一、汽車制動防抱死控制系統主要傳感器的結構及工作原理

1. 車輪轉速傳感器

車輪轉速傳感器簡稱輪速傳感器，常用的車輪轉速傳感器有電磁感應式與霍爾式兩大類。

（1）電磁感應式車輪轉速傳感器

電磁感應式車輪轉速傳感器是一種由磁通量變化而 産生感應電壓的裝置，一般由磁感應頭與齒圈組成，如圖1所示。

圖1車輪轉速傳感器構造 a）長方形 b） 圓柱形

磁感應頭是一個靜止部件， 通常由永久磁鐵、 電磁線圈和磁極等構成， 傳感器安裝在每 個車輪的托架上。齒圈是一個運動部件，一般安裝在輪毂上或輪軸上與車輪一起旋轉。齒圈上齒數的多少與車型、ABS 電腦有關。磁感應頭磁極與齒圈的端面有一空氣隙，一般在1mm左右，通常可移動磁感應頭的位置來調整間隙（具體間隙的大小可查閱維修手冊）。

圖2電磁感應式車輪轉速傳感器工作原理 1—電腦 2—傳感頭 3—齒圈 4—空氣隙 5—車速信号

當齒圈随車輪旋轉時（圖2），在永久磁鐵上的電磁感應線圈中就産生一交變電壓信号（這是因為齒圈上齒峰與齒谷通過時引起磁場強弱變化的緣故），信号的頻率與車輪速度成正比，并随輪速的變化而變化。ABS 電子控制單元（ECU）通過識别傳感器發來交變電壓信号的頻率來确定車輪的轉速，如果電子控制單元發現車輪的圓周減速度急劇增加，滑轉率達到20%時，便以 10 次/ s 的速度進行計算，然後給執行機構發出指令，減小或停止車輪的制動力，以免車輪抱死。

（2）霍爾式車輪轉速傳感器

霍爾式車輪轉速傳感器可以将帶隔闆的轉子置于永磁鐵和 霍爾集成電路之間的空氣間隙中。霍爾集成電路由一個帶封閉的電子開關放大器的霍爾層構成，當隔闆切斷磁場與霍爾集成電路之間的通路時，無霍爾電壓産生，霍爾集成電路的信号電 流中斷；若隔闆離開空氣間隙， 磁場産生與霍爾集成電路的聯系，則電路中出現信号電流。霍爾式車輪轉速傳感器由傳感頭和齒圈組成，傳感頭包含有永磁體。霍爾元件和電子電路等結構如圖3所示。

圖3霍爾式車輪轉速 傳感器工作原理

當齒間對準霍爾元件位置時，永磁體的磁力線穿過霍爾元件通向齒輪，穿過霍爾元件的磁力線分散于兩齒之中，磁場相對較弱。當齒輪對準霍爾元件位置時，穿過霍爾元件的磁力線集中于一個齒上，磁場相對較強。穿過霍爾元件的磁力線密度所發生 的這種變化會引起霍爾電壓的變化，其輸出一個毫伏級的準正弦波電壓。此電壓經波形轉換 電路轉換成标準的脈沖電壓信号輸入ECU。由霍爾傳感器輸出的毫伏級正弦波電壓經過放 大器放大為伏級正弦波信号電壓，在施密特觸發器中将正弦波信号轉換成标準的脈沖信号，由放大極放大輸出。

霍爾式車輪轉速傳感器與前述電磁感應式車輪轉速傳感器相比， 具有以下的優點：

1）輸出信号電壓的幅值不受車輪轉速影響，當汽車電源電壓維持在12V時， 傳感器輸 出信号電壓可以保持在11. 5～12 V，即使車輪轉速接近于零。

2）頻率響應高，該傳感器的響應頻率可高達20kHz（此時相當于車速1000km/ h）。

3）抗電磁波幹擾能力強。

二、汽車制動防抱死控制系統執行元件的結構及工作原理

ABS液壓控制總成是在普通制動系統的液壓裝置上經設計後加裝ABS液壓調節器而形成的。普通制動系統的液壓裝置一般包括真空助力器、雙缸式制動總泵（主缸）、儲油箱、制動分泵（輪缸）和液壓管路等。除了普通制動系統的液壓部件外，ABS 制動壓力調節器通常由 回油液壓泵、蓄能器、主控制閥、電磁閥和一些控制開關等組成。實質上，ABS 就是通過電磁 閥控制分泵上的液壓，使之迅速變大或變小，從而實現了防抱死制動功能。

