浅谈汽车毕业论文
ABS系统主要由传感器、电子控制装置和执行器组成。
表1 ABS系统部件的功能
组成部分
功能
传感器
车速传感器
检测车速，并向ECU提供滑移率控制模式的车速信号。
车轮速度传感器
检测轮速并向ECU提供轮速信号，采用各种控制方法。
减速传感器
只在四驱控制系统中使用，检测汽车制动时的减速度，识别是否是冰雪等易滑路面。
执行机构
制动压力调节器
接受ECU的指令，通过电磁阀的动作来增加、维持和降低制动系统的压力。
流体泵
在ECU的控制下，在可变排量制动压力调节器的控制油路中建立控制油压；在调节循环制动压力调节器压力的过程中，从轮缸流出的制动液通过蓄能器被泵回主缸，以防止ABS工作时制动踏板行程发生变化。
ABS警示灯
当ABS出现故障时，EUC控制它点亮，给驾驶员报警，ECU控制它闪烁显示故障代码。
欧洲货币单位(European Currency Unit)
接收来自车速、轮速、减速度等传感器的信号，计算车速、轮速、滑移率、车轮的减速度和加速度，并对这些信号进行分析、判断和放大，输出级输出控制指令，控制各个执行器工作。
二、电子控制系统
2.1传感器结构及工作原理
(1)速度传感器
齿圈和轮速传感器是一个组件。当齿圈旋转时，轮速传感器感应到交流信号，并将其输出到ABS计算机，以提供轮速信号。轮速传感器通常安装在差速器、变速器输出轴和轮轴上。
车轮速度传感器在车轮上的安装位置
车轮速度传感器由传感器头和齿圈组成。
(2)横向加速度传感器
有些ABS系统配有横向加速度传感器，由于内部有主开关触点，一般称为横向加速度开关。轮廓如图1所示。当侧向加速度低于限定值时，两个触点闭合，插头的两个端子通过开关内部形成回路。当高速急转弯过程中侧向加速度超过极限值时，开关中的一对触点在自身惯性力的作用下打开，在插头两端之间的开关内部形成开路。这个信号输入ECU后，可以修正防抱死制动控制指令，从而有效地调节左右轮缸的液压，使ABS更有效地工作。这种装置广泛应用于更高级的汽车和跑车。
图1
(3)减速传感器
目前，一些四驱汽车也装有汽车减速传感器，也称为G传感器。它的作用是获得汽车制动时的减速信号。由于汽车在附着系数高的路面上制动时减速度大，在附着系数低的路面上制动时减速度小，所以信号送到ECU后，就可以辨别路面，判断附着系数。当判断汽车行驶在积雪、结冰路面等湿滑路面时，采取相应的控制措施，提高制动性能。
减速传感器包括光电传感器、水银传感器和差动变压器传感器。
A.光电减速传感器
当汽车匀速行驶时，透明板是静止的。当汽车减速时，透光板随减速度的变化沿汽车纵轴摆动。减速度越大，透光板的摆动位置越高。由于透光板的位置不同，发光二极管允许传输到光电晶体管的光也不同，使得光电晶体管形成导通和截止两种状态。两个发光二极管和两个光电晶体管的组合可以将汽车的减速度分为四个等级，这个信号可以送到电子控制器来感知路面附着系数。
B.水银减速传感器
水银减速传感器的基本结构如图所示，由玻璃管和水银组成。
在附着系数低的路面上，车的减速度小，玻璃管中的水银基本不动，开关在玻璃管中处于ON状态。在附着系数高的路面上刹车时，汽车大大减速，水银由于惯性在玻璃管中向前移动，关闭了玻璃管中的电路开关。如图2所示，这个信号可以发送到ECU来感知路面附着系数。
图2
水星汽车减速传感器不仅在前进方向工作，还能在后退方向发出减速信号。
C.差动变压减速传感器
2.2电子控制模块(计算机)的结构和工作原理
ABS系统的电子控制部分可分为电子控制器(ECU)、ABS控制模块和ABS计算机，以下简称ECU。
0?1 ECU的基本结构
ECU由以下基本电路组成:
1)车轮速度传感器输入放大器电路。
2)运算电路。
3)电磁阀控制电路。
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。
