ABS故障灯常亮的故障诊断与排除.pdf
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1、 ABS 故障灯常亮的故障诊断与排除 本文主要介绍汽车防抱死制动系统的定义、结构组成及工作原理分析,同时还介绍 ABS 系统的电子控制部分的组成和原理,轮速传感器,液压控制装置的组成和原理;并能进行控制电路的分析。In this paper,automobile anti-lock braking system definition,structure,composition and working principle of analysis,but also introduced the ABS electronic control system part of the compositio
2、n and theory,wheel speed sensor,hydraulic control device of the composition and theory;and analysis of control circuits.Explained.关键词:ABS 系统、组成、原理、控制电路 (关键词英文)一、概述 1906 年 ABS 首次被授予专利,1936 年博世注册了一项防止机动车辆车轮抱死的“机械”专利。所有的早期设计都有着同样的问题:因过于复杂而容易导致失败,并且它们运作太慢。1947 年世界上第一套 ABS 系统首次应用于 B-47 轰炸机上。Teldix 公司在 19
3、64 年开始研究这个项目,其 ABS 研究很快被博世全部接管。两年内,首批 ABS 测试车辆已具有缩短制动距离的功能。转弯时车辆转向性和稳定性也被保证,但当时应用的大约 1000 个模拟部件和安全开关,这意味着被称为 ABS 1 系统的电子控制单元的可靠性和耐久性还不能够满足大规模生产的要求,需要改进。博世在电子发动机管理的发展过程中获得的技术,数字技术和集成电路(ICs)的到来使电子部件的数量降低到 140 个。1968 年 ABS 开始研究应用于汽车上。1975 年由于美国联邦机动车安全标准 121 款的通过,许多重型卡车和公共汽车装备了 ABS,但由于制动系统的许多技术问题和卡车行业的反
4、对,在 1978 年撤消了这一标准。同年博世作为世界上首家推出电子控制功能的 ABS 系统的公司,将这套 ABS 2 的系统开始安装作为选配配置,并装配在梅赛德斯-奔驰 S 级车上,然后很快又配备在了宝马 7 系列豪华轿车上。在这一时期之后美国对 ABS 的进一步研究和设计工作减少了,可是欧洲和日本的制造厂家继续精心研制 ABS。进入 20 世纪 80 年代以后,由于进口美国的汽车装备有 ABS,美国汽车制造厂对美国汽车市场上的 ABS 显示出新的兴趣。随着微电子技术的飞速发展和人们对汽车行车安全的强烈要求,ABS 装置在世界汽车行业进一步得到广泛应用。1987 年美国大约 3%的汽车装备有非
5、常可靠的ABS。在随后的时间里,研发者集中于简化系统。在 1989 年,博世的工程师成功地将一个混合的控制单元直接附在了液压模块上。这样他们就无需连接控制单元和液压模块的线束,也无需接插件,所以显著地减轻了 ABS 2E 的整体重量。博世的工程师在 1993 年,使用新的电磁阀创造了 ABS 5.0,并且在后来的几年研发了 5.3 和 5.7 版。新一代的 ABS 8 的主要特性是再次极大地减轻了重量、减少了体积、增大了内存,同时增加了更多功能,如电子分配制动压力,从而取代了减轻后轴制动压力的机械机构。当年有些汽车工业分析专家预言得到了证实:到 20 世纪 90 年代中期以后,世界市场上的大多
