摘要
ABS系统是现代汽车制动系统的关键部件，在汽车制动过程中能防止车轮完全抱死，提高汽车在制动过程中的方向稳定性和转向操纵能力，缩短制动距离让驾驶员安全制动。充分发挥轮胎与路面间的潜在附着力、最大限度地改善汽车的制动性能，以满足行车安全制动的需要。汽车行驶中紧急制动后，制动力容量立即达到最大，让车轮立即抱死。当出现前轮先抱死，会产生转向失灵;假如后轮抱死，则会导致容易车辆发生侧滑或者甩尾的现象。此类事故在不同的路况屡见不鲜，严重地危害着广大人民生命财产安全。普通制动系统已经完成不了该工作，电子防抱死系统却能完成上述任务。伴随着汽车行业迅速发展，各国对汽车的安全性十分重视。ABS防抱死制动系统基本已经成为汽车的标准装备。为此，本文对ABS防抱死系统障碍诊断与检查以及ABS防抱死系统的原理及其结构做一定的研究与探讨。
关键词：ABS防抱死系统，原理及其结构，障碍诊断与检查
Abstract
ABS system is the key component of modern automobile braking system. It can prevent the wheel from locking completely and improve the directional stability and steering ability of the vehicle during the braking process. Shortening braking distance makes driver brake safely. Give full play to the potential adhesion between tire and road, improve the braking performance of vehicle to the maximum extent, to meet the need of driving safety braking. The brake force capacity reaches the maximum immediately, lets the wheel immediately hold dead. When appears the front wheel to lock first, will produce the steering failure; if the rear wheel clings, then will cause the vehicle to have the side slide or the tail flick phenomenon easily. This kind of thing. So it is common in different road conditions, seriously endangering the lives and property safety of the masses of people. The ordinary braking system has not been able to complete the work, but the electronic anti-lock braking system can accomplish the above tasks. With the rapid development of the automobile industry, Many countries attach great importance to the safety of automobile. ABS anti-lock braking system has basically become the standard equipment of automobile. In this paper, the diagnosis and examination of ABS antilock braking system and the principle and structure of ABS antilock braking system are studied and discussed.
Keyword:Anti-lock braking system,principle and structure,diagnosis and inspection of obstacles
第1章 绪论