每个电路的连接方式如图3-5所示。
图3
图4
图5
a)轮速传感器的输入放大器电路
安装在每个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，整形后送到运算电路。
不同ABS系统的轮速传感器数量不同。当每个车轮配备一个轮速传感器时，需要四个传感器，输入放大电路也需要四个传感器。当轮速传感器只安装在左右前轮和后轮轴差速器上时，只需要三个传感器，输入放大器电路变成三个。然而，后轮的一个信号应该作为左右后轮的两个信号被发送到运算电路。
b)运算电路
运算电路主要用于计算车轮的线速度、初速度、滑移率、加减速以及电磁阀的开度控制操作和监控操作。
初速度、滑移率、加减速运算电路对瞬时轮速进行积分，计算初速度，再与瞬时线速度进行比较，得到滑移率和加减速。电磁阀开度控制运算电路根据滑移率和加减速控制信号向电磁阀控制电路输出减压、保压或增压信号。
c)电磁阀控制电路
接收来自运算电路的减压、保压或增压信号，并控制流向电磁阀的电流。
d)稳压电源、电源监控电路、故障反馈电路和继电器驱动电路。
在电池向ECU内部提供全部5V调节电压的同时，上述电路监测12V和5V的电压是否在规定范围内，并监测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，控制电磁阀电机和电磁阀。当出现故障信号时，关闭电磁阀，停止ABS工作，回到正常制动状态。同时仪表盘上的ABS警示灯亮起，让驾驶员知道有故障。
0?1安全保护电路
ECU的安全保护电路具有外部显示故障状态的功能。当系统出现故障时，先停止ABS工作，恢复正常制动状态，这样仪表盘上的ABS报警灯就亮了，提示整个系统处于故障状态。目前的故障显示方法通常是通过ECU内部发光二极管(LED)的闪烁、仪表板上ABS报警灯的闪烁，或者通过专用的诊断装置来显示。当点火开关关闭时，故障显示在内部消失。如果再次打开点火开关时没有发现故障，则认为系统正常，ABS可以正常控制。带有专用诊断仪的ABS系统可以记忆故障内容，并根据专用诊断仪的指令对记忆的故障进行编码，显示或排除。
1.打开电源时的初始检查
当点火开关打开且ECU电源打开时，将检查以下项目。
(1)微处理器功能检查
(1)让监视器显示错误信息，让微处理器识别。
②检查ROM区的数据，确认没有变化。
③向RAM区输入输出数据，判断是否正常工作。
④检查A/D转换的输入是否正常。
⑤检查微处理器之间的信号传输是否正常。
(2)电磁阀动作检查
使电磁阀动作，判断其是否正常工作。
(3)故障反馈电路的功能检查
微处理器用于识别故障反馈电路是否正常工作。
2.自动启动中的检查
自动启动检查重要的外围电路，如果检查结果正常，ABS开始工作。
(1)电磁阀功能检查
①让电磁阀工作，判断是否正常。
②比较各电磁阀的通断电阻，判断电磁阀是否正常工作。
(2)电机动作检查
运行电机，判断电机是否正常。
(3)轮速传感器和输入放大器电路的信号确认。
确保所有轮速传感器信号都可以输入到微处理器。
3.驾驶时定期检查
(1)12V(卡车为24V)和5V电压监控
确定提供的12V电压和5V内部电压是否为规定的电压值。监测12V的电压，考虑ABS工作时的瞬时电压降和电机启动时的瞬时电压降，然后分析识别。
(2)电磁阀动作监控
ABS系统工作过程中，电磁阀必须动作，ECU随时监控电磁阀的工作状态。
(3)运算电路中运算结果的比较检查
ECU中通常有两套运算电路，可以同时进行运算和传输数据。通过对彼此运行结果的比较和监控，可以保证可靠性，及早发现异常情况。
此外，各种速度信号和输入输出信号也在运算电路中相互比较，这些结果必须相同。
(4)微处理器失控检查
监控电路判断微处理器是否正常工作。
(5)脉搏信号的监测
