汽车防抱死制动系统工作原理与结构

（一）轮速传感器

防抱死制动系统的工作需要根据制动时轮速传感器进行控制。因此，及时地向电子控制单元输送轮速信号就成为ABS正常工作的前提。轮速传感器的作用就是检测车轮的速度，并将速度信号输入电子控制单元。目前，常用的轮速传感器主要有电磁式和霍尔式两种。

1.电磁式轮速传感器

（1）传感器的结构 如图5-91所示，电磁式轮速传感器主要由传感器和齿圈两部分组成。

图5-91 电磁式轮速传感器

a）前轮 b）后轮

齿圈一般安装在轮毂或轴座上。齿圈随车轮一起转动，通常用磁阻很小的铁磁材料制成。

如图5-92所示，传感器通常由永久磁铁、电磁线圈和磁极等组成。它对应安装在靠近齿圈而又不随齿圈转动的部件上，如转向节、传感器支架等固定件上。传感器头与齿圈的端面有一空气间隙，此间隙一般为1mm，通常可移动传感器的位置来调整间隙。另外，传感器要求安装牢固，只有这样才能确保汽车在制动过程中的振动不会干扰或影响传感信号正确无误地输出。为了避免灰尘与飞溅的水、泥土等对传感器工作的影响，应保证传感器与齿圈之间的间隙处无异物。

图5-92 传感器结构图

（2）传感器的工作原理 电磁式轮速传感器的工作原理如图5-93所示。传感器齿圈随车轮旋转的同时，即与传感器极轴作相对运动。当传感器极轴端部与齿圈的齿隙相对时，极轴端部距齿圈之间的空气间隙最大，即磁阻最大。传感器极轴的磁力线只有少量通过齿圈而构成回路，在电磁线圈周围的磁场较弱；当传感器极轴端部与齿圈的齿顶相对时，两者之间的空隙较小，即磁阻最小。传感器极轴的磁力线通过齿圈的数量增多，在电磁线圈周围的磁场较强。齿圈随车轮不停地旋转，就使电磁线圈周围的磁场以强-弱-强-弱……周期性地变化。因此，电磁线圈就感应出交变电压信号，即车轮转速信号，如图5-94所示。

图5-93 传感器工作原理图

图5-94 电磁式轮速传感器输出电压信号

a）高速时 b）低速时

交变电压信号的频率与齿圈的齿数和车轮的转速成正比，因齿圈的齿数一定，因而轮速传感器输出的交流电压信号频率只与相应的车轮转速成正比，根据传感器感应出的交流电压的频率，电子控制单元就能计算出车轮的转速。

图5-94a所示为车轮高速旋转时感应出高频率的交流电压信号；图5-94b所示为车轮低速旋转时感应出低频率的交流电压信号。

轮速传感器由线圈引出两根导线，将其速度变化产生的交流电压信号送至ABS的电子控制单元（ECU）。为防止外部电磁波对速度信号的干扰，传感器的引出线采用屏蔽线，以保证反映车轮速度变化的交流电压信号准确地送至ABS的电子控制单元（ECU）。

电磁式轮速传感器结构简单，成本低，但存在以下缺点：

1）其输出信号的幅值是随转速变化而变化的。当车速很低时，传感器输出的电压信号较弱，传感器频率响应较低；当车速过高时，传感器的频率响应跟不上，容易产生错误信号。

2）传感器的抗电磁干扰能力较差。

（3）传感器的检测 想一想：轮速传感器损坏会产生哪些问题呢？

轮速传感器损坏后，电子控制单元接收不到轮速信号，即不能控制制动压力调节器的工作，ABS停止工作，车辆维持常规制动。

注：轮速传感器的导线、插头或传感器松动，电磁线圈等出现接触不良、断路、短路或脏污、间隙不正常，都会影响轮速传感器的工作，从而造成ABS工作异常。那么，如果怀疑轮速传感器损坏，如何进行检测呢？

传感器的检测方法如下：

1）传感器的外观检查。外观检查传感器时，应注意以下内容：传感器安装有无松动；传感器和齿圈是否吸有磁性物质和污垢；传感器导线是否破损、老化；插头是否连接牢固和接触良好，如有锈蚀、脏污，应清除，并涂少量防护剂，然后，重新将导线插好，再进行检测。

2）传感器与齿圈齿顶端面之间间隙的检查。传感器与齿圈齿顶端面之间间隙可用无磁性塞尺或合适的硬纸片检查。检查时，将齿圈上的一个齿正对着传感器，选择规定厚度的塞尺片或合适的硬纸片，将其放入轮齿与传感器的头部之间，来回拉动，其阻力应合适。若阻力较小，说明间隙过大；若阻力较大，说明间隙过小。

3）传感器电磁线圈及其电路检测。使点火开关处于OFF位置，将ABS电子控制单元插接器插头拆下，查出各传感器与电子控制单元连接的相应端子，在相应端子上用万用表电阻档检测传感器线圈与其连接电路的电阻值是否正常。如桑塔纳2000俊杰轿车ABS轮速传感器电磁线圈的电阻正常值应为1.0～1.2kΩ。

