ABS系统的分析及常见故障

ABS系统分析及常见故障诊断

摘要：汽车防抱死制动系统ABS能防止汽车在常规制动过程中由于车轮完全包死而出现的后轴侧滑、前轮丧失转向能力等现象，汽车采用防抱死系统目的是充分利用车轮与路面的附着力，保证最佳的制动状态。本文着重介绍汽车ABS系统的控制方式及控制原理，主要车型的ABS系统组成、控制电路和故障检测方法。

关键词：防抱死 控制方式 控制原理 故障检测

防抱死制动系统（Anti-lock Braking System, ABS）能防止汽车在常规制动过程中由于车轮完全抱死而出现的后轴侧滑、前轮丧失转向能力等现象，从而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，以提高汽车在制动过程中的方向稳定性和转向操纵能力，从而满足行车安全需要。

一、ABS系统的原理和优点

ABS在汽车制动过程中，当车轮趋于抱死，及滑移率进入非稳定区时，迅速降低制动系统的压力，使车轮滑移率恢复到靠近理想滑移率的稳定区，通过自动、高频率地对制动系统压力进行调解，使车轮滑移率保持在理想滑移率附近的狭小范围内，以充分利用车轮与路面间纵向峰值附着系数和较高的横向附着系数，从而实现防止车轮抱死并获得最佳的制动性能。 （一）、滑移率对制动效能的影响 1、滑移率

汽车制动时，车轮的速度变慢，汽车车身的速度也随之降低，车轮处在机滚动有滑动的状态。为了表征车轮纵向滑移量在车轮运动中所占的比例，引入滑移率的概念，滑移率λ的定义如下：

 =

式中：V-车轮中心的纵向速度，m/s;

r-车轮滚动半径，m；

Vrw*100% V1

w-车轮角速度，rad/s。

车轮在路面上纯滚动式，λ=0；车轮抱死时即在路面上纯滚动时，λ=100%；车轮在路面上边滚动边滑动时，0<λ<100%。λ越大，纵向滑移在车轮运动中所占的比例越大。

汽车制动效能的高低主要反映在对地面最大附着系数的利用率上，附着系数与滑移率λ的关系如图1所示。纵向附着系数随滑移率λ的增大急剧上升，并在λ

B=15%～30%时达最大值，若λ继续增大，纵向附着系数则逐渐减小。横向附着系数

BS在λ=0时为最大值，随滑移率λ的增大横向附着系数

BS降低；当车轮抱死（及

λ=100%）时，横向附着系数几乎为零，汽车将失去应有的方向稳定性和操纵性。制动时，若能使滑移率λ保持在15%～30%之间，即达到最佳滑移率范围，便可获得最大的纵向附着系数和较大的横向附着系数，式制动处于最佳状态。

图1 附着系数与滑移率的关系

（二）、ABS的优点 ABS的优点可概括为： 1、缩短制动距离；

2、改善制动过程的方向稳定性； 3、保持制动过程的专项操纵能力； 4、延长轮胎的使用寿命；

5、减轻制动时驾驶员的紧张程度。

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二、ABS系统的分类

（一）、按生产厂家分类

德国的博世（Bosch）ABS、德国戴维斯公司的坦孚（TEVES）ABS是目前欧、美、日、韩、等国汽车是用作多的ABS。另外还有美国德尔科公司的达科（Delco）ABS\\美国本迪克斯公司的本迪克斯(BENDIX)ABS等。 （二）、按照产生制动压力的动力源分类 1、液压式ABS系统 2、气压式ABS系统 3、气液混合式ABS系统

（三）、按制动液压调节装置和制动主缸的相对位置关系分类 1、分离式ABS

其特点是压力调节装置和制动主缸各自独立，通过制动管路与制动主缸和制动助力器相连。分离式结构制动压力调节装置在汽车上布置比较灵活，成本较低，无需对汽车的布置做较大改动，尤其适合将ABS系统作为选择装备是采用。但采用分离式制动压力调节装置会使制动管轮比较复杂，管路接头也相应增加。