微处理器时钟信号的脉冲频率不能降低。
(6)确定6)ROM编号
计算ROM数据的总和，确认程序正常工作。
4.自诊断显示
如果安全保护电路检测到异常情况，则停止ABS系统的工作，回到原来的常规制动模式(不使用ABS)，ECU呈现故障状态。此时，ECU中的LED、ABS报警灯或专用诊断装置发出故障信号，ECU根据这些信号显示故障代码。
当汽车制造商、汽车型号或ABS系统不同时，故障代码也不同。
0?1 ECU的工作原理
ECU是ABS系统的控制中心。其本质是微型数字计算机，一般是由两个微处理器和其他必要的电路组成的整体单元。计算机的基本输入信号是四个轮速传感器发出的轮速信号，输出信号是:液压控制单元的控制信号、输出自诊断信号和ABS故障指示灯的输出信号，如图所示:
1.ECU的防抱死控制功能
电子控制模块(计算机)具有连续监测四个轮速传感器的速度信号的功能。计算机连续检测来自所有四个轮速传感器的脉冲电信号，并处理和转换成与轮速成正比的数值。从这些数值中，计算机可以分辨出哪个车轮快，哪个车轮慢。电脑根据四个车轮的转速实施防抱死制动控制。计算机以四个车轮传感器的数据作为控制依据。一旦判断车轮即将抱死，立即进入防抱死控制状态，向液压调节器输出幅值为12V的脉冲控制电压，控制轮缸上油路的通断。轮缸上油压的变化来调节车轮上的制动力，使车轮不会一直因为制动力大而完全抱死(通断频率一般为3-12次/秒)。
2.2的故障保护控制功能。欧洲货币单位(European Currency Unit)
首先，计算机可以监控自己的工作。由于计算机中有两个微处理器，它们同时接受并处理同一输入信号，将计算机内部信号与系统相关状态产生的外部信号进行比较，看是否相同，从而对计算机本身进行校准。这种校准是连续的。如果不能同步，说明电脑本身有问题。它会自动停止防抱死制动过程，让普通制动系统照常工作。此时，修理工必须对ABS系统(包括电脑)进行测试，及时找出故障原因。
图6是ABS系统的计算机内部监控的简要说明。来自轮速传感器①的输入信号同时发送到计算机中的两个微处理器②和③。内部信号⑤(轮速信号)和外部信号⑤(液压调节器信号)在逻辑模块④中处理后输出，然后两个信号进行比较和检查。逻辑模块⑤产生的内部信号⑤被发送到两个不同的比较器⑤和⑧(每个处理器都有一个比较器)，在那里进行比较。如果它们不同，计算机将停止工作。微处理器②产生的外部信号⑥直接送至比较器⑥，另一路由液压调节器控制电路⑨通过反馈电路⑩送至比较器⑨。微处理器③产生的外部信号直接送到比较器⑦和⑧。与比较器比较，如果外部信号不能同步，ABS电脑会关闭防抱死制动系统。
图6
ABS系统的计算机不仅可以监测其内部工作过程，还可以监测ABS系统中其他部件的工作状况。它能按程序向液压调节器的电路系统和电磁阀发出脉冲检查信号，在没有任何机械动作的情况下完成正常的功能检查。在ABS系统工作过程中，计算机还可以监测和判断轮速传感器发出的轮速信号是否正常。
当ABS系统出现故障，如制动液流失、液压降低或轮速信号消失时，电脑会自动发出指令，使普通制动系统工作，而ABS系统则停止工作。只要轮速传感器损坏产生的信号输出在可接受的范围内，或者由于强烈的无线电高频干扰，传感器发出超出范围的信号，计算机就可能根据情况停止ABS系统或者让ABS系统继续工作。
这里我要强调的是，琥珀色(黄色)ABS系统故障指示灯随时亮起，说明电脑已经停止了ABS系统的工作或检测到系统故障，驾驶员或用户必须进行维修。如果不能处理，要及时送到修理厂。
2.3 ABS故障指示灯
当发现以下异常现象时，ABS控制计算机将点亮ABS故障指示灯:
(1)油泵电机功能超过一定时间。
②车辆行驶超过30秒，忘记松开驻车制动。
③没有从四个车轮中的任何一个接收到传感器信号。
④电磁阀动作超过一定时间，或检测到电磁阀打开。
