相关知识
1.ABS的基本组成及部件作用
1)ABS概述
“ABS”(Anti-lock Braking System)中文译为“防抱死刹车系统”。它是一种具有防滑、防锁死等优点的汽车安全控制系统。ABS是在常规刹车装置基础上的改进型技术,可分机械式和电子式两种。它既有普通制动系统的制动功能,又能防止车轮锁死,使汽车在制动状态下仍能转向,保证汽车的制动方向稳定性,防止产生侧滑和跑偏,是目前汽车上最先进、制动效果最佳的制动装置。
2)基本组成
一般来说,ABS由常规制动系统和制动调节控制系统两部分组成。前者是由制动主缸、制动轮缸和制动管路等构成常规制动系统,用来实现汽车常规制动;后者是由传感器、控制器、执行器等组成压力调节控制系统,它们在车上的位置如图1.2所示。
图1.2 ABS部件位置图
3)部件作用
制动中车轮趋于抱死时,ABS中的ECU控制制动压力调节器对制动压力进行调节;ABS工作时,汽车车速必须为5~8km/h(我国一般为15km/h);若小于该车速,则ABS不工作,制动时,车轮仍可能抱死。常规制动系统出现故障时,ABS随之失去控制作用;ABS出现故障时,将自动关闭该系统,同时点亮ABS警告灯,但常规制动系统仍正常工作。ABS工作部件的作用如表1.1所示。
表1.1 ABS工作部件的作用
2.ABS的分类
1)按生产厂家分类
(1)德国博世公司生产的BOSCH ABS,欧洲、美国、日本、韩国轿车上采用较多。
(2)德国坦孚公司生产的TEVES ABS,欧洲、美国、日本、韩国轿车上采用较多。
(3)美国达科公司生产的DELCO ABS,美国通用、韩国大宇等轿车上采用较多。
(4)美国本迪克斯公司生产的BENDIX ABS,在美国克莱斯勒公司生产的汽车上采用较多。
我国上海汽车制动系统有限公司生产的ABS,是从坦孚(TEVES)公司引进并合资生产的。
2)按控制通道和传感器的数目分类
首先来明确控制通道、独立控制、同时控制、低选原则和高选原则几个概念。
控制通道:在ABS中,一个能独立进行制动压力调节的制动管路称为一个控制通道。也就是说,某个车轮制动轮缸的液压可以单独调节,而与其他车轮制动轮缸不相关联,这个车轮制动轮缸的制动压力的调节就单独占用一个控制通道。
独立控制:如果一个车轮独自占用一个控制通道,称该车轮的控制为独立控制或单轮控制。
同时控制:如果两个车轮的制动压力是同时进行调节的,即同时改变,则称为同时控制或一同控制。同时控制的两个车轮可以是同一轴上的两个车轮,也可以是不同车轴上的两个车轮。在同时控制中,有低选原则和高选原则之分。
低选原则:当两个车轮同时控制的汽车行驶在左右附着系数不同的路面上时,由于两边车轮与路面间的附着力不同,制动时路面附着系数小的一侧车轮先抱死,附着系数大的一侧车轮后抱死。为保证附着系数较小的车轮不发生抱死,这两个车轮就采用较低的制动压力控制。这种以保证附着系数较小的车轮不发生抱死的控制原则称为低选原则。
高选原则:两个车轮同时控制时,如果保证附着系数较大的车轮不发生抱死,附着系数小的车轮会产生抱死现象,这两个车轮就采用较高的制动压力控制。这种以保证附着系数较大的车轮不发生抱死的控制原则称为高选原则。
(1)四通道式ABS。图1.3所示的四通道式ABS属于四传感器四通道四轮独立控制式。该系统一般有4个控制通道、4个轮速传感器和1个电控单元。在4个控制通道中各设1个制动压力调节器进行独立控制。由于四通道式ABS可以最大限度地利用每个车轮的附着力进行制动,所以汽车的制动效果好。但在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,往往使汽车产生较大的偏转力矩而发生制动跑偏现象。因此,ABS通常不对4个车轮进行独立的制动控制。
图1.3 四通道式ABS
