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ABS系统的故障诊断
毕业设计(论文)中文摘要
汽车是现在最主要的交通工具之一,汽车的安全性,经济性和舒适性是人们关注的核心问题。
汽车电子的发展,改善了汽车的安全系统,保证汽车在高速行驶和复杂路况道路中行驶的安全。
在现代新型汽车中,为了增强驾驶安全性能,普遍安装了制动防抱死系统(简称ABS)。
ABS系统的作用是保证汽车在任何路面上进行紧急制动时,能根据车轮的转速,自动调整制动管路内的制动液压力大小,去控制和调节车轮制动力,使汽车的滑移率始终保持在15%~25%之间,即车轮边滚动、边滑动状态,以防汽车出现侧滑、跑偏和丧失转向能力,从而防止车辆在紧急制动时可能发生倾翻的交通事故。
ABS系统在使用中体现了其稳定性和安全性,现在国内外的轿车、客车生产厂都将其为标准装置,运用于汽车上,而国产车也越来越多采用这一新技术。
所以,ABS系统故障的诊断与排除技术也成为我们汽车修理中必须掌握的知识之一。
关键词:
汽车制动防抱死系统故障诊断故障排除技术发展
毕业设计(论文)外文摘要
Title:
FaultdiagnosisofABSsystem
Abstract:
Carsarenowoneofthemostimportantpartoftransport,carsafety,economyandcomfortarethecoreissuesofconcern.Developmentofautomotiveelectronics,improvedthecarsecuritysystem,guaranteedcarathighspeedinthecomplicatedroadconditionsandroadsafety.Inmoderncars,inordertoenhancedrivingsafetyperformance,generallyinstalledantilockbrakingsystem(ABSforshort).ABSsystemofroleisguaranteecarinanypavementforemergencybrakeShi,canunderwheelofspeed,automaticallyadjustmentbrakepipelinewithinofbrakeliquidpressuresize,tocontrolandregulationwheelsystempower,makescarofslipratealwayskeepin15%~25%,iswheeledgescroll,andedgeslidingState,casecarappearssideslip,andrunpartialandloststeeringability,topreventvehiclesinemergencybrakeShimayoccurspourturnedoftrafficaccident.ABSsysteminusereflectsitsstabilityandsecurity,domesticandforeigncars,nowbusesproductionfactoryforstandarddevices,usedincar,domesticcarmoreandmorewiththisnewtechnology.Therefore,thetechnologyoffaultdiagnosisandtroubleshootingofABSsystemhasalsobecomeoneofourautorepairknowledgemustbeacquiredin.
Keywords:
AntilockBrakingSystemanti-lockbrakesystemtroubleshootingtechniquedevelopment
1绪论
随着汽车行驶速度的提高,道路行车密度的增大,汽车行驶安全性已经受到了高度关注。
汽车的行驶安全性能要求不断提高,汽车安全系统已经成为汽车研究发展的重要部分。
汽车安全系统主要依靠制动踏板的制动装置保证汽车行驶安全,汽车照明系统辅助警示与提醒,至今在主动安全系统中汽车防抱死(ABS)等技术,以及汽车辅助安全系统如安全带,安全气囊等的广泛应用,而且有更多的安全性系统参与制动与动力分配系统的发展,如汽车驱动防滑系统(ASR),汽车电子稳定系统(ESP),汽车电子制动力分配系统(EBD),汽车自适应巡航速度控制系统(ACC)等,保证汽车在危险状况下行驶的安全性。
上述这些系统具有智能化的控制作用,根据车辆的行驶状况,自动地完成对汽车制动性能、转向辅助等的控制,无需人的主动性操作,可见汽车安全系统已经向智能型方向发展。
汽车制动防抱死系统(AntilockBrakingSystem,简称ABS),是汽车主动安全装置的代表,其作用是在制动过程中防止车轮抱死,提高车辆在制动过程中的方向稳定性、转向控制能力和缩短制动距离,使汽车制动更为安全有效。
ABS可安装在任何带液压刹车的汽车上。
它是利用阀体内的一个橡胶气囊,在踩下刹车时,给予刹车油压力,充斥到ABS的阀体中,此时气囊利用中间的空气隔层将压力返回,使车轮避过锁死点。
当车轮即将到达下一个锁死点时,刹车油的压力使得气囊重复作用,如此在一秒钟内可作用60-120次,相当于不停地刹车、放松,即相似于机械的“点刹’。
因此,ABS防抱死系统,能避免在紧急刹车时方向失控及车轮侧滑,使车轮在刹车时不被锁死,不让轮胎在一个点上与地面摩擦,从而加大摩擦力,使刹车效率达到90%以上,同时还能减少刹车消耗,延长刹车轮鼓、碟片和轮胎两倍的使用寿命。
装有ABS的车辆在干柏油路、雨天、雪天等路面防滑性能分别达到80%—90%、30%—10%、15%—20%【1】。
2汽车制动防抱死ABS的发展
2.1ABS的历史
2004年是历史上第一部量产的民用型ABS(AntilockBrakingSystem,自动防抱死刹车系统)诞生的第25周年纪念。
在过去的四分之一世纪中,ABS系统不但持续进步、精益求精,也帮助许多车主从鬼门关前逃过一劫。
在介绍ABS系统过去25年的巨大贡献之外,我们还要回顾ABS的发展史。
ABS的运作原理看似简单,但从无到有的过程却经历过不少挫折(中间缺乏关键技术)!
