【正文】 車用防抱死制動系統(tǒng)（ ABS）控制器研究 目 錄 第一章、概述 ......................................................................... 5 第二章、 ABS組成及工作原理 ............................................................ 7 （一） ABS的組成 .................................................................. 7 （ 二 ） ABS的調(diào)節(jié)過程 ................................................................10 （三） ABS的主要部件結(jié)構(gòu)工作原理 ....................................................10 第三章、 ECU的結(jié)構(gòu)與工作原理 ...........................................................13 （一） ECU的基本結(jié)構(gòu) ............................................................ 13 （二） ECU的工作原理 ............................................................ 15 第四章、常見故障診斷分析 ............................................................ 19 （一） 打開點火開關(guān)， ABS故障燈常亮不滅 ....................................... 19 （二）行車中 ABS故障燈亮起 ...................................................... 20 （三） ABS有時起作用，有時不起作用 ............................................... 21 (四 )、 ABS的正確 使用與維修 .........................................................22 第五章、 結(jié)論與討論 .................................................................. 23 參考文獻 ............................................................................ 24 致謝 ...................................................................................24 2 摘 要 本文 主要介紹汽車防抱死制動系統(tǒng)的定義、結(jié)構(gòu)組成及工作原理分析，同時還介紹 ABS系統(tǒng)的電子控制部分的組成和原理，輪速傳感器，液壓控制裝置的組成和原理；并能進行控制電路的分析。介紹ABS防抱死控制系統(tǒng)原理，闡述其發(fā)展歷史、研究現(xiàn)狀；然后通過分析 ABS工作原理和控制方法，構(gòu)建ABS 專用模型庫；運用 VC實現(xiàn)模塊的相關(guān)功能，對 ABS 控制系統(tǒng)進行建模；實現(xiàn)對控制器模塊、電磁閥及制動系統(tǒng)模塊、車輛運動仿真模塊等部分的抽象，使仿真的具體對象可替換，在 ABS控制原理的基礎(chǔ)上不同模塊間可任意組合 關(guān)鍵詞： ABS系統(tǒng) 、 組成 、 原理 、 控制電路 ABS，模型庫，建模 3 第一章 . 概述 二三十年代 ABS系統(tǒng)的發(fā)展可以追溯到上世紀初期，早在 1928年制動防抱理論就被提出，在 30年代機械式制動防抱系統(tǒng)就開始在火車和飛機上獲得應(yīng)用，博世（ BOSCH）公司在 1936年第一個獲得了用電磁式車輪轉(zhuǎn)速傳感器獲取車輪轉(zhuǎn)速的制動防抱系統(tǒng)的專利權(quán)。 五十年代 進入 50 年代，汽車制動防抱系統(tǒng)開始受到較為廣泛的關(guān)注。福特（ FORD）公司曾于 1954年將飛機的制動防抱系統(tǒng)移置在林肯（ LINCOIN）轎車上，凱爾塞海伊斯（ KELSEHAYES）公司在 1957 年對稱為“ AUTOMATIC”的制動防抱系統(tǒng)進行了試驗研究，研究結(jié)果表明制動防抱系統(tǒng)確實可以在制動過程中防止汽車失去方向控制，并且能夠縮短制動距離；克萊斯勒（ CHRYSLER）公司在這一時期也對稱為“ SKIDCONTROL”的制動防抱系統(tǒng)進行了試驗研究。