(2)三通道式ABS。图1.4所示的ABS属于三通道式ABS。三通道式ABS有四传感器三通道式和三传感器三通道式两种,其中四传感器三通道式ABS又分前后布置和对角布置两种。
图1.4 三通道式ABS
四轮ABS大多采用三通道式系统,而三通道式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一般按低选原则同时控制。由于三通道式ABS对两后轮进行同时控制,所以对于后轮驱动的汽车在变速器或主减速器中只设置一个轮速传感器来检测两后轮的平均转速。
桑塔纳2000 GSI等轿车采用在通往4个车轮制动轮缸的制动管路中各设置一个制动压力调节器且4个管路互相独立的制动系统,从这个角度看,它属于四通道式ABS。但这里的两个后轮制动压力调节器却是由ECU按低选原则进行同时控制的,因此,也应看做是三通道式ABS。
当两后轮按低选原则进行同时控制时,可以保证汽车两后轮的制动力相等,即使两侧车轮的附着力相差较大,两后车轮的制动力也只能限制在低附着力的水平上,使两后轮的制动力始终保持平衡,从而使汽车在各种条件下制动时都具有良好的方向稳定性。
在前轮驱动轿车上,前轮的制动力在汽车总制动力中占70%左右,因此对两前轮进行独立控制,可以充分利用两前轮的附着力,使汽车获得较大的总制动力,缩短制动距离,同时可使制动中两前轮始终保持较大的横向附着力,确保良好的转向控制能力。因此,三通道式ABS在小轿车上获得广泛应用。
(3)双通道式ABS。图1.5所示的ABS属于双通道式ABS。主要有两传感器式、三传感器式和四传感器式3种。双通道式ABS由于在方向稳定性、转向控制和制动能力等方面难以兼顾,因此目前采用较少。
在四传感器双通道前轮独立控制ABS中,两个前轮进行独立控制,并通过比例阀(PV)按一定比例将制动压力传到后轮。在不对称的路面上制动时,高附着系数一侧的前轮产生的高压传至低附着系数一侧的后轮,该后轮可能发生抱死。而低附着系数一侧的前轮液压较低,传至高附着系数一侧的后轮时不会发生抱死,能够保持汽车方向的稳定性。
图1.5 双通道式ABS
四传感器双通道前轮独立控制后轮低选控制ABS是在前述四传感器双通道前轮独立控制ABS的基础上,用低选择阀(LSV)代替比例阀。在不对称路面上制动时,高附着系数一侧前轮的高压不直接传到低附着系数一侧的后轮,而只按照低附着系数一侧的前轮的制动压力控制。低选择阀ABS与前述的比例阀ABS相比,可以避免后轮抱死,控制效果较好。
(4)单通道式ABS。单通道式ABS(如图1.6所示)是在后轮制动总管中设置一个制动压力调节器,在后驱动桥上安装一个传感器或者在两个后轮上各安装一个轮速传感器。
单通道式ABS一般是对两个后轮按低选原则进行同时控制的,因此制动距离不一定会明显缩短。由于未对前轮进行控制,制动时,前轮可能出现制动抱死现象,因而转向操纵能力不好。但由于单通道式ABS能够显著地提高汽车制动时的方向稳定性,并且结构简单、成本低,目前在一些轻型载货车上仍广泛使用。
图1.6 单通道式ABS
3)其他分类方法
(1)按产生制动压力的动力源可分为液压制动ABS、气压制动ABS和气液混合制动ABS。
(2)按制动压力调节器调压方式可分为流通式(循环式)ABS和变容式ABS。
(3)按制动压力调节器与制动主缸的结构可分为整体式ABS和分离式ABS。
(4)按ABS与其他系统是否一体化可分为单一功能ABS、ABS/ASR(或TCS)复合系统、ABS/EDS复合系统和ABS/ASR/ESP复合系统等。
3.ABS控制机理及工作过程
1)控制机理
当车辆制动趋向抱死时,ABS ECU采集、分析轮速传感器的信号确定车辆实际滑移率,然后通过与理想滑移率的比较,控制相应电磁阀的开关状态来调节制动压力,从而达到防止车轮抱死的目的。