2、整体式ABS系统

整体式ABS的特点是将制动压力调节装置与制动主缸或制动助力器构成一个整体。采用整体式结构可使制动系统非常紧凑，管路接头较少，但成本较高。整体式ABS结构复杂，成本较高，高级轿车采用较多。

（四）、按控制方式分类

按控制方式的不同，可将ABS系统分为两类：独立控制和一同控制。在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。独立控制方式指一条控制通道只控制一个车轮；而一同控制方式则为一条控制通道同时控制多个车轮。依照这些车轮所处位置不同，一同控制又有同轴控制和异轴控制之分，同轴控制是一个控制通道控制同轴的两个车轮，而异轴控制则是一个控制通道控制非同轴的两个车轮。

按照控制过程中控制依据的选择不同，又可将ABS的一同控制方式区分为低选控制和高选控制两种。地选控制是以保证附着系数小的一侧车轮不发生抱死为原则来进行制动压力调节；而高选控制则是以保证附着系数较大的一侧车轮不发生抱死为原则来实施制动压力调节。

（五）、按控制通道分类

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ABS系统按控制通道数目分为四通道式、三通道式、二通道式和一通道式。

三、ABS系统的组成及控制方式

（一）、ABS系统的基本组成

尽管各车型ABS系统的结构形式、采用的控制方法不尽相同，但基本都是在传统制动的基础上增加了电子控制单元（ECU）、传感器、执行器三部分组成。

典型的汽车ABS系统组成如图2所示，在汽车的每个车轮上个安装了一个车轮转述传感器，将各个车轮的转速信号输入给ECU，ECU根据各车轮转速传感器输入的信号对各个车轮的运行状况进行分析判断，并产生相应的控制指令，发送给制动压力调节器（执行器），由制动压力调节器对个制动轮缸的制动压力进行调解。各部分功能见表1.

图2 典型的ABS制动系统组成 表1 ABS系统的组成及功能

组成元件 车轮转速传感器 传感器 车速传感器 减速度传感器 制动压力调节器 执行器 ABS故障警告灯 ABS ECU 功能 检测车轮转速速，并将信号提供给ECU 检测车速，并将信号提供给ECU 检测制动时的汽车减速度，并将信号提供给ECU 接受ECU的指令，通过电子阀的动作对制动压力进行调节以防止车轮抱死 ABS系统故障报警，并由ECU控制闪烁显示故障代码 接受传感器信号，分析、判断车论滑移情况，给执行器下达指令 （二）、ABS系统的控制方式

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按照不同树木的通道和不同数量传感器的组合，液压ABS系统一般有以下几种布置形式。

1、四传感器/四通道布置

四传感器四通道控制在四个车轮上各设置的一个车轮转速传感器，并在通往各个轮缸的制动管路中个设置一个执行器（制动压力调节分装置）。这种控制一般有按前后（见图3（a）独立控制）和对角（图3（b）,前轮独立，后轮低选择控制）两种布置方式。

（a）前后布置

图3 四传感器四通道方式

（b）对角线布置

前后布置方式的系统是通过各车轮转速传感器的信号分别对各车轮制动压力进行独立控制，气制动距离和操纵性最好，但在附着系数不对称路面上制动时方向稳定性较差，其原因是由于此时同一轴上左右车轮的制动压力不同，使汽车产生较大的偏转力矩而产生制动跑偏。

对角线布置方式适用于X型制动管路系统，由于左、右、后轮不共用一条制动管路，因此需要两个通道。此种控制方式的操纵性和稳定性较好，但制动效能差。

2、四传感器或三传感器/三通道式布置

此类布置方式分为四传感器三通道式布置和三传感器三通道式布置。

四传感器三通道（前轮独立、后轮低选择）一般有前后（见图4（a））和对角线（见图4b））布置两种方式。在四传感器三通道制动管路前后布置的后轮驱动汽车上，后轮一般采用低选择控制，其操纵性和稳定性较好，制动性能稍差。在四传感器三通道制动管路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确实有电子控制装置一同控制的，实际上仍是三通道ABS。如本田雅阁轿车装用的第三代ABS系统即采用这种布置方式。