6、数汽车和卡车将装备 ABS。ASR 和 ABS 的工作原理方面有许多共同之处,两者合并使用可形成更佳 效果,构成具有防车轮抱死和驱动轮防打滑控制(ABS/ASR)系统。这套系统主要由轮速传感器、ABS/ASR ECU 控制器、ABS 驱动器、ASR 驱动器、副节气门控制器和主、副节气门位置传感器等组成。在汽车起步、加速及行进过程中,引擎 ECU 根据轮速传感器输入的信号,当判定驱动轮的打滑现象超过上限值时,就进入防空转程序。首先由引擎 ECU 降低副节气门以减少进油量,使引擎动力输出扭矩减小。当 ECU 判定需要对驱动轮进行介入时,会将信号传送到 ASR 驱动器对驱动轮(一般是前轮)进行控制,
7、以防止驱动轮打滑或使驱动轮的打滑保持在安全范围内。第一款搭载 ASR 系统的新车型在 1987 年出现,奔驰 S 级再度成为历史的创造者 二、ABS 组成及工作原理(一)ABS 的组成 ABS 系统主要由传感器、电子控制装置和执行器三个部分组成。图(1)1.前轮车速传感器 2.制动压力调节装置 3.ABS 电控单元 4.ABS 警告灯 5.后轮速度传感器 6.停车灯开关 7.制 动主缸 8.比例分配阀 9.制动轮缸 10.蓄电池 11.点火开关 ABS 系统能够防止车轮抱死,具有制动时方向稳定性好、制动时仍有转向能力、缩短制动距离等优点。桑塔纳 2000Gsi 型和捷达系列轿车采用的是美国 I
8、TT 公司 MK20-型 ABS 系统,是三通道的 ABS 调节回路,前轮单独调节,后轮则以两轮中地面附着系数低的一侧为依据统一调节。ABS 系统主要由 ABS 控制器(包括电子控制单元、液压单元、液压泵等)、四个车轮转速传感器、ABS 故障警告灯、制动警告灯等组成,如图(2)所示。图(2)ABS 系统组件在车上的安装位置 1-ABS 控制器 2-制动主缸和真空助力器 3-自诊断插 4-ABS警告灯(K47)5-制动警告灯(K118)6-后轮转速传感器(G44/G46)7-制动灯开关(F))8-前轮转速传感器(G45/G47)ABS 系统的基本工作原理是:汽车在制动过程中,车轮转速传感器不断把
9、各个车轮的转速信号及时输送给 ABS 电子控制单元(ECU),ABS ECU 根据设定的控制逻辑对 4 个转速传感器输入的信号进行处理,计算汽车的参考车速、各车轮速度和减速度,确定各车轮的滑移率。如果某个车轮的滑移率超过设定值,ABS ECU 就发出指令控制液压控制单元,使该车轮制动轮缸中的制动压力减小;如果某个车轮的滑移率还没达到设定值,ABS ECU 就控制液压单元,使该车轮的制动压力增大;如果某个车轮的滑移率接近于设定值时,ABS ECU 就控制液压控制单元,使该车轮制动压力保持一定。从而使各个车轮的滑移率保持在理想的 范围之内,防止 4 个车轮完全抱死。在制动过程中,如果车轮没有抱死趋
10、势,ABS 系统将不参与制动压力控制,此时制动过程与常规制动系统相同。如果 ABS 出现故障,电子控制单元将不再对液压单元进行控制,并将仪表板上的 ABS 故障警告灯点亮,向驾驶员发出警告信号,此时 ABS 不起作用,制动过程将与没有 ABS 的常规制动系统的工作相同(二)ABS 的主要部件结构工作原理 1、车轮转速传感器 车轮转速传感器的作用是将车轮的转速信号传给 ABS 电子控制单元。MK20-型ABS 系统共有 4 个车轮转速传感器,前轮的齿圈(43 齿)安装在传动轴上,转速传感器安装在转向节上,如图(3)所示。后轮的齿圈(43 齿)安装在后轮毂上,转速传感器则安装在固定支架上,如图(4
