1、第二章 制动防抱死系统 学习要点： 了解制动防抱死控制系统的作用及发展历史； 掌握制动防抱死控制系统的结构和工作原理； 掌握制动防抱死控制系统的的常用控制算法。 2022/9/16 Global Research, Yao Chen 1 第二节 ABS系统的组成和工作原理 2022/9/16 ABS系统结构简图 传感器： 1、轮速传感器：轮速传感器是用来测量汽车车轮转速的传感器。对于现代汽车而言，轮速信息是必不可少的，汽车动态控制系统(VDC)、汽车电子稳定程序(ESP)、防抱死制动系统（ABS）、自动变速器的控制系统等都需要轮速信息。所以轮速传感器是现代汽车中最为关键的传感器之一。 分类：一
2、般来说，所有的转速传感器都可以作为轮速传感器，但是考虑到车轮的工作环境以及空间大小等实际因素，常用的轮速传感器主要有：磁电式轮速传感器、霍尔式轮速传感器。 2022/9/16 1）磁电式轮速传感器 磁电式轮速传感器安装图 结构 磁电式轮速传感器一般由磁感应传感头和齿圈组成，传感头由永磁铁、极轴、感应线圈等组成。齿圈是一个运动部件，一般安装在轮毂上或轮轴上与车轮一起旋转。轮速传感头是一个静止部件，传感头磁极与齿圈的端面有一定间隙。 9/16/2022 磁电式轮速传感器 汽车车轮转速传感器通常安装在车轮处，但在有些车型上则设置在主减速器或变速器中。 极轴根据形状的不同分为凿式、柱式、菱形三种类型，
3、如右图所示。不同形状的传感头相对于齿圈的安装方式也不同。菱形极轴车速传感器头一般径向垂直于齿圈安装；凿式极轴车速传感器头轴向相切于齿圈安装；柱式极轴车速传感器头轴向垂直于齿圈安装。 9/16/2022 磁电式轮速传感器极轴形状 9/16/2022 磁电感应式车轮转速传感器的工作原理磁电感应式车轮转速传感器的工作原理: : (a) 凸齿接近磁头 (b) 凸齿正对磁头 c）凸齿离开磁头 1信号转子；2传感线圈；3永久磁铁；4磁轭 d）低速时输出 e）高速时输出 特点： 具有结构简单、成本低、不怕泥污等特点，在现代轿车的ABS防抱死制动系统中得到广泛应用。 但是磁电式轮速传感器也有一些缺点： （1）
4、频率响应不高。当车速过高时，传感器的频率响应跟不上，容易产生误信号； （2）抗电磁波干扰能力差，尤其是输出信号振幅值较小时。 （3）转速低时，感应电压的幅值较小。 9/16/2022 2）霍尔式轮速传感器 结构 霍尔式轮速传感器由传感头和齿圈组成。传感头由永磁体、霍尔元件和电子电路等组成。 9/16/2022 霍尔式轮速传感器结构 （2）原理 霍尔式轮速传感器利用霍尔效应原理，即在半导体薄片的两端通以控制电流，在薄片的垂直方向上施加磁场强度为B的磁场，则在薄片的另两端便会产生一个大小与控制电流、磁感应强度B的乘积成正比的电势，这就是霍尔电势。 9/16/2022 霍尔式轮速传感器原理图 永磁体
5、的磁力线穿过霍尔元件通向齿轮，齿轮相当于一个集磁器。 当齿轮位于图a)所示位置时，穿过霍尔元件的磁力线分散，磁场相对较弱。 当齿轮位于图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mV级的准正弦波电压，此信号再经过电子电路转换成标准的脉冲电压。脉冲的频率，即每秒钟产生的脉冲个数，反映了车轮旋转的快慢，通过脉冲的频率即可得知车轮转速。 9/16/2022 特点： 霍尔式轮速传感器具有如下特点： （1）输出信号电压振幅值不受转速的影响； （2）频率响应高； （3）抗电磁波干扰能力强。 9/16
6、/2022 霍尔式轮速传感器 2、车速传感器 车速传感器是用来检测电控汽车的车速的装置，有控制电脑用这个输入信号来控制发动机怠速，自动变速器的变扭器锁止，自动变速器换档及发动机冷却风扇的开闭和巡航定速等其它功能。 车速传感器的输出信号可以是磁电式交流信号，也可以是霍尔式数字信号或者是光电式数字信号。 9/16/2022 磁电式 霍尔式 光电式 光电式车速传感器是固态的光电半导体传感器，它由带孔的转盘、两个光导体纤维、一个发光二极管、一个作为光传感器的光电三极管组成。 一个以光电三极管为基础的放大器为发动机控制电脑或点火模块提供足够功率的信号，光电三极管和放大器产生数字输出信号(开关脉冲)。发光