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（a）前后布置 （b）对角线布置

图4 四传感器三通道式布置方式

三传感器三通道（前轮独立、后轮选择）的控制方式如图5所示，该系统适用于前后布置的制动管路系统，前轮独立后轮低选择控制。此种控制方式的操纵性和稳定性较好，制动效能稍差。

图5 三传感器三通道式布置方式

3、多传感器/二通道式布置

采用不同数量传感器二通道布置方式的各种情况如图6所示，由于二通道布置方式在提高汽车制动性能方面和改善汽车制动时的方向稳定性方面均无优势，在此不作介绍。

图6 多传感器二通道控制系统

4、一传感器/一通道式布置

一传感器一通道控制系统如图7所示，此种控制方式用于制动管路前后布置的汽车，一个传感器装于后桥差速器上，只对后轮采用低选择控制的方式。能较有效地防止后轮抱死，但由于前轮无控制，故易抱死而失去转向，制动方向稳定差，制动距离长。

图7 一传感器一通道控制系统

四、ABS系统的常见故障诊断

（一）、汽车ABS系统常见故障现象 1、当紧急制动时，车轮轮被死。

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2、在驾驶过程中，或当放开驻车制动器时，ABS故障警告灯点亮。 3、制动效果不佳或ABS操作不正常。 （二）、故障诊断与检查的步骤

当ABS故障警告灯一直点亮时，说明ABS系统发生了故障。此时应对ABS系统进行特定的诊断与检查，及时发现ABS系统中的故障并予以排除。其基本步骤如下：

1、对ABS系统进行初步检查。

2、利用系统的自诊断功能读取故障码，初步确定故障的部位。

3、根据解读的故障情况，利用必要的工具如检测盒、万用表等对故障部位进行块数检查，确认故障的部位和原因。

4、排除故障。 5、清除故障码。

6、检查ABS故障警告灯是否持续点亮，如果仍然持续点亮，说明系统中仍有故障存在，或以排除故障的故障码为清除，应继续排除故障或清除故障码。

7、路试，确认ABS系统恢复正常。 （三）、故障诊断与检查的方法

ABS系统出现故障后，诊断与检查过程一般包括基本检查，故障警告灯诊断，故障自诊断，快速检查等步骤。其中故障自诊断和快速检查给修理人员提供了方便快捷的故障诊断方法，在整个诊断与检查中占有重要的地位。

1、ABS系统的故障自诊断

具有故障自诊断功能的车辆，在使用中当ABS系统出现故障时，ECU会点亮故障警告灯，提醒驾驶员需及时停车处理或修复，同时将故障信息以故障码的形式存入存储器中，诊断ABS系统故障时，可通过ABS警告灯的闪烁读出故障码，也可借助故障诊断仪通过一定的程序将故障码从ECU中调出，根据故障码所显示的内容，迅速而准确地确定故障的性质及故障发生的部位。故障排除后，需要及时清除故障码。 （1）故障码的读取。利用故障码诊断时首先要把故障码读取出来。目前世界上各种车型ABS系统故障码的读取方法不外乎以下三种。

第一种是按规定连接自诊断启动线路读取故障码，部分ABS系统中设有自诊断插座，可按规定方法跨界诊断插座中相应的端子，通过汽车仪表板上ABS故障警告灯闪亮的规律来输出故障码，如丰田车系部分车型即采用跨界诊断插座上的Tc（诊断信号端子）与E1（搭铁端子）；通用公司部分车型则采用跨接ALDL接头上的A端子和H

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端子。

第二种是借助专用的故障诊断仪读取故障代码，将诊断仪与ABS的故障码读取故障码读取接口相连，按程序启动，诊断仪的显示器或故障码警告灯会按指令有规律的显示故障码，如桑塔纳2000Gsi轿车的V.A.G1552、福特公司的SUPER STAR2及通用公司TECH2、国产的“电眼睛”及“修车王”等故障诊断仪。如图8所示。

