ABS的基本工作原理与故障诊断

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一、ABS防抱制动系统系统概述                  随着世界汽车工业的迅猛发展，舒适性日益成为人们选购汽车的重要依据。目前广泛采用的防抱制动系统（ABS）使人们对安全性要求得以充分的满足。                  汽车制动防抱系统，简称为ABS，是提高汽车被动安全性的一个重要装置。有人说制动防抱系统是汽车安全措施中继安全带之后的又一重大进展。汽车制动系统是汽车上关系到乘客安全性最重要的二个系统之一。随着世界汽车工业的迅猛发展，汽车的安全性越来越为人们重视。汽车制动防抱系统，是提高汽车制动安全性的又一重大进步。                  ABS防抱制动系统由汽车微电脑控制，当车辆制动时，它能使车轮保持转动，从而帮助驾驶员控制车辆达到安全的停车。这种防抱制动系统是用速度传感器检测车轮速度，然后把车轮速度信号传送到微电脑里，微电脑根据输入车轮速度，通过重复地减少或增加在轮子上的制动压力来控制车轮的打滑率，保持车轮转动。在制动过程中保持车轮转动，不但可保证控制行驶方向的能力，而且，在大部分路面情况下，与抱死〔锁死〕车轮相比，能提供更高的制动力量。                  ABS与常规的液压制动系统相比有三个显著的扰点：                  1.车辆控制--装备有ABS的汽车驾驶员在紧急制动过程中，保持着很大程度的操纵控制。在紧急制动过程中，用标淮的液压制动器产生的打滑使驾驶员失去对车辆的控制。ABS恢复稳定性并使驾驶员恢复对车辆的控制。                  2.减少浮滑现象--潮湿、光滑道路和抱死车辆纵使形成被称为浮滑现象的状态，当车辆驾驶员行驶在具有一层水和油薄模的路面之上时，出现与浮滑现象相仿。由于ABS减少了车轮抱死的机会，因此，也减少了制动过程中出现浮滑现象的机会。改善了轮胎的磨损--使用ABS防止车轮抱死，消除了在紧急制动过程中轮胎平斑的可能性。                  二、ABS发展历程                  ABS系统的发展可以追溯到本世纪初期，早在1928年制动防抱理论就被提出，在30年代机械式制动防抱系统就开始在火车和飞机上获得应用，博世（BOSCH）公司在1936年第一个获得了用电磁式车轮转速传感器获取车轮转速的制动防抱系统的专利权。                  进入50年代，汽车制动防抱系统开始受到较为广泛的关注。福特（FORD）公司曾于1954年将飞机的制动防抱系统移置在林肯（LINCOIN）轿车上，凯尔塞．海伊斯（KELSEHAYES）公司在1957年对称为"AUTOMATIC"的制动防抱系统进行了试验研究，研究结果表明制动防抱系统确实可以在制动过程中防止汽车失去方向控制，并且能够缩短制动距离；克莱斯勒（CHRYSLER）公司在这一时期也对称为"SKID                  CONTROL"的制动防抱系统进行了试验研究。由于这一时期的各种制动防抱系统采用的都是机械式车轮转速传感器的机械式制动压力调节装置，因此，获取的车轮转速信号不够精确，制动压力调节的适时性和精确性也难于保证，控制效果并不理想。                  随着电子技术的发展，电子控制制动防抱系统的发展成为可能。在60年代后期和70年代初期，一些电子控制的制动防抱系统开始进入产品化阶段。凯尔塞．海伊斯公司在1968年研制生产了称为"SURE                  TRACK"两轮制动防抱系统,该系统由电子控制装置根据电磁式转速传感器输入的后轮转速信号，对制动过程中后轮的运动状态进行判定，通过控制由真空驱动的制动压力调节装置对后制动轮缸的制动压力进行调节，并在1969年被福特公司装备在雷鸟（THUNDERBIRD）和大陆．马克III（CONTINENTALMKIII）轿车上。                  克莱斯勒公司与本迪克斯（BENDIX）公司合作研制的称为"SURE-TRACK"的能防止4个车轮被制动抱死的系统，在1971年开始装备帝国（IMPERIAL）轿车，其结构原理与凯尔塞．