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防抱死制动系统(Antilock

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防抱死制动系统(Antilock Brake System,简称ABS)
1. ABS概述在汽车制动时,如果车轮抱死滑移,车轮与路面间的侧向附着力将完全消失.如果只是前轮(转向轮)制动到抱死滑移而后轮还在滚动,汽车将失去转向能力.如果只是后轮制动到抱死滑移而前轮还在滚动,即使受到不大的侧向干扰力、汽车也将产生侧滑(甩尾)现象.这些都极易造成严重的交通事故.因此,汽车在制动时不希望车轮制动到抱死滑移,而是希望车轮制动到边滚边滑的状态.由试验得知,汽车车轮的滑动率在15~20%时,轮胎与路面间有最大的附着系数.所以为了充分发挥轮胎与路面间的这种潜在的附着能力、目前在某些高级轿车,大客车和重型货车上装备了防抱死制动系统(Antilock Brake System),简称ABS.
图D-ZD-31ABS系统的组成(分置式)
1.前轮速度传感器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
2.ABS的组成和工作原理通常、ABS是在普通制动系统的基础上加装车轮速度传感器,ABS电控单元、制动压力调节装置及制动控制电路等组成的,如图.制动过程中、ABS电控单元(ECU)3不断地从传感器1和5获取车轮速度信号,并加以处理,分析是否有车轮即将抱死拖滑.如果没有车轮即将抱死拖滑,制动压力调节装置2不参与工作,制动主缸7和各制动轮缸9相通,制动轮缸中的压力继续增大,此即ABS制动过程中的增压状态.如果电控单元判断出某个车轮(假设为左前轮)即将抱死拖滑,它即向制动压力调节装置发出命令,关闭制动主缸与左前制动轮缸的通道,使左前制动轮缸的压力不再增大,此即ABS制动过程中的保压状态.若电控单元判断出左前轮仍趋于抱死拖滑状态、它即向制动压力调节装置发出命令,打开左前制动轮缸与储液室或储能器(图中未画出)的通道,使左前制动轮缸中的油压降低,此即ABS制动过程中的减压状态.
3.ABS系统的布置形式ABS系统中、能够独立进行制动压力调节的制动管路称为控制通道.如果对某车轮的制动压力可以进行单独调节,称这种控制方式为独立控制;如果对两个(或两以上)车轮的制动压力一同进行调节,则称这种控制方式为一同控制.在两个车轮的制动压力进行一同控制时,如果以保证附着力较大的车轮不发生制动抱死为原则进行制动压力调节,称这种控制方式为按高选原则一同控制;如果以保证附着力较小的车轮不发生制动抱死为原则进行制动压力调节,则称这种控制方式为按低选原则一同控制.
按照控制通道数目的不同、ABS系统分为四通道,三通道,双通道和单通道四种形式,而其布置形式却多种多样.
图D-ZD-32(a,b)
(1)四通道ABS 对应于双制动管路的H型(前后)或X型(对角)两种布置形式,四通道ABS也有两种布置形式,见图(a),b).为了对四个车轮的制动压力进行独立控制,在每个车轮上各安装一个转速传感器,并在通往各制动轮缸的制动管路中各设置一个制动压力调节分装置(通道).由于四通道ABS可以最大程度地利用每个车轮的附着力进行制动,因此汽车的制动效能最好.但在附着系数分离(两侧车轮的附着系数不相等)的路面上制动时,由于同一轴上的制动力不相等、使得汽车产生较大的偏转力矩而产生制动跑偏.因此,ABS通常不对四个车轮进行独立的制动压力调节.
图D-ZD-32(c,d,e)
(2)三通道ABS 四轮ABS大多为三通道系统,而三通道系统都是对两前轮的制动压力进行单独控制,对两后轮的制动压力按低选原则一同控制,其布置形式见图(c),(d),(e).图(c)所示的按对角布置的双管路制动系统中、虽然在通往四个制动轮缸的制动管路中各设置一个制动压力调节分装置,但两个后制动压力调节分装置却是由电子控制装置一同控制的,实际上仍是三通道ABS.由于三通道ABS对两后轮进行一同控制,对于后轮驱动的汽车可以在变速器或主减速器中只设置一个转速传感器来检测两后轮的平均转速.
汽车紧急制动时,会发生很大的轴荷转移(前轴荷增加,后轴荷减小),使得前轮的附着力比后轮的附着力大很多(前置前驱动汽车的前轮附着力约占汽车总附着力的70~80%).对前轮制动压力进行独立控制,可充分利用两前轮的附着力对汽车进行制动,有利于缩短制动距离,并且汽车的方向稳定性却得到很大改善.