V.A.G1552

V.A.G1552

TECH2

电眼睛

图8 常见故障诊断仪

第三种是随车带有驾驶员信息系统，即中心计算机系统，维修技术人员可启动系统自检程序，信息系统上的显示器可按顺序逐步显示不同故障码。

（2）故障码的清除。故障码的清楚方法随读取故障码的方法而异，一般也有相应的手动清除、专用仪器清楚和控制面板清楚三种方法。

2、快速检查

快速检查一般在自诊断的基础上进行，它是利用专用仪器或万用表等对系统电路和元器件进行连续测试，为故障排除打下基础。

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TECH2

（1）利用ABS诊断测试仪进行测试。BOSCH ABS常规电路参数测试仪配合万用表，可对ABS的传感器、执行器等有关部件进行测试。测试时，将测试已连接到车上的ABS ECU上，然后按规定的操作程序和步骤进行测试，根据测试仪的显示信息，即可找到故障原因。

（2）利用接线端子盒进行快速测试。如图9所示为大众轿车用ABS接线端子盒。将ABS线束插头从ECU插座上拔下，将线束插头与接线端子盒的插头相连接。此时接线端子盒上的所有端子（测试点）标号与ABS线束插头端子编号一一对应。测试接线端子，就相当于测试ABS线束插头的相应端子。此时用万用表对个测试点进行测试非常方便，也可快速查出故障。

图9 大众汽车ABS接线端子盒 1-接线端子盒 2-ABS接线端子插头

（3）利用故障灯诊断

在实际诊断中，也可利用仪表板上的ABS故障警告灯和制动装置警告灯的闪亮规律粗略地判断出ABS系统故障发生的部位。

ABS系统有两个故障警告灯，一个是红色的制动装置警告灯，一个是黄色的ABS系统故障警告灯。

在以下情况中，两个警告等会同时点亮：当点火开关接通时，红色制动装置警告灯与黄色ABS故障警告灯几乎一同点亮，制动装置警告灯量的时间较短，ABS故障警告灯亮的时间稍长；汽车发动机启动后，蓄压器要建立系统压力，此时两警告灯会再亮一次，时间可达几十秒；红色制动装置警告灯在汽车停车后主车制动时也应点亮。如果在上述情况下灯不亮，说明警告灯本身及警告灯线路有故障，需进行检修排除。

红色制动装置警告灯常亮，说明制动液不足或蓄压器中制动液压力较低。此时，普通制动系统与ABS均不能正常工作，要检修故障原因并及时排除。

黄色ABS故障警告灯常亮，说明ECU发现ABS系统有问题，要及时检修。

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桑塔纳2000Gsi故障警告灯诊断见表2。

表2桑塔纳2000Gsi故障警告灯诊断表

警告灯 故障现象 故障可能原因 ABS故障警告灯亮 ABS故障警告灯不亮 ABS不起作用 踩制动踏板时，制动踏板有振动 ABS作用正常，车轮转速传感器故障；液压调节器故障；电子控制装置故障 制动开关失效或调整不当；制动开关线路短路；电子控制装置不良；制动鼓失圆；车轮转速传感器信号不良；液压调节装置不良 偶尔或间歇点亮 只要点火开关闭合后宅打开，ABS灯即会熄灭 电控装置插座松动；车速传感器线路受干扰；车轮转速传感器工作不良；车轮轴承松旷；油管内有空气；制动轮缸工作不良 制动装置警告灯亮 ABS故障警告灯和制动装置警告灯亮 制动液不足或驻车制动器拖滞 ABS不起作用 手刹没松开；手制动调整不当；制动管路或分泵泄漏；制动装置警告灯搭铁 两个以上的车轮转速传感器故障；电控装置故障；液压调节器工作不良 结束语:

通过这次写论文让我了解了更多ABS系统的知识，特别是电子控制部分这块，ABS系统就要充分利用轮胎和地面的附着系数，使各个制动器产生尽可能打的制动力而不会抱死，提高汽车的制动能力，改善了操纵性和稳定性。在写论文时，我也查阅了许多的ABS相关的知识，它其实跟ASR（汽车防滑电子控制系统）有着同样的作用和原理，很多都是相关联的。通过查阅书籍，使我的视野更加开阔了，也给即将毕业的我增加了一部分新的知识。

参考文献：

⑴闵思鹏、江冰：《汽车底盘电控系统原理与维修》，北京大学出版社，2007。 ⑵张春华、蹇小平：《汽车电器与电路》，人民邮电出版社，2007。

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