海伊斯的"SURE-TRACK"基本相同，两者不同之处，只是在于两个还是四个车轮有防抱制动。博世公司和泰威士（TEVES）公司在这一时期也都研制了各自第一代电子控制制动防抱系统，这两种制动防抱系统都是由电子控制装置对设置在制动管路中的电磁阀进行控制，直接对各制动轮以电子控制压力进行调节。                  别克（BUICK）公司在1971年研制了由电子控制装置自动中断发动机点火，以减小发动机输出转矩，防止驱动车轮发生滑转的驱动防抱转系统.                  瓦布科（WABCO）公司与奔驰（BENZ）公司合作，在1975年首次将制动防抱系统装备在气压制动的载贷汽车上。                  这一时期的各种ABS系统都是采用模拟式电子控制装置，由于模拟式电子控制装置存在着反应速慢、控制精度低、易受干扰等缺陷，致使各种ABS系统均末达到预期的控制效果，所以，这些防抱控制系统很快就不再被采用了。                  进入70年代后期，数字式电子技术和大规模集成电路的迅速发展，为ABS系统向实用化发展奠定了技术基础。博世公司在1978年首先推出了采用数字式电子控制装置的制动防泡系统--博世ABS2，并且装置在奔驰轿车上，由此揭开了现代ABS系统发展的序幕。尽管博世ABS2的电子控制装置仍然是由分离元件组成的控制装置，但由于数字式电子控制装置与模拟式电子控制装置相比，其反应速度、控制精度和可靠性都显著提高，因此，博世ABS2的控制效果己相当理想。从此之后，欧、美、日的许多制动器专业公司和汽车公司相继研制了形式多详的ABS系统。                  三、ABS的基本工作原理                  控制装置和ABS警示灯等组成，在不同的ABS系统中，制动压力调节装置的结构形式和工作原理往往不同，电子控制装置的内部结构和控制逻辑也可能ABS通常都由车轮转速传感器、制动压力调节装置、电子不尽相同。                  在常见的ABS系统中，每个车轮上各安装一个转速传感器，将有关各车轮转速的信号输入电子控制装置。电子控制装置根据各车轮转速传感器输入的信号对各个车轮的运动状态进行监测和判定，并形成相应的控制指令。制动压力调节装置主要由调压电磁阀组成，电动泵组成和储液器等组成一个独立的整体，通过制动管路与制动主缸和各制动轮缸相连。制动压力调节装置受电子控制装置的控制，对各制动轮缸的制动压力进行调节。                  ABS的工作过程可以分为常规制动，制动压力保持制动压力减小和制动压力增大等阶段。在常规制动阶段，ABS并不介入制动压力控制，调压电磁阀总成中的各进液电磁阀均不通电而处于开启状态，各出液电磁阀均不通电而处于关闭状态，电动泵也不通电运转，制动主缸至各制动轮缸的制动管路均处于沟通状态，而各制动轮缸至储液器的制动管路均处于封闭状态，各制动轮缸的制动压力将随制动主缸的输出压力而变化，此时的制动过程与常规制动系统的制动过程完全相同。                  在制动过程中，电子控制装置根据车轮转速传感器输入的车轮转速信号判定有车轮趋于抱死时，ABS就进入防抱制动压力调节过程。例如，电子控制装置判定右前轮趋于抱死时，电子控制装置就使控制右前轮刮动压力的进液电磁阀通电，使右前进液电磁阀转入关闭状态，制动主缸输出的制动液不再进入右前制动轮缸，此时，右前出液电磁阀仍末通电而处于关闭状态，右前制动轮缸中的制动液也不会流出，右前制动轮缸的刮动压力就保持一定，而其它末趋于抱死车轮的制动压力仍会随制动主缸输出压力的增大而增大；如果在右前制动轮缸的制动压力保持一定时，电子控制装置判定右前轮仍然趋于抱死，电子控制装置又使右前出液电磁阀也通电而转入开启状态，右前制动轮缸中的部分制动波就会经过处于开启状态的出液电磁阀流回储液器，使右前制动轮缸的制动压力迅速减小右前轮的抱死趋势将开始消除，随着右前制动轮缸制动压力的减小，右前轮会在汽车惯性力的作用下逐渐加速；当电子控制装置根据车轮转速传感器输入的信号判定右前轮的抱死趋势已经完全消除时，电子控制装置就使右前进液电磁阀和出液电磁阀都断电，使进液电磁阀转入开启状态，使出液电磁阀转入关闭状态，同时也使电动泵通电运转，向制动轮缸泵输送制动液，由制动主缸输出的制动液经电磁阀进入右前制动轮缸，使右前制动轮缸的制动压力迅速增大，右前轮又开抬减速转动。                  