2)工作过程
现以桑塔纳乘用车ABS为例来分析其工作过程。
(1)升压阶段。制动时,通过真空助力器和制动主缸建立制动压力,此阶段又称为普通制动(因ABS不工作)。此时,进油阀打开,出油阀关闭,制动压力进入车轮制动器,车轮转速迅速降低,直到ABS电控单元通过轮速传感器识别出车轮有抱死倾向为止。升压阶段的工作过程如图1.7所示。
(2)保压阶段。ABS电控单元通过轮速传感器得到的信号识别出车轮有抱死倾向时,ABS电控单元即关闭进油阀,出油阀仍然关闭,此时的制动压力不变称之为保压阶段。保压阶段的工作过程如图1.8所示。
图1.7 升压阶段的工作过程
图1.8 保压阶段的工作过程
(3)减压阶段。如果在保压阶段,车轮仍有抱死倾向,则ABS进入减压阶段。此时,电控单元命令进油阀关闭,出油阀打开,液压泵开始工作,制动液从轮缸经低压储液器被泵回到制动主缸,制动压力降低,制动踏板出现抖动,车轮抱死程度降低,车轮转速开始增加。减压阶段的工作过程如图1.9所示。
(4)增压阶段。ABS电控单元通过轮速传感器得到的信号识别出车轮车速有上升倾向时,ABS电控单元即打开进油阀,此时出油阀仍然关闭,由ABS液压泵提供压力,实现增压制动。增压阶段的工作过程如图1.10所示。
在普通制动模式和防抱死制动模式时,相关各部件的工作情况见表1.2。
图1.9 减压阶段的工作过程
图1.10 增压阶段的工作过程
表1.2 桑塔纳轿车ABS执行器的工作情况
4.ABS主要部件结构及工作原理
汽车制动防抱死系统主要由传感器、执行器、控制器等组成,其部件之间信号传递及控制方式如图1.11所示,下面具体介绍ABS的传感器、执行器、控制器的结构及工作原理。
图1.11 ABS部件之间信号传递及控制方式
1)ABS传感器结构及工作原理
在ABS中,轮速传感器用于检测车轮速度,并将轮速信号输入ECU。一般轮速传感器都安装在车轮上。有些后轮驱动的车辆,检测后轮速度的传感器安装在差速器内,通过后轴转速来检测,故又称之为轴速传感器。根据工作原理的不同,目前使用的轮速传感器主要分为电磁式轮速传感器和霍尔式轮速传感器两种类型。
(1)轮速传感器。
① 电磁式轮速传感器。电磁式轮速传感器是一种由磁通量变化而产生感应电压的装置,一般由磁感应头与齿圈组成,如图l.12所示。
磁感应头是一个静止部件,通常由永久磁铁、电磁线圈和磁极等构成,传感器安装在每个车轮的托架上。齿圈是一个运动部件,一般安装在轮毂上或轮轴上与车轮一起旋转。齿圈上齿数的多少与车型、ABS ECU有关。磁感应头磁极与齿圈的端面有一空气隙,一般在1mm左右,通常可移动磁感应头的位置来调整间隙(具体间隙的大小可查阅维修手册)。当齿圈随车轮旋转时(见图1.13),在永久磁铁上的电磁感应线圈产生一交变电压信号(这是因为齿圈上齿峰与齿谷通过时引起磁场强弱变化),信号的频率与车轮速度成正比,并随轮速的变化而变化。ABS电控单元(ECU)通过识别传感器发来交变电压信号的频率来确定车轮的转速。
图l.12 车轮轮速传感器构造
② 霍尔式轮速传感器。霍尔式轮速传感器将带隔板的转子置于永久磁铁和霍尔集成电路之间的空气间隙中,霍尔集成电路由一个带封闭的电子开关放大器的霍尔层构成,当隔板切断磁场与霍尔集成电路之间的通路时,无霍尔电压产生,霍尔集成电路的信号电流中断;若隔板离开空气间隙,磁场产生与霍尔集成电路的联系,则电路中出现信号电流。
霍尔式轮速传感器由传感头和齿圈组成,传感头包含有永久磁体、霍尔元件和电子电路等,其工作原理如图1.14所示。当齿间对准霍尔元件位置时,永久磁体的磁力线穿过霍尔元件通向齿轮,穿过霍尔元件的磁力线分散于两齿之中,磁场相对较弱。当齿轮对准霍尔元件位置时,穿过霍尔元件的磁力线集中于一个齿上,磁场相对较强。穿过霍尔元件的磁力线密度所发生的这种变化会引起霍尔电压的变化,其输出一个毫伏级的准正弦波电压,此电压经波形转换电路转换成标准的脉冲电压信号输入ECU。