由于這一時期的各種制動防抱系統(tǒng)采用的都是機械式車輪轉(zhuǎn)速傳感器的機械式制動壓力調(diào)節(jié)裝置，因此，獲取的車輪轉(zhuǎn)速信號不夠精確，制動壓力調(diào)節(jié)的適時性和精確性也難于保證，控制效果并不理想。 六十年代 隨著電子技術(shù)的發(fā)展，電子控制制動防抱系統(tǒng)的發(fā)展 成為可能。 1964 年（也是集成電路誕生的一年） Bosch 公司再度開始 ABS 的研發(fā)計劃，最后有了“通過電子裝置控制來防止車輪抱死是可行的”結(jié)論，這是 ABS（ Antilock Braking System）名詞在歷史上第一次出現(xiàn)！世界上第一具 ABS 原型機于 1966 年出現(xiàn)，向世人證明“縮短剎車距離”并非不可能完成的任務(wù)。因為投入的資金過于龐大， ABS 初期的應(yīng)用僅限于鐵路車輛或航空器。 在 60 年代后期，一些電子控制的制動防抱系統(tǒng)開始進入產(chǎn)品化階段。凱爾塞海伊斯公司在 1968 年研制生產(chǎn)了稱為“ SURETRACK”兩 輪制動防抱系統(tǒng)，該系統(tǒng)由電子控制裝置根據(jù)電磁式轉(zhuǎn)速傳感器輸入的后輪轉(zhuǎn)速信號，對制動過程中后輪的運動狀態(tài)進行判定，通過控制由真空驅(qū)動的制動壓力調(diào)節(jié)裝置對后制動輪缸的制動壓力進行調(diào)節(jié)，并在 1969 年被福特公司裝備在雷鳥（ THUNDERBIRD）和大陸馬克 III（ CONTINENTALMKIII）轎車上。 七十年代 Teldix GmbH 公司從 1970 年和奔馳車廠合作開發(fā)出第一具用于道路車輛的原型機 —— ABS 1， 該系統(tǒng)已具備量產(chǎn)基礎(chǔ)，但可靠性不足，而且控制單元內(nèi)的組件超過 1000 個，不但成本過 4 高也很容 易發(fā)生故障。 克萊斯勒公司與本迪克斯（ BENDIX）公司合作研制的稱為“ SURETRACK”的能防止 4 個車輪被制動抱死的系統(tǒng)，在 1971 年開始裝備帝國（ IMPERIAL）轎車，其結(jié)構(gòu)原理與凱爾塞海伊斯的“ SURETRACK”基本相同，兩者不同之處，只是在于兩個還是四個車輪有防抱制動。 別克（ BUICK）公司在 1971 年研制了由電子控制裝置自動中斷發(fā)動機點火，以減小發(fā)動機輸出轉(zhuǎn)矩，防止驅(qū)動車輪發(fā)生滑轉(zhuǎn)的驅(qū)動防抱轉(zhuǎn)系統(tǒng) . 1973 年 Bosch 公司購得 50%的Teldix GmbH 公司股權(quán)及 ABS 領(lǐng)域的研發(fā) 成果，瓦布科（ WABCO）公司與奔馳（ BENZ）公司合作，在 1975 年首次將制動防抱系統(tǒng)裝備在氣壓制動的載貨汽車上。這一年 AEG、 Teldix 與 Bosch 達成協(xié)議，將 ABS 系統(tǒng)的開發(fā)計劃完全委托 Bosch 公司整合執(zhí)行?！?ABS 2”在 3 年的努力后誕生！有別于 ABS 1 采用模擬式電子組件， ABS 2 系統(tǒng)完全以數(shù)字式組件進行設(shè)計，不但控制單元內(nèi)組件數(shù)目從 1000 個銳減到 140 個，而且有造價降低、可靠性大幅提升與運算速度明顯加快的三大優(yōu)勢。兩家德國車廠奔馳與寶馬于 1978 年底決定將 ABS 2 這項高科技系統(tǒng)裝置在 S 級及 7 系列車款上。 進入 70 年代后期，數(shù)字式電子技術(shù)和大規(guī)模集成電路的迅速發(fā)展，為 ABS 系統(tǒng)向?qū)嵱没l(fā)展奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。博世公司在 1978 年首先推出了采用數(shù)字式電子控制裝置的制動防泡系統(tǒng) 博世 ABS2，并且裝置在奔馳轎車上，由此揭開了現(xiàn)代 ABS 系統(tǒng)發(fā)展的序幕。盡管博世ABS2 的電子控制裝置仍然是由分離元件組成的控制裝置，但由于數(shù)字式電子控制裝置與模擬式電子控制裝置相比，其反應(yīng)速度、控制精度和可靠性都顯著提高，因此，博世 ABS2 的控制效果己相當理想。從此之后，歐、美、日的許多制動器專業(yè)公司和汽車公司相繼研 制了形式多詳?shù)腁BS 系統(tǒng)。 八十年代 1980 年后，電腦控制的 ABS 逐漸在歐洲、美國及亞洲日本的汽車上迅速擴大。 但是在誕生的前 3 年中， ABS 系統(tǒng)都苦于成本過于高昂而無法開拓市場。從 1978 到 1980 年底， Bosch 公司總共才售出 24000 套 ABS 系統(tǒng)。所幸第二年即成長到 76000 套。受到市場上的正面響應(yīng)， Bosch開始 TCS循跡控制系統(tǒng)的研發(fā)計劃。 1983年推出的 ABS 2S 系統(tǒng)重量由 ，控制組件也減少到 70 個。