图D-ZD-32(f,g)
(3)双通道ABS 图(f)所示的双通道ABS在按前后布置的双管路制动系统的前后制动管路中各设置一个制动压力调节分装置,分别对两前轮和两后轮进行一同控制.两前轮可以根据附着条件进行高选和低选转换,两后轮则按低选原则一同控制.对于后轮驱动的汽车,可以在两前轮和传动系中各安装一个转速传感器.当在附着系数分离的路面上进行紧急制动时,两前轮的制动力相差很大,为保持汽车的行驶方向,驾驶员会通过转动转向盘使前轮偏转,以求用转向轮产生的横向力与不平衡的制动力相抗衡,保持汽车行驶方向的稳定性.但是在两前轮从附着系数分离路面驶入附着系数均匀路面的瞬间,以前处于低附着系数路面而抱死的前轮的制动力因附着力突然增大而增大,由于驾驶员无法在瞬间将转向正,转向轮上仍然存在的横向力将会使汽车向转向轮偏转方向行驶,这在高速行驶时是一种无法控制的危险状态.
图(g)所示的双通道ABS多用于制动管路对角布置的汽车上,两前轮独立控制,制动液通过比例阀(P阀)按一定比例减压后传给对角后轮.对于采用此控制方式的前轮驱动汽车,如果在紧急制动时离合器没有及时分离,前轮在制动压力较小时就趋于抱死,而此时后轮的制动力还远未达到其附着力的水平,汽车的制动力会显著减小.而对于采用此控制方式的后轮驱动汽车,如果将比例阀调整到正常制动情况下前轮趋于抱死时,后轮的制动力接近其附着力、则紧急制动时由于离合器往往难以及时分离,导致后轮抱死,使汽车丧失方向稳定性.
由于双通道ABS难以在方向稳定性,转向操纵能力和制动距离等方面得到兼顾,因此目前很少被采用.
图D-ZD-32(h)
(4)单通道ABS 所有单通道ABS都是在前后布置的双管路制动系统的后制动管路中设置一个制动压力调节装置,对于后轮驱动的汽车只需在传动系中安装一个转速传感器,如图(h).单通道ABS一般对两后轮按低选原则一同控制,其主要作用是提高汽车制动时的方向稳定性.在附着系数分离的路面上进行制动时,两后轮的制动力都被限制在处于低附着系数路面上的后轮的附着力水平,制动距离会有所增加.由于前制动轮缸的制动压力未被控制,前轮仍然可能发生制动抱死,所以汽车制动时的转向操作能力得不到保障.但由于单通道ABS能够显著地提高汽车制动时的方向稳定性,又具有结构简单,成本低的优点、因此在轻型货车上得到广泛应用.
4.ABS系统的优点ABS系统的第一个优点是增加了汽车制动时的稳定性.汽车在制动时,如果前轮先抱死,驾驶员将无法控制汽车的行驶方向,这是非常危险的;倘若后轮先抱死,则会出现侧滑,甩尾,甚至使汽车整个调头等严重事故.ABS系统可以防止车轮制动时被完全抱死,提高了汽车行驶的稳定性.资料表明,装有ABS系统的车辆,可使因车轮侧滑引起的事故比例下降8%左右.
ABS系统的第二个优点是能缩短制动距离.这是因为在同样紧急制动的情况下,ABS系统可以将滑移率控制在20%左右,从而可获得最大的纵向制动力.需要说明的是,当汽车在积雪路面上制动时,若车轮抱死,则车轮前的楔状积雪可阻止汽车的前进.在此条件下,装有ABS系统的汽车,其制动距离可能更长.
ABS系统的第三个优点是改善了轮胎的磨损状况.事实上,车轮抱死会加剧轮胎磨损,而且轮胎胎面磨耗不均匀、使轮胎磨损消耗费增加.经测定,汽车在紧急制动时,车轮抱死所造成的轮胎累加磨损费、已超过一套防抱死制动系统的造价.因此,装用ABS系统具有一定的经济效益.
ABS系统还有一个优点就是使用方便,工作可靠.ABS系统的使用与普通制动系统的使用几乎没有区别、制动时只要把脚踏在制动踏板上,ABS系统就会根据情况自动进入工作状态、如遇雨雪路滑,驾驶员也没有必要用一连串的点刹车方式进行制动,ABS系统会使制动状态保持在最佳点.
5. 转速传感器转速传感器的功用是检测车轮的速度,并将速度信号输入ABS的电控单元.目前、用于ABS系统的速度传感器主要有电磁式和霍尔式两种.
电磁式转速传感器结构图D-ZD-33转速传感器在车轮上的安装位置传感头的结构如图所示、它由永磁体2,极轴5和感应线圈4等组成,极轴头部结构有凿式和柱式两种.齿圈6旋转时,齿顶和齿隙交替对向极轴.在齿圈旋转过程中、感应线圈内部的磁通量交替变化从而产生感应电动势,此信号通过感应线圈末端的电缆1输入ABS的电控单元.当齿圈的转速发生变化时,感应电动势的频率也变化.ABS电控单元通过检测感应电动势的频率来检测车轮转速.
电磁式轮速传感器结构简单,成本低,但存在下述缺点:一是其输出信号的幅值随转速的变化而变化.若车速过慢,其输出信号低于1V,电控单元就无法检测;二是响应频率不高.当转速过高时,传感器的频率响应跟不上;三是抗电磁波干扰能力差.目前、国内外ABS系统的控制速度范围一般为15~160kmh,今后要求控制速度范围扩大到8~260kmh以至更大,显然电磁感应式轮速传感器很难适应.