若阻值无穷大，表明传感器线圈或连接电路有断路故障；若电阻值很小，表明有短路故障。为了区分故障是在电磁线圈或在连接电路，应拆下传感器插接器插头，用万用表电阻档直接测试电磁线圈的阻值。若所测阻值正常，表明传感器连接电路或插接器有故障，应修复或更换。

4）模拟检查。为进一步证实传感器是否能产生正常的转速信号，可用示波器检测传感器的信号电压及其波形。其方法是：使车轮离开地面，将示波器测试线接于ABS电子控制单元（ECU）插接器插头的被测传感器对应端子上，用手转动被测车轮，观察信号电压及其波形是否与车轮转速相当，以及波形是否残缺变形，以判定传感器或齿圈是否脏污或损坏。

如桑塔纳2000俊杰轿车ABS轮速传感器，当车轮以约1r/s的速度转动，应输出190～1140mV的交流电压。

2.霍尔式轮速传感器

（1）传感器的结构 霍尔式轮速传感器也是由传感器和齿圈组成的。其齿圈的结构及安装方式与电磁式轮速传感器的齿圈相同。传感器由永久磁铁、霍尔元件和电子电路等组成。

（2）传感器的工作原理 如图5-95所示，永久磁铁的磁力线穿过霍尔元件通向齿圈，齿圈相当于一个集磁器。当齿圈位于图5-95a所示位置时，穿过霍尔元件的磁力线分散，磁场相对较弱；而当齿圈位于图5-95b所示位置时，穿过霍尔元件的磁力线集中，磁场相对较强。

图5-95 霍尔式轮速传感器

a）磁场较弱 b）磁场较强

齿圈转动时，使得穿过霍尔元件的磁力线密度发生变化，因而，引起霍尔元件电压的变化，霍尔元件将输出一毫伏级的准正弦波电压。此信号由电子电路转化成标准的脉冲电压。

霍尔式轮速传感器克服了电磁式轮速传感器的缺点，其输出信号电压幅值不受转速的影响，频率响应高，抗电磁波干扰能力强。因而，霍尔式轮速传感器在ABS中应用越来越广泛。

（二）电子控制单元

我们已经知道了ABS是由传感器、电子控制单元和制动压力调节器等组成的。就像人一样，传感器相当于人的五官，检测车轮的转速信号；而电子控制单元相当于人的大脑，接收传感器信息并将其处理后，将执行命令传给制动压力调节器（肌体）以指挥ABS工作。

1.电子控制单元的作用

如图5-96所示，电子控制单元（ECU）是ABS的控制中枢。其作用是接收轮速传感器及其他传感器输入的信号，对这些输入信号进行测量、比较、分析、放大和判别处理，通过精确计算，得出制动时车轮的加速度和减速度，以判断车轮是否有抱死趋势。再由其输出级发出控制指令，控制制动压力调节器去执行压力调节任务。(www.xing528.com)

图5-96 ABS系统总览图

电子控制单元（ECU）还具有监控和保护功能。当系统出现故障时，关闭继动阀门，停止ABS的工作，及时转换成常规制动，同时，点亮仪表板上的ABS警告灯，提示驾驶人ABS出现故障，并将故障信息以故障码的形式储存在存储器中，以便诊断时调取。

2.电子控制单元的基本构造

电子控制单元从开始研制至今，发展变化很大。硬件由安装在印制电路板上的一系列电子元器件构成。目前，大多数是由集成度高、运算速度快的数字电路组成的，它们封装在金属壳体内，形成一个独立的整体。软件则是固存在只读存储器（ROM）中的一系列控制程序和参数。目前，各种ABS电子控制单元的内部电路及控制程序并不相同，但大都由输入级电路、运算电路、电磁阀控制电路和安全保护电路等基本电路组成。

（1）输入级电路 输入级电路是由低通滤波、整形和放大等组成的输入放大电路，其功用是将轮速传感器输入的正弦波信号转换成脉冲方波信号，经整形放大后输入运算电路。

输入级电路还接收点火开关、制动开关、液位开关等外部信号。输入级电路除传送轮速传感器监测信号外，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，并将这些信号处理后送入运算电路。

不同的ABS中轮速传感器的数量不同，输入级放大电路的个数也不同。

（2）运算电路 运算电路是ECU的核心，主要由微处理器构成。其功用是根据轮速传感器等输入的信号，按照软件特定的逻辑程序进行计算、分析、处理，形成相应的控制指令。

经转换放大后的轮速传感器信号输入车轮线速度运算电路，由电路计算出车轮的瞬时速度。初始速度、滑移率及加、减速度运算电路根据车轮瞬时线速度加以积分，计算出初速度，再把初速度和车轮瞬时线速度进行比较运算，最后得到滑移率和加速度、减速度。电磁阀控制参数运算电路根据计算出的滑移率和加、减速度信号，计算出电磁阀控制参数输入到输出级。

