丰田皇冠3.0 ABS的原理与检修

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第一章概述 (1)
1.1 ABS的作用 (1)
1.2 ABS的现状 (1)
1.3 ABS的发展前景 (3)
1.4 防抱死系统的特点 (4)
第二章丰田皇冠3.0 ABS结构及工作原理 (4)
2.1 ABS的结构 (4)
2.2 ABS的工作原理 (8)
2.3 丰田皇冠制动系统主要组成部分 (9)
第三章丰田皇冠3.0 ABS维护与检修 (10)
3.1 ABS系统故障自诊断 (10)
3.2 ABS系统故障检测 (13)
3.3 刹车片的正确维护 (17)
3.4 刹车片更换前后注意事项 (18)
3.5 ABS的使用维护 (18)
第四章丰田皇冠3.0故障实例 (20)
4.1 皇冠3.0紧急制动时ABS失效 (20)
4.2 皇冠3.0 ABS故障灯异常 (20)
结论 (23)
致谢 (24)
参考文献 (25)
第一章概述
1.1 ABS的作用
ABS可在汽车制动时根据车轮的运动养成自动调节车轮的制动压力，防止车轮抱死，其实质就是使传统的制动过程变为瞬间的控制过程，即在制动时使车轮与地面达到“抱而不死，死而不抱”的状态，其目的是使车轮与地面的摩擦力达到最大，同时又可以避免后轮侧滑和前轮丧失转向能力，以使汽车取得最佳的制动效能。

因此，ABS具有以下优点：
缩短制动距离。

ABS能保证汽车在雨后、冰雪及泥泞路面上获得较高的制动效能，防止汽车侧滑甩尾（松散的沙土和积雪很深的路面除外）；
保持汽车制动时的方向稳定性； 32692549
保持汽车制动时的转向稳定性；
减少汽车制动时轮胎的磨损。

ABS能防止轮胎在制动过程中产生剧烈的拖痕，提高轮胎使用寿命；
减少驾驶员的疲劳强度（特别是汽车制动时的紧张情绪），如图1-1-1。

图1-1-1侧滑示意图
鉴于防抱制动系统（ABS）具有如上的优越性，所以该系统的装车率逐年上
升。

1.2 ABS的发展
ABS技术是英国人霍纳摩尔1920年研制发明并申请专利，早在20世纪30年代，ABS就已经在铁路机车的制动系统中应用，目的是防止车化在制动过程中抱死，导致车轮与钢轨局部急剧摩擦而过早损坏。

1936年德国博世公司取得了ABS 专利权。

它是由装在车轮上的电磁式转速传感器和控制液压的电磁阀组成，使用开关方法对制动压力进行控制。

20世纪40年代末期，为了缩短飞机着陆时的滑行距离、防止车轮在制动时跑偏、甩尾和轮胎剧烈磨耗，飞机制动系统开始采用ABS，并很快成为飞机的标准装备。

20世纪50年代防抱制动系统开始应用于汽车工业。

1951年Goodyear 航空公司装于载重车上；1954年福特汽车公司在林肯车上装用法国航空公司的ABS装置。

1978年ABS系统有了突破性发展。

博世公司与奔驰公司合作研制出三通道四轮带有数字式控制器的ABS系统，并批量装于奔驰轿车上。

由于微处理器的引入，使ABS系统开始具有了智能，从而奠定了ABS系统的基础和基本模式。

1981年德国的威伯科（WABCO）公司与奔驰公司在载重车上装用了数字式ABS 系统。

ABS的市场占有率迅速上升。

20世纪80年代中期以后，借助于电子控制技术的进步，ABS的更为灵敏、成本更低、安装更方便、价格也更易被中小型家用轿车所接受。

这期间较为典型的ABS装置有博世（BOSch）公司于1979年推出的Bosch2型，大陆特威斯（Teves）1984年推出的具有防抱制动和驱动防滑功能的ABS/ASR 2U型。

机械与电子元件持续不断的发展和改进使ABS的优越性越来越明显，随着激烈的竞争，技术的日趋成熟，ABS变得更精密，更可靠，价格也在下降。

1987年欧共体颁布一项法规，要求从1991年起，欧共体所有成员国生产的所有新车型均需装备防抱制动装置，同时规定凡载重16t以上的货车必须装备ABS，并且禁止无此装置的汽车进口。

