防抱死制動系統的結構及工作原理

輪速感測器有電磁感應式與霍爾式兩大類。前者利用電磁感應原理，將車輪轉動的位移信號轉化為電壓信號（如圖11.13所示），由隨車輪旋轉的齒盤和固定的感應元件組成。圖11.14示出了各種感測器在汽車上的安裝位置。此類感測器的不足之處在於，感測器輸出信號幅值隨轉速而變，低速時檢測難，頻響低，高速時易產生誤信號，抗干擾能力差。後者利用霍爾半導體元件的霍爾效應工作。當電流Iv流過位於磁場中的霍爾半導體層時（如圖11．15所示），電子向垂直於磁場和電流的方向轉移，在半導體橫斷面上出現霍爾電壓UH，這種現象稱之為霍爾效應。

霍爾感測器可以將帶隔板的轉子置於永磁鐵和霍爾集成電路之間的空氣間隙中。霍爾集成電路由一個帶封閉的電子開關放大器的霍爾層構成，當隔板切斷磁場與霍爾集成電路之間的通路時，無霍爾電壓產生，霍爾集成電路的信號電流中斷；若隔板離開空氣間隙，磁場產生與霍爾集成電路的聯繫，則電路中出現信號電流。

霍爾輪速感測器由感測頭和齒圈組成，感測頭包含有永磁體。霍爾元件和電子電路等結構（如圖 11．16所示）。永磁體的磁力線穿過霍爾元件通向齒輪，當齒輪處於圖 11．16（a）位置時，穿過霍爾元件的磁力線分散於兩齒之中，磁場相對較弱。當齒輪位於圖 11．16(b)位置時，穿過霍爾元件的磁力線集中於一個齒上，磁場相對較強。穿過霍爾元件的磁力線密度所發生的這種變化會引起霍爾電壓的變化，其輸出一個毫伏級的准正弦波電壓。此電壓經波形轉換電路轉換成標準的脈衝電壓信號輸人ECU。

由霍爾感測器輸出的毫伏級正弦波電壓經過放大器放大為伏級正弦波信號電壓，在施密特觸發器中將正弦波信號轉換成標準的脈衝信號，由放大級放大輸出。各級輸出波形信號也一併顯示在圖 11．16中。

霍爾車輪轉速感測器與前述電磁感應式感測器相比較，具有以下的優點：

①輸出信號電壓的幅值不受車輪轉速影響，當汽車電源電壓維持在 12 V時，感測器輸出信號電壓可以保持在 11．5－12 V，即使車輪轉速接近於零；

②頻率響應高，該感測器的響應頻率可高達 20 kth（此時相當於車速I000km／h）；

③抗電磁波干擾能力強。

減速度感測器在結構上有光電式。水銀式和差動式等各種型式。其中光電式感測器利用發光二極體和受光（光電）三極體構成的光電偶合器所具有的光電轉換效應，以沿徑向開有若干條透光窄槽的偏心圓盤作為遮光板，製成了能夠隨減速度大小而改變電量的感測器（如圖11.17所示）。這光板設置在發光二極體和受光三極體之間，由發光二極體發出的光束可以通過板上窄槽到達受光三極體，光敏的三極體上便會出現感應電流。當汽車制動時，質量偏心的遮光板在減速慣性力的作用下繞其轉動軸偏轉，偏轉量與制動強度成正比，如果像圖11．17所示那樣，在光電式感測器中設置兩對光電偶合器，根據兩個三極體上出現電量的不同組合就可區分出如表中所示的四種減速度界限，因此，它具有感應多級減速度的能力。

水銀式感測器利用具有導電能力的水銀作為工作介質。在感測器內通有導線兩極柱的玻璃管中裝有水銀體，由於水銀的導電作用，感測器的電路處於導通狀態，當汽車制動強度達到一定值后，在減速慣性力的作用下，水銀體脫離導線極柱，感測器電路斷電（如圖11．18所示）。這種開關信號可用於指示汽車制動的減速度界限。

差動式感測器利用電磁感應原理工作。感測器由固定的線圈和可移動的鐵芯構成，鐵芯在制動減速慣性力的作用下沿線圈軸向移動，可導致感測器電路中感應電量的連續變化（如圖11.19所示）。