⑤发动机已经开始运转，或者车辆已经启动，没有接收到电磁阀的输出信号。
⑥当点火开关在第一档打开时，ABS故障指示灯将点亮。如果没有异常，ABS故障指示灯会在发动机启动后熄灭。
ABS系统有两个故障指示灯，一个是红色制动故障指示灯，另一个是琥珀色或黄色ABS故障指示灯，如图7所示。打开点火开关，红色指示灯和琥珀色指示灯几乎同时点亮，红色指示灯短时点亮，琥珀色指示灯长时点亮(3s左右)；发动机启动后，蓄能器应建立系统压力，两个灯将再次亮起十几秒钟。当驻车制动时，红色指示灯也应亮起。如果在上述情况下灯不亮，说明故障指示灯本身或线路有故障。
图7
红色指示灯故障常亮，表示制动液不足或蓄能器内压力不足(低于14MPa)。此时普通的刹车系统和ABS系统都无法正常工作；琥珀色ABS故障指示灯常亮，表示电子控制单元发现ABS系统有故障。
三、液压控制系统
3.3循环制动压力调节器的工作原理
这种制动压力调节器在制动总泵和轮缸之间串联一个电磁阀，直接控制轮缸的制动压力。该压力调节系统的特点是制动压力油路与ABS控制压力油路相通，如图8所示。图中蓄能器的功能是在减压过程中临时储存从轮缸流经电磁阀的制动液。回油液压泵，也称为再循环泵，用于在减压过程中将流入蓄能器的制动液从制动轮缸泵回总泵。该系统的工作原理详述如下。
图8
1.常规制动状态
在正常制动过程中，ABS系统不工作，没有电流通过电磁线圈，电磁阀处于“增压”位置。此时，主缸和轮缸的状态如图9所示，来自主缸的制动液直接进入轮缸，轮缸压力随主缸压力增大或减小。此时，回油液压泵不工作。
图9
2.压力保持状态
当转速传感器发出锁死危险信号时，电控单元向电磁线圈输入一个小的保持电流(约为最大工作电流的1/2)，电磁阀处于“保持压力”位置，如图10所示。此时，主缸、轮缸和回油孔相互隔离和密封，轮缸中的制动压力保持恒定。
图10
3.减压状态
如果电控单元发出“保压”指令后，车轮仍有抱死倾向，电控单元将向电磁线圈输入最大工作电流，使电磁阀处于“减压”位置。此时电磁阀会将轮缸与回油通道或储液室接通，轮缸内的制动液通过电磁阀流入储液室，轮缸压力下降，如图11所示。
图11
4.加压状态
当压力下降后轮速过快时，电控单元切断到电磁阀的电流，主缸和轮缸重新连接，主缸中的高压制动液重新进入轮缸(见图)，使制动压力增大。制动时，重复上述过程，直到制动解除。
3.2可变排量制动压力调节器的工作原理
如图12所示，是可变排量制动压力调节器的基本原理图。主要由电磁阀、控制活塞、液压泵和蓄能器组成。其基本工作原理如下。
图12
在正常制动期间，没有电流在电磁线圈6中流动。电磁阀7将控制活塞14的工作腔与回油管路相连，控制活塞在强力弹簧的作用下被推向最左侧。活塞顶部的推杆打开单向阀13，连接制动总泵2和轮缸10的制动管路。制动主缸的制动液直接进入轮缸，轮缸压力随主缸压力变化。这种状态是ABS工作之前或之后的正常制动状态。如上图。
当需要减压时，当电控单元9向电磁线圈6输入大电流时，电磁阀中的柱塞8在电磁力的作用下克服弹簧力向右移动。如图13所示，将蓄能器3与控制活塞14的工作腔管路连接。制动液进入控制活塞工作腔推动活塞向右移动，单向阀13关闭，主缸2与轮缸10之间的通道被切断。同时，由于控制活塞向右移动，轮缸侧的容积增加，制动压力降低。
图13
当电控单元9向电磁线圈6输入小电流时，由于电磁线圈的电磁力减小，柱塞8在弹簧力的作用下移动到蓄能器、回油管和控制活塞工作室管路相互关闭的位置，如图14所示。此时，控制活塞左侧的液压力保持不变，在液压力和强大的弹簧弹力作用下，控制活塞保持在一定位置。此时单向阀13仍处于关闭状态，轮缸侧容积不变，制动压力保持恒定。
图14