ABS制動壓力調節器串接在制動主缸與輪缸之間，通過電磁閥直接或間搭鐵控制輪缸 的制動壓力。通常把電磁閥直接控制輪缸制動壓力的調節器稱作循環式制動壓力調節器， 把 間接控制制動壓力的調節器稱作可變容積式制動壓力調節器。

1. 循環式制動壓力調節器

這種形式的制動壓力調節器是在制動總缸與輪缸之間串聯一個電磁閥，直接控制輪缸的 制動壓力。這種壓力調節系統的特點是制動壓力油路和ABS控制壓力油路相通。由電磁閥 直接控制輪缸的制動壓力。多采用三位三通電磁閥和二位二通電磁閥，在 ECU 控制下，使電磁閥處于 “升壓”、 “保壓”、 “減壓” 三種位置，如圖4所示。

圖4循環式制動壓力調節器

1）三位三通電磁閥工作過程如圖5所示，三位三通電磁閥由進液閥、回液閥、主彈 簧、副彈簧、固定鐵心及銜鐵套筒等組成。

圖5三位三通電磁閥

1—進液口 2—進液閥 3—回液閥 4—主彈簧 5—副彈簧 6—電磁線圈 7—銜鐵套筒 8—出液口 9—回液口

工作過程是：電磁線圈未通電時， 在主彈簧張力作用下， 進液閥打開， 回液閥關閉， 進 液口與出液口保持暢通———增壓；電磁線圈通入較小電流 （2A）， 産生電磁吸力小， 吸動銜 鐵上移量少， 但能适當壓縮主彈簧， 使進液閥關閉， 放松副彈簧， 回液閥并不打開———保 壓， 如圖6所示；

圖6 三位三通電磁閥（保壓）

電磁閥線圈通入較大電流 （5A）， 産生電磁吸力大， 吸動銜鐵上移量 大， 同時壓縮主、 副彈簧， 使進液閥仍保持關閉， 回液閥打開———減壓， 如圖7所示。

圖7三位三通電磁閥 （減壓）

因為該電磁閥工作在三個狀态（ 增壓、保壓、減壓）則為 “三位”，對外具 有三個接口 （進液口、出液口、回液口）則為 “三通”， 所以該電磁閥稱之為 “三位、三通” 電磁閥， 常寫成3/3電磁閥。

2）二位二通電磁閥工作過程如圖8所示，二位二通電磁閥又分為二位二 通常開電磁閥和二位二通常閉電磁閥。兩個電磁閥均由閥門、銜鐵、電磁線圈和回 位彈簧等組成。

圖8二位二通閥的結構及符号

常态下，二位二通常開電磁閥閥門在彈簧張力作用下打開，二位二通常閉電磁閥閥門在 彈簧張力作用下閉合，二位二通常開電磁閥用于控制制動總泵到制動分泵的制動液通路，又稱為二位二通常開進液電磁閥。

二位二通常閉電磁閥用于控制制動分泵到儲液器的制動液回路，又稱為二位二通常閉出液電磁閥。

兩個電磁閥配套使用，共同完成 ABS 工作中對制動壓力調節的任務。

3） 循環式制動壓力調節器的工作過程：踏下制動踏闆， 由于電磁閥的進液閥開啟， 回 液閥關閉， 各電磁閥将制動總泵與各制動分泵之間的通路接通， 制動總泵中的制動液将通過 各電磁閥的進液口進入各制動分泵， 各制動分泵的制動液壓力将随着制動總泵輸出制動液壓 力的升高而升高———增壓， 與常規制動相同。