电子控制单元中一般设有两套运算电路，同时进行运算和传递数据，利用各自的运算结果相互比较、相互监视，确保可靠性。

（3）电磁阀控制电路 电磁阀控制电路的功用是接受运算电路输入的电磁阀控制参数信号，控制大功率晶体管向电磁阀提供控制电流。

（4）安全保护电路

1）将汽车电源（蓄电池、发电机）提供的12V的电压变为ECU内部所需的5V标准稳定电压，同时，对电源电路的电压是否稳定在规定的范围进行监控。

2）对轮速传感器输入放大电路、运算电路和输出级电路的故障信号进行监视。

（5）输出级电路 输出级电路的主要功用是将运算电路输出的数字控制信号（如控制压力减小、保持、增大信号）转换成模拟控制信号，通过控制功率放大器，驱动执行器工作。

3.电子控制单元的检测

电子控制单元是一个不易损坏的部件，检测时可通过检测其控制的部件工作是否正常来判断它的性能是否良好。

检测时应满足以下条件：

1）熔丝完好。

2）关闭用电设备，如前照灯、空调和风扇等。

（三）制动压力调节器

制动压力调节器是ABS的执行机构，它一般设置在制动主缸与车轮制动器轮缸之间，它接收电子控制单元的指令后工作。

1.制动压力调节器的作用

在制动时根据ABS的电子控制单元（ECU）的控制指令，自动调节制动轮缸的制动压力的大小，使车轮不被抱死，并处于理想滑移率的状态。

2.制动压力调节器的类型

制动压力调节器的分类方法有以下几种：

1）根据压力调节器的动力源不同分为液压式和气压式两种。液压式主要用于轿车和一些轻型载货汽车上；气压式主要用在大型客车和载货汽车上。

2）根据压力调节器与制动主缸的结构关系不同可分为整体式和分离式两种。整体式制动压力调节器与制动主缸制成一体；分离式制动压力调节器与制动主缸分开，通过制动管路与制动主缸相连。

3）根据压力调节器的调压方式不同可分为流通式和变容式两种。流通式也叫循环式，它是在制动主缸与制动轮缸之间串联一个电磁阀，直接控制轮缸的制动压力。变容式也叫容积变化式，它是在汽车原有制动管路上增加一套液压控制装置，用它控制制动管路中制动液容积的增减，从而控制制动压力的变化。

注：现代轿车广泛采用液压分离流通式制动压力调节器。

（四）储能器

可分为高压储能器与低压储能器。高压储能器的作用是向车轮制动轮缸、制动助力装置供给高压制动液，作为制动能源。

低压储能器的结构形式多种多样，但一般位于电磁阀和ABS泵之间，由制动轮缸来的制动液进入储能器，进而压缩弹簧使储能器液压腔容积变大，以暂时储存制动液。在常规制动和防抱死制动系统工作时，高压储能器均可提供较大压力的制动液。

（五）ABS泵

ABS泵的作用是提高液压制动系统内的制动液压力，为ABS正常工作提供基础压力。

ABS泵通常是直流电动机和柱塞泵的组合体。其中，直流电动机的工作由安装在柱塞泵出液口处的压力控制开关控制。当出液口处的压力低于设定的控制压力（14MPa）时，压力开关触点闭合，电动机即通电转动带动柱塞泵运转，将制动液泵送到高压储能器中；当出液口处的压力高于设定的控制压力时，开关触点断开，电动机及柱塞泵因断电而停止工作。如此往复，将柱塞泵出液口和高压储能器处的制动液压力控制在设定的标准值之内。

（六）电磁阀

常用的电磁阀有三位三通阀和二位二通阀等多种形式。其作用是自动调节制动轮缸的制动压力的大小。

（七）压力控制开关和压力警告开关

压力控制开关和压力警告开关安装在制动压力调节器的ABS泵一侧。

压力控制开关的作用是监视高压储能器下腔的压力。它由一组触点组成，且独立于ABS电子控制单元（ECU）而工作。当液压压力下降到约14MPa时，开关闭合，使ABS泵继电器通电，触点闭合，电源通过继电器触点向ABS泵直流电动机供电使其工作。

压力警告开关的作用是当压力下降到一定值（14MPa以下）时，先点亮红色制动系统故障指示灯，紧接着点亮琥珀色或黄色ABS故障灯。同时，电子控制单元停止防抱死制动工作。

注：现代轿车采用的ABS防抱死制动系统将制动压力调节器、储能器和电磁阀三者组合在一起构成液压控制单元。将电子控制单元、液压控制单元和ABS泵三者组合到一起构成一个总成，安装在发动机舱，其上一般有六根制动油管，两根用于和制动主缸相连，其余四根分别和四个车轮制动轮缸相连。