汽车差速器的结构设计毕业论文

发动机动力输出是需经过一系列的传动机构才传递到驱动轮的，其中非常重要的一环就是差速器了。差速器是如何实现差速的?本期文章将对差速器的结构原理进行解析。为什么要用差速器?汽车在转弯时，车轮做的是圆弧的运动，那么外侧车轮的转速必然要高于内侧车轮的转速，存在一定的速度差，在驱动轮上会造成相互干涉的现象。由于非驱动轮左右两侧的轮子是相互独立的，互不干涉。驱动轮如果直接通过一根轴刚性连接的话，两侧轮子的转速必然会相同。那么在过弯时，内外两侧车轮就会发生干涉的现象，会导致汽车转弯困难，所以现在汽车的驱动桥上都会安装差速器。布置在前驱动桥(前驱汽车)和后驱动桥(后驱汽车)的差速器，可分别称为前差速器和后差速器，如安装在四驱汽车的中间传动轴上，来调节前后轮的转速，则称为中央差速器。差速器是如何工作的一般的差速器主要是由两个侧齿轮(通过半轴与车轮相连)、两个行星齿轮(行星架与环形齿轮连接)、一个环形齿轮(动力输入轴相连)。那差速器是怎样工作的呢?传动轴传过来的动力通过主动齿轮传递到环齿轮上，环齿轮带动行星齿轮轴一起旋转，同时带动侧齿轮转动，从而推动驱动轮前进。当车辆直线行驶时，左右两个轮受到的阻力一样，行星齿轮不自转，把动力传递到两个半轴上，这时左右车轮转速一样(相当于刚性连接)。当车辆转弯时，左右车轮受到的阻力不一样，行星齿轮绕着半轴转动并同时自转，从而吸收阻力差，使车轮能够与不同的速度旋转，保证汽车顺利过弯。如果对于差速器的工作原理还不够明白，可观看下面这个讲解差速器原理的视频，非常经典有趣。为何又要把差速器锁死?了解差速器的原理后就不难理解，如果当某一侧车轮的阻力为0(如车轮打滑)，那么另一侧车轮的阻力相对于车轮打滑的一侧来说太大了，行星齿轮只能跟着壳体一起绕着半轴齿轮公转，同时自身还会自转。这样的话就会把动力全部传递到打滑的那一侧车轮，车轮就只能原地不动了。所以为了应付差速器这一弱点，就会在差速器采用限滑或锁死的方法，在汽车驱动轮失去附着力时减弱或让差速器失去差速作用，是左右两侧驱动轮都可以得到相同的扭矩。什么是限滑差速器?为了防止车轮打滑而无法脱困的弱点，差速器锁应用而生。但是差速器的锁死装置在分离和接合时会影响汽车行驶的稳定性。而限滑差速器(LSD)启动柔和，有较好的驾驶稳定性和舒适性，不少城市SUV和四驱轿车都采用限滑差速器。限滑差速器主要通过摩擦片来实现动力的分配。其壳体内有多片离合器，一旦某组车轮打滑，利用车轮差的作用，会自动把部分动力传递到没有打滑的车轮，从而摆脱困境。不过在长时间重负荷、高强度越野时，会影响它的可靠性。托森差速器是如何工作?跟前面说的环形齿轮结构的差速器不同的是，托森差速器内部为蜗轮蜗杆行星齿轮结构。托森差速器一般在四驱汽车上作为中央差速用。它的工作是纯机械的而无需任何电子系统介入，基本原理是利用蜗轮蜗杆的单向传动(运动只能从蜗杆传递到蜗轮，反之发生自锁)特性，因此比电子液压控制的中央差速系统能更及时可靠地调节前后扭矩分配。四轮驱动汽车有什么特点?四轮驱动，顾名思义就是采用四个车轮作为驱动轮，简称四驱。(英文是4 Wheel Drive，简称4WD)。四轮驱动汽车有两大优势，一是提高通过性，二是提高主动安全性。由于四驱汽车，四个轮子都可以驱动汽车，如果在一些复杂路段出现前轮或后轮打滑时，另外两个轮子还可以继续驱动汽车行驶，不至于无法动弹。特别是在冰雪或湿滑路面行驶时，更不容易出现打滑现象，比一般的两驱车更稳定。分时四驱是什么?分时四驱可以简单理解为根据不同路况驾驶员可以手动切换两驱或四驱模式。