日本规定，从1991年起，总质量超过13t 的牵引车，总质量超过10t的运送危险品的拖车、在高速公路上行驶的大客车都必须安装ABS。

目前，国际上ABS在汽车上的应用越来越广泛，已成为绝大多数类型汽车的标准装备。

北美和西欧的各类客车和轻型货车ABS的装备率已达90%以上，轿车ABS的装备率在60%以左右，运送危险品的货车ABS的装备率为100%。

我国对ABS的研究现状开始于20世纪80年代初。

目前，我国政府已制定车辆安全性方面的强制性法规，GB12676-1999《汽车制动系统结构、性能和试验方法》，规定首先在重型车和大客车上安装电子控制式ABS。

GB7258-2004《机动车运行安全技术条件》又具体规定了必须安装的车型和时间。

规定决质量大于12000kg
的长途客车和旅游客车总质量大于16000kg 允许挂接总质量大于10000kg 的挂车的货车及总质量大于10000kg的挂车必须安装ABS。

我国有许多单位和企业从事ABS的研制工作，东风汽车公司、重庆公路研究所、北京理工大学、清华大学、上海汽车制动系统有限公司和山东重汽集团等。

其中山东重汽集团引进国际先进技术进行研究已取得了一些进展。

重庆公路研究所研制的适用于中型汽车的气制动FKX-ACI型ABS装置已通过国家级技术鉴定，但各种制动情况的适应性还有待提高。

清华大学研制的适用于轻型和小型汽车的液压ABS系统，北京理工大学和上海汽车制动系统有限公司致力于轿车的液压ABS系统的研究，已分别取得初步成果。

1.3 ABS在国内的发展前景
根据国内外的一些研究动态和高档轿车的实际应用表明，ABS技术将沿着以下几个方面继续发展：
(1)ABS和驱动防滑控制装置ASR一体化。

ABS以防止车轮抱死为目的，ASR 是防止车轮过分滑转，ABS是为了缓解制动，ASR是为了施加制动。

由于二者技术上经较接近，且都能在低附着路面上充分体现它们的作用，所以将二者有机地结合起来
(2)动态稳定控制系统VDC（或电子稳定控制（ESP））。

VDC主要在ABS/ASR 基础上解决汽车转向行驶时的方向稳定性问题。

ABS与电子全控式（或半控式）悬架、电子控制四轮转向、电子控制液压转向、电子控制自动变速器等控制系统在功能、结构上有机地结合起来，保证汽车在各种恶劣情况下行驶时，都具有良好的动态稳定性。

(3)ABS/ASR与自动巡航系统（ACC）集成。

自动巡航控制系统（ACC）的目的是在巡航行驶时自动把车速限制在一个设定的速度，并且能够根据前方车辆的行驶善，自动施加制动或加速使其保持在一定的安全距离内行驶。

在遇到障碍物时，可以自动施加制动，把车速调整到安全范围内。

由于ABS/ASR和ACC都要用到相同的轮速采集系统，制动压力调节装置以及发动机输出力矩调节装置，因此ABS/ASR/ACC集成化系统，不仅可以大大降低成本，而且可以提高汽车的整体安全性能。

(4)减小体积，降低重量。

为了提高汽车的安全性能，增加了一些装置，汽车的重量了随之增加，对燃料经济性不利。

所以新增设的各种装置必须在保证安全性的前提下，尽量地减少重量。

另外，不论是大型车还是小型车，发动机的安装空间都是非常紧凑的，因此，也要求ABS控制器的体积尽可能的小一些。

(5)随着ABS与新一代制动系统的结合，如电子液压制动EHB、电子机械制动EMB、ABS有了更快的响应速度，更好的控制效果，而且更容易与其他电子系
统集成。

ABS将成为集成化汽车底盘系统中不可缺少的一个节点。

(6)在ABS系统中嵌入电子制动力分配装置（EBD）构成了ABS+EBD系统。

EBD 的功能就是在汽车ABS开始制动压力调节之前，高速计算出汽车四个轮胎与路面间的附着力大小，然后调节车轮与附着力的区配，进一步提高车辆制动时的方向稳定性，同时尽可能地缩短制动距离。