膽路以外的低壓儲油罐實現減壓，隨後再靠油泵將低壓油送回制動主缸

此種調壓方式的系統無需高壓儲能器，ABS依靠油泵的啟動實現增壓，系統只需藉助一個

二、制動壓力調節裝置（壓力調節器）

ABS系統控制車輪滑移率的執行機構是系統壓力調節裝置，ECU根據車輪速度感測器發出的信號，由計算機判斷確定車輪的運動狀態，向驅動壓力調節裝置的電磁閥線圈發出指令，通過電磁閥的動作來實現對制動分泵的保壓、減壓和增壓控制。壓力調節裝置的電磁閥以很高的頻率工作，以確保在短時間內有效地對車輪滑動率實施控制。

液壓式制動主要由供能裝置（液壓泵、儲液器等）、電磁閥和調壓缸等組成。從布置方式上看，有將壓力調節裝置獨立於制動主缸、助力器的分離式布置型式（如圖11．20所示），它具有布置靈活、成本低但管路複雜的特點；也有將壓力調節裝置以螺栓與主缸和助力器相連的組合式布置型式，它具有結構較緊湊、成本較低的優點；也還有將壓力調節裝置與主缸和助力器製成一體的整體式布置方式（如圖11.21所示），其結構更加緊湊、管路少、更加安全可靠。

通常，制動壓力調節器串聯在制動主缸與輪缸之間，通過電磁閥直接或間接地調節輪缸的制動壓力。當壓力調節器直接控制輪缸制動壓力時，稱為循環式調壓方式；當壓力調節器間接的制動輪缸時，稱為可變容積式調壓方式。各種調壓方式又可細分為以下幾種。

1、循環式調壓方式

其工作原理如圖11．22所示，在調壓過程中，系統通過將制動輪缸的壓力油釋放至壓力控制迴路迴路以外的低壓儲油罐實現減壓，隨後再靠油泵將低壓油送回主缸。

此種調壓方式的系統無需高壓儲能器，ABS依靠油泵的啟動實現增壓，系統只需藉助一個三位三通閥和油泵的啟動來完成ABS增壓、減壓、保壓三個動作，在ABS增壓過程中，駕駛員能明顯感覺到制動踏板的抖動。

該系統中所採用的三位三通電磁閥的結構與工作原理如圖11.23所示，它主要由閥體、進油閥、卸荷閥、檢查閥、支架、托盤、主彈簧、副彈簧。無磁支撐環、電磁線圈和油管接頭組成。

移動架6在無磁支撐環3的導向下可沿軸向作微小的運動（約0．25 mm），由此可以打開卸荷閥4和將進油閥5關閉。主彈簧13與副彈簧12相對設置且主彈簧剛度大於副彈簧。

檢測閥8與進油閥5並聯設置，在解除制動時，該閥打開，增大輪缸至主缸的回油通道，以使輪缸壓力得以迅速下降，即使在主彈簧斷裂或移動架6被卡死的情況下，也能使車輪制器的制動得以解除。

測閥8與進油閥5並聯設置，在解除制動時，該閥打開，增大輪缸至主缸的回油通道，以使輪缸壓力得以迅速下降，即使在主彈簧斷裂或移動架6
當電磁線圈無電流通過時，由於主彈簧力大於副彈簧，進油閥5被打開，卸荷閥4關閉，制動主缸與輪缸的油路接通，此狀態既可以是常規制動，也可以是ABS增壓。

當ECU向電磁閥線圈半通電，電磁力使移動架6向下運動一定距離，將進油閥5關閉。由於此時的電磁力尚不足以克服兩個彈簧的彈力，移動架6被保持在中間位置，卸荷閥4仍處於關閉狀態，即三個閥孔相互封閉，ABS處於保壓狀態。

當ECU向電磁線圈7輸人大工作電流時，所產生的大電磁力足以克服主、副兩彈簧的彈力，使移動架6繼續向下運動，將卸荷閥4打開，從而輪缸通過卸荷閥與回油管相通，ABS處於減壓狀態。