1908年英国工程师J.E.Francis提出了“铁路车辆车轮抱死滑动控制器”理论,但却无法将它实用化。
接下来的30年中,包括Karl的“刹车力控制器”、Werner的“液压刹车安全装置”与RichardTrappe的“车轮抱死防止器”等尝试都宣告失败。
在1941年出版的《汽车科技手册》中写到:
“到现在为止,任何通过机械装置防止车轮抱死危险的尝试皆尚未成功,当这项装置成功的那一天,即是交通安全史上的一个重要里程碑”【2】,可惜该书的作者恐怕没想到这一天竟还要再等30年之久。
当时开发刹车防抱死装置的技术瓶颈是什么?
首先该装置需要一套系统实时监测轮胎速度变化量并立即通过液压系统调整刹车压力大小,在那个没有集成电路与计算机的年代,没有任何机械装置能够达成如此敏捷的反应!
等到ABS系统的诞生露出一线曙光时,已经是半导体技术有了初步规模的60年代早期。
精于汽车电子系统的德国公司Bosch(博世)研发ABS系统的起源要追溯到1936年,当年Bosch申请“机动车辆防止刹车抱死装置”的专利。
1964年(也是集成电路诞生的一年)Bosch公司再度开始ABS的研发计划,最后有了“通过电子装置控制来防止车轮抱死是可行的”结论,这是ABS(AntilockBrakingSystem)名词在历史上第一次出现!
2.2ABS的发展及现状
世界上第一具ABS原型机于1966年出现,向世人证明“缩短刹车距离”并非不可能完成的任务。
因为投入的资金过于庞大,ABS初期的应用仅限于铁路车辆或航空器。
GmbH公司从1970年和奔驰车厂合作开发出第一具用于道路车辆的原型机——ABS1,该系统已具备量产基础,但可靠性不足,而且控制单元内的组件超过1000个,不但成本过高也很容易发生故障。
1973年Bosch公司购得50%的GmbH公司股权及ABS领域的研发成果,1975年AEG、GmbH与Bosch达成协议,将ABS系统的开发计划完全委托Bosch公司整合执行。
“ABS2”在3年的努力后诞生!
有别于ABS1采用模拟式电子组件,ABS2系统完全以数字式组件进行设计,不但控制单元内组件数目从1000个锐减到140个,而且有造价降低、可靠性大幅提升与运算速度明显加快的三大优势。
两家德国车厂奔驰与宝马于1978年底决定将ABS2这项高科技系统装置在S级及7系列车款上。
在诞生的前3年中,ABS系统都苦于成本过于高昂而无法开拓市场。
从1978年到1980年底,Bosch公司总共才售出24000套ABS系统。
所幸第二年即成长到76000套。
受到市场上的正面响应,Bosch开始TCS循迹控制系统的研发计划。
1983年推出的ABS2S系统重量由5.5公斤减轻到4.3公斤,控制组件也减少到70个。
到了1985年代中期,全球新出厂车辆安装ABS系统的比例首次超过1%,通用车厂也决定把ABS列为旗下主力雪佛兰车系的标准配备。
1986年是一个值得纪念的年份,Bosch公司庆祝售出第100万套ABS系统,随着ABS系统的单价逐渐降低,搭载ABS系统的新车数目于1988年突破了爆炸性成长的临界点,开始飞快成长,当年Bosch的ABS系统年度销售量首次突破300万套。
技术上的突破让Bosch在1989年推出的ABS2E系统首次将原先分离于引擎室(液压驱动组件)与中控台(电子控制组件)内,必须依赖复杂线路连接的设计更改为“两组件整合为一”设计!