ABS系统硬件构成主要由传感器、电子控制装置、制动压力调节器三大部分组成，传感器把车轮速度反馈给电子控制装置做一定的分析后再向制动压力调机器发出指令，制动压力调机器按照指令做出准确的响应，形成一个以滑移率为目标的自动控制系统。在制动过程中，车轮转速可反馈给电子控制模块与模块中原有的理想减速度的特性曲线相作比较分析。如果电子控制系统利用理想减速度的特性曲线判断出车轮减速度过快和车轮即将抱死时，它就发出指令给制动压力调节器，制动压力调节器可根据来自控制装置的指令对制动器的卡钳或轮泵的油压进行控制，该控制是在原来普通制动系统之上另增加一套控制系统而形成的。普通的液压制动系统是由机械、液压元件组成的放大系统，它仅仅将驾驶员给刹车踏板的力迅速、均匀地转化为轮子的制动力，ABS控制系统是由一套电子、机械和液压元件组成的自动控制系统，它可以连续不断地检测车辆的制动状况做出相应的响应与反馈，在最短的时间将汽车的制动调整到最佳状态。ABS系统能将汽车的制动效果调整到最佳状态从而保障了驾驶员的制动安全隐患。
第2章 ABS系统概述
2.1 ABS的发展历史与前景
2.1.1 发展历史
ABS 最早是出现在铁路机车上慢慢通过科学技术的发展和对其研究，对ABS系统不断的改进和技术填补，ABS慢慢走向我们的汽车行业。现在ABS是作为一种安全装置加装于现代汽车原有的制动系统中的控制系统并且得到广泛的支持且慢慢成熟。其发展流程如下表2.1所示：
表2.1 ABS发展流程表
| 年份 | 取得成果的研究人物或者公司 | 取得成就 |
| 1908 年 | J.E.Famcis | 设计了第一套ARS并安装在铁路机车上，获得成功 |
| 1936 年 | 德国Rodet Boch公司 | 取得第一项ABS专利权 |
| 1945年 | 德国Fiz Obwald 公司 | 开始开发用于飞机着陆制动系统的AB5S |
| 1948 年 | 波音公司 | 生产的B-47 飞机上首先装备BydoAire公司的ARS。 |
| 1954年 | 美国Foud公司 | 首次在林首迪轿车上试用飞机的ABS 系统。 |
| 1957 年 | Fod 公司与Kelsey Haes 公司 | 开始联合开发汽车用ABS |
| 1958年 | Dumlop公司 | 用于货车的Maxaret ABS |
| 1960年 | Harmyegso公司 | 在Maxare ABS的基础上开发出四轮控制ABS,使汽车用ABS的性能水平跃上一个崭新的阶段 |
发展到现在ABS系统已经是每辆汽车不能缺少的重要制动系统，基本每个汽车公司都会利用ABS防抱死系统作为自己汽车的制动系统。比如，本田、丰田、福特等等。
2.1.2 发展前景
伴随人类生活质量提高与科技的迅猛发展，汽车已经普及到家家户户，汽车行业也是蒸蒸日上，相关技术人员也不断增加，ABS防抱死系统电子控制为轿车的安全制动做了一定的保障，每年产量也不断的提升。
如下图2.1是2011到2014年汽车装备比例图：
图2.1 2011到2014年汽车装备比例图
由图可知ABS系统已经慢慢成为所有汽车制动系统的标配基本完全代替原有的普通制动系统，人们也将慢慢的对ABS防抱死制动系统更深入的研究与了解更是各大汽车行业竞争的技术焦点，显然掌握最先进的ABS系统意味着掌握了最先进制动系统。制动技术与驾驶车辆的安全性息息相关，当掌握其最先进技术则可以在汽车行业站住地位，为此各大汽车公司队该方面的人才引进也是不断的增加，该方面的技术人员也逐步提升。可以说，ABS系统发展前景是光明的，当然它仍然需要我们对其不断研究让其发挥到最大的功效，让其充分和现代科技电子技术相结合为人类服务，让减少驾驶员在驾驶过程中的安全隐患。
2.2 ABS系统的优点及功能特点
2.2.1 优点
1.ABS 系统可以保障了汽车制动时最大限度的稳定性。制动时每个轮子上的制动力都是不相同的，如果汽车的后轮先抱死，将会出现左右摇摆、甩尾，甚至使汽车整个调头等严重后果，假如的前轮先抱死，则会导致驾驶员就无法控制汽车的行驶方向。
2.ABS系统改善了轮胎的磨损程。当发生制动时车轮抱死会造成轮胎严重的磨损，导致轮胎面变得不均匀，导致轮胎磨损消耗费不断增加，让费用不断上升，而ABS系统制动以最优方案制动则可以减少轮胎的损耗量节省资源。
3.ABS系统是利用电子系统来控制制动在使用方面格外的方便和可靠。在制动过程中它的使用方式与原有普通制动系统几乎是相同的。只要把脚踏在ABS 系统使制动状态保持在最佳点便可稳定使车制动。因为利用电子系统作为控制中心所以ABS 系统工作十分可靠且一定的自诊断能力将在下文第四章中详细提出。