① 升壓 （常規制動） 如圖9所示。

圖9制動壓力調節原理 （壓力增大）

② 保壓。當某車輪制動中， 滑轉率接近于 20% 時， ECU 輸出指令， 控制電磁閥線圈通 過較小電流 （約 2A）， 使電磁閥的進液閥關閉 （回液閥仍關閉）， 保證該控制通道中的制動 分泵制動壓力保持不變———保壓， 如圖10所示。

圖10制動壓力調節原理 （壓力保持）

③ 減壓。當某車輪制動中， 滑轉率大于 20% 時， ECU 輸出指令， 控制電磁閥線圈通過 較大電流 （約 5A）， 使電磁閥的進液閥關閉， 回液閥開啟， 制動分泵中的制動液将通過回 液閥流入儲液器， 使制動壓力減小———減壓， 如圖11所示。

圖11制動壓力調節原理 （壓力減小）

與此同時，ECU控制電動泵 通電運轉，将流入儲液器的制動液泵回到制動總泵出液口。

2. 可變容積式制動壓力調節器

可變容積式制動壓力調節器是在汽車原有制動管路上增加一套液壓控制裝置， 用它控制 制動管路中制動液容積的增減， 從而控制制動壓力的變化。這種壓力調節系統的特點是制動壓力油路和 ABS 控制壓力油路是相 互隔開的。這種調壓方式主要用于 本田 車系、 美國 DELCO MORANE ABS VI 和 Bosch 部分産品中。

（1） 制動壓力調節器組成電磁閥、 調壓缸、 電動增壓泵、 蓄能 器和壓力開關。

圖12可變容積式制動壓力調節器的結構

工作過程 （圖12）：踏下制動踏闆，制動液由制動泵→A腔→ 開關閥→B腔→制動分泵。制動分泵制動液壓力将随踏闆力的增大而增大。

S趨近于20%，ECU控制輸入電磁閥略通電後即關閉， 輸出電磁閥通電關閉。滑動活 塞産生位移使開關閥關閉，A腔與B腔隔斷，B腔容積不變———保壓。

S>20%，ECU控制輸入電磁閥通電打開，輸出電磁閥通電關閉。滑動活塞在控制液壓 作用下上移，使B腔容積增大———減壓。

S<20%，ECU控制輸入電磁閥斷電關閉，輸出電磁閥斷電打開。控制油液洩入儲液 器，滑動活塞下移，使B腔容積減小———增壓。

（2）該系統特征

1）ABS作用時制動踏闆無抖動感。

2）活塞往複運動可由滾動絲杠或高壓蓄能器推動。

3）采用高壓蓄能器作為推動活塞的動力時， 蓄能器中的液體和輪缸的工作液是隔離 的， 前者僅僅作為改變輪缸容積的控制動力。

（3）回油泵與蓄能器

圖13回油泵與蓄能器

（圖13） 當電磁閥在減壓過程中 從制動輪缸流出的制動液經蓄 能器由回油泵泵回制動主缸。

蓄能器依據儲存制動液壓 力的不同， 分為低壓蓄能器和 高壓蓄能器。分别配置在不同 形式的制動壓力調節系統中。

1） 低壓蓄能器與電動泵：低壓蓄能器一般稱為儲液器， 用來接納 ABS 減壓過程中從制 動分泵回流的制動液， 同時還 對回流制動液的壓力波動具有一定的衰減作用。儲液器内有一活塞和彈簧。減壓時， 回流的制動液壓縮活塞克服彈簧張力下移， 使容積增大， 暫時存儲制動液。電動回液泵由直流電動 機和柱塞泵組成。柱塞泵由柱塞、 進出液閥及彈簧組成。當 ABS 工作 （減壓） 時， 根據 ECU 輸出的指令， 直流電動機帶動凸輪轉動， 凸輪将驅動柱塞在泵筒内移動。柱塞上行時， 儲液器與制動分泵内具有一定壓力的制動液進入柱塞泵筒。柱塞下行時， 壓開進液閥及泵筒 底部的出液閥， 将制動液泵回到制動總泵出液口。