ABS2E系统也是历史上第一个舍弃集成电路,改以一个8k字节运算速度的微处理器(CPU)负责所有控制工作的ABS系统,再度写下了新的里程碑。
该年保时捷车厂正式宣布全车系都已安装了ABS,3年后(1992年)奔驰车厂也决定紧跟保时捷的脚步。
1990年代前半期ABS系统逐渐开始普及于量产车款。
Bosch在1993年推出ABS2E的改良版:
ABS5.0系统,除了体积更小、重量更轻外,ABS5.0装置了运算速度加倍(16k字节)的处理器,该公司也在同年年中庆祝售出第1000万套ABS系统。
Bosch车厂于2003年庆祝售出超过一亿套ABS系统,根据ACEA(欧洲车辆制造协会)的调查,今天每一辆欧洲大陆境内所生产的新车都搭载了ABS系统,全世界也有超过60%的新车拥有此项装置【3】。
2.3我国的ABS现状
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【4】。
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。
3ABS的基本知识
3.1ABS的结构
图3-1ABS系统的组成(分置式)
1.前轮速度传感器2.制动压力调节装置3.ABS电控单元4.ABS警告灯5.后轮速度传感器6.停车灯开关7.制动主缸8.比例阀配阀9.制动轮缸10.蓄电池11.点火开关
3.2ABS的工作原理
当点火开关接通(ON)时,ABS保护继电器的电磁线圈中就会有电流流过,系统进入自检状态。
经过短暂的自检后,如果发现系统中存在影响其正常工作的故障,会保持其自检时的工作状态,即关闭ABS系统。
此时压力调节器中各电磁阀的电磁线圈均不通电,各电磁阀均保持在制动压力增大状态,汽车恢复常规制动状态工作。
经过自检,未发现影响系统正常工作的故障,ABS就进入等待工作状态。
汽车行驶过程中,各轮速传感器连续地向ABS电脑输入各车轮的轮速信号。
当车速超过8km/h后,如果驾驶员踩下制动踏板进行制动时,制动灯开关闭合,蓄电池给ABS电脑一个电压信号。
ABS电脑收到蓄电池电压信号后,就判定汽车进入制动状态。
它将根据轮速传感器输入的信息,对四个车轮的运动状态进行分析判断【5】。
在制动过程中,各车轮制动未出现趋于抱死时,ABS不工作,此时制动过程与常规制动过程完全相同。
在制动过程中,当ABS电脑判定有车轮制动趋于抱死时,就开始对相应的控制通道进行防抱死控制,将车轮滑移率控制在最佳范围之间,直至汽车速度很低或停止。
在制动过程中,如果汽车为高速急转弯,当汽车的横向加速度达到一定值时,横向加速度开关中的一对触点就会断开,ABS电脑不再有蓄电池电压信号,ABS电脑由此判定汽车横向加速度已超过设定的界限值,就会对其防抱死控制过程进行修正,使ABS更为有效地工作。
3.3ABS的作用
汽车防抱死系统(ABS)是在传统制动系统的基础上采用电子控制技术,在制
动时防止车轮抱死的一种机电一体化系统。
紧急制动时,它根据车轮的运动状态,首先由轮速传感器测出与车轮共同旋转的传感齿圈的旋转齿数,从而得到与车轮转速成正比的交流电压信号轮速传感器的交流电压信号被送入电子控制器,由电子控制器中的运算单元算出车轮速度,滑移率及车轮的加减速度后再由电子控制器中的控制单元对这些信号加以分析后,给压力调节器出制动压力控制指令。
压力调节器均安装在制动传动系系统的制动总泵(总阀)与制动分泵(制动气室)之间。
接受到电子控制器的指令后,由压力调节器中的电磁阀控制压力的增减,从而调节制动器制动力矩使之与地面附着状况相适应,防止制动车轮被抱死。
电子控制器还有监控单元,其作用是对ABS的其它部件的功能进行监测。
当这些部件发生异常时,由指示灯给驾驶员报警并使ABS系统停止工作,恢复到常规制动方式。
传统的汽车制动系统的功能是使行驶的汽车车轮受制动力矩的作用使车辆停止。
在大多数情况下往往要抱死车轮,在这种状态下除造成车轮轮胎的严重磨损外由于车轮与道路的附着力下降(冰雪及湿滑路面此时的附着力可能降至零)若前轮抱死会使车辆丧失转向能力,而后轮抱死会产生侧滑使车辆丧失稳定性,这两种状态都容易导致事故的发生。