图1.13 电磁式轮速传感器工作原理
图1.14 霍尔式轮速传感器工作原理
霍尔式轮速传感器与电磁式轮速传感器相比,具有以下优点。
① 输出信号电压的幅值不受车轮转速影响,当汽车电源电压维持在12V时,传感器输出信号电压可以保持在11.5~12V,即使车轮转速接近于零。
② 频率响应高,该传感器的响应频率可高达20kHz(此时相当于车速为1000km/h)。
③ 抗电磁波干扰能力强。
(2)减速度传感器。目前,在一些汽车上还装有减速度传感器,其作用是在汽车制动时,获得汽车的减速度信号。该信号送入电控单元后,可以对路面进行区别和判断路面附着系数的高低情况,并采取相应的控制措施,以提高制动性能。它是对轮速传感器的补偿,使制动控制更加精确。减速度传感器有光电式、水银式、差动变压式和应变式等。
① 光电式减速度传感器。光电式减速度传感器的结构如图1.15(a)所示。当汽车匀速行驶时,透光板静止不动。当汽车减速行驶时,透光板则随着减速度的变化沿汽车的前进方向上摆。减速度越大,透光板的摆动位置越高。透光板可遮挡发光二极管的光线,其位置的不同可使光电晶体管形成开和关两种状态。两个光电晶体管开关可形成4种组合,可以对轮速传感器进行补偿,使制动控制更加精确。
② 水银式减速度传感器。水银式减速度传感器由玻璃管和水银等组成,如图1.15(b)所示。在附着系数低的路面上制动时,汽车减速度小,水银在玻璃管内微动,玻璃管内的开关处于接通(ON)状态;在附着系数高的路面上制动时,汽车减速度大,水银在玻璃管内由于惯性作用上移,使玻璃管内的开关断开(OFF)。这种水银式传感器不仅可以作为减速度传感器,也可以作为加速度传感器。
③ 差动变压式减速度传感器。差动变压式减速度传感器由差动变压器和电子电路两部分组成,如图1.15(c)所示,其上部为差动变压器(由一个初级绕组、两个串联的次级绕组和铁芯组成)。直流电经过振荡电路变成交流电压U1加到初级绕组上,在两个次级绕组上分别产生电压U2、U3。当铁芯在中间位置时,U2和U3相等;当汽车制动铁芯左右偏移时,U2和U3就会出现一个电压差,即差动变压器的感应电压信号,此信号经过电子电路处理后成为传感器输出信号。
图1.15 各种减速度传感器
④ 应变式减速度传感器。应变式减速度传感器由半导体应变片和电子电路组成。当汽车制动时,悬架产生的惯性力使半导体应变片发生变形,引起半导体应变片电阻变化,从而使电子电路输出的电压发生变化;减速度越大,惯性力越大,输出电压越高。
2)ABS执行器结构及工作原理
制动压力调节器为ABS的主要执行器,它接收电控单元的指令,通过自身电磁阀开关状态来自动调节车轮制动器的制动压力。下面具体介绍制动压力调节器及其上的相关元件。
(1)制动压力调节器。根据制动压力调节器在制动系统中的安装形式可分为循环式和可变容积式压力调节器。把直接控制轮缸制动压力的调节器称为循环式调节器,把间接控制轮缸制动压力的调节器称为可变容积式调节器。
① 循环式ABS的工作过程。在该系统中,制动压力调节器串联在制动主缸与轮缸之间,直接控制轮缸制动压力,如图1.16(a)所示。系统中的储液器的作用是在减压过程中将从轮缸流经电磁阀的制动液暂时储存起来;液压泵(电动回油泵)的作用是将减压过程中从制动轮缸流进储液器的制动液泵回主缸。循环式ABS的基本工作过程如下。
图1.16 循环式ABS的工作过程
● 升压(常规制动)状态
在制动过程中,电磁线圈中无电流通过,电磁阀处于“升压”位置,如图1.16(b)所示。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增加而增加,此时,液压泵不工作。
