(陈志远)毕业论文04
泸州职业技术学院毕业论文
汽车ABS的结构与检修
学生姓名陈志远
所在系机械工程系
班级09级汽车1班
专业汽车检测与维修
指导教师付龙虎
2012年6月2日
教研室（或答辩小组）及教学系意见
制动防抱理论的制动系统首先是应用于火车和飞机上。1936年，德国博世公司（BOSCH）申请一项电液控制的ABS装置专利，促进了ABS技术在汽车上的应用。汽车上开始使用ABS始于1950年代中期福特汽车公司，1954年福特汽车公司在林肯车上装用法国航空公司的ABS装置，这种ABS装置控制部分采用机械式，结构复杂，功能相对单一，只有在特定车辆和工况下防抱死才有效，因此制动效果并不理想。机械结构复杂使ABS装置的可靠性差、控制精度低、价格偏高。ABS技术在汽车上的推广应用举步艰难。直到70年代后期，由于电子技术迅猛发展，为ABS技术在汽车上应用提供了可靠的技术支持。ABS控制部分采用了电子控制，其反应速度、控制精度和可靠性都显著提高，制动效果也明显改善，同时其体积逐步变小，质量逐步减轻，控制与诊断功能不断增强，价格也逐渐降低。这段时期许多家公司都相继研制了形式多样的ABS装置。
进入90年代后，ABS技术不断发展成熟，控制精度、控制功能不断完善。现在发达国家已广泛采用ABS技术，ABS装置已成为汽车的必要装备。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%左右，运送危险品的货车ABS的装备率为100%。ABS装置制造商主要有：德国博世公司（BOSCH），欧、美、日、韩国车采用最多；美国德科公司（DELCO），美国通用及韩国大宇汽车采用；美国本迪克斯公司（BENDIX），美国克莱斯勒汽车采用；还有德国戴维斯公司（TEVES）、德国瓦布科（WABCO）、美国凯尔西海斯公（KELSEYHAYES）等，这些公司的ABS产品都在广泛地应用，而且还在不断发展、更新和换代。
近年来，ABS技术在我国也正在推广和应用，1999年我国制定的国家强制性标准GB12676-1999《汽车制动系统结构、性能和试验方法》中已把装用ABS作为强制性法规。此后一汽大众、二汽富康、上海大众、重庆长安、上海通用等均开始采用ABS技术，但这些ABS装置我国均没有自主的知识产权。国内液压ABS技术含量与国外虽有一定的差距，但在政府的大力支持和国内丰富的人力资源配合下，相信国内可以在较短的时间内在ABS 技术某些领域赶超国际水平。
本文介绍了防抱死制动系统(ABS)的工作原理及分类，解释了系统基本组成，并对博世ABS系统的控制过程作了详细的阐述，在此基础上总结了检修ABS的一些基本方法。
维修ABS系统的故障,ABS常见的故障主要发生在车轮速度传感器及其接头上,因为传感受器使用环境非常恶劣,很多时候,作为脉冲发生器的齿圈积满污泥,传达室感器安装位置变形,线束破损,氧化这都是造成ABS故障的主要原因.因此,在日常的检修保养中,应该注意线束的保护,接头连接的保护.以免造成不必要的损失.