(7)在ABS系统的基础上扩展成车速记录仪（VSR），又称汽车黑匣子。

该装置通过实时采集的四个车轮轮速信号，再现交通事故发生过程中汽车的实际运行轨迹以及驾驶员对车辆的操作情况，便于公安交通管理部门能准确判断事故的责任。

掌握ABS核心技术不但是非常必要的而且具有深远意义，可有力地推动我国汽车工业的现代化进程。

1.4 制动防抱死系统的特点
制动防抱死系统通过调节制动分泵中制动液的压力, 把车轮制动时的滑动率控制在 10%到 20%之间,以防止车轮抱死托滑.
其特点如下:
1) 改善制动效能.制动防抱死系统可以充分利用纵向峰值附着系数和较大的侧向附着系数,使车轮和地面间产生最大的地面制动力,缩短了制动距离.
2)改善汽车制动时的方向操纵性能.汽车制动时如果前轮抱死拖滑,汽车就失去了转向操纵能力,只能按惯向力的方向运行,无法避开行人和障碍物.制动防抱死系统可以防止前轮抱死滑移,从而防止汽车丧失转向能力的现象发生.
3)改善汽车制动时的横向稳定性能.如果车轮抱死,横向附着系数就非常小,汽车极易侧滑.制动防抱死系统把滑动率控制在 10%到 20%之间,横向附着系数较大,有足够的抵抗横向干扰能力.
4)减少轮胎的局部磨损.汽车抱死滑移会造成轮胎局部磨损,缩短轮胎的使用寿命,防抱死系统可以防止这种情况的发生.
5)减轻了驾驶员的劳动强度,提高了乘客的乘坐舒适性和安全性. 6)使用方便,工作可靠. 制动时只要把脚踩在制动踏板上,制动防抱死装置就能自动进入工作状态,以最佳制动效果.目前,制动防抱死装置仍需要进一步完善.
第二章皇冠3.0 ABS系统的结构及工作原理
2.1 ABS的组成
通常的制动防抱死系统都是由车轮传速传感器,ECU,制动压力调节装置和报警灯等组成.制动压力调节装置主要由调压电池阀总成,电动泵总成和储液器组成.下图 2-1-1 是典型的ABS系统的组成图.在该系统中,每个车轮都安装上一个转速传感器,将关于各个车轮转速的信号输入ECU.ECU根据各车轮转速传感器输入的信号对各个车轮的运动状态进行监测和判定,并形成相应的控制指令。

该指令指使制动压力调节装置对各个制动轮缸的制动压力进行调节,使车轮的滑动率控制在10%到20%之间.比列阀通过控制前后轮制动轮缸制动液压力的大小,保证汽车在常规制动时前轮先于后轮抱死,以改善制动性能.在制动防抱死系统出现故障时,装在仪表盘上的制动防抱死系统报警灯就发亮,以提醒驾驶员制动防抱死系统出现了故障。