图D-ZD-34车轮转速传感器剖视图a)凿式极轴b)柱式极轴
1.电缆2.永磁体3.外壳4.感应线圈5.极轴6.齿圈霍尔轮速传感器霍尔轮速传感器也是由传感头和齿圈组成.传感头由永磁体,霍尔元件和电子电路等组成,永磁体的磁力线穿过霍尔元件通向齿轮.
当齿轮位于图中(a)所示位置时,穿过霍尔元件的磁力线分散,磁场相对较弱;而当齿轮位于图中(b)所示位置时,穿过霍尔元件的磁力线集中、磁场相对较强.齿轮转动时,使得穿过霍尔元件的磁力线密度发生变化,因而引起霍尔电压的变化,霍尔元件将输出一个毫伏(mV)级的准正弦波电压.此信号还需由电子电路转换成标准的脉冲电压.
霍尔轮速传感器具有以下优点:其一是输出信号电压幅值不受转速的影响;其二是频率响应高.其响应频率高达20kHz,相当于车速为1000kmh时所检测的信号频率;其三是抗电磁波干扰能力强.因此,霍尔传感器不仅广泛应用于ABS轮速检测,也广泛应用于其控制系统的转速检测.
图D-ZD-35霍尔轮速传感器示意图
1.磁体2.霍尔元件3.齿圈
6.ABS液压控制总成的结构ABS液压控制总成是在普通制动系统的液压装置基础上经设计后加装ABS制动压力调节器而形成的.普通制动系统的液压装置一般包括制动助力器,双腔式制动主缸、储液室,制动轮缸和双液压管路等.除了普通制动系统的液压部件外,ABS制动压力调节器通常由电动泵,储能器,主控制阀、电磁控制阀和一些控制开关等组成.实质上,ABS系统就是通过电磁控制阀体上的控制阀控制分泵上的油压迅速变大或变小,从而实现了防抱死制动功能.
(1)电动泵电动泵是一个高压泵,它可在短时间内将制动液加压(在储能器中)到15~18MPa,并给整个液压系统提供高压制动液体.电动泵能在汽车起动一分钟内完成上述工作.电动泵的工作独立于ABS电脑,如果电脑出现故障或接线有问题,电动泵仍能正常工作.
(2)储能器储能器的结构形式多种多样.图5-109为活塞-弹簧式储能器示意图,该储能器位于电磁阀与回油泵之间,由轮缸来的液压油进入储能器,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.
(3)电磁控制阀电磁控制阀是液压调节器的重要部件,由它完成对ABS的控制.ABS系统中都有一个或两个电磁阀体,其中有若干对电磁控制阀、分别控制前、后轮的制动.常用的电磁阀有三位三通阀和二位二通阀等多种形式.
(4)压力控制,压力警告和液位指示开关压力控制开关(PCS)独立于ABS电脑而工作,监视着储能器下腔的压力.压力报警开关(PWS)和液位指示开关(FLI)的功能是,当压力下降到一定值(14MPa以下)时或制动液面下降到一定程度时,点亮制动系统故障指示灯和ABS故障指示灯,同时让ABS电脑停止防抱死制动工作.
7.制动压力调节器的调压方式及工作原理制动压力调节器串接在制动主缸与轮缸之间,通过电磁阀直接或间接地控制轮缸的制动压力.通常、把电磁阀直接控制轮缸制动压力的制动压力调节器称作循环式调节器,把间接控制制动压力的制动压力调节器称作可变容积式调节器.
循环式制动压力调节器此种形式的制动压力调节器是在制动总缸与轮缸之间串联一电磁阀、直接控制轮缸的制动压力.这种压力调节系统的特点是制动压力油路和ABS控制压力油路相通.
该系统的工作原理如下:
(1)常规制动常规制动过程中、ABS系统不工作.电磁线圈中无电流通过,电磁阀处于升压位置,此时制动主缸与轮缸直通,由制动主缸来的制动液直接进入轮缸、轮缸压力随主缸压力而增减.此时回油泵也不需工作.
(2)保压过程当轮速传感器发出抱死危险信号时,ECU向电磁线圈通入一个较小的保持电流(约为最大电流的12)时,电磁阀处于保压位置.此时主缸、轮缸和回油孔相互隔离密封、轮缸中的制动压力保持一定.
(3)减压过程如果在保持压力命令发出后,仍有车轮抱死信号,ECU即向电磁线圈通入一个最大电流、电磁阀处于减压位置,此时电磁阀将轮缸与回油通道或储液室接通,轮缸中制动液经电磁阀流入储液室,轮缸压力下降.
(4)增压过程当压力下降后车轮加速太快时,ECU便切断通往电磁阀的电流、主缸和轮缸再次相通,主缸中的高压制动液再次进入轮缸、使制动压力增加.
请点击下面第三个按钮看循环式制动压力调节器调压过程的动画演示.
请点击下面第三个按钮看助力过程演示.

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