现在基本上所有的乘用车都加装了ABS系统，对提升车辆的主动安全性能起到了很大的作用，注意使用的要点，会增加我们的安全度，但若使用不当，效果也会大打折扣。
关键词： ABS 轮速传感器制动压力调节器
一、前言…………………………………………………
二、摘要…………………………………………………
三、概述…………………………………………………
1、ABS的功能…………………………………………………
2、ABS的分类…………………………………………………
3、ABS的构造…………………………………………………
4、ABS的工作原理…………………………………………………
四、ABS的主要零部件…………………………………………………
1、传感器…………………………………………………
2、电子控制单元（ECU）…………………………………………………
3、执行器…………………………………………………
4、ABS警示装置…………………………………………………
五、ABS的故障分析及维修…………………………………………………
1、轮速传感器的故障分析及维修……………………………………
2、ABS ECU的故障分析与维修……………………………………
3、制动压力调节器的故障分析与维修……………………………
六、案例（博世MK20 —I型防抱死制动系统）…………………………
1、基本组成…………………………………………………
2、工作原理…………………………………………………
3、故障检修…………………………………………………
七、结束语…………………………………………………
八、致谢…………………………………………………
九、参考文献…………………………………………………
三、概述
1.ABS的功能
ABS（Anti-locked Braking System）防抱死制动系统，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，以获得最好的制动效果。
2.分类
按控制方式分可分为单参数控制和双参数控制（ABS）
（1）单参数控制（ABS）
它以控制车轮的角减速度为对象，控制车轮的制动力，实现抱死制动，其结构主要由轮速传感器、控制器(电脑)及电磁阀组成。
（2）双参数控制（ABS）
双参数控制的ABS，由车速传感器(测速雷达)、轮速传感器、控制装置(电脑)和执行机构组成。其工作原理是车速传感器和轮速传感器，分别将车速和轮速信号输入电脑，由电脑计算出实际滑移率，并与理想滑移率15%～20%作比较，再通过电磁阀增减制动器的制动力。
3.构造
ABS是在普通制动系统的基础上，加装ABS ECU、传感器、执行器等装置而形成的制动系统，其基本构成如图1。其结构形式和控制方法因车而异。
图1 制动防抱死系统（ABS）的基本组成
ABS通过安装在各车轮或传动轴上的转速传感器不断检测各车轮的转速，由计算机算出当时的车轮滑移率，并与理想的滑移率相比较，做出增大或减小制动器制动压力的决定，命令执行机构及时调整制动压力，以保持车轮处于理想制动态。
ABS是常规刹车装置基础上的改进型技术，可分机械式和电子式两种。机械式ABS结构简单，主要利用其自身内部结构达到简单调节制动力的效果。该装置工作原理简单，没有传感器来反馈路面摩擦力和轮速等信号，完全依靠预先设定的数据来工作，不管是积水路面、结冰路面或是泥泞路面和良好的水泥沥青路面，它的工作方式都是一样的。严格地说，这种ABS只能叫做“高级制动系统（Advanced Brake System）”。电子式ABS由轮速传感器、线束、电脑、ABS 液压泵、指示灯等部件构成。能根据每个车轮的轮速传感器的信号，电脑对每个车轮分别施加不同的制动力，从而达到科学合理分配制动力的效果ABS的主要作用是改善整车的制动性能，提高行车安全性，防止在制动过程中车轮抱死（即停止滚动），从而保证驾驶员在制动时还能控制方向，并防止后轴侧滑。
4.工作原理
在制动过程中，每当ECU检测到车轮趋于抱死时（制动过程进入非稳定区域），就向压力调节器发出降低制动管路压力的命令，压力调节器就会立即降低管路的压力。与此同时, ECU实时监控车轮的运动状态，当检测到需要增加制动管路的压力时，它又命令压力调节器增加制动压力，车轮又趋于抱死。如此反复。只要驾驶员保持足够的力在制动踏板上，这种准确的压力调节就会一直进行下去，以控制车轮的滑移率在15％～20％之间。
四、ABS的主要零部件
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2。