4.ABS 系统能够缩短制动距离。可以有效的减少汽车追尾事件而减少交通事故保障驾驶员的人生安全如下图2.2所示为以速度为80km/h的车辆有无ABS比较分析：
图2.2 以80km/h速度的车辆有无ABS对比图
2.2.2 功能特点
我们在生活驾驶汽车是经常遇到下暴雨或者下雪更或者路面结冰的情况尤其在夏天或者寒冷的冬天，当我们在该种情况下，开车有多年有经验的司机总会提醒不能猛踩制动踏板会造成严重的侧滑导致不同的交通事故的出现，此时应该轻踩踏板慢慢制动，而我们的普通制动更是难以控制制动时的稳定性，而ABS系统是传感器把车轮速度反馈给电子控制装置做一定的分析后再向制动压力调机器发出指令，制动压力调机器按照指令做出准确的响应，让汽车最大限度的达到稳定避免交通事故的发生。ABS系统的功能主要有概括有以下三点:
- 能够让驾驶员轻松制动并且在汽车制动过程中仍能控制转向盘，从而实现避开障碍物。
2. 缩短制动距离，从而实现减少追尾事故的发生。
3. 提高制动过程中汽车行驶的方向稳定性。
如下图2.3车辆有无ABS系统的对比：
第3章 ABS系统基本结构原理与运行模块
3.1 ABS基本组成与原理
ABS系统电子控制模块和车轮速度传感器以及制动压力调节器等组成，如下图3.1所示：
图3.1 ABS简单结构组成图
在生活中传感器可用与人类无法检测的地方来接收信息反馈给相应的控制器，ABS系统中车轮传感器便是是用于对车轮速度的信息的检测然后反馈给中央处理器，为了精确的比较得到相应的制动方案，汽车的每个车轮都安装有车轮传感器，当制动时速度改变第一时间将信号反馈给中央处理器，上述的中央处理器是指ABS 系统的控制中心电子控制系统，控制中心接收车轮传感器的速度信号后，经过相应计算和原有速度曲线比较后发出精确的控制指令给终端。这里的终端是指液压调节器，它是ABS 系统中的执行控制装置用于响应控制系统发来的指令，它可以控制制动分泵的液压液力迅速变大或变小，利用机械装置实现四个车轮不被完全抱死如图3.2所示，从作往右完成一次制动操作。
图3.2 ABS制动原理图
但是当制动系统在制动过程中车轮没有被抱死的情况下，ABS 防抱死系统是并不会有相应的响应。ABS系统有预防的功能，当车轮即将要抱死时，ABS 系统中的控制中心 就会从车轮传感器反馈的转速信号的变化作计算分析,同时向液压调节器发出控制指令，达到最佳制动点。将反馈部件、控制部件、执行部件这三个重要部分联系起来成为一个系统然后共同作用形成一个制动系统，这就是ABS防抱死系统，其系统组成如下图3.3所示：
图3.3 ABS系统组成图
3.3 ABS电子控制模块
ABS电子控制系统相当于整个ABS系统的控制中心，在ABS系统中对信号的处理计算以及与原有数据库对比后发送相应的指令给执行机构图3.4所示为ABS电子控制图：
图3.4 ABS电子控制图
ABS电子控制中心是以微型电脑的方式控制，其中基本输入信号是四个轮上传感器送来的轮速信号，输出信号是: 给液压控制单元的控制信号、输出的自诊断信号和输出给ABS故障指示灯的信号，驾驶员可以通过车内的显示器直观的判断。其总体控制如下图3.5所示：
图3.5 电子总体控制图
3.4 车轮速度传感器
ABS系统能够正常完成制动工作那么ABS系统应该第一时间将车轮的速度检测出来，然后对其速度做一定分析再执行后面动作，而且在制动时要时刻反映车轮速度的变化情况，我们可以通过传感器来完成其任务，车轮传感器的结构如图3.6所示，其安装位置如图3.7所示：
图3.6 车轮速度传感器结构图
图3.7 轮速传感器安装位置
车轮速度传感器的工作原理如图3-8所示，齿圈是固定在车轮上的，当车轮转动时由于传感头与齿圈紧是挨着固定传感头也将随之转动，因为齿圈上齿峰与齿谷过时引起磁场强弱变化的缘故在图右侧的永久磁铁上的电磁感应线圈中就产生一交流信号交流，当速度不断增加是信号的频率也不断增加, 上述的ABS控制中心接受传感器反馈的交流信号的频率来计算此时车轮的速度，然后与原有的理想速度曲线相互比较把指令立刻给液压调节器，提前做好准备防止车轮抱死。
图3-8 车轮传感器原理图
3.5 制动压力调节器
上述了车轮传感器和ABS电子控制模块用于检测信号与处理信号以及发出指令，那么需要一个终端即执行机构用于ABS系统的制动响应，如图3.4中的最后一个执行元件。