表11．4列出了再循環式調壓方式中各電磁閥與ABS工作狀態之間的關係。

22．循環式調壓方式

再循環和循環式調壓裝置應用於 BOSCH的 ABSZ u。圖 11．25所示是採用循環式
該調壓方式再減壓時，輪缸釋放的壓力油不再回送到儲油器，而用油泵直接輸送給制動主缸，其工作方式與再循環式相同，低壓油容器被低壓儲能器替代。（如圖11.24所示）

再循環和循環式調壓裝置應用於BOSCH的ABS2型產品中。圖11.25所示是採用循環式調壓系統的豐田凌志LS400轎車ABS結構的示意圖，該制動系統採用雙管路形式，ABS調壓採用三通道方式，前輪獨立控制，後輪按低選控制。ABS增壓時，電磁閥線圈無電流通過，閥體在彈簧力作用下處於最左邊位置，此時，制動主缸與輪缸接通，通往儲能器的通道被阻斷，電動機帶動油泵高速運轉，將高壓油液送人輪缸；ABS保壓時，ECU控制向電磁閥提供2A的小電流，在彈簧和電磁力的共同作用下使電磁閥處於中間位置，即制動主缸、輪缸和儲能器各介面互不導通；ABS減壓時，ECU向電磁閥輸出5A大電流，所產生的大電磁力克服彈簧力，將電磁間設置在右位置，此時輪缸和儲能器接通，制動主缸油路被截斷。

系統中所採用的回油泵和儲能器結構分別如圖11．26和11.27所示。回油泵為柱塞泵，通過電動機帶動凸輪來驅動，泵內設有兩個單向閥，下閥為進油閥，上閥為出油閥。柱塞上行時，輪缸及儲能器的壓力油推開下進油閥，進人泵體內。而當柱塞下行時，泵體內的壓力油首先封閉進油閥，隨後推開出油閥，將制動液壓回制動主缸。

儲能器可以是一個內部置有活塞和彈簧的油缸，當輪缸的壓力油進人儲能器，作用在活塞上時，壓縮彈簧，使油道容積增大，以暫時儲存制動液。也可採用氣囊式的結構（見圖 11．27），在儲能器中有膜片將容器分隔成兩部分，下部氣囊中充滿氮氣，上腔與回油泵和電磁閥回油日相連。儲能器上的壓力開關可根據儲能器內部的壓力高低，向電腦發出信號，以便控制電動機和油泵的工作，即當儲能器內油壓達到一定值以後，波登管在該壓力作用下向外伸展，感應桿在彈簧拉力作用下將觸點開關閉合，向電腦輸人控制信號。

3．可變容積式調壓方式

該方式是在汽車原有制動系統管路上增加一套液壓控制裝置，它採用壓力調節裝置將主缸與輪缸隔離，制動液在輪缸和壓力調節裝置間交換，通過機械方式如活塞運動使密閉的輪缸管路容積發生變化，實現加、減壓調節。這種調壓方式主要用於本田車系、美國DELCOMORANE ABS VI和BOSCH部分產品中。

系統基本結構如圖 11．28所示，主要由電磁閥、控制活塞、液壓泵、儲能器等組成。

可變容積式調壓系統基本工作原理如圖11．29所示。

常規制動時，電磁閥線圈不通電，電磁間將控制活塞工作腔與回油管路接通，控制活塞在強力彈簧的作用下移向左端，活塞頂端推桿將單向閻打開，使制動主缸與輪缸的制動管路接通，制動主缸的制動液直接進人輪缸，輪缸壓力隨主缸壓力而變化。

減壓制動時，ECU向電磁閥線圈通人大電流，電磁閥內的柱塞在電磁力作用下，克服彈簧力移到右邊，將儲能器與控制活塞工作腔管路接通，儲能器的壓力油進人控制活塞工作腔推動活塞右移，單向閥關閉，主缸與輪缸之間的通路被切斷，由於控制活塞的右移，使輪缸側容積增大，制動壓力減小。

當ECU向電磁閥通入較小電流，由於電磁閥線圈的電磁力減小，柱塞在彈簧力作用下左移，將儲能器、回油管和控制活塞工作腔管路相互關閉。此時控制活塞左側的油壓保持一定，控制活塞在油壓和彈簧的共同作用下保持在一定位置，此時單向閥仍處於關閉狀態，輪缸側的容積也不發生變化，實現保壓制動。