11、)所示。图(3)前车轮转速传感器(G45/G47)安装位置 1-齿圈 2-前轮转速传感器 传感器由电磁感应式传感头和磁性齿圈组成。传感头由永久磁芯和感应线圈组成,齿圈由铁磁性材料制成。当齿圈旋转时,齿顶与齿隙轮流交替对向磁芯,当齿圈转到齿顶与传感头磁芯相对时,传感头磁芯与齿圈之间的间隙最小,由永久磁芯产生的磁力线就容易通过齿圈,感应线圈周围的磁场就强,如图(5)(a)所示;而当齿圈转动到齿隙与传感磁芯相对时,传感头磁芯与齿圈之间的间隙最大,由永久磁芯产生的磁力线就不容易通过齿圈,感应线圈周围的磁场就弱,如图(5)(b)所示。此时,磁通迅速交替变化,在感应线圈中就会产生交变电压,交变电压的频率将
12、随车轮转速成正比例变化。电子控制单元可以通过转速传感器输入的电压脉冲频率进行处理来确定车轮的转速、汽车的参考速度等。图(4)后车轮转速传感器(G44/G46)安装位置 1-齿圈 2-后轮转速传感器 图(5)车轮转速传感器工作原理(a)齿圈齿顶与传感器磁芯相对时 (b)齿圈齿隙与传感器磁芯相对时 1-齿圈 2-磁芯端部齿 3-感应线圈端子4-感应线圈 5-磁芯套 6-磁力线 7-磁场 8-磁芯 9-齿顶 2、执行器 制动压力调节器:接受 ECU 的指令,通过电磁阀的动作实现制动系统压力的增加、保持和降低 液压泵:受 ECU 控制,在可变容积式制动压力调节器的控制油路中建立控制油压;在循环式制动压
13、力调节器调节压力降低的过程中,将由轮缸流出的制动液经蓄能器泵回主缸,以防止 ABS 工作时制动踏板行程发生变化。ABS 警告灯:ABS 出现故障时,由 EUC 控制将其点亮,向驾驶员发出报警,并由 ECU 控制闪烁显示故障代码 ABS 系统在仪表板及仪表板附加部件上装有两个故障警告灯,一个是 ABS 警告灯(K47),另一个是制动装置警告灯(K118)。两个故障警告灯正常点亮的情况是:当点火开关打开起动至自检结束(大约 2s);在拉紧驻车制动装置时警告灯(K118)点亮。如果上述情况灯不亮,说明故障警告灯本身或线路有故障。如果 ABS 故障灯常亮,说明 ABS 系统出现故障;如果制动装置警告灯
14、常亮,说明制动液缺乏 MK20-型 ABS 系统的电路图,如图(6)所示 图(6)MK20-型 ABS 系统电路图 A-蓄电池 B-在仪表内+15 F-制动灯开关 F9-驻车制动指示灯开关 F34-制动液位报警信号开关 G44-右后轮速度传感器 G45-右前轮速度传感器 G46-左后轮速度传感器 G47-左前轮速度传感器 J104-ABS 及 EBV 的电子控制单 元 K47-ABS 警告灯 K118-驻车制动、制动液位警告灯 M9-左制动灯 M10-右制动灯 N55-ABS 及 EBV 的液压单元 N99-ABS 右前进油阀 N100-ABS 右前出油阀 N101-ABS 左前进油阀 N10
15、2-ABS 左前出油阀 N133-ABS 右后进油阀 N134-ABS 右后出油阀 N135-ABS 左后进油阀 N136-ABS 左后出油阀 S2-保险丝(10A)S12-保险丝(15A)S18-保险丝(10A)S123-液压泵保险丝(30A)S124-电磁阀保险丝(30A)TV14-诊断插口 V64-ABS 液压泵 3、ABS 控制器 ABS 控制器由 ABS 电子控制单元(J104)、液压控制单元(N55)、液压泵(V64)等组成。(1)电子控制单元 电子控制单元是 ABS 系统的控制中心,它实际上是一个微型计算机,所以又常称为 ABS(ECU)电脑。ABS ECU 由输入电路、数字控制
