电器控制。点火开关未接通时，电磁间继电器线圈中无电流，继电器常闭触点使电磁阀继电器线圈搭铁，ABS不工作。接通点火开关后，在短时间内，ECU仍不向电磁阀继电器线圈供电，此时，ABS警示灯经维修连接器、电磁阀继电器常闭触点搭铁而点亮上CU对系统自检。如系统无故障，6。后ECU向电磁阀继电器线圈供电，常闭触点断开，常开触点闭合，电磁阀线圈经常开触点与电源相连，此后，电磁阀的状态完全由ECU控制，也即电磁阀线圈可以经过Srk、SFL5RR和GND端口由ECU加以控制。
监测电阻用来检测电磁阀线圈的故障，当线圈出现故障时，电阻两端的电压发生变化，通过AST端子将此故障信息输人ECU，同时切断调节器电路，ABS退出工作。
四、ABS制动液及制动液的更换
通常，当ABS工作时，要以10－20次／秒的工作频率在减压、保压和增压状态之间切换，因此，系统对制动液的要求比普通制动系统的要求更高。概括地说，有以下几点：
①为保证制动时不产生气阻，制动液的沸点要高（不低于260℃）；
②为确保ABS在减压、保压和增压状态间循环有足够反应速度，制动液运动粘度要低；
③对金属和橡胶等制品无腐蚀；
④在各种工作条件下性能稳定；
⑤制动液在吸湿率（含水率）3。5％时的吸湿沸点高。
表11．7所列是美国运输部 DOT关于制动液的标准。目前世界大多数国家的轿车推荐使用由于采用乙二醇为基液的DOT3和DOT4制动液是一种吸湿性较强的液体，一年
使用条件和环境不同，其吸湿率会有所不同。一旦制动液中含有水分，其沸点便会下降，从而容易引起气阻，制动的可靠性下降。同时，制动液含水分后，其腐蚀性大为增加。所以，当制动液使用二一2年后，在自然吸湿过程中其吸湿率将达到3％，为确保制动可靠性，便应更换制动液。 ABS中所出现的气体是非常有害的，它可能会破坏系统对制动压力的正常调节，严重时可导致
失去作用。当修理过程中对系统进行过分解后，或制动踏板发软、变低、制动效果变差时，需要对ABS排气。 带ABS的制动
利用V．G．A1552的帮助对制动系统实施排气）。若以一般的方法进行排气，则应注意参照相应的保养手册进行操作，以便能达到事半功倍的效果。
1．汽车ABS系统的常见故障
1）系统线路故障
它多为连接线短路
2）传感器信号故障
因传感头安装位置不对、传感头与齿圈间隙过大、传感头松动等引起。
3）电源故障
一般由电压不
4）油路故障
因油泵转子卡
2．故障诊断前的注意事项
当汽车ABS系统出现故障后
）两个阶段。在进行故障诊断前，首先注意以下几点。 ①汽车所用轮胎大小与型号必须与厂家推荐的保持一致，
员伤亡。 ②对具有高
力未卸除前，不要尝试刺穿或拆卸高压储能器，或将储能器靠近过热区和火源，否则银l起爆炸。 ③制动液属脱漆剂，必须避免将制动液溢流在车身漆面上。
④若ABS调压器进有空气，会导致泵电机运转时间延长，且A
ABS系统诊断前期，应进行初步检查，完成以下检查项目。
①检查总泵储液箱中制动液面高度。若液压控制单元具有单独
面，满足厂家规定要求。 ②检查ABS液压系统是否有
③检查ABS系统是否有机械零件损坏，如
④检查所有轮胎，确保轮胎大小与弹性满足厂家规定。
⑤检查ABS系统中所有导线的连接是否松动、腐蚀和损坏
⑥检查轮速传感器齿盘齿圈的完好性。
⑦若轮速传感器是可调的，应按照厂家规
⑧检查ABS系统的所有保险丝及熔断器的连接。
