一、汽车制动防抱死控制系统主要传感器的结构及工作原理
1. 车轮转速传感器
车轮转速传感器简称轮速传感器， 常用的车轮转速传感器有电磁感应式与霍尔式两大类。
（1） 电磁感应式车轮转速传感器
电磁感应式车轮转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1所示。
图1车轮转速传感器构造
a） 长方形 b） 圆柱形
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 电脑有关。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）。
图2电磁感应式车轮转速传感器工作原理
1—电脑 2—传感头 3—齿圈 4—空气隙 5—车速信号
当 齿圈随车轮旋转时 （图2）， 在永久磁铁上的电磁感应线圈中就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的缘故）， 信号的频率与车轮速度成正 比， 并随轮速的变化而变化。ABS 电子控制单元 （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， 如果电子控制单元发现车轮的圆周减速度急剧增加， 滑转率达 到 20% 时， 便以 10 次/ s 的速度进行计算， 然后给执行机构发出指令， 减小或停止车轮的制 动力， 以免车轮抱死。
（2） 霍尔式车轮转速传感器
霍尔式车轮转速传感器可以将带隔板的转子置于永磁铁和 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。霍尔式车轮转速传感器由传感头和齿圈组成， 传感头包含有永磁体。霍尔元件和电子电 路等结构如图3所示。
图3霍尔式车轮转速
传感器工作原理
当齿间对准霍尔元件位置时， 永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。由霍尔传感器输出的毫伏级正弦波电压经过放 大器放大为伏级正弦波信号电压， 在施密特触发器中将正弦波信号转换成标准的脉冲信号， 由放大极放大输出。
霍尔式车轮转速传感器与前述电磁感应式车轮转速传感器相比， 具有以下的优点：
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 ～ 12 V， 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 1000km / h）。
3） 抗电磁波干扰能力强。
二、汽车制动防抱死控制系统执行元件的结构及工作原理
ABS 液压控制总成是在普通制动系统的液压装置上经设计后加装 ABS 液压调节器而形成 的。普通制动系统的液压装置一般包括真空助力器、 双缸式制动总泵 （主缸）、 储油箱、 制动 分泵 （轮缸） 和液压管路等。除了普通制动系统的液压部件外， ABS 制动压力调节器通常由 回油液压泵、 蓄能器、 主控制阀、 电磁阀和一些控制开关等组成。实质上， ABS 就是通过电磁 阀控制分泵上的液压， 使之迅速变大或变小， 从而实现了防抱死制动功能。
ABS 制动压力调节器串接在制动主缸与轮缸之间， 通过电磁阀直接或间搭铁控制轮缸 的制动压力。通常把电磁阀直接控制轮缸制动压力的调节器称作循环式制动压力调节器， 把 间接控制制动压力的调节器称作可变容积式制动压力调节器。
1. 循环式制动压力调节器
这种形式的制动压力调节器是在制动总缸与轮缸之间串联一个电磁阀，直接控制轮缸的 制动压力。这种压力调节系统的特点是制动压力油路和ABS控制压力油路相通。由电磁阀 直接控制轮缸的制动压力。多采用三位三通电磁阀和二位二通电磁阀， 在 ECU 控制下， 使 电磁阀处于 “升压”、 “保压”、 “减压” 三种位置， 如图4所示。
图4循环式制动压力调节器
1） 三位三通电磁阀工作过程如图5所示， 三位三通电磁阀由进液阀、 回液阀、 主弹 簧、 副弹簧、 固定铁心及衔铁套筒等组成。
图5三位三通电磁阀
1—进液口 2—进液阀 3—回液阀 4—主弹簧 5—副弹簧 6—电磁线圈 7—衔铁套筒 8—出液口 9—回液口
工作过程是：电磁线圈未通电时， 在主弹簧张力作用下， 进液阀打开， 回液阀关闭， 进 液口与出液口保持畅通———增压；电磁线圈通入较小电流 （2A）， 产生电磁吸力小， 吸动衔 铁上移量少， 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———保 压， 如图6所示；
图6三位三通电磁阀 （保压）
电磁阀线圈通入较大电流 （5A）， 产生电磁吸力大， 吸动衔铁上移量 大， 同时压缩主、 副弹簧， 使进液阀仍保持关闭， 回液阀打开———减压， 如图7所示。
图7三位三通电磁阀 （减压）
因为该电磁阀工作在三个状态 （ 增 压、 保压、 减压） 则为 “三位”， 对外具 有三个接口 （进液口、 出液口、 回液口） 则为 “三通”， 所以该电磁阀称之为 “三 位、 三通” 电磁阀， 常写成3/3电磁阀。