16、器、输出电路和警告电路组成。主要任务是连续监测接受 4 个车轮转速传感器送来的脉冲信号,并进行测量比较、分析放大和判别处理,计算出车轮转速、车轮减速度以及制动滑移率,再进行逻辑比较分析 4 个车轮的制动情况,一旦判断出车轮将要抱死,它立刻进入防抱死控制状态,通过电子控制单元向液压单元发出指令,以控制制动轮缸油路上电磁阀的通断和液压泵的工作来调节制动压力,防止车轮抱死。ABS ECU 还不断地对自身工作进行监控。由于 ABS ECU 中有两个完全相同的微处理器,它们按照同样的程序对输入信号进行处理,并将其产生的中间结果与最终结果进行比较,一且发现结果不一致,即判定自身存在故障,它会自动关闭 AB
17、S 系统。此外 ABS ECU 还不断监视ABS 系统中其他部件的工作情况,一旦 ABS 系统出现故障,如车轮速度信号消失,液压压力降低等,ABS ECU 会发出指令而关闭 ABS 系统,并使常规制动系统工作,同时将故障信息存储记忆,并将仪表板上的ABS 故障灯点亮,向驾驶员发出警示信号,此时应及时检查修理。当点火开关接通时,ABS ECU 就开始进行自检程序,对系统进行自检,此时 ABS 故障灯点亮。如果自检以后发现 ABS 系统存在影响其正常工作的故障,它将关闭 ABS 系统,恢复常规制动系统,仪表板上ABS 故障灯一直点亮,警告驾驶员 ABS 系统存在故障。自检结束后,ABS 故障灯就熄
18、灭,表明系统工作正常。由于自检过程大约需要 2s,因此在正常情况下,当点火开关接通时,ABS 故障灯点亮 2s,然后再自动熄灭,是正常的。反之如果点火开关接通时,ABS 故障灯不亮,说明 ABS 故障灯或其线路存在故障,应对其进行检修。(2)电子控制模块(电脑)的结构与工作原理 ABS 系统电子控制部分可分为电子控制器(ECU)、ABS 控制模块、ABS 计算机等,以下简称 ECU。ECU:接受车速、轮速、减速等传感器的信号,计算出车速、轮速、滑移率和车轮的减速度、加速度,并将这些信号加以分析、判别、放大,由输出级输出控制指令,控制各种执行器工作(一)ECU 的基本结构 1)ECU 由以下几个
19、基本电路组成:(1)轮速传感器的输入放大电路。安装在各车轮上的轮速传感器根据轮速输出交流信号,输入放大电路将交流信号放大成矩形波并整形后送往运算电路。不同的 ABS 系统中轮速传感器的数量是不一样的。每个车轮都装轮速传感器时,需要四个传感器,输入放大电路也就要求有四个。当只在左右前轮和后轴差速器安装轮速传感器时,只需要三个传感器,输入放大电路也就成了三个。但是,要把后轮的一个信号当作左、右后轮的两个信号送往运算电路。(2)运算电路。初始速度、滑移率及加减速度运算电路把瞬间轮速加以积分,计算出初始速度,再把初始速度和瞬时线速度进行比较运算,则得出滑移率及加减速度。电磁阀开启控制运算电路根据滑移率
20、和加减速度控制信号,对电磁阀控制电路输出减压、保压或增压的信号。(3)电磁阀控制电路。接受来自运算电路的减压、保压或增压信号,控制通往电磁阀的电流。(4)稳压电源、电源监控电路、故障反馈电路和继电器驱动电路。在蓄电池供给 ECU 内部所有 5V 稳压电压的同时,上述电路监控着12V 和 5V 电压是否在规定范围内,并对轮速传感器输入放大器、运算电路和电磁阀控制电路的故障信号进行监视,控制着电磁阀电动机和电磁阀。出现故障信号时,关闭电磁阀,停止 ABS 工作,返回常规制动状态,同时仪表板上的 ABS 警报灯点亮,让驾驶员知道有故障情况发生。2)接通电源时的初始检查 接通点火开关、ECU 电源接通
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