（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、电子控制单元（ECU）
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
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。
整体式：制动压力调节器与制动总泵构成一个整体。
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4。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4 可变容积式制动压力调节器常规制动（升压）状态
4、ABS警示装置
1）作用：报警灯可显示系统工作状态及自诊断报警。
2）黄色的ABS灯可显示ABS控制系统的故障（如4个轮速传感器、4个电磁阀、ABS主继电器、油泵继电器报警灯继电器等），它报警后汽车仍然能维持常规制动，但ABS系统已断电保护，停止工作。
3）红色的BRAKE灯亮，显示驻车制动开关、行车制动开关信号、液压高低信号、液位高低信号等有故障，危险性大，应停车检修。
五、ABS的故障分析及维修
1）轮速传感器的故障分析及维修
导致轮速传感器出现故障的原因有：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；在检查到感应线圈有短路、断路或接触不良时，应及时的排除故障，必要时更换感应线圈。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的故障分析与维修
首先检查ABS ECU的线束插接器有无松动，连接导线有无松脱。然后在进行制动试验，如果试验正常，说明问题出在线路上；如果制动时车轮抱死，则说明ECU 有问题，应更换ECU 再试，之后的试验正常，则说明ECU 损坏。
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）制动压力调节器的故障分析与维修
制动压力调节器可能出现的故障有电磁线圈工作不良、阀门泄漏等故障。用万用表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；如果怀疑阀门有泄漏，可以踩几下制动踏板观察是否有这种情况，再根据检测到的情况决定是否更换制动压力调节器。
六、案例（博世MK20 —I型防抱死制动系统）
1、基本组成
桑塔纳2000GSi型轿车的ABS是在常规制动系统的基础上，增设电子控制系统构成的。其常规制动系统的真空助力器，前后轮制动轮缸和制动操作机构的结构及尺寸与未装ABS的桑塔纳轿车制动系统完全相同，只是制动总泵有所改进。
桑塔纳2000GSi型轿车的MK20-I型ABS／EBD在汽车的4个被控车轮上各安装了一只电磁感应式传感器，执行部分是将制动力调节装置与微处理器合为一个总成的HECU，低压蓄压器为弹簧活塞式，油泵为直流电动机驱动的柱塞泵，ECU控制软件将防抱死制动(ABS)和制动力分配(EBD)综合为ABS／EBD。
2、工作原理
MK20-I型ABS／EBD的工作原理见图6(a)～(e)。桑塔纳2000GSi型轿车的MK20-I型．ABS／EBD控制电路见图5。见图6(a)，ABS故障或未投人工作(车速低于5～8 km／h)，汽车正常行驶并保持常规制动时的ABS零部件状态，即常开二位二通阀7、常闭二位二通阀9和油泵10电动机均不通电。二位二通电磁阀在回位弹簧弹力作用下，常开阀的进液阀打开，常闭阀的回液阀关闭，制动总泵与各车轮的制动轮缸间的制动液管路通畅，可实现无ABS的常规制动。此时各制动轮缸与蓄压器之间的制动液管路不通。若ABS正常工作，但未发生制动汽车正常行驶时，轮速传感器2检测到车轮转动产生的脉冲，送入微处理器16，因无制动发生的信号，ECU不发出令制动调节装置和油泵通电的指令，ABS零部件仍处于图6(a)所示的工作状态。
图5桑塔纳2000GSi型轿车MK20—I型ABS/EBD控制电路
图6 MK20—I型ABS/EBD的工作原理
i.不制动或ABS故障时汽车正常行驶并保持常规制动状态
1-信号输入；2-轮速传感器；3-车轮；4-制动轮缸；5-同液管；6-进液管；7-常开二位二通阀；8-安全阀；9-长闭二位二通阀；10-油泵；11-单向阀；12-制动总泵和真空助力器总成；13-制动踏板；14-控制信号输出；15-蓄压器；16-微处理器
ii.ABS正常制动发生时的制动压力增大过程
iii.制动时进液压力过大，安全阀泄压
iv.制动时维持制动压力