需要增壓時，ECU切斷電磁閥線圈中的電流，柱塞回到左端的原始位置，控制活塞工作腔與回油管路接通，控制活塞左側控制油壓解除，控制液流回儲液器，彈簧將控制活塞向左推移，輪缸側容積減小，壓力升高，當控制活塞處於最左端時，單向閻被打開，輪缸壓力將隨主缸壓力的增大而增大。

該系統具有以下特徵：

①ABS作用時制動踏板無抖動感。

②活塞往複運動可由滾動絲桿或高壓儲能器推動。

③採用高壓儲能器作為推動活塞的動力時，儲能器中的液體和輪缸的工作液是隔離的，前者僅僅作為改變輪缸容積的控制動力。

④採用滾動絲桿時，由電機驅動活塞，每一通道各設置一個電機。

圖11．30所示是美國德爾科公司ABS調節器結構圖，該系統為前輪獨立控制、後輪低選控制的三通道ABS系統，主要用於美國通用系列汽車上（如別克、雪佛蘭、旁蒂克等）。它以由可以正、反和停轉的驅動電機帶動絲桿，並推動控制活塞實現變容積調壓為特色。該液壓調節器位於制動總泵和分泵之間，與總泵聯為一體。液壓調節器上裝有電磁閥，分別控制兩前輪和後輪，在電腦控制下關閉或開啟通往制動分泵的油路。單向球閥受活塞上下運動控制開啟，而活塞則靠電動機驅動齒輪由絲桿帶動。

常規制動時，電磁閥無電流通過，由它控制的油路處於開啟狀態。同時，活塞位於最上方，其頂端的小頂桿將單向球閥頂開，制動主缸的制動液可通過電磁閥控制通道和單向球閥所控制的通道流向前制動輪缸，制動輪缸壓力隨著制動主缸的壓力變化而變化。此時電磁製動器不通電，處於制動狀態，電動機不轉動，活塞保持在上方位置不動。

當ABS系統工作時，電磁閥通電工作，它所控制的油路被切斷。同時，電磁製動器通電，活塞在電動機和絲桿的驅動下，向下移動，單向球閥關閉，此時制動主缸與輪缸之間的通道完全隔斷。調壓活塞在ECU的控制下作上下運動，當活塞上移時，輪缸油路的空間變小，油壓升高，制動力增加，實現ABS增壓；若調壓活塞維持不動，輪缸油路油壓保持不變，車輪制動力恆定，實現ABS保壓；而當調壓活塞向下移動，輪缸油路油壓變大，車輪制動力減小，實現ABS減壓。

圖11.31所示是本田汽車的ABS調節裝置工作原理圖，它也採用了可變容積式的調壓方式。常規制動時，輸人、輸出問的電磁線圈斷電，將輸出閥打開，輸人閥關閉。此時，調節器下端C腔與儲油箱導通，滑動活塞在其上端主彈簧彈力作用下向下移動，直至頂開開關問，將B腔與A腔接通，制動主缸經過A腔和B腔與輪缸導通，輪缸壓力受主缸壓力的控制而變化。

當開關閥未被頂開之前，可以通過對輸出閥和輸人閥線圈的通斷電控制，調節C腔的壓力，靠改變滑動活塞的位置來改變 B容積的大小，實現對輪缸壓力的調節。如 ABS減壓時，ECU同時向輸出閥和輸人鬧線圈通電，將輸出閥關閉，輸人間打開，由油泵和儲能器提供的控制壓力油進人C腔，推動控制活塞和滑動活塞上移小腔容積增大，輪缸壓力下降；ABS保壓時，ECU將輸人閥電磁線圈的電流切斷，讓輸出閥電磁線圈仍然通電，即同時關閉輸人閥和輸出閥，由於C腔油壓保持恆定，滑動活塞不動心臟容積不變，輪缸油壓維持不變；ABS增壓時，ECU同時將輸出閥和輸人閥線圈斷電，將輸出間打開，輸人閥關閉上腔壓力下降，使控制活塞和滑動活塞下移小腔容積減小，輪缸壓力增高。