7、二极管透过转盘上的孔照到光电三极管上实现光的传递与接收。转盘上间断的孔可以开闭照射到光电三极管上的光源，进而触发光电三极管和放大器，使之像开关一样地打开或关闭输出信号。 9/16/2022 9/16/2022 光电式车速传感器的工作原理 1 发光二极管 2 信号盘 3 光敏三极管 从示波器上观察光电式车速传感器输出波形的方法与霍尔式车速传感器完全一样，只是光电传感器有一个弱点即它们对油或脏物在光通过转盘传递的干涉十分敏感，所以光电传感器的功能元件通常被设计成密封得十分好，但损坏的分电器或密封垫容器在使用中会使油或赃物进入敏感区域，这会引起行驶性能问题并产生故障码。 9/16/2022 3、减速
8、度传感器 作用：减速传感器用于将汽车制动时的减速度转变为相应的电信号，防抱死制动系统电子控制器可根据减速传感器提供的电信号判断路面情况，选择适当的制动力控制方案。 常见的ABS所使用的减速传感器有：光电式、水银式等不同的类型。 9/16/2022 光电式减速度传感器 光电式减速度传感器由两只发光二极管LED、两只光电三极管、一块遮光板和信号处理电路等组成。 光电效应：指某些物质因受到光的照射而发出电子的现象。 工作原理：光电管是把光能变成电能的器件，内部装有能够产生光电效应的电极，受到光线照射就会向外发射电子。 光电管有光电二极管和光电三极管两种。 9/16/2022 光电式减速度传感器遮光板
9、的作用是透光或遮光。当遮光板上的开口位于发光二极管与光电三极管之间时，发光二极管发出的光线能够照射到光电三极管上，使光电三极管导通。当遮光板上的齿扇位于发光二极管与光电三极管之间时，发光二极管发出的光线被遮光板上的齿扇挡住而不能照射到光电三极管。 9/16/2022 汽车匀速行驶时，传感器的透光板静止不动；汽车减速行驶时，透光板由于惯性会随着的变化而沿汽车的纵轴方向进行摆动。 透光板的作用是穿过或隔断发光二极管到光电三极管间的光线，以此控制光电三极管的开与关。两对发光二极管和光电三极管的组合可以将汽车的减速度分为4个等级。 9/16/2022 减速度速率 低减速率1 低减速率2 中等减速率 高
10、减速率 光电三极管1 通 断 断 通 光电三极管2 通 通 断 断 水银式 水银式减速度传感器主要由水银和玻璃管组成，这种传感器应用在日产44全轮驱动汽车上。 当汽车在附着系数较小的路面上制动时，减速度小，玻璃管内的水银基本不动，ABS控制电路接通，ABS控制车轮防抱死，从而保证在该种路面上制动时的稳定性；而当汽车在附着系数较大的路面上制动时，减速度大，水银在玻璃管内靠惯性作用前移，ABS控制电路切断，这时可以不用防抱死方式制动，也能保证汽车在这种高附着系数路面上移动的稳定性。 9/16/2022 执行器 ABS的执行器是制动压力调节器，由电磁阀、储液器和回液泵电动机组成。 制动压力调节器 制
11、动压力调节器种类较多，其结构和工作原理差异也较大。可根据动力来源、总体结构和调压方式进行分类。 根据动力源分类：液压式和气压式 根据总体结构分类：整体式和分离式 根据调压方式分类：循环式和变容式 根据电磁阀结构分类：两位两通电磁阀式和三位三通电磁阀式 2022/9/16 电磁阀 1）二位二通电磁阀 常开式：未通电时，电磁阀的进液口和出液口相通，电磁阀处于开启状态。 常闭式：未通电时，电磁阀的进液口和出液口之间的通道被阀芯封锁，电磁阀处于关闭状态。 9/16/2022 a）常开电磁阀 b）常闭电磁阀 2）三位三通电磁阀 常规制动过程：电磁阀不通电，主缸和轮缸想通。 保压过程：通小电流（2-2.5
