ABS与ASR理论分析

三、 ABS的基本组成

一般来说，带有ABS的汽车制动系统由基本制动系统和制动力调节系统两部分组成，前者是制动主缸、制动轮缸和制动管路等构成的普通制动系统，用来实现汽车的常规制动，而后者是由传感器、控制器。执行器等组成的压力调节控制系统（如图11．4所示），在制动过程中用来确保车轮始终不抱死，车轮滑动率处于合理范围内。

在制动压力调节系统中，传感器承担感受系统控制所需的汽车行驶状态参数，将运动物理量转换成为电信号的任务。控制器即电子控制装置（ECU）根据传感器信号及其内部存储信号，经过计算、比较和判断后，向执行器发出控制指令，同时监控系统的工作状况。而执行器（制动压力调节器）则根据ECU的指令，依靠由电磁阀及相应的液压控制阀组成的液压凋节系统对制动系统实施增压、保压或减压的操作，让车轮始终处于理想的运动状态。

第二节 ABS的控制

从汽车使用性能上来说，防抱死制动系统控制效果的优劣主要取决于系统的控制方式和控制通道类型等方面，但无论如何，汽车上所采用的ABS系统一般均具有以下的控制共性。

①在制动过程中，只有当车轮趋于抱死时，ABS系统才起作用，此前保持常规制动状态。

②ABS系统只在车速超过一定值时才起作用。

③ABS系统具有自诊断功能，以确保系统出现故障时，常规制动系统仍能正常工作。

轮速传感器有电磁感应式与霍尔式两大类。前者利用电磁感应原理，将车轮转动的位移信号转化为电压信号（如图11.13所示），由随车轮旋转的齿盘和固定的感应元件组成。图11.14示出了各种传感器在汽车上的安装位置。此类传感器的不足之处在于，传感器输出信号幅值随转速而变，低速时检测难，频响低，高速时易产生误信号，抗干扰能力差。后者利用霍尔半导体元件的霍尔效应工作。当电流Iv流过位于磁场中的霍尔半导体层时（如图11．15所示），电子向垂直于磁场和电流的方向转移，在半导体横断面上出现霍尔电压UH，这种现象称之为霍尔效应。

霍尔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。

霍尔轮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 11．16所示）。永磁体的磁力线穿过霍尔元件通向齿轮，当齿轮处于图 11．16（a）位置时，穿过霍尔元件的磁力线分散于两齿之中，磁场相对较弱。当齿轮位于

图 11．16(b)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人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，由放大级放大输出。各级输出波形信号也一并显示在图 11．16中。

霍尔车轮转速传感器与前述电磁感应式传感器相比较，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 12 V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 20 kth（此时相当于车速I000km／h）；

③抗电磁波干扰能力强。

减速度传感器在结构上有光电式。水银式和差动式等各种型式。其中光电式传感器利用发光二极管和受光（光电）三极管构成的光电偶合器所具有的光电转换效应，以沿径向开有若干条透光窄槽的偏心圆盘作为遮光板，制成了能够随减速度大小而改变电量的传感器（如图11.17所示）。这光板设置在发光二极管和受光三极管之间，由发光二极管发出的光束可以通过板上窄槽到达受光三极管，光敏的三极管上便会出现感应电流。当汽车制动时，质量偏心的遮光板在减速惯性力的作用下绕其转动轴偏转，偏转量与制动强度成正比，如果像图11．17所示那样，在光电式传感器中设置两对光电偶合器，根据两个三极管上出现电量的不同组合就可区分出如表中所示的四种减速度界限，因此，它具有感应多级减速度的能力。

水银式传感器利用具有导电能力的水银作为工作介质。在传感器内通有导线两极柱的玻璃管中装有水银体，由于水银的导电作用，传感器的电路处于导通状态，当汽车制动强度达到一定值后，在减速惯性力的作用下，水银体脱离导线极柱，传感器电路断电（如图11．18所示）。这种开关信号可用于指示汽车制动的减速度界限。

差动式传感器利用电磁感应原理工作。传感器由固定的线圈和可移动的铁芯构成，铁芯在制动减速惯性力的作用下沿线圈轴向移动，可导致传感器电路中感应电量的连续变化（如图11.19所示）。

ECU的内部电路结构主要包括以下几方面。

l）输入级电路

以完成波形转换整形（低通滤波器）、抑制干扰和放大信号（输人放大器）为目的，将车轮转速传感器输人的正弦波信号转换成为脉冲方波，经过整形放大后，输给运算电路。输人级电路的通道数视ABS所设置的传感器数目而定，通常以三通道和四通道为多见。

2）运算电路（微型计算机）

根据输入信号运算电磁阀控制参数。主要根据车轮转速传感器输人信号进行车轮线速度、开始控制的初速度、参考滑动率、加速度和减速度等运算，调节电磁阀控制参数的运算和监控运算，并将计算出的电磁阀控制参数输送给输出级。

3）输出级电路

利用微机产生的电磁阀控制参数信号，控制大功率三极管向电磁阀线圈提供控制电流。

4）安全保护电路

将汽车12 V电源电压改变并稳定为ECU作所需的5 V标准电压，监控这种工作电压的稳定性。同时监控输人放大电路、ECU运算电路和输出电路的故障信号。当系统出现故障时，控制继动电动机和继动阀门，使ABS停止工作，转人常规制动状态，点亮ABS警示灯，将故障以故障码的形式存储在ECU内存中。

3．控制过程