ABS通过使趋于抱死车轮的制动压力循环往复而将趋于防抱车轮的滑动率控制，在峰值附着系数滑动率的附近范围内，直至汽车速度减小至很低或者制动主缸的常出压力不再使车轮趋于抱死时为止。制动压力调节循环的频率可达3~20HZ。在该ABS中对应于每个制动轮缸各有对进液和出液电磁阀，可由电子控制装置分别进行控制，因此，各制动轮缸的制动压力能够被独立地调节，从而使四个车轮都不发生制动抱死现象。                  尽管各种ABS的结构形式和工作过程并不完全相同，但都是通过对趋于抱死车轮的制动压力进行自适应循环调节，来防止被控制车轮发生制动抱死。 四、ABS系统的维护与检修注意事项                  (一).使用与维修中的一般性注意事项                  目前，大多数ABS系统都具有很高的工作可靠性，通常无需对其进行定期的特别维护，但在使用、维护和检修过程中，应在以下几个方面特别注意：                  1.在点火开关处于点火位置时，不要拆装系统中的电器元件和线束插头，以免损坏电子控制装置。要拆装系统中的电器元件和线束插头，应先将点火开关断开。                  2.不可向电子控制装置供给过高的电压，否则容易损坏电子控制装置，所以，切不可用充电机起动发动机，也不要在蓄电池与汽车电系连接的情况下，对蓄电池进行充电。                  3.子控制装置受到碰撞敲击也极容易引起损环，因此，要注意使电子控制装置免受碰撞和敲击。                  4.高温环境也容易损坏电子控制装置，所以，在对汽车进行烤漆作业时，应将电子控制装置从车上拆下。另外，在对系统中的元件或线路迸行焊接时，也应将线束插头从电子控制装置上拆下。                  5.不要让油污沾染电子控制装置，特别是电子控制装置的瑞子更要注意；否则，会使线束插头的瑞子接触不良。                  6.在续电池电压低时，系统将不能进入工作状态，因此，要注意对蓄电池的电压进行检查，特别是当汽车长时间停驶后初次启动时更要注意。                  7.不要使车轮转速传感器和传感器齿圈沾染油污或其它脏物；否则，车轮转速传感器产生的车轮转速信号就可能不够准确。影响系统控制精度，甚至使系统无法正常工作。另外，不要敲击转速传感器；否则，很容易导致传感器发生消磁现象，从而影响系统的正常工作。                  8.由于在很多具有防抱制动功能的制动系统中都有供给防抱制动压力调节所蓄能量的蓄能器。所以，在对这类制动系统的液压系统进行维修作业时，应首先使蓄能器中的高压制动液完全释放。以免高压制动液喷出伤人。在释放蓄能器中的高压制动液时，先将点火开关断开，然后反复地踩下和放松制动踏板，直到制动踏板变得很硬时为止。另外，在制动液压系统完全装好以前，不能接通点火开关，以免电动泵通电运转。                  9.具有防抱控制功能的制动系统应佳用专用的富路因为制动系统往往具有很高的压力，如果使用非专用的管路，极易造成损坏。                  10.大多数防抱控制系统中的车轮转速传感器，电子控制装置和制动压力调节装置都是不可修复的，如果发生损坏，应该进行整体更换。                  11.在对制动液压系统进行过维修以后，或者在使用过程中发觉制动踏板变软时，应按照要求的方法和顺序对制动系统进行空气排除。                  12.应尽量选用汽车生产厂推荐的轮胎，如要使用其它型号的轮胎，应该选用与原车所用轮始的外径，附着性能和转动惯量相近的轮胎，但不能混用不同规格的轮胎，因为这详会影响防抱控制系统控制效果。                  在防抱警示灯持续点亮情况下进行制动时，应注意控制制动强度，以免因制动防抱系统失效而使车轮过早发生制动抱死。                  (二).制动液的选用、更换及补充                  1.