● 保压状态
当电控单元根据传感器信号发现车轮制动接近抱死时,将向电磁线圈输入一个较小的保持电流(约为最大工作电流的1/2),电磁阀处于“保持压力”位置,如图1.16(c)所示。此时,主缸、轮缸和回油孔互不相通,轮缸中的制动压力保持一定。
● 减压状态
在保持压力的作用下,电控单元发现车轮仍有抱死的倾向时,电控单元将向电磁线圈输入一个较大的工作电流,使电磁阀处于“减压”位置,如图1.16(d)所示。此时,电磁阀将轮缸与储液器接通,使轮缸中的制动液经电磁阀流入储液器,轮缸压力下降。
● 增压状态
当制动压力下降使得车轮转速太大时,电控单元便切断通往电磁阀的电流,主缸和轮缸再次接通,制动主缸中的高压制动液再次进入轮缸,如图1.16(b)所示,使制动压力增加。
② 可变容积式ABS的工作过程。可变容积式ABS的基本原理是在汽车原有制动管路上增加一套液压控制装置,用它控制调节制动管路中制动液容积的大小,从而控制制动压力的变化。该系统的特点是制动压力油路和ABS控制油路是相互分离的。
可变容积式ABS主要由控制活塞、电磁阀、液压泵、储能器、储液器等组成,如图1.17(a)所示。其基本工作过程如下。
● 升压(常规制动)状态
汽车制动时,电磁阀7中的电磁线圈无电流流过,电磁阀内的柱塞11在弹簧力作用下处于左端位置,控制活塞工作腔与回油管相通,控制活塞4在弹簧的作用下位于最左端,活塞顶端推杆将单向阀3打开,使制动主缸2与制动轮缸5的制动管路接通,制动主缸的制动液直接进入制动轮缸,制动轮缸的压力随制动主缸压力的变化而变化。这种状态是ABS工作时或ABS不工作时(常规制动状态)的系统制动状态,如图1.17(b)所示。
● 保压状态
当电控单元向电磁阀7中的电磁线圈输入较小电流时,由于电磁线圈产生的电磁力较小,电磁阀内的柱塞1l向右移动位移量小,致使储能器8、回油管和控制活塞工作腔管路互不相通,如图1.17(d)所示。此时控制活塞左侧的液压保持一定,控制活塞在控制压力和弹簧力的作用下保持在一定位置,制动轮缸侧的容积也不发生变化(单向阀3仍处于关闭状态),制动压力保持一定。
● 减压状态
车轮制动趋向抱死、需要减压时,电控单元向电磁阀7输入较大电流,电磁阀内的柱塞1l在电磁力的作用下克服弹簧的作用力向右移动,产生较大位移,如图1.17(c)所示,将储能器8与控制活塞4的工作腔管路接通,储能器8中的制动液进入控制活塞工作腔并推动活塞右移,单向阀3关闭,制动主缸2与制动轮缸5之间的通路被切断。由于控制活塞的右移,使得制动轮缸侧制动液容积增大,制动压力减小。
● 增压状态
当制动力不足时,电控单元切断电磁阀7中电磁线圈的电流,电磁阀中的柱塞11在弹簧力作用下位于左端位置,使得控制活塞4的工作腔管路与回油管相通,控制活塞4在弹簧力的作用下将活塞推向最左端,活塞顶端推杆将单向阀3打开,使制动主缸2与轮缸5的制动管路再次接通,制动主缸的制动液直接进入制动轮缸,使制动轮缸的压力增加,如图1.17(b)所示。
图1.17 可变容积式ABS的工作过程
(2)电磁阀。
① 三位三通电磁阀。三位三通电磁阀由主弹簧、副弹簧、进液阀、回液阀、固定铁芯及衔铁套筒等组成,如图1.18所示。其工作过程是:电磁线圈中没有电流通过时,进液阀在主弹簧的弹力作用下打开,回液阀关闭,进液口与出液口保持畅通,制动分泵增压;当电磁线圈通入较小电流(2A)时,产生的电磁力较小,衔铁在电磁力的作用下上位移量较小,但能适当压缩主弹簧,使进液阀关闭,放松副弹簧,回液阀并不打开,各进、出液口互不相通,系统处于保压阶段;当电磁线圈通入较大电流(5A)时,产生的电磁力大,衔铁在电磁力的作用下上位移量大,主、副弹簧同时被压缩,此时进液阀仍保持关闭,回液阀被打开,系统处于减压阶段。