2） 高壓蓄能器與電動增壓泵：如圖14所示， 用于 儲存制動中或 ABS 工作時所需的高壓制動液。高壓蓄能器 多采用黑色氣囊狀球體。黑色氣囊狀球體被一個膜片分隔 成兩個互不相通的腔室。上腔為氣室， 充入氮氣并具有一 定的壓力。下腔為液室， 與電動增壓泵液道相通， 盛裝由 電動增壓泵泵入的制動液。

圖14高壓蓄能器與電動增壓泵

高壓蓄能器下端設有兩個控制開關。壓力控制開關：檢測高壓蓄能器下腔制動液壓力。壓力低于 15MPa 時， 開 關閉合， 增壓泵工作。壓力達到 18MPa 時， 開關打開， 增 壓泵停止工作。壓力警告開關：設有兩對開關觸點， 一對 常開， 一對常閉。當高壓蓄能器下腔制動液壓力低于 10. 5MPa 時， 常開觸點閉合， 點亮紅色制動警告燈；同時 常閉觸點張開， 該信号送給 ECU 關閉 ABS 并點亮黃褐色 ABS 警告燈。

（4） 繼電器和電腦保護二極管 ABS 系統中的繼電器和電腦保護二極管， 由于它 們與液壓系統的控制有關， 因此特别重要。在 ABS 系統中， 一般有兩個繼電器， 一個 是主電源繼電器， 另一個是電動泵繼電器。主電源繼電器通過點火開關供給 ABS ECU 電能。隻要發動機起動 ABS ECU 就會感知并起動系統自檢程序， 檢查 ABS 系統是否良 好。如果主電源繼電器損壞， ABS ECU 就會讓 ABS 系統停止工作 （ 普通制動系統繼續 工作） ， 直到主電源繼電器修複為止。電動泵繼電器主要給電動泵接通電源。當點火開 關接通後， 電流通過壓力控制開關 （ 接通狀态） 使電動泵繼電器導通， 蓄電池直接給 電動泵供電使其工作。如果電動泵繼電器損壞或發生故障， 電動泵就不能運行， 必然 導緻整個系統壓力下降而無法工作， 此時車輛要停止運行， 直到将電動泵繼電器修複 為止。

ABS ECU 保護二極管可起到保護 ECU 的作用。這個二極管裝在主電源繼電器和 ABS 故 障警告燈之間， 防止電流由蓄電池的正極通過主電源繼電器直接流向 ABS ECU 而引起電腦 損壞。

三、汽車制動防抱死控制系統電控單元的工作原理及工作流程

ABS ECU 是一個微型計算機， 硬件主要由安裝在印制電路闆上的電子元器件構成， 封 裝于金屬殼體内；軟件則是固存于隻讀存儲器 （ROM） 中的一系列控制程序和試驗參數。如圖15所示， 盡管各車用 ABS ECU 内部控制程序、 參數不同， 其作用是一樣的， 即接收 輪速傳感器及其他開關信号， 進行放大、 計算、 比較， 按照特定的控制邏輯分析、 判斷後輸 出指令， 控制制動壓力調節器進行制動壓力調節， 如圖16所示。

圖15桑塔納 2000GSi 轎車 ABS 控制模塊

圖16ABS ECU 電路框圖

（1） 輸入電路 輸入電路的作用是對輪速傳感器輸入的交變電壓信号、 點火開關、 制 動開關、 液位開關、 電磁閥繼電器、 泵電動機繼電器等外部信号進行預處理， 并将模拟信号 轉換成電腦識讀的數字信号送入運算電路。不同的 ABS 中， 輪速傳感器的數量和信号電路 數目是一緻的。