图 2-1-1 典型的ABS系统组成
1-车轮车速传感器;2-右前制动器;3-制动主缸;4-储液室; 5-真空助力器;6-电子控制装置; 7-右后制动器;8-左后制动器;9-比例阀;10-ABS 警示灯; 11-储液器;12-调压电池阀总
成; 13-电动泵总成;14-左前制动阀
2.2 ABS的工作原理
ABS的工作过程可以分为常规制动,制动压力保持,制动压力减小和制动压力增大等阶段. 在常规制动阶段,ABS 并不介入制动压力控制,调压电磁阀总成中的各进液电磁阀均不通电而处于开启状态,各出液电磁阀均不通电而处于关闭状态,电动泵也不通电运转,制动主缸至各制动轮缸的制动管路均处于沟通状态,而各制动轮缸至储液器的制动管路均处于封闭状态,各制动轮缸的制动压力将随制动主缸的输出压力而变化,此时的制动过程与常规制动系统的制动过程完全相同, 如图 2-2-1 所示.
图2-2-1 ABS常规制动
在制动过程中,电子控制装置根据车轮转速传感器输入的车轮转速信号判定有车轮趋于抱死时,ABS 就进入防抱死制动压力调节过程.例如,电子控制装置判定右前轮趋于抱死时,电子控制装置就使控制右前轮制动压力的进液电磁阀通电,使右前进液电磁阀转入关闭状态,制动主缸输出的制动液不再进入右前制动轮缸,此时,右前出液电磁阀仍未通电而处于关闭状态,右前制动轮缸中制动液也不会流出,右前制动轮缸的制动压力就保持一定,而其它未趋于抱死车轮的制动压力仍会随制动主缸输出压力的增大而增大,如图 2-2-2 所示
图 2-2-2 ABS 制动压力保持
如果在右前制动轮缸的制动压力保持一定时, 电子控制装置判定右前轮仍然趋于抱死, 电子控制装置又使右前出液电磁阀也通电而转入开启状态,右前制动轮缸中的部分制动液就会经过处于开启状态的出液电磁阂流回储液器, 使右前制动轮缸的制动压力迅速减小,右前轮的抱死趋势将开始消除,如图 2-2-3所示.
图 2-2-3 ABS 制动压力减少
随着右前制动轮缸制动压力的减小, 右前轮会在汽车惯性力的作用下逐渐加速, 当电子控制装置根据车轮转速传感器输入的信号判定右前轮的抱死趋势已经完全消除时.电子控制装置就使右前进液电磁阀和出液电磁阀都断电,使进液电磁阀转入开启状态,使出液电磁阀转入关闭状态,同时也使电动泵通电运转,向制动轮缸泵送制动液,由制动主输出的制动液和电动泵泵送的制动液都经过处于开启状态的右前进液电磁阀进入右前制动轮缸，使右前制动轮缸的制动压力迅速增大，右前轮又开始减速运动，如图2-2-4所示.
图 2-2-4 ABS 制动压力增大
ABS 通过使趋于抱死车轮的制动压力循环往复地经历保持减小增大过程,而将趋于抱死车轮的滑动率控制在峰值附着系数滑动率的附近范围内,直至汽车速度减小到很低或者制动主缸的输出压力不再使车轮趋于抱死时为止,制动压力调节循环的频率可达 3—20Hz.在该ABS中对应于每一个制动轮缸各有一对进液和出液电磁阀,可由电子控制装置分别进行控制,因此,各制动轮缸的制动压力能够被独立地调节,从而使四个车轮都不发生制动抱死现象.
2.3制动防抱死系统的主要组成部件
制动防抱死系统的主要部件有车轮转速传感器,ECU和制动压力调节装置等.
2.3.1车轮转速传感器
为了检测车轮的转速,在前后左右各车轮上都安装一个轮速传感器.这种布置方法被称为传感器布置方式. 在前轮驱动汽车上,可使用3传感器方式,即在前差速器前部安装一个车轮转速传感器,然后在左右后轮各安装一个车轮转速传感器. 齿轮脉冲信号发生器装在车轮上, 齿轮脉冲信号发生器产生的脉冲数和车轮的转速成正比.以上传感器信号都输往电子控制装置.
2.3.2 制动防抱死系统的ECU
制动防抱死系统 ECU 是制动防抱死系统控制的中枢. ECU的主要功能使把各车轮转速传感器传来的信号进行比较, 分析和判别, 再通过精确的计算得出车轮制动时的滑移状况,形成相应的指令,使制动液压力调节装置及其它装置(副节气门控制,步进电动机等)对制动压力进行调节,使进入制动分泵中的制动液以最适合的压力值来控制各车轮的转速,将滑动率控制在 10%到 20%的范围内,以达到最佳制动效果.另外ECU还具有初始检测功能,故障检测功能,速度传感器检测功能和失效保障功能.
2.3.3制动液压力调节装置
制动液压力调节装置的主要作用是用来调节制动分泵中制动液的压力,是制动防抱死装置的执行器,主要由电磁换向阀,储液罐和液压泵和电动机总成组成.
1、三位电磁换向阀分泵中制动液的压力.
该阀是三位三通电磁换向阀,阀芯由衔铁充当,它有上,中,下三个工作位置;阀体上有制动泵接口,主油路接口和车轮制动分泵接口;其阀芯上下移动所需的外力,除主弹簧和副弹簧的弹力外,还受线圈产生的电磁力控制.所以,该阀称为三位三通电磁换向阀. 当ECU不向线圈供电时,衔铁主,副弹簧作用下处在最下端位置,此时制动防抱死系统处在常规制动状态或制动液压力升高状态. ECU 向线圈提供 5A 的电流时, 当衔铁在电磁力作用下处在最上端位置,此时制动防抱死系统处在压力降低状态.当ECU向线圈提供 2A 的电流时.衔铁在电磁力和弹簧力共同的作用下处在中间位置,这时制动防抱死系统处在压力保持状态.
由此可见,电磁阀的工作位置受 ECU 提供电流大小的控制;而电磁阀处在不同的工作位置时,制动分泵中制动液压力也不相同.也就是 ECU 通过改变提供给电磁阀的电流大小,来控制制动分泵中制动液的压力。