汽车制动防抱死系统(ABS)就针对这两种状态改变传统的制动控制方式在紧急制动时(甚至在附着系数小于0.1的冰雪路面上)不会产生车轮抱死,并使车轮处于最佳的制动状态。
缩短制动距离,获得稳定的制动性能。
反应迅速的压力调节装置提高了制动的舒适性,减少轮胎的磨损(提高使用经济性)。
汽车在行驶过程中,如果没有ABS,汽车在紧急制动时,四个车轮被完全死,这时汽车只要在轻微侧向力作用下就会发生侧滑,汽车急剧摆动,甚至完全调头;而更加危险的是,当汽车行驶在弯道时,由于前轮抱死,汽车将丧失转向能力,这时转动方向盘虽然也能带动前轮转向,但由于车轮缺乏附着力而使汽车无法转向,将沿着惯性方向滑行,直至遇到障碍或惯性减小到一定程度才停止。
在某些恶劣路况下,诸如路面湿滑或有冰雪,车轮抱死是很难保证汽车行车安全的。
另外,由于制动时车轮抱死,从而导致局部急剧摩擦,将会大大降低轮胎使用寿命,有了ABS就可以通过控制制动气室的压力(或刹车油压的收放),来达到对车轮抱死的控制。
当车轮制动时,安装在车轮上的传感器立即能感知车轮是否抱死,并将信号传给电脑,电脑会马上降低被抱死车轮的制动力,车轮又继续转动,转动到一定程度,电脑又施加制动,保证车轮既受到制动又不致抱死,这样不断重复,直至汽车完全停下来【6】。
电脑能在一秒钟之间对车轮进行高达数百次的检测,并同时对制动系统进行数十次的操纵,在“抱死一松开一抱死一松开”循环工作过程中,使车辆始终处于临界抱死的间隙滚动状态。
因此,安装ABS的汽车能显著改善汽车的制动性,具备一定的转向避让能力。
4ABS主要元件及相关零件的检修
4.1驱动器的检修
4.1.1驱动器的车上检查
(1)接上手持式检测仪(图4-1),起动发动机并保持怠速运转,选择ACTIVETEST模式【7】。
图4-1连接手持式检测仪
(2)检查ABS油泵电机的工作性能
当ABS油泵电机继电器被仪器接通时,可听到ABS油泵电机的动作声。
注意ABS油泵电机继电器接通(ON)的时间不得超过5s钟。
如继续工作,需要间隔20s以上。
如不能听到动作声,更换ABS驱动器。
最后将ABS油泵电机继电器关闭。
(3)检查右前轮螺线管,踏下制动踏板,保持15s,检查制动踏板应不会再进一步下沉。
当通过手握检测仪将ABS油泵电机继电器接通检查制动踏板时制动踏板应不会振动。
如制动踏板有振动,更换ABS驱动器,这是因为减速螺旋管密封不良。
最后应关闭ABS油泵电机继电器。
踏下制动踏板。
当使用手持式检测仪将SFRH及SFRR螺线管接通时检查制动踏板应不会下沉。
如果制动踏板下沉,更换ABS驱动器,因为保持螺线管工作不良。
(为了保护螺线管,手持式检测仪打开的同时,自动断开2s。
)
当螺线管断电时,制动踏板下沉。
如不下沉,则应更换ABS驱动器,因减速螺线管阀工作不良。
当ASR油泵电机继电器接通时,检查制动踏板回位。
(4)检查其他车轮的螺线管工作性能,按检查右前轮ABS油泵电机的过程检查其他车轮。
其中:
左前轮对应SFLH及SFLR;右后轮对应SRRH及SRRR;左后轮对应SRLH及SRLR。
检查时注意当减速螺线管单独接通或ABSECU复位时不要踏下制动踏板。
(5)清除DTC。
4.1.2ABS驱动器的拆卸
ABS驱动器的分解见图4-2所示。
图4-2ABS驱动器零件分解图
(1)从ABS驱动器上拆下接头。
(2)拆下蓄电池。
(3)拆下发动机舱保险盒螺母,将保险盒移开。
(4)使用专用工具从ABS驱动器上拆下6根制动管,如图4-3所示。
制动管紧固力矩为15N·m。
图4-3拆卸制动管
(5)拆下3个螺栓及ABS驱动器总成。
(6)从一号支架上拆下3个螺母及ABS驱动器,从ABS驱动器上拆下3个固定器【8】。
4.1.3ABS驱动器的安装
按拆卸的相反顺序进行安装。
安装后,添加制动液并进行放气操作。
最后检查图4-4箭头所示区域是否有泄漏。
如有,排除泄漏故障。
图4-4检查泄漏部位
4.2前轮速度传感器的检修
前轮速度传感器的零部件见图4-5所示。
图4-5前轮速度传感器部件
1.前轮速度传感器的拆卸
(1)拆下前轮速度传感器的导线接头。