12、A），柱塞上移至中间位置，固定铁芯与柱塞间的吸引力与弹簧压力平衡，所有的油路通道都被切断。 减压过程：通大电流，固定铁芯与柱塞间的吸引力很大，柱塞上升至最高位，主缸与轮缸的通道被切断，轮缸与储液器的通道接通。 增压过程：电磁阀断电后，柱塞又回到a位置。 三位三通电磁阀动作示意图 2022/9/16 2022/9/16 电动液压泵 由永磁式直流电动机与柱塞泵组成。 a）柱塞上行时储液 b）柱塞下行时回液 蓄压器 串联在电动液压泵和电磁阀之间，用于储存来自高压液压泵的高压制动液，以备在制动过程中增加制动压力。 2022/9/16 制动压力调节装置的工作原理 循环式制动压力调节装置的工作原理 普通制
13、动模式普通制动模式(ABS(ABS不工作不工作) ) （1)普通制动模式(ABS不工作) 当汽车开始制动时，ABS系统就根据轮速和车速监控滑移率，滑移率小于20%，电磁线圈不通电，电磁阀中的柱塞处于最下方，主缸与制动轮缸间的管路连通，制动轮缸与储液器间的管路被切断，来自制动主缸的制动液就经电磁阀进入制动轮缸，制动轮缸的压力随制动主缸的压力变化而变化。 2022/9/16 减压制动模式减压制动模式 减压制动模式 当滑移率大于20%时，ECU使电磁线圈通入较大的电流，电磁阀中的柱塞移至上端，制动轮缸与主缸间的管路被切断，制动轮缸的管路与通向储液器的管路接通，轮缸中的制动液流向储液器，制动轮缸减压。
14、 2022/9/16 保压制动模式保压制动模式 保压制动模式 当制动轮缸需要保持制动压力时，根据ECU的指令，给电磁线圈通入较小的电流，电磁阀中的柱塞移至中间位置。所有的通道都被关闭，同时切断液压泵电动机的电源使液压泵停止工作，使制动轮缸内的制动压力保持原有状态。 2022/9/16 增压制动模式增压制动模式 增压制动模式 当制动轮缸需要增加制动压力时，ECU发出指令，使电磁线圈断电，电磁阀中的柱塞又回到普通制动模式时的初始位置。 2022/9/16 可变容积式制动压力调节器工作原理 在汽车原有的制动管路上增加一套液压控制装置，用它来控制制动管路容积的增减，从而控制制动压力的变化。 2022/
15、9/16 普通制动模式普通制动模式(ABS(ABS不工作不工作) ) 普通制动模式（ABS不工作） 滑移率小于20%，电磁线圈中没有电流通过，电磁阀中的柱塞位于最左端，将液压控制活塞大端的工作腔与储液器接通。控制活塞处于左端极限位置。 制动主缸与制动轮缸的管路相互沟通，为普通制动模式。 2022/9/16 减压制动模式减压制动模式 减压制动模式 滑移率大于20%，需要减小制动轮缸的制动压力，ECU发出指令，给电磁线圈通入最大电流，电磁阀中的柱塞移至最右端，将蓄压器与液压控制活塞的工作腔接通，电动泵开始工作，来自蓄压器或电动泵的高压制动液流入控制活塞大端的工作腔，推动控制活塞右移。 控制活塞右移
16、时首先使单向阀关闭，同时使控制活塞小端的工作腔容积增大，轮缸的油压降低。 2022/9/16 保压制动模式保压制动模式 保压制动模式 滑移率等于20%，需要保持制动轮缸的压力，ECU发出指令，给电磁线圈通入一个较小的电流。电磁阀处于中间位置，将通向蓄压器、控制活塞工作腔和储液器的管路全部关闭。来自蓄压器或电动泵的制动液不能再进入液压控制活塞大端的工作腔，控制活塞大端工作腔的压力不再发生变化。液压控制活塞保持在一定的位置，此时由于单向阀仍处于落座状态，制动轮缸的制动压力保持不变。 2022/9/16 增压制动模式增压制动模式 增压制动模式 若滑移率低于20%， ECU发出指令，切断通向电磁线圈的电流，电磁阀回到左端初始位置，将液压控制活塞大端的工作腔与储液器管路接通。液压控制活塞大端工作腔内的制动液流回储液器，作用在活塞大端工作腔的高压被解除，液压控制活塞在弹簧力的作用下，也回到左端的初始位置，顶开单向阀，使来自制动主缸的制动液直接进入制动轮缸。 此时如果需要增加制动轮缸的压力时，驾驶员进一步踏下制动踏板，制动压力进一步增加。