在具有防抱控制功能的制动系统中，制动液的通路更长，更曲折，致使制动液在流动过程中受到的阻力较大，另外，在具有防抱控制功能的制动系统中，运动零件更多、更精密、这些运动对润滑的要求也更高，因此，具有防抱控制功能的制动系统所选用的制动液必须具有恰当的粘度。                  2.在具有防抱控制功能的制动系统中，制动液反复经历压力增大和减小的循环，因而，制动液的工作温度和压力较常规制动系统中的制动液更高，这就要求制动液具有更强的抗氧化性能，以免制动液中形成胶质、沉积物和腐蚀性物质。                  3.在具有防抱控制功能的制动系统中有更多的橡胶密封件和橡胶软管，这就要求所选用的制动液不能对橡胶件产生较强的膨胀作用。                  4.在具有防抱控制功能的制动系统中有更多、更为精密的金属零件，因此，要求所选用的制动液对金属的腐蚀性较弱。                  由于具有防抱控制功能的制动系统在制动过程中会使制动液的温度升高很快，这就要求所选用的制动液具有较高的沸点，以免因制动液发生汽化使制动系统产生气阻。                  根据以上特点,具有防抱控制功能都推荐选用DOT3或DOT4的制动液。尽管DOT5的制动液具有更高的沸点，但是，由于DOT5是硅基制动液，会对橡胶件产生较强的损害，因此，在具有防抱控制功能的制动系统中，一般不推荐选用DOT5的制动液。                  由于DOT3和DOT4是醇基制动夜，具有较强的吸湿性，随着使用时间的延长，其中的含水量会不渐增多。当制动液中含有较多的水分时，不仅会使制动压力调节装置中的精密零件发生锈蚀，还使制动液的粘度变大，影响制动系统中的流动，特别是在寒冷的气侯条件下迟缓，导致制动距离的延长。另外，制动液中的含水量会对制动液的沸点产生非常明显的影响。所以，随着制动液中含水量的增多，制动系统就很容易发生气阻象。DOT3和DOT4制动液一般经过12个月的使用以后，其中的含水量平均可达3%，因此，建议对具有防抱控制功能的制动系统每隔12个月更换一次制动液。                  在对具有液压动力或助力的制动系统进行制动液更换或补充时，由于蓄能器中可能蓄存有制动液，因此，在更换或补充制动液时应按如下程序进行：                  1.将新制动液加到储液室的最高液位标记处；                  2.如果需要对制动系统中的空气进行排除，应按规定的程序进行；                  3.将点火开关置于点火位置，反复地踩下和放松制动踏板，直到电动泵开始运转为止；                  4.待电动泵停止运转后，储液室中的液位进行检查；                  5.如果储液室中的制动液液位在最高液位标记以上，先不要泄放过多的制动液，而应重复上述的第3和第4步骤；                  如储液室中的制动液液位在最高液位标记以下，应向储液室再次补充新的制动液，使储液室中的制动液位达到最高标记处，但切不可将制动液加注到超过储液室的最高液位标记，否则，当蓄能器的制动液排出时，制动液可能会溢出储液室。                  在具有防抱控制功能的制动系统中，防抱控制系统的电子控制装制通常根据液位开关输入的信号对储液室的制动液液位进行监测。当制动液液位过低时，防抱控制系统将会自动关闭，因此，应定期对储液室中的制动液液位进行检查，并及时补充制动液。                  五、ABS故障诊断步骤                  (一).ABS故障诊断仪器和工具                  在多数防抱控制系统中，可以通过跨接诊断座串相应的端子，根据防抱警示（或电子控制装置的发光二极管）的闪烁情况读取故障代码。所以，在故障代码读取时，往往需要合适的跨接线，跨接线是两端带有插接端子的一段导线，也有的跨接线在中间设有保险管。                  故障代码只是代表故障情况的一系列数码，要确切地了解故障情况，还须根据维修手册查对故障代码所代表的故障情况。另外，要正确地对系统进行故障诊断的排除，也需要利用维修手册作参考，因此，维修手册是故障诊断和维修过程中最为重要的工具。                  