2） 二位二通电磁阀工作过程如图8所示， 二位二通电磁阀又分为二位二 通常开电磁阀和二位二通常闭电磁阀。两 个电磁阀均由阀门、 衔铁、 电磁线圈和回 位弹簧等组成。
图8二位二通阀的结构及符号
常态下， 二位二通常开电磁阀阀门在弹簧张力作用下打开， 二位二通常闭电磁阀阀门在 弹簧张力作用下闭合， 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 称为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， 又称为二位二通常闭出 液电磁阀。
两个电磁阀配套使用， 共同完成 ABS 工作中对制动压力调节的任务。
3） 循环式制动压力调节器的工作过程：踏下制动踏板， 由于电磁阀的进液阀开启， 回 液阀关闭， 各电磁阀将制动总泵与各制动分泵之间的通路接通， 制动总泵中的制动液将通过 各电磁阀的进液口进入各制动分泵， 各制动分泵的制动液压力将随着制动总泵输出制动液压 力的升高而升高———增压， 与常规制动相同。
① 升压 （常规制动） 如图9所示。
图9制动压力调节原理 （压力增大）
② 保压。当某车轮制动中， 滑转率接近于 20% 时， ECU 输出指令， 控制电磁阀线圈通 过较小电流 （约 2A）， 使电磁阀的进液阀关闭 （回液阀仍关闭）， 保证该控制通道中的制动 分泵制动压力保持不变———保压， 如图10所示。
图10制动压力调节原理 （压力保持）
③ 减压。当某车轮制动中， 滑转率大于 20% 时， ECU 输出指令， 控制电磁阀线圈通过 较大电流 （约 5A）， 使电磁阀的进液阀关闭， 回液阀开启， 制动分泵中的制动液将通过回 液阀流入储液器， 使制动压力减小———减压， 如图11所示。
图11制动压力调节原理 （压力减小）
与此同时，ECU控制电动泵 通电运转，将流入储液器的制动液泵回到制动总泵出液口。
2. 可变容积式制动压力调节器
可变容积式制动压力调节器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 制动管路中制动液容积的增减， 从而控制制动压力的变化。这种压力调节系统的特点是制动压力油路和 ABS 控制压力油路是相 互隔开的。这种调压方式主要用于 本田 车系、 美国 DELCO MORANE ABS VI 和 Bosch 部分产品中。
（1） 制动压力调节器组成电磁阀、 调压缸、 电动增压泵、 蓄能 器和压力开关。
图12可变容积式制动压力调节器的结构
工作过程 （图12）：踏下制动踏板，制动液由制动泵→A腔→ 开关阀→B腔→制动分泵。制动分泵制动液压力将随踏板力的增大而增大。
S趋近于20%，ECU控制输入电磁阀略通电后即关闭， 输出电磁阀通电关闭。滑动活 塞产生位移使开关阀关闭，A腔与B腔隔断，B腔容积不变———保压。
S>20%，ECU控制输入电磁阀通电打开，输出电磁阀通电关闭。滑动活塞在控制液压 作用下上移，使B腔容积增大———减压。
S<20%，ECU控制输入电磁阀断电关闭，输出电磁阀断电打开。控制油液泄入储液 器，滑动活塞下移，使B腔容积减小———增压。
（2） 该系统特征
1） ABS 作用时制动踏板无抖动感。
2） 活塞往复运动可由滚动丝杠或高压蓄能器推动。
3） 采用高压蓄能器作为推动活塞的动力时， 蓄能器中的液体和轮缸的工作液是隔离 的， 前者仅仅作为改变轮缸容积的控制动力。
（3） 回油泵与蓄能器
图13回油泵与蓄能器
（图13） 当电磁阀在减压过程中 从制动轮缸流出的制动液经蓄 能器由回油泵泵回制动主缸。
蓄能器依据储存制动液压 力的不同， 分为低压蓄能器和 高压蓄能器。分别配置在不同 形式的制动压力调节系统中。
1） 低压蓄能器与电动泵：低压蓄能器一般称为储液器， 用来接纳 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。电动回液泵由直流电动 机和柱塞泵组成。柱塞泵由柱塞、 进出液阀及弹簧组成。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出液口。
2） 高压蓄能器与电动增压泵：如图14所示， 用于 储存制动中或 ABS 工作时所需的高压制动液。高压蓄能器 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， 盛装由 电动增压泵泵入的制动液。
图14高压蓄能器与电动增压泵
高压蓄能器下端设有两个控制开关。压力控制开关：检测高压蓄能器下腔制动液压力。压力低于 15MPa 时， 开关闭合，增压泵工作。压力达到 18MPa 时， 开关打开， 增 压泵停止工作。压力警告开关：设有两对开关触点， 一对常开， 一对常闭。当高压蓄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。