当需要加压时，电控单元9切断电磁线圈6中的电流，柱塞8返回到左端的初始位置。如图12所示，控制活塞的工作腔与回油管连接，控制活塞左侧的液压被释放。当控制活塞移动到最左侧位置时，单向阀打开，轮缸压力将随着主缸压力的增加而增加。
3.3制动压力调节器的结构
压力调节器总成(也称ABS制动执行器和ABS液压控制总成)是在普通制动系统液压装置的基础上增加一个ABS制动压力调节器而形成的。常用制动系统的液压装置一般包括制动助力器、双腔制动主缸、储液腔、制动轮缸和双液压管路。ABS制动压力调节器安装在制动总泵和轮缸之间。如果与制动总泵一起安装，则称为整体式制动压力调节器，否则称为单独式制动压力调节器。
ABS制动压力调节器除了普通制动系统的液压元件外，通常还包括电动泵、蓄能器、主控制阀、电磁控制阀和一些控制开关。ABS本质上是通过阀体上控制阀的电磁控制来控制轮缸上的液压，使其迅速变大或变小，从而实现防抱死制动功能。ABS制动压力调节器总成基本可以分为三类:整体式，其中制动总泵和液压总成是一体的，如图15；分离式，制动总泵和液压总成是独立的总成，如图16所示；真空式，只控制后轮，采用真空液压控制，如图17所示。
图15
图16
图17
3.4电磁阀的结构和工作原理
电磁控制阀是液压调节器的重要组成部分，控制着ABS系统各个车轮的制动力。ABS系统中有一个或两个电磁阀，其中有几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两位两通阀。
三位三通电磁阀的内部结构示意图如图18所示，主要由阀体、进油阀、泄压阀、单向阀、弹簧、非磁性支撑环和电磁线圈组成。滑动支撑件6的两端由非磁性支撑环3引导。主弹簧13和副弹簧12相对布置，但主弹簧的弹力大于副弹簧。为了关闭进油阀5，打开泄压阀4，滑动支撑有一个0.25mm左右的运动过程，非磁性支撑环压入阀体内，可以迫使磁通在穿过线圈时穿过支架，穿过工作气隙A，保证磁路的电磁特性稳定。单向阀8与进油阀5并联布置，其作用是在松开制动时，单向阀打开，增加一个额外的、更大的从轮缸到主缸的出油通道，使轮缸压力迅速降低，即使主弹簧断裂或支架卡死，也能松开和松开车轮制动。
图18
电磁阀的工作过程是这样的:当电磁线圈中没有电流时，由于主弹簧的力大于副弹簧的力，进油阀打开，减压阀关闭，制动总泵与轮缸油路接通，所以在没有ABS参与的正常情况下，也可以在ABS系统的工作情况下，增加轮缸压力。
当电磁线圈输入最大工作电流1/2(保持电流)时，电磁力将支架向下移动一定距离，关闭进油阀。因为此时电磁力不足以克服两个弹簧的弹力，支架保持在中间位置，泄压阀仍然关闭。
此时三个通道相互密封，轮缸压力保持一定值。当电控单元向电磁线圈输入最大工作电流时，电磁力克服主弹簧和辅助弹簧的弹力，使支架继续下移，打开泄压阀。此时，轮缸通过泄压阀与回油管连通，轮缸中的制动器流入回油管，使压力降低。
如图19所示，是常开两位两通电磁阀的内部结构。当电磁线圈3无电流通过时，在回位弹簧7的作用下，铁芯12被推到限位杆9与缓冲垫圈11碰撞的位置。此时与铁芯连接的顶杆10没有将球阀6顶在阀座5上，电磁阀的进油口A与出油口B相通，电磁阀处于开启状态。当一定的电流通过电磁线圈时，铁芯在电磁吸力的作用下克服弹簧力，带动顶杆一起向右移动，顶杆将球顶在阀座上，使电磁阀的进油口和出油口之间的通道关闭，电磁阀处于关闭状态。限压阀4的作用是限制电磁阀的最大压力，以免压力过大损坏电磁阀。
图19
第四，总结
通过写这篇论文，我对ABS系统有了更多的了解，尤其是电子控制部分。ABS系统就是充分利用轮胎与地面的附着系数，使每次制动都能在不抱死的情况下产生尽可能大的制动力，提高汽车的制动能力，提高机动性和稳定性。写论文的时候也查阅了很多ABS相关的知识，其实和ASR(汽车防滑电子控制系统)的功能和原理是一样的，很多都是相关的。通过查阅书籍，开阔了我的视野，给即将毕业的我增加了一些新的知识。