（e）制动时制动压力降低过程
在图6(b)中，踩下制动踏板13，制动总泵12中制动液压力升高并进入进液管6。ECU发出油泵10通电开始工作指令，将蓄压器15内的制动液抽出，从常开的二位二通电磁阀(不通电)也进入进液管6。此时，制动液从制动总泵12和油泵10到常开的二位二通电磁阀7，进入车轮制动轮缸4。ECU发出的每个脉冲信号指令都将使常开的二位二通电磁阀的球阀迅速关闭后又迅速打开，使制动轮缸内制动液压力逐渐升高(增压过程)，对车轮的制动力逐渐增大。此时，不通电的常闭的二位二通电磁阀堵住回液通道。如果进入常开的二位二通电磁阀的制动液压力超过限值，则安全阀8打开，部分制动液泄出，保持进液管内压力不致过大(见图6(c))。
制动过程中，从轮速传感器2送到ECUl6的脉冲数逐渐减少，ECU据此信号计算汽车各车轮的制动滑移率，加上汽车减速度信号，判断各车轮是否有抱死趋向，并由此决定各车轮继续增大制动压力，以令其迅速达到10％～15％的理想制动滑移率和减速度(见图6(b))。在图6(d)中，当ABS根据轮速传感器输入信号，计算得出该车轮已达到理想制动滑移率和减速度，就会控制制动压力调节器进入保压状态。此时，ABS向常开二位二通电磁阀和油泵电动机的驱动模块电路发出高电平控制指令，向常闭二位二通电磁阀驱动模块发出低电平控制指令。常开二位二通电磁阀的电磁线圈通电，电磁吸力使滑动阀芯进一步压缩回位弹簧，将进液口关闭，使制动总泵与制动轮缸之间的液压油路切断。油泵电动机继续运转，目的是将蓄压器中剩余的制动液泵回制动总泵。常闭二位二通电磁阀低电平使回液口保持关闭状态，该轮管道内制动液停止流动。
在图6(e)中，当驾驶员踩下制动踏板的行程过大，使制动轮缸产生的制动力大于车轮与地面之间的附着力时，车轮就会出现抱死滑移倾向。此时车轮的减速度很大，轮速传感器将车轮即将抱死的信号输入微处理器ECU，ECU向该车轮的常开二位二通电磁阀驱动模块电路发出高电平控制指令，常开二位二通电磁阀使进液口保持关闭。同时向常闭二位二通电磁阀驱动模块电路发出一系列脉冲控制信号。当脉冲上升沿到来时，驱动模块电路使常闭阀电磁线圈通电，电磁吸力使滑动阀芯进一步压缩回位弹簧，将回液口打开，部分制动液流出到蓄压器。当脉冲下降沿到来时，驱动模块电路使常闭阀电磁线圈断电，回位弹簧弹起，将回液口关闭。每个脉冲信号都使常闭阀的球阀迅速打开后又迅速关闭，使制动轮缸
内制动液压力逐渐降低，该车轮抱死滑移成分减少，滚动成分增加，轮速上升，解除制动抱死倾向。与此同时，ABS还向油泵电动机驱动模块电路发出高电平控制指令，使电动机接通12V电源运转。帮助制动液流入蓄压器，推动蓄压器活塞压缩弹簧移动，使蓄压器储液容积增大，暂时储存压力制动液，以减小回流制动液的压力波动。当蓄压器中的制动液达到一定量(约为3.6mL)时，油泵便将蓄压器中的制动液泵回制动总泵。
当所有车轮达到理想滑移率和减速度，即完成制动过程，同时将车辆停止下来。若抬起制动踏板解除制动，则各车轮的常开二位二通电磁阀的电磁线圈断电，恢复进液口通道开启状态。制动轮缸内一定压力的制动液，通过常开二位二通电磁阀流回制动总泵，轮缸制动液压力完全解除，车轮恢复自由转动状态。常闭二位二通电磁阀的电磁线圈也断电，恢复出液口通道关闭状态，油泵断电停止工作，轮速传感器恢复向ECU传递脉冲信号，为下一次制动做好准备（图6(a)）。
3、故障检修
大多数ABS工作可靠，在制动系统出现故障时，首先要确定故障是在ABS 还是在常规制动系统。一般容易出故障的是控制线路、连接件和轮速传感器。下面就以一个实例来简单操作一下：
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。
结束语
随着电子技术的不断发展，为了追求汽车的制动安全性，各大汽车生产厂商在原来ABS的基础上有研发出了EBD (Electronic Brake-Force Distribution)。它在原来的ABS紧急制动方面的操控性上又做了进一步的补充。
EBD实际上是ABS的辅助功能，它可以改善提高ABS的功效。所以在安全指标上，汽车的性能又多了“ABS+EBD”。配置有EBD系统的车辆，会自动侦测各个车轮与地面将的抓地力状况，将刹车系统所产生的力量，适当地分配至四个车轮。在EBD系统的辅助之下，刹车力可以得到最佳的效率，使得刹车距离明显地缩短，并在刹车的时候保持车辆的平稳，提高行车的安全。而EBD系统在弯道之中进行刹车的操作亦具有维持车辆稳定的功能，增加弯道行驶的安全。
在电子技术快速发展的今天，人们为了最求更高的舒适性，会有更多的像EBD这类技术应用到我们的汽车上。