（4） 继电器和电脑保护二极管 ABS 系统中的继电器和电脑保护二极管， 由于它 们与液压系统的控制有关， 因此特别重要。在 ABS 系统中， 一般有两个继电器， 一个 是主电源继电器， 另一个是电动泵继电器。主电源继电器通过点火开关供给 ABS ECU 电能。只要发动机起动 ABS ECU 就会感知并起动系统自检程序， 检查 ABS 系统是否良 好。如果主电源继电器损坏， ABS ECU 就会让 ABS 系统停止工作 （ 普通制动系统继续 工作） ， 直到主电源继电器修复为止。电动泵继电器主要给电动泵接通电源。当点火开 关接通后， 电流通过压力控制开关 （ 接通状态） 使电动泵继电器导通， 蓄电池直接给 电动泵供电使其工作。如果电动泵继电器损坏或发生故障， 电动泵就不能运行， 必然 导致整个系统压力下降而无法工作， 此时车辆要停止运行， 直到将电动泵继电器修复 为止。
ABS ECU 保护二极管可起到保护 ECU 的作用。这个二极管装在主电源继电器和 ABS 故 障警告灯之间， 防止电流由蓄电池的正极通过主电源继电器直接流向 ABS ECU 而引起电脑 损坏。
三、汽车制动防抱死控制系统电控单元的工作原理及工作流程
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。如图15所示， 尽管各车用 ABS ECU 内部控制程序、 参数不同， 其作用是一样的， 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16所示。
图15桑塔纳 2000GSi 轿车 ABS 控制模块
图16ABS ECU 电路框图
（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、 泵电动机继电器等外部信号进行预处理， 并将模拟信号 转换成电脑识读的数字信号送入运算电路。不同的 ABS 中， 轮速传感器的数量和信号电路 数目是一致的。
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运算电路。
（2） 运算电路 运算电路的功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。运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 输出电路的主要功用是将运算电路输出的增压、 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。其主要功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、 运算电路、 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， 并将故障信息以故障码的形式存储 在存储器内， 供维修时使用， 如图17所示。
图17博世ABS控制系统
（5） 故障警告灯 ABS 系统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 灯会亮的长一些 （约3s）；起动汽车发动 机后， 蓄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线路有故障。制 动警告灯常亮， 说明制动液不足或蓄能器中的压力下降 （低于 14000kPa）， 此时普通制动系 统与 ABS 均不能正常工作， 要检查故障原因及时排除。ABS 故障警告灯常亮， 说明 ABS ECU 发现 ABS 系统中有问题， 要及时检修。
1. ABS 制动的控制过程
ABS 的制动过程分为常规制动和 ABS 调节制动两部分， 当 ABS 系统检测认定制动车轮 未发生抱死的情况下， 汽车制动系统执行常规制动过程， 而当系统认定车轮有抱死趋势时， 便开始进行制动压力的调节。在 ABS 系统中， 两种制动过程的系统元件工作情况如下。
（1） 常规制动 ABS 不介入控制， 各进液调压电磁阀断电， 进液调压电磁阀导通， 各 回液电磁阀断电， 回液电磁阀关闭， 电动泵不运转， 各制动轮缸与储液器隔绝， 系统处于正 常制动状态， 如图18所示。
图18常规制动 （系统油压的建立）
（2） ABS 调节制动 制动压力调节过程由制动保压、 制动减压和制动增压组成。
1） 制动保压。当传感器告知 ECU 车轮趋于抱死， 车轮进液调压电磁阀通电关闭， 车轮回 液调压电磁阀仍断电关闭， 实现制动保压；其他车轮仍随制动主缸增压， 如图19所示。
图19油压保持
2） 制动减压。当传感器告知 ECU 车轮抱死趋势无改善， 车轮回液调压电磁阀也通电导 通， 轮缸制动液回流储液器， 实现制动减压， 如图20所示。
图20油压降低
3） 制动增压。当传感器告知车轮抱死趋势已消失， 车轮进液调压电磁阀和回液凋压电 磁阀均断电， 进液调压阀导通， 回液调压阀关闭， 电动泵运转， 与主缸一起向车轮轮缸送 液， 实现制动增压， 如图21所示。
图21油压增加
来源:ATC汽车底盘
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