因该电磁阀工作在增压、保压、减压3个状态,称之为“三位”;对外有进液口、出液口、回液口3个接口,称为“三通”;所以该电磁阀被称为“三位三通”电磁阀,常写成3/3电磁阀。
图1.18 三位三通电磁阀的工作过程
② 二位二通电磁阀。二位二通电磁阀分为二位二通常开电磁阀和二位二通常闭电磁阀两种。两种电磁阀均由阀门、电磁线圈、衔铁、回位弹簧等组成,如图1.19所示。
常态下,二位二通常开电磁阀阀门在弹簧张力的作用下处于打开状态,如图1.19(a)所示,二位二通常闭电磁阀阀门在弹簧张力的作用下处于闭合状态,如图1.19(b)所示。
在ABS中,二位二通常开电磁阀用于控制制动总泵到制动分泵的制动液通路,又称二位二通常开进液电磁阀;二位二通常闭电磁阀用于控制制动分泵到储液器的制动液回路,又称二位二通常闭出液电磁阀。两个电磁阀配套使用,共同完成ABS对制动压力调节的任务。
③ 二位三通电磁阀。戴维斯MK II ABS中的主电磁阀主要用二位三通电磁阀。
二位三通电磁阀主要由第一球阀、第二球阀、衔铁、弹簧及电磁线圈等组成,如图1.20所示。
第一球阀(常闭阀门)用于控制助力室与内部储液室之间的制动液通路,属于高压控制。第二球阀(常开阀门)用于控制储液筒与内部储液室之间的制动液通路,属于低压控制。
ABS不工作(电磁线圈未通电)时,第一球阀关闭,第二球阀打开,内部储液室与储液筒相通,低压制动液由制动总泵进入两前轮制动分泵,对两前轮实施低压制动。由于助力室在控制阀的作用下在踏下制动踏板的同时,储存了高压制动液,所以对两后轮实施高压制动。
图1.19 二位二通电磁阀
图1.20 二位三通电磁阀及连接
ABS工作(电磁线圈通电)时,第一球阀打开,接通助力室与内部储液室之间的高压制动液通路;第二球阀关闭,切断了储液筒与内部储液室之间的低压制动液通路,此时,前、后轮均为高压制动。在制动过程中,增压、保压、减压的转换均由二位二通常开进液电磁阀和二位二通常闭出液电磁阀控制调节。
(3)电动泵与储能器。电磁阀在减压过程中,从制动轮缸流出的制动液经储能器由电动泵泵回制动主缸。储能器依据储存制动液压力的不同,分为低压储能器和高压储能器;按照回油控制压力及方式的不同,电动泵分为电动回油泵与电动增压泵,它们分别配置在不同型号的制动压力调节系统中。
① 低压储能器与电动回油泵。低压储能器一般称为储液器,用来接纳在ABS减压过程中从制动分泵回流的制动液,同时还对回流制动液的压力波动具有一定的衰减作用。
储液器内有一活塞和弹簧,减压时,回流的制动液压缩活塞克服弹簧张力下移,使容积增大,暂时存储制动液。
电动回油泵由直流电动机和柱塞泵组成,柱塞泵由柱塞、进、出液阀及弹簧组成,如图1.21(a)所示。当ABS工作(减压)时,根据ECU输出的指令,直流电动机带动凸轮转动,凸轮将驱动柱塞在泵筒内移动。柱塞上行时,储液器与制动分泵内具有一定压力的制动液进入柱塞泵筒;柱塞下行时,压开进液阀及泵筒底部的出液阀,将制动液泵回到制动总泵,如图1.21(b)所示。
图1.21 回油泵与储液器
② 高压储能器与电动增压泵。高压储能器也称储能器,用于储存制动中或ABS工作时所需的高压制动液,储能器多采用黑色气囊状球体,黑色气囊状球体被一个膜片分隔成两个互不相通的腔室。上腔为气室,充入氮气并具有一定的压力;下腔为液室,与电动增压泵液道相通,装有电动增压泵泵入的制动液。
储能器下端,设有压力控制开关和压力警示开关两个控制开关,如图1.22所示。压力控制开关用于检测储能器下腔制动液压力。压力低于15MPa时,开关闭合,电动增压泵工作;压力达到18MPa时,开关打开,电动增压泵停止工作。
压力警示开关中,设有两对开关触点,一对常开,一对常闭。当储能器下腔制动液压力低于10.5MPa时,常开触点闭合,点亮红色制动警告灯;同时常闭触点张开,该信号送给ECU关闭ABS并点亮黄褐色ABS警告灯。