2、储罐液,液压泵和电动机总成
它们是执行器的压力降低装置.在制动过程中,当压力降低时,从车轮制动分泵中流出的制动液暂时储存在储液罐中,储液罐对高三位电磁换向阀通过控制制动液的流动方向,来调节制动压的制动液起缓冲作用.液压泵和电动机总成由微电动机和柱塞式液压泵组成.微电动机由 ECU 控制,当微电动机起动后,柱塞泵把暂存在储液罐中的制动液输送回制动总泵.
第三章丰田皇冠3.0 ABS的维护与检修ABS系统出现故障或感觉系统工作不正常时,应首先采用目视的方法进行检查,检查内容包括:手制动是否完全放松;制动液是否渗漏;制动液液面是否在规定的范围内;蓄电池电压是否在规定的范围内;ABS系统的保险丝、插接器和线束是否连接牢固等,然后再进行如下检测。

3.1 ABS系统故障自诊断
丰田皇冠3.0轿车ABS故障码通过仪表板上的ABS警示灯闪烁显示,故障码由两位数字组成,第一次闪烁的次数为十位数,间隔 1.5s后,第二次闪烁的数字为个位数。

如果有两个以上的故障码,按故障码由小到大的顺序逐个显示,两个故障码间隔时间为2.5s。

所有的故障码显示完毕后,间隔4s再重复显示。

故障码的读取方法有静态和动态两种,动态方法可以更准确地检测轮速传感器的故障码。

1.故障码(静态)的读取
1)接通点火开关。

2)在发动机舱左侧找到检查连接器(一个小黑盒),打开盒盖,拔下短路销,如图3-1-1所示。

3)用导线连接检查连接器或TDCL上的Tc与E1端子。

4)根据仪表板上ABS警示灯的闪烁次数读取故障码,如图3-1-2所示。

如果ABS 系统正常,则ABS警示灯将反复点亮0.25s和熄灭0.25s。

2.轮速传感器故障码(动态)的读取
1)关断点火开关
2）用导线连接检查连接器的Tc和E1端子，如图1所示。

3）启动发动机，使其怠速运转，此时ABS警示灯应闪亮。

4）驾驶汽车以90km/h以上的速度行驶，行驶一段时间后缓慢停车。

5)根据ABS警示灯闪烁情况读取故障码。

3故障码的清除
1）接通点火开关。

2）用导线连接检查连接器的Tc和E1端子。

3）在3s内连续快速地踩、放制动踏板8次以上，故障码即可清除。

拆除蓄电池的连接线，ABS电脑中的故障码也能被清除，但电脑中储存的其他信息也会一起被清除。

4故障码的内容及含义（见表3-1-3）
图3-1-1检查连接器
a故障码b故障码
图3-1-2 故障码显示方式
表3-1-3故障码的内容及含义
故障码故障码的内容故障码的原因及部位
11
制动压力调节器电磁阀继电器电路短路 ① 制动压力调节器故障
② 电磁阀继电器股扎根
③ 制动压力调节器线束断路或短路 12 制动压力调节器电磁阀继电器电路短路
13 制动压力调节器油泵电机继电器电路短路
① 制动压力调节器故障
② 油泵电机继电器故障
③ 制动压力调节器线束断路或短路
14 制动压力调节器油泵电机继电器电路短
路
15 电流长时间供给ABS 油泵电机 16 压力传感器电路短路 ① 压力传感器故障
② 压力传感器或线束故障
17 压力传感器被卡住 18 蓄压器中的气体压力下降 ①制动压力调节器故障 ②压力传感器故障
③压力传感器线束断路或短路
19 蓄压器中的制动液压力下降
21 前右轮主电磁阀线圈电路断路或短路 ①制动压力调节器主、次电磁阀线圈断路或短路 ②制动压力调节器主、次电磁阀线圈线束断