為了對輪速傳感器進行檢測， 計算電路還經輸入電路輸出相應的檢測信号至各輪速傳感器， 然後再經輸入電路将反饋信号送入運算電路。

（2） 運算電路 運算電路的功用是根據輪速傳感器信号， 計算出車輪瞬時速度， 而後 得知加 （減） 速度、 初始速度、 參考車速及滑轉率。最後根據設定的控制指令， 向電磁閥 控制電路輸出增壓、 保壓或減壓的控制信号。運算電路不僅能檢測自己内部的工作過程， 而且還能監測系統中有關部件的工作狀況， 如輪速傳感器、 泵電動機工作電路、 電磁閥工作電 路等。當監測到這些電路工作不正常時， 向保護電路輸出停止 ABS 工作的指令。

（3） 輸出電路 輸出電路的主要功用是将運算電路輸出的增壓、 保壓或減壓的控制信 号， 通過控制功率放大器、 驅動執行器實施調節任務。

（4） 安全保護電路 安全保護電路由電源監控、 故障記憶、 繼電器驅動、 ABS 警告燈 驅動等電路組成。其主要功用是對電源電壓進行監控， 并将電源電壓轉換成 ECU 所需的穩 定工作電壓。監控輪速傳感器信号、 運算電路、 電磁閥控制電路， 當這些電路不正常時， 停止驅動繼電器， 使 ABS 不工作， 同時點亮 ABS 警告燈， 并将故障信息以故障碼的形式存儲 在存儲器内， 供維修時使用， 如圖17所示。

圖17博世ABS控制系統

（5） 故障警告燈 ABS 系統帶有兩個故障警告燈， 一個是紅色制動故障警告燈， 另一 個是黃色 ABS 故障警告燈。兩個故障警告燈正常閃亮的情況如下：當點火開關打開時， 制 動燈與 ABS 燈同時亮， 制動燈亮的時間較短， ABS 燈會亮的長一些 （約3s）；起動汽車發動 機後， 蓄能器要建立系統壓力， 此時兩燈泡會再亮一次， 時間可達十幾秒甚至幾十秒。制動 燈在駐車制動時也應亮。如果在上述情況下不亮， 就說明故障警告燈本身及線路有故障。制 動警告燈常亮， 說明制動液不足或蓄能器中的壓力下降 （低于 14000kPa）， 此時普通制動系 統與 ABS 均不能正常工作， 要檢查故障原因及時排除。ABS 故障警告燈常亮， 說明 ABS ECU 發現 ABS 系統中有問題， 要及時檢修。

1. ABS 制動的控制過程

ABS 的制動過程分為常規制動和 ABS 調節制動兩部分，當 ABS 系統檢測認定制動車輪 未發生抱死的情況下， 汽車制動系統執行常規制動過程，而當系統認定車輪有抱死趨勢時，便開始進行制動壓力的調節。在 ABS 系統中，兩種制動過程的系統元件工作情況如下。

（1） 常規制動ABS不介入控制，各進液調壓電磁閥斷電，進液調壓電磁閥導通， 各 回液電磁閥斷電，回液電磁閥關閉，電動泵不運轉，各制動輪缸與儲液器隔絕， 系統處于正常制動狀态， 如圖18所示。

圖18常規制動 （系統油壓的建立）

（2）ABS調節制動制動壓力調節過程由制動保壓、制動減壓和制動增壓組成。

1）制動保壓。當傳感器告知ECU車輪趨于抱死，車輪進液調壓電磁閥通電關閉，車輪回 液調壓電磁閥仍斷電關閉，實現制動保壓；其他車輪仍随制動主缸增壓，如圖19所示。

圖19油壓保持

2）制動減壓。當傳感器告知ECU車輪抱死趨勢無改善，車輪回液調壓電磁閥也通電導通，輪缸制動液回流儲液器，實現制動減壓，如圖20所示。

圖20油壓降低

3）制動增壓。當傳感器告知車輪抱死趨勢已消失，車輪進液調壓電磁閥和回液凋壓電 磁閥均斷電，進液調壓閥導通，回液調壓閥關閉，電動泵運轉，與主缸一起向車輪輪缸送 液，實現制動增壓，如圖21所示。

圖21油壓增加

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