制动压力调节器扮演着ABS系统中的执行者，制动压力调节器分为可变容积式制动压力调节器和循环式制动压力调节器。
图3.11 循环式制动压力调节器减压状态图 图3.12 可变容积式制动压力调节器减压状态图
3.保压过程：
在保压过程中，循环式制动压力调节器保压状态如图3.13所示，车轮传感器检测到即将抱死反馈给电子控制中心，此时控制中心发出指令向电磁线圈通入约为最大值二分之一的保持电流，用于保证电磁阀处于保压状态，此时每个油缸以及通管被相互阻断，从而促使制动压力保持一定。如图3.14所示为可变容积式制动压力调节器保压状态图，此时控制中心和循环式制动压力调节器保压状态一样给定一个较小的电流给电磁阀产生一个力与弹力平衡从而让活塞达到平衡位置此时制动液被阻断，从而保证其制动压力保持不变。
图3.13 循环式制动压力调节器保压状态图 图3.14 可变容积式制动压力调节器保压状态图
4.增压过程：
在增压过程中，图3.15循环式制动压力调节器增压状态图，当在制动过程中制动力减小时车轮的速度加快此时传感器反馈给电子控制中心发出指令阻断通往电磁阀的电流，主缸和轮缸再次相通，此时主缸中的高压制动液进入轮从而使制动压力增加。图3.16所示为可变容积式制动压力调节器增压状态图，由于断电此时的活塞左端初始的位置导致动力活塞在弹簧的压力下向左移动轮缸里的制动液减少导致制动压力增加。
图3.15 循环式制动压力调节器增压状态图 图3.16 可变容积式制动压力调节器增压状态
从上述的循环式制动压力调节器与可变容积式制动压力调节器的常规、减压、保压、增压四个状态过程的了解可知，其工作原理都是传感器把信号反馈给电子控制中心分析后以电流的大小为指令发送给制动压力调节器的电磁阀与弹簧的相应位置来控制管道而控制制动液在轮缸与总泵中的量促使制动压力增减或者保持不变。
3.2 ABS的类型及布置形式（基于ABS控制管路数和传感器数量分类研究）
1.四传感器四通道四轮独立控制的ABS：
如下图3.17所示，由图可知其中包括了四个车轮传感器以及四个控制通道，那么每个轮子都有传感器控制，车轮传感器检测每个轮子的速度然后反馈给电子控制系统，显然每个车轮都受到控制。四传感器四通道四轮独立控制的ABS可以利用各个车轮的瞬间附着状态的需要然后对车轮制动器制动力矩做相应的分配,由此在紧急制动时可以最短时间内制动以及制动距离很短。但是有凹凸的路面紧急制动时,会让不同轮上的制动力不相同，轿车容易摆动而产生许多不稳定因素。
图3.17 四传感器四通道四轮独立控制的ABS
- 四传感器四通道前轮独立后轮低选控制的ABS：
如下图3.18所示，由图可知该系统主要是以前轮来完成控制,当然后轮也参加控制，此时要对比每个轮的力矩的大小那个轮的力矩较小则以哪个为控制对象，因为在上述四传感器四通道四轮独立控制的ABS时，路面不对称时此系统难以控制，但是在四传感器四通道前轮独立后轮低选控制的ABS中我们选择较小力矩对象有低选择控制功能，遇到路面不对称时依旧可以完成相应的防抱死功能而且对驾驶员的要求不是很高。
图3.18 四传感器四通道前轮独立后轮低选控制的ABS
3.四传感器三通道前轮独立后轮低选控制的ABS：
如下图3.19所示，该系统常用于对制动管路前后布置方式的汽车，和上述的四传感器四通道前轮独立后轮低选控制的ABS相似，都是以后两轮中每个轮有不同的力矩是，以力矩小的为对象即以以小力矩为控制标准，其中前轮是独立的而后两轮采用低选控制。
图3.19 四传感器三通道前轮独立后轮低选控制的ABS
4.三传感器三通道前轮独立后轮低选控制的ABS ：
如下图3.20所示，只有三个转感器但是前轮是独立出来的只有一个传感器，后轮采用低选控制，有三通道。当产生力矩不同时后轮依旧以力矩较低的为控制标准，有较好稳定性但是制动距离较上述的三个要长一些。
图3.20 三传感器三通道前轮独立后轮低选控制的ABS
5.四传感器二通道前轮独立控制的ABS：
如下图3.21所示，与前面四传感器三通道前轮独立控制的ABS比较，只是少了一个通道，它的制动力有所降低且制动距离加强，但是后轮的滑动较小且制动的稳定性比较好。
图3.21 四传感器二通道前轮独立控制的ABS
6.四传感器二通道前轮独立后轮低选控制的ABS： 如下图3.22所示，在四传感器二通道前轮独立控制的ABS 基础上把后轮改成低选控制，以力矩较小为选择标准，更大程度上增加了汽车的制动稳定能力，但是其制动距离加长且制动力减小。
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