图1.22 高压储能器与电动增压泵
3)ABS控制单元的结构及工作原理
(1)电控单元结构。ABS ECU是一个微型计算机,硬件主要由安装在印制电路板上的电子元器件构成,封装于金属壳体内;软件则是固存于只读存储器(ROM)中的一系列控制程序和试验参数。尽管各车型ABS ECU内部控制程序、参数不同,但作用是一样的,即接收轮速传感器及其他开关信号,进行放大、计算、比较,按照特定的控制逻辑分析、判断后输出指令,控制制动压力调节器进行制动压力调节,如图1.23所示。
图1.23 ABS ECU电路结构图
① 输入电路。输入电路的作用是对轮速传感器输入的交变电压信号、点火开关、制动开关、液位开关、电磁阀继电器、泵电动机继电器等的外部信号进行预处理,并将模拟信号转换成计算机识读的数字信号送入计算电路。
为了对轮速传感器进行检测,计算电路还经输入电路输出相应的检测信号至各轮速传感器,然后再经输入电路将反馈信号送入计算电路。
② 计算电路。计算电路的作用是根据轮速传感器信号,计算出车轮瞬时速度,而后得知加(减)速度、初始速度、参考车速及滑转率。最后根据设定的控制指令,向电磁阀控制电路输出增压、保压或减压的控制信号。计算电路不仅能检测自己内部的工作过程,而且还能监测系统中有关部件的工作状况,如轮速传感器、泵电动机工作电路、电磁阀工作电路等。当监测到这些电路工作不正常时,向保护电路输出停止ABS工作的指令。
③ 输出电路。输出电路的主要作用是将计算电路输出的增压、保压或减压的控制信号,通过控制功率放大器、驱动执行器实施调节任务。
④ 安全保护电路。安全保护电路由电源监控、故障记忆、继电器驱动、ABS警告灯驱动等电路组成。其主要作用是对电源电压进行监控,并将电源电压转换成ECU所需的稳定工作电压。监控轮速传感器信号、计算电路、电磁阀控制电路,当这些电路不正常时,停止驱动继电器,使ABS不工作,同时点亮ABS警告灯,并将故障信息以代码的形式存储在存储器内。
⑤ 故障警告灯。ABS带有两个故障警告灯,一个是红色制动故障警告灯,另一个是黄色ABS故障警告灯。两个故障警告灯正常闪亮的情况如下:当点火开关打开时,制动灯与ABS灯同时亮,制动灯亮的时间较短,ABS灯亮的时间长一些(约3s);启动汽车发动机后,储能器要建立系统压力,此时两灯泡会再亮一次,时间可达十几秒甚至几十秒;制动灯在驻车制动时也应亮。如果在上述情况下不亮,就说明故障警告灯本身及电路有故障。制动警告灯常亮,说明制动液不足或储能器中的压力下降(低于14000kPa),此时普通制动系统与ABS均不能正常工作,要检查故障原因并及时将其排除。ABS故障警告灯常亮,说明ABS ECU发现ABS中有问题,要及时检修。
(2)电控单元作用。电控单元是汽车ABS防抱死制动系统中的控制中心。当ABS起作用时,电控单元监测并控制制动系统的工作情况,即ABS ECU具有对制动系统进行“检测”和控制”两个方面的功能。
① 防抱死制动控制功能。对制动系统进行防抱死制动控制是ABS ECU的主要功能。电控单元接收到各个车轮轮速传感器及其他传感器的输入信号,然后按照预先设置的控制逻辑进行处理和运算,从而形成相应的控制指令,对执行机构进行控制,通过制动压力调节装置调节制动压力,防止各车轮抱死。
② 系统监测功能。对制动系统进行监测是ABS ECU的另一个功能,ECU接收到制动开关、压力开关等相关信号来监测ABS工作是否正常。当ECU监测到ABS工作不正常时,会自动停止ABS并点亮ABS警告灯,以免因系统故障造成错误的控制结果。在部分利用液压制动的ABS中,ECU还控制电动液压泵的工作。在正常情况下,发动机启动后,ABS警告灯数秒后就应自动熄灭,否则说明ABS出现故障。