对防抱控制系统进行检查时，万用表是基本的测试工具，由于指针式万用表能够反应电参数的动态变化，所以更适合于是防抱控制系统的电路检查。另外，也可以用一些更为专用的电参数测试器（如多踪示波器等），可更为方便和更为深入地对系统进行检查。                  在大部分汽车上，防抱控制系统电子控制装置线束插头都不好接近，速成插头中的端子又没有标号，使确定所要测试的端子变得较为困难，特别是当向一些特定的端子加入电压时，如果电压加入有误，可能会损坏系统中的一些电气元件，另外，如果直接从线束插头的端子上对系统进行测试，不影响测试结果的准确性，可能还会使端子发生变形或破坏，为此，可以使用接线端子盒。由于各种防抱控制系统线束插头中的端子数，端号排列、插头形式不尽相同，因此，所用的接线端子盒也就不同。                  对防抱控制系统进行电路测试时，将系统的线束插头从电子控制装置上卸下,再将接线端子盒的线束插头与系统线束插头插接，这祥，接线端子盒子的端子标号就与系统线束端子标号相对应，通过对接线端子盒上端子的测试，就相当于求系统线束插头中相应端子进行测试。                  在对防抱控制系统的液压装置进行检查时，有时需要使用压力表。对防抱控制系统进行故障诊断时，也可以借助各种测试仪器，有些系统甚至只有用专用诊端测试仪才能进行故障诊断。专用诊断测试仪器可分为两大类，其中一类可以替代系统的电子控制装置，对系统工作情况进行检查和模拟，这类仪器有博世ABS诊断测试器和丰田ABS诊断测试器。另一类诊断测试器则需要系统的端子控制装置通过与系统的电子控制装置进行双向通讯。既能读取系统工电子控制装置所存储记忆的故障代码，并将故障代码转换为故障情况后显示，部分地替代了维修手册的作用，又可向系统电子控制半装置传输控制指令，对系统进行工作模拟。这类测试仪器有SNAP-ON红盒子扫描仪SCANNER及通用的TECH-L和克莱斯的ORB-LL等，这些诊断测试仪器因可以读解故障代码，一般称为解码器。解码器不仅可以对防抱控制系统进行故障诊断，而且还可以对汽车的其它一些电控制系统进行诊断测试，只是需要选择相应的软件而已。                  (二).故障诊断与排除的一般步骤                  当防抱控制系统警示灯持续点亮时，或感觉防抱控制系统工作不正常时，应及时对系统进行故障诊断和排除。在故障诊断和排除。在故障诊断和排除时应该按照一定的步骤进行，才能取得良好的效果。故障诊断与排除的一般步骤如下：                  1.确认故障情况和故障症状；                  2.对系统进行直观检查，检查是否有的制动液泻漏`导线破损、插头松脱、制动液液位过低等现象；                  3.读解故障代码，既可以用解码器直接读解，也可以通过警示灯读取故障代码后，再根据维修手册查找故障代码所代表的故障情况。                  4.根据读解的故障情况，利用必要的工具和仪器对故障部位进行深入检查，确诊故障部位和故障原因；                  5.故障排除；                  6.清除故障代码；                  7.检查警示灯是否仍然持续点亮，如果警示灯仍然持续点亮，可能是系统中仍有故障存在，也有可能是故障己经排除，而故障代码未被清除；                  警示灯不再电亮后，进行路试，确认系统是否恢复工作。                  在故障诊断和维修过程中，应当注意，不仅不同型号的汽车所装备的防抱系统可能不同，而且即使是同一型号的汽车，由于生产年份不同其装备的防抱控制系统也可能不同。                  防抱控制系统的故障大多是由于系统内的接线插头松脱或接触不良、导线断路或短路、电磁阀线圈断路或短路、电动泵电路断路或短路、车轮转速传感器电磁线断路或短路、续电器内部断路或短路，以及制动开关、液位开关和压力开关等不能正常工作引起的。另外，蓄电池电压过低、车轮转速传感器与齿圈之间的间隙过大或受到泥污沾染、储液室液位过低等也会影响系统的正常工作。

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