(2)拆下前轮。
(3)拆下两个夹紧螺栓(力矩:
8.0N·m)及线束卡子,从转向节上拆下螺栓(力矩:
8.0N·m)及前轮速度传感器【9】。
如图4-6所示。
图4-6拆卸前轮速度传感器
2.前轮速度传感器的安装
按拆卸的相反顺序进行安装,安装完毕后,检查前轮速度传感器信号。
4.3前轮制动器的维修
4.3.1前制动片结构
前制动片的零部件见图4-7所示。
图4-7前制动片分解图
4.3.2前制动片的更换
(1)拆下前轮。
(2)通过检查孔检查制动片的厚度,如图4-8所示。
如果厚度小于1.0mm,则应更换制动片。
图4-8检查制动片厚度
(3)固定导套,松开并拆下安装螺栓。
提起制动钳,安装支撑柱。
注意不要从制动钳上拆下制动软管。
(4)连同防音片一同拆下制动片,如图4-9所示。
图4-9拆下制动片
(5)拆下来两个制动片支架片。
特别提醒:
如果支架片本身有足够弹性,无磨损变形,清理后可重复使用。
(6)检查盘的厚度及跳度。
(7)安装两个支架片。
(8)在防音片上涂上润滑脂(不允许油脂接触到制动盘片表面),在外制动片上安装2个防音片,在内制动片上装防音片,将制动片磨损警告片朝上安装内片,最后安装外片。
(9)从贮液罐中放出少量制动液,使用锤子把或类似物压进活塞。
如活塞压入困难可先松开放气螺塞,在压入时放出一些制动液。
安装制动钳,固定导套,安装固定螺栓(拧紧力矩为34N·m)【10】,如图4-10所示。
图4-10安装钳体
(10)安装前轮。
(11)检查制动液液面是否正常,不足时加足制动液。
4.3.3前制动钳结构
前制动钳的零部件见图4-11所示。
图4-11前制动钳分解图
4.3.4前制动钳的拆卸
(1)拆下前轮,临时使用轮毂螺母(力矩:
103N·m)固定制动盘。
(2)拆下连接螺栓及垫片,拆下制动软管。
并使用容器盛放流出的制动液。
安装时将柔韧的制动软管可靠的套入制动钳体的锁孔中。
(3)固定滑销,松开2个安装螺栓(力矩:
25N·m)。
从力矩板上拆下制动钳。
(4)连同防音片拆下制动钳。
(5)拆下制动片的2个支撑片。
4.3.5前制动钳的解体
(1)使用改锥拆掉装置簧及防尘套,如图4-12所示。
图4-12拆卸装置簧
(2)在活塞与制动钳体间放一块布,使用压缩空气拆下活塞,如图4-13所示。
注意当使用压缩空气时不要将手指放在活塞前面。
图4-13拆卸活塞
(3)使用改锥拆下活塞密封,如图4-14所示。
图4-14拆卸活塞密封
4.3.6前轮制动器的检查
(1)使用尺子测量前轮制动片厚度,如图4-15所示。
前轮制动片标准厚度为11.0mm,最小为1.0mm。
如有不规则或严重磨损或厚度小于最小值,则更换前轮制动片。
图4-15测量前轮制动片内层厚度
(2)使用千分尺测量制动盘的厚度,如图4-16所示。
制动盘的标准厚度为18.0mm,最小为16.0mm。
如制动盘的厚度小于最小值,则应更换制动盘。
如严重磨损则应在车床上加工或更换。
图4-16测量制动盘厚度
(3)使用百分表在距离制动盘边10mm处测量制动盘的跳动量,如图4-17所示。
制动盘的跳动量最大值为0.05mm。
如果制动盘的跳动量大于0.05mm,则检查轴承间隙。
如间隙正常,调整制动盘跳动量或进行磨削加工。
图4-17测量制动盘的跳动
(4)调整制动盘跳动。
从转向节上拆下2个安装螺母和力矩板,拆下轮毂螺母和制动盘,将制动盘转动1/4周,重新装上并紧固(力矩为88N·m)。
再测量一次制动盘的跳动量,如图4-18所示。
做好标记重复上一步。
如测得的制动盘跳动量的值小于0.05mm,则将制动盘装于此位置。
如测量的制动盘跳动量的值大于0.05mm,则更换制动盘并重新测量和调整制动盘的跳动量。
最后安装力矩板并用2个安装螺栓固定(拧紧力矩为88N·m)。
图4-18调整制动盘跳动量
4.4后轮速度传感器的检修
后轮速度传感器的部件见图4-19所示。
图4-19后轮速度传感器部件
1.后轮速度传感器的拆卸
(1)拆下
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