此種壓力調節器在ABS增壓和減壓過程中，由於控制活塞的緣故人腔的容積也在發生變化，即制動主缸內的油壓有波動，所以，制動踏板上會出現抖動。

4．迴流泵式調壓方式

該壓力調節裝置（如圖 11．32所示）採用兩個二位二通電磁閥，其工作原理與再循環式調壓器相似。減壓時輪缸釋放的制動液被回送儲能器和制動主缸，同時，油泵也參與將制動液回送主缸的工作，制動液在主缸和輪缸間控制制動液的交換，實現調節作用。ABS作時，油泵連續工作。電磁閥與

油泵的工作狀態如表11．5所列。

系統具有以下一些特點。

①系統採用兩個二位二通電磁閥取代循環調壓方式中的一個三位三通電磁閥，實現ABS保壓、減壓和增壓，工作可靠性更高。

②當 ABS作，輪缸處於保壓狀態時，輪缸的壓力和來自主缸的壓力在單向閥處平衡。

③主缸和油泵之間串聯單向閥，並聯緩衝器，減緩了制動踏板的抖動，但仍保留了輕微的感覺。

迴流泵式調壓方式是 ABS調壓方式中比較新的技術，目前 BOSCH ABS5．3和 TEVES MK20（桑塔納2000時代超人裝用）均採用了種方式。

5．補給式調壓方式

在圖11．33所示的調壓系統中，當ABS系統工作時，輪缸的增壓由高壓儲能器中的壓力補給，而儲能器中的壓力則由油泵提供。油泵是否工作取決於高壓儲能器內的壓力，當儲能器內壓力低於設定壓力值時，油泵便開始工作。輪缸減壓時的制動液送回到儲油罐。進行常規制動時，輪缸的減壓液體直接流回制動主缸。系統的三個調壓電磁閥的工作狀態如表11.6所列。坦威斯 TEVES MK2型 ABS系統上採用了此種結構，系統中所設置的高壓儲能器還取代了真空助力器，儲能器中的高壓液體兼用於制動助力。此種調壓方式當ABS處於增壓狀態時，因主缸、輪缸的油路與高壓儲能器相通，故制動踏板會有明顯的抖動。

三、ABS電控單元（ECU）

ABS的ECU接受由設於各車輪上的感測器傳來的轉速信號，經過電路對信號的整形、放大和計算機的比較、分析、判別處理，向ABS執行器發出控制指令。一般來說，ABS電控單元還具有初始檢測、故障排除、速度感測器檢測和系統失效保護等功能。圖11．34顯示了ABS電控單元（ECU）的基本作用。

1．組成

電控單元由硬體和軟體兩部分組成，前者由設置在印刷電路板上的一系列電子元器件（微處理器）和線路構成，封裝在金屬殼體中，利用多針介面（如 TEVES MKII採用 32針介面），通過線束與感測器和執行器相連，為保證ECU的可靠工作，一般它被安置在塵土和潮氣不易侵入、電磁波干擾較小的乘客艙、行李艙或發動機罩內的隔離室中；軟體則是固存在只讀存儲器（ROM）中的一系列計算機程序。電控單元的輸人和輸出如圖 11．35所示。

2．內部結構

ABS電控單元的內部結構如圖11．36所示。為確保系統工作的安全可靠性，在許多ABS的ECU中可採用了兩套完全相同的微處理器，一套用於系統控制，另一套則起監測作用，它們以相同的程序執行運算，一旦監測用ECU發現其計算結果與控制用ECU所算結果不相符，則ECU立即讓制動系統退出ABS控制，只維持常規制動。這種「冗餘」的方法可保證系統更加安全。

ECU的內部電路結構主要包括以下幾方面。

l）輸入級電路

以完成波形轉換整形（低通濾波器）、抑制干擾和放大信號（輸人放大器）為目的，將車輪轉速感測器輸人的正弦波信號轉換成為脈衝方波，經過整形放大后，輸給運算電路。輸人級電路的通道數視ABS所設置的感測器數目而定，通常以三通道和四通道為多見。

2）運算電路（微型計算機）

根據輸入信號運算電磁閥控制參數。主要根據車輪轉速感測器輸人信號進行車輪線速度、開始控制的初速度、參考滑動率、加速度和減速度等運算，調節電磁閥控制參數的運算和監控運算，並將計算出的電磁閥控制參數輸送給輸出級。