到了 1985 年代中期，全球新出廠車輛安裝 ABS 系統(tǒng)的比例首次超過1%，通用車廠也決定把 ABS 列為旗下主力雪佛蘭車系的標準配備。 1986 年是另一個值得紀念的年份，除了 Bosch 公司慶祝售出第 100 萬套 ABS 系統(tǒng)外，更重要的是 Bosch 推出史上第一具供民用車使用的 TCS/ ASR 循跡控制系統(tǒng)。 TCS/ ASR 的作用是防止汽車起步與加速過程中發(fā)生驅(qū)動輪打滑，特別是防止車輛過彎時的驅(qū)動輪空轉(zhuǎn)，并將打滑控制在 10%到 20%范圍內(nèi)。由于 ASR是通過調(diào)整驅(qū)動輪的扭矩來控制，因而又叫驅(qū)動力控制系統(tǒng)，在日本又稱之為 TRC 或 TRAC。 ASR和 ABS 的工作原理方面有許多共同之處，兩者合并 使用可形成更佳效果，構(gòu)成具有防車輪抱死和驅(qū)動輪防打滑控制 (ABS /ASR)系統(tǒng)。這套系統(tǒng)主要由輪速傳感器、 ABS/ ASR ECU 控制器、 ABS驅(qū)動器、 ASR 驅(qū)動器、副節(jié)氣門控制器和主、副節(jié)氣門位置傳感器等組成。在汽車起步、加速及行進過程中，引擎 ECU 根據(jù)輪速傳感器輸入的信號，當判定驅(qū)動輪的打滑現(xiàn)象超過上限值時，就進入防空轉(zhuǎn)程序。首先由引擎 ECU 降低副節(jié)氣門以減少進油量，使引擎動力輸出扭矩減小。 5 當 ECU 判定需要對驅(qū)動輪進行介入時，會將信號傳送到 ASR 驅(qū)動器對驅(qū)動輪（一般是前輪）進行控制，以防止驅(qū)動輪打滑或 使驅(qū)動輪的打滑保持在安全范圍內(nèi)。第一款搭載 ASR 系統(tǒng)的新車型在 1987 年出現(xiàn)，奔馳 S 級再度成為歷史的創(chuàng)造者。 隨著 ABS 系統(tǒng)的單價逐漸降低，搭載ABS 系統(tǒng)的新車數(shù)目于 1988 年突破了爆炸性成長的臨界點，開始飛快成長，當年 Bosch 的 ABS系統(tǒng)年度銷售量首次突破 300 萬套。技術(shù)上的突破讓 Bosch 在 1989 年推出的 ABS 2E 系統(tǒng)首次將原先分離于引擎室（液壓驅(qū)動組件）與中控臺（電子控制組件）內(nèi)，必須依賴復雜線路連接的設(shè)計更改為“兩組件整合為一”設(shè)計！ ABS 2E 系統(tǒng)也是歷史上第一個舍棄集成電路，改以一個 8 k 字節(jié)運算速度的微處理器（ CPU）負責所有控制工作的 ABS 系統(tǒng)，再度寫下了新的里程碑。該年保時捷車廠正式宣布全車系都已安裝了 ABS。 九十年代 1990年代前半期 ABS系統(tǒng)逐漸開始普及于量產(chǎn)車款。 Bosch在 1993年推出 ABS 2E的改良版： ABS 系統(tǒng)，除了體積更小、重量更輕外， ABS （ 16 k字節(jié)）的處理器，該公司也在同年年中慶祝售出第 1000萬套 ABS系統(tǒng)。 到 1993年，美國在轎車上安裝 ABS已達 46%， 延續(xù)過去 ABS與 ASR誕生時的慣例，奔馳 S 級還是首先使用 ESP系統(tǒng)的車型（ 1995年）。 4年后奔馳公司就正式宣布全車系都將 ESP列為標準配備。在此同時， Bosch 于 1998及 2021年推出的 ABS 、 ABS 精益求精，整套系統(tǒng)總重由 ，處理器的運算速度從 48 k字節(jié)升級到 128 k字節(jié)。 21 世紀 奔馳車廠主要競爭對手寶馬與奧迪也于 2021 年也宣布全車系都將 ESP 列為標準配備。 Bosch 車廠于2021年慶祝售出超過一億套 ABS系統(tǒng)及 1000萬套 ESP系統(tǒng)，根據(jù) ACEA（歐洲車輛制造協(xié)會）的調(diào)查，今天每一輛歐洲大陸境內(nèi)所生 產(chǎn)的新車都搭載了 ABS系統(tǒng)，全世界也有超過 75%的新車擁有此項裝置。 到目前為止，一些中高級豪華轎車，如西德的奔馳、寶馬、雅迪、保時捷、歐寶等系列，英國的勞斯來斯、捷達、路華、賓利等系列，意大利的法拉利、的愛快、領(lǐng)先、快意等系列，法國的波爾舍系列，美國福特的 TX 30X、紅彗星及克萊斯勒的帝王、紐約豪客、男爵、道奇、順風等系列，日本的思域，凌志、豪華本田、奔躍、俊朗、淑女 300Z 等系列，均采用了先進的 ABS。 在一些頂級的公司中，已有本迪克斯、波許、摩根 .戴維斯、海斯 .凱爾西、蘇麥湯姆、本田、日本無限等許 多公司生產(chǎn) ABS，它們中又有整體和非整體之分。預計隨著轎車的迅速發(fā)展，將會有更多的廠家生產(chǎn)。 6 第二章、 ABS 組成及工作原理 （一） ABS 的組成 現(xiàn)在汽車上普遍采用的 ABS防抱死制動系統(tǒng)是以控制車輪的角減速度為對象，控制車輪的制動力，實現(xiàn)防抱死制動的。 ABS系統(tǒng)主要由傳感器、電子控制裝置和執(zhí)行器三個部分組成 。 圖（ 1） 器 配閥 ABS系統(tǒng)能夠防止車輪抱死，具有制動時方向穩(wěn)定性好、制動時仍有