4．故障码诊断
若经过初步诊断
生部位。在现代汽车ABS系统中均具有故障自诊断功能，当ABS的ECU检测到系统故障信息时，立即将仪表板上的ABS警示灯点亮，告知驾驶员ABS系统出现故障，同时将故障信息以诊断故障码（DTC）的形式存储在存储器中。诊断ABS系统故障时，按照设定的程序和方法，可通过ABS警示灯的闪烁读出故障码，也可通过专用扫描检测诊断仪读解故障码。故障排除以后，需要将已有故障码清除。 各类
2．1．1 汽车驱动
在汽车驱动状态下，汽车的受力如图12＊所示，其中C是作用
应作用在车轮上的地面支承力，Fj是因改变汽车运动状态（加速）而作用在质心上的惯性力，Mt和Ft则分别是发动机经传动系传到驱动轮上的驱动转矩和相应地面作用在车轮边缘的驱动力。其中只有地面的摩擦力Ft是推动汽车向前行驶的外力。 在汽车行驶过程中，时常会出现车轮转动而车身不动
情况，这时，意味着轮胎接地点与地面之间出现了相对滑动，我们把这种滑动称为驱动轮的“滑转”，以区别于汽车制动时车轮抱死而产生的车轮“滑移”。驱动车轮的滑转，同样会使车轮与地面的纵向附着力下降，从而使得驱动轮上可获得的极限驱动力减小，最终导致汽车的起步、加速性能和在湿滑路面上通过性能的下降。同时，还会由于横向摩擦系数几乎完全丧失，使驱动轮上出现横向滑动，随之产生汽车行驶过程中的方向失控。
驱
ip Regulation，简称“ASR），它是继防抱死制动系统（ABS）之后，设置在汽车上专门用来防止驱动轮起步、加速和在湿滑路面行驶时滑转的电子驱动力调节系统。它可以在驱动状态下，通过计算机帮助驾驶员实现对车轮运动方式的控制，以便在汽车的驱动轮上获得尽可能大的驱动力，同时保持汽车驱动时的方向控制能力，改善燃油经济性，减少轮胎磨损。 12．1．2 ASR的工作原理
驱动防滑转控制系统的控制参数仍然是滑动率，滑动率的计算公式如下：
S=UL-Ua
UL
中：S——
UL——驱动轮轮缘速度Ua——
汽车车身速度，实际应用时常以非驱动轮轮缘速度代替。
身未动（Ua＝0）而驱动车轮转动时，S＝100％，车轮处于完全滑转状态；
驱动车轮处于纯滚动状态。ASR系统的电子控制器可以根据各车轮上的转速传感器信号，适时计算出各车轮的滑动率S。当S值超过预先设定的界限值时，电子控制器就会向ASR执行装置输出控制信号，抑制或消除驱动车轮上的滑转。 为达到上述对汽车驱动轮运动状态的控制，
1．发动机输出功率控制
当汽车起步、加速时，若加速踏板踩得过猛，
时间的滑转。这时，ASR电子控制器将根据加速踏板行程大小发出控制指令溉可通过发动机的副节气门驱动装置，适当调节节气门开度，也可以直接控制发动机ECU，改变点火时刻或燃油喷射量，通过限制发动机功率输出，达到抑制驱动轮滑转的目的。 2．驱动轮制动控制
在单侧驱动轮打滑时，
随着滑转车轮被制动减速，其滑动率会逐渐下降。当滑动率降到预定范围之内以后，电子控制单元立即发出指令，减少或停止这种制动，其后，若车轮又开始滑转，则继续下一轮的控制，直至将驱动轮的滑动率控制在理想范围内。与此同时，另一侧力F滑转车轮仍然保持着正常的驱动力。这种作用类似于驱动桥差速器中的差速锁，即当一侧驱动轮陷入泥坑中，部分或完全丧失了驱动能力时，若制动该车轮，另一侧的驱动轮仍能够辨出足够的驱动力，以便维持汽车正常的行驶。当两侧驱动轮均出现滑转，但滑动率不同时，可以通过对两边驱动轮施加不同的制动力，分别抑制它们的滑转，从而可提高汽车在湿滑路面上的起步、加速能力和行驶的方向稳定性。这种方式是防止驱动轮滑转最迅速有效的一种控制方法。但是，出于对舒适性的考虑，一般这种制动力不可太大。因此，常常作为第一种方法的补充，以保证控制效果和控制速度的统一。 3．差速锁止控制