3）輸出級電路

利用微機產生的電磁閥控制參數信號，控制大功率三極體向電磁閥線圈提供控制電流。

4）安全保護電路

將汽車12 V電源電壓改變並穩定為ECU作所需的5 V標準電壓，監控這種工作電壓的穩定性。同時監控輸人放大電路、ECU運算電路和輸出電路的故障信號。當系統出現故障時，控制繼動電動機和繼動閥門，使ABS停止工作，轉人常規制動狀態，點亮ABS警示燈，將故障以故障碼的形式存儲在ECU內存中。

3．控制過程

ECU電路的控制過程如圖 11．37所示。

該系統為四感測器三通道（前輪獨立控制、後輪低選控制），感測器輸人端 FR+～RL--。回油泵電機受ECU和油泵繼電器共同控制，有以下兩種工作狀態。

①減壓時高速運轉。ECU通過MR埠向油泵繼電器線圈加電，繼電器觸點閉合，蓄電池直接向電機供電，電機高速運轉，迅速將制動液泵回制動主缸。

②其餘時間低速運轉。ECU停止向油泵繼電器線圈供電，繼電器觸點斷開，ECU經由MT端子通過電阻向油泵電機加較小電流（2A），油泵低速運轉，將儲能器中制動液抽空，以備下次減壓時儲油。

制動壓力調節器中三個電磁閥線圈與一個監測電阻並聯，共同受ECU和電磁間繼電器控制。點火開關未接通時，電磁間繼電器線圈中無電流，繼電器常閉觸點使電磁閥繼電器線圈搭鐵，ABS不工作。接通點火開關后，在短時間內，ECU仍不向電磁閥繼電器線圈供電，此時，ABS警示燈經維修連接器、電磁閥繼電器常閉觸點搭鐵而點亮上CU對系統自檢。如系統無故障，6。后ECU向電磁閥繼電器線圈供電，常閉觸點斷開，常開觸點閉合，電磁閥線圈經常開觸點與電源相連，此後，電磁閥的狀態完全由ECU控制，也即電磁閥線圈可以經過Srk、SFL5RR和GND埠由ECU加以控制。
監測電阻用來檢測電磁閥線圈的故障，當線圈出現故障時，電阻兩端的電壓發生變化，通過AST端子將此故障信息輸人ECU，同時切斷調節器電路，ABS退出工作。

四、ABS制動液及制動液的更換
通常，當ABS工作時，要以10－20次／秒的工作頻率在減壓、保壓和增壓狀態之間切換，因此，系統對制動液的要求比普通制動系統的要求更高。概括地說，有以下幾點：

①為保證制動時不產生氣阻，制動液的沸點要高（不低於260℃）；

②為確保ABS在減壓、保壓和增壓狀態間循環有足夠反應速度，制動液運動粘度要低；

③對金屬和橡膠等製品無腐蝕；

④在各種工作條件下性能穩定；

⑤制動液在吸濕率（含水率）3。5％時的吸濕沸點高。

表11．7所列是美國運輸部 DOT關於制動液的標準。目前世界大多數國家的轎車推薦使用DOT3，或性能與之相當的DOT4，不推薦在ABS中使用硅酮型制動液DOT5。

由於採用乙二醇為基液的DOT3和DOT4制動液是一種吸濕性較強的液體，一年的吸濕率可達3％。使用條件和環境不同，其吸濕率會有所不同。一旦制動液中含有水分，其沸點便會下降，從而容易引起氣阻，制動的可靠性下降。同時，制動液含水分后，其腐蝕性大為增加。所以，當制動液使用二一2年後，在自然吸濕過程中其吸濕率將達到3％，為確保制動可靠性，便應更換制動液。

ABS中所出現的氣體是非常有害的，它可能會破壞系統對制動壓力的正常調節，嚴重時可導致ABS失去作用。當修理過程中對系統進行過分解后，或制動踏板發軟、變低、制動效果變差時，需要對ABS排氣。

帶ABS的制動系統排氣比普通的制動系統要複雜，通常可藉助自診斷儀器進行（如德國大眾產品可利用V．G．A1552的幫助對制動系統實施排氣）。若以一般的方法進行排氣，則應注意參照相應的保養手冊進行操作，以便能達到事半功倍的效果。