路或短路
22 前右轮主电磁阀线圈电路断路或短路 23 前左轮主电磁阀线圈电路断路或短路 24 前左轮主电磁阀线圈电路断路或短路 25 后轮主电磁阀线圈电路断路或短路 26 后轮次电磁阀线圈电路断路或短路 27 侧滑力电磁阀线圈断路或短路 ①侧滑力电磁阀执行机构故障 ②侧滑力电磁阀执行机构线束短路或断路
31 前右轮速传感器信号失常 ①轮速传感器故障
②轮速传感器转子（齿圈）损坏 ③轮速传感器线束断路或短路 32 前左轮速传感器信号失常 33 后速传感器信号失常
35 前左或前右轮速传感器电路短路 ①轮速传感器线圈断路 ②轮速传感器线束断路
37 前轮速传感器有故障 ①前轮速传感器转子（齿圈）损坏 41 蓄电池电压过低 ①蓄电池故障 ②电压调节器故障 ③发电机充电电路故障 42 蓄电池电压过高
51
制动压力调节器油泵卡死或其电动机电路短路
①油泵电动机故障 ②油泵电动机继电器故障
③制动压力调节器线束断路或短路
52
制动储液室液面过低
① 缺少制动液或制动系统渗漏 ② 制动液面传感器故障
③ 制动液液面传感器线束断路或短路 71 前右轮速传感器信号电压过低×1 ①轮速传感器安装位置不当 ②轮速传感器故障 ③轮速传感器线束短路 72 前左轮速传感器信号电压过低×1 73 后轮速传感器信号电压过低×1 75 前右轮速传感器信号变动异常×1 ①轮速传感器安装位置不当 ②轮速传感器（齿圈）损坏 76 前左轮速传感器信号变动异常×1 77 后轮速传感器信号变动异常×1 常亮 ABS 电脑故障
①ABS 电脑故障
注：×1为动态读取的轮速传感器故障码
3.2 ABS 系统故障检测
ABS 各部件线束插接器端子排列如图3-2-1所示。

1、制动压力调节器电磁阀继电器电路故障的检查
1)检查ABS 制动压力调节器电磁继电器电源：拨开ABS 制动压力调节器，测量控制继电器2号端子与GND 端子之间的电压，正常情况应为蓄电池电压。

若不正常，应检查ABS 制动压力调节器与蓄电池和搭铁之间的电路是否断路或短路；若正常，则进行下一步。

2)检查ABS 控制继电器各端子的导通情况；测量ABS 控制继电器各端子的电阻，正常情况为控制继电器1号与9号端子、2号与GND 端子之间应导通（1号与9号端子之间的电阻约80欧姆），2号与5号端子之间不导通。

若不正常，则更换电磁阀继电器。

在控制继电器1号与9号端子之间加12V 蓄电池电压，再测量控制继电器各端子的电阻，正常情况为控制继电器2号与GND 端子之间不导通，2号与5号端子之间导通。

若不正常，则更换电磁阀继电器。

2、ABS 制动压力调节器油泵电动机继电器电路故障的检查
1)检查ABS 制动压力调节器油泵电动机继电器电源：拨开ABS 制动压力调节器插接器，测量控制继电器2号与GND 端子之间的电压，正常情况应为蓄电池电压。

若不正常，应检查ABS 制动压力调节器与蓄电池和搭铁之间的电路是否短路或断路。

若不正常，则进行下一步。

2)检查ABS 控制继电器各端子的导通情况：测量ABS 控制继电器各端子的电阻，正常情况为控制继电器9号与10号端子之间导通（电阻约为62欧姆），7号与8号端子之间不导通。

若不正常，则更换油泵电动机继电器。

在控制继电器9号。