采用由电子控制的可锁止式差速器，可将驱动轮的差速滑动率控制在一定的范围内。4．综合控制
为了达到更理想的控制效果，可采用上述各种控制相结合的控制系统。汽车在行驶过程中，
际情况采取相应的控制措施。如在发动机输出大转矩的状态下，车轮滑转的主要原因往往是因路面湿滑所致，采用对滑转车轮施加制动比较有效，而当发动机输出大功率时车轮滑转则以减小发动机输出功率的方法更有效。在更为复杂的工况下，借助综合控制的方式能够更好地达到控制驱动轮滑转的目的。 典型的ASR系统如图12．2所示。它由ASR选择开关、车轮转速传感器、防抱死制动和驱动防滑
子控制单元、制动主继电器、制动执行装置、制动灯开关。节气门继电器、主节气门位置传感器、副节气门位置传感器、副节气门执行器。液压调节装置。故障指示灯、压力调节和液面高度调节传感器和执行器等部分组成。
动轮的滑动率控制在目标范围内。 汽车上的ASR系统通常和ABS系统结合为一体，平时处于待命状态，不干预常规行驶，只有当驱动车轮滑转出现后才开始工作。当ASR系统出现故障时，以警示灯告知驾驶员，发动机和制动系统正常工作不受影响。 12．1．3 ASR与ABS的比较 尽管现代汽车上所采用的ASR系统各不相同，但是，概括说来它们均具有以下一些共性：
①ASR系统可由开关选择其是否工作，并由相应的指示灯提示；
⑥ASR与ABS一样，具有自诊断功能。 若将ASR系统与ABS系统相比较，可以发现两者之间所存在的异同之处。它们所具有的共性主
①ABS与ASR均可以通过控制车轮的力矩来达到控制车轮滑动率目的
②ABS与ASH均要求系统具有迅速的反应能力和足够的控制精度； ③两种系统均要求调节过程尽可能小的能量消耗。 同时，两个系统也存在如下一些明显的区别：①ABS对所有车轮实
②ABS作过程中，通常离合器分离、发动机怠速，但在
③ABS作过程中传动系振动较小，易控制，而在ASR控制过程中，传动系易产生较大振动；
④ABS控制中各车轮间相互影响较小，ASR控制中两驱动轮间相互影响较大； ⑤AS
杂。
12．2 ASR系统部件的结构原理
12.2.1ASR的输入 ASR系统的传感器主要有车轮转速传感器和节气门开度传感器，车轮转速传感器与ABS系统共用，而节气门开度传感器则与发动机电子控制系统共用，其结构不再赘述。
ASR选择开关是系统的另一个输入装置，
人为因素使系统退出工作状态，以便适应某些特殊的需要。如为了检查汽车传动系统或其他系统故障
12．2．2 ASR系统的ECU
ASR电子控制器以微处理器为核心，配以输入、输出电路及电源电路
数目，简化和紧凑结构，ASR控制器通常均与ABS控
U的输人信号来自ＡＢS－ECU发动机控制ＥＣ
ASR－ECU通过计算后向制动器与发动机节气门发出工作指令，
态。一旦ASR－ECU检测到任何故障，则立即停止ASR调节，此时，车辆仍可以保持常规方式行驶，同时系统会将检测出的故障信息存人计算机的
，并让报警指示灯闪烁。
位三通电磁阀处于断电状态而取左位时，调