如在湿滑草地、泥泞、沙漠等复杂路况行驶时，可切换至四驱模式，提高车辆通过性。如在公路上行驶，可切换至两驱模式，避免转向时车辆转向时发生干涉现象，减低油耗等。适时四驱又是怎样的?适时四驱就是根据车辆的行驶路况，系统会自动切换为两驱或四驱模式，是不需要人为控制的。适时驱动汽车其实跟驾驶两驱汽车没太大的区别，操控简便，而且油耗相对较低，广泛应用于一些城市SUV或轿车上。适时四驱车的传动系统中，只需从前驱动桥引一根传动轴，并通过一个多片耦合器连接到后桥。当主驱动轮失去抓地力(打滑)后，另外的驱动轮才会被动介入，所以它的响应速度较慢。相对来说，适时四驱车的主动安全性不如全时驱动车高。全时四驱?全时四驱就是指汽车的四个车轮时时刻刻都能提供驱动力。因为是时时四驱，没有了两驱和四驱之间切换的响应时间，主动安全性更好，不过相对于适时四驱来说，油耗较高。全时四驱汽车传动系统中，设置了一个中央差速器。发动机动力先传递到中央差速器，将动力分配到前后驱动桥。

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第2章主减速器的结构设计过程 设计方案的确定 主减速比的计算主减速比对于主减速器的结构形式、轮廓尺寸、质量大小以及当变速器处于最高单位时汽车的动力性和燃料经济性都有直接影响。 的选择应在汽车总体设计时和传动系统的总传动比一起由则和那个车动力计算来确定。可利用在不同的功率平衡图来计算对汽车动力性的影响。通过优化设计，对发动机与传动系参数作最佳匹配的方法来选择 值，可是汽车获得最佳的动力性和燃料经济性。 为了得到足够的功率儿使得最高车速稍微有所下降，一般选的比最小值大10%~25%，即按照下是选择：i =()=() 2400/(80 1 1 )=式中：r ——车轮的滚动半径 i ——变速器最高档传动比（为直接档） i ——分动器或动力器的最高档传动比 i ——轮边减速器的传动比 主减速器结构方案的确定（1）双曲面齿轮具有一系列的优点，因此比螺旋齿轮应用更加广泛。本次设计也采用双曲面齿轮。 （2）主减速器主动锥齿轮的支撑形式及其安装方式的选择，本次设计用：主动锥齿轮：悬臂式支撑（圆锥滚子轴承） 从动锥齿轮：跨置式支撑（圆锥滚子轴承） （3）从动锥齿轮的支撑方式和安装方式的选择 从动锥齿轮的两端支撑多采用圆锥滚子轴承，安装时应使它们的圆锥滚子大端相向朝内，而小端相向外。为了防止从动锥齿轮在轴向载荷作用下的偏移，圆锥滚子轴承应用两端的调整螺母调整。主减速器从动锥齿轮采用无辐式结构并采用细牙螺钉以精度较高的紧配固定在差速器壳的凸缘上。（4）主减速器的轴承预紧及齿轮啮合调整 支撑主减速器的圆锥滚子轴承需要预紧以消除安装的原始间隙、磨合期间该间隙的增大及增加支撑刚度。分析可知，当轴向力于弹簧变形呈线性关系时，预紧使轴向位移减小至原来的1/2。预紧力虽然可以增大支撑刚度，改善齿轮的啮合和轴承工作条件，但当预紧力超过某一个理想值时，轴承寿命会急剧下降。主减速器轴承的预紧值可以取为发动机最大转矩时换算做得轴向力的30%。主动锥齿轮轴承预紧度的调整采用波形套筒，从动齿轮轴承预紧度的调整采用调整螺母。（5）主减速器的减速形式 主减速器的减速形式分为单级减速、双级减速、单级贯通、双级贯通、主减速及其轮边减速等。减速形式的选择与汽车的类别及使用条件有关，有时也与制造厂的产品系列及其制造条件有关，但是它主要取决于由动力性、经济性等整车性能所要求得主减速比的大小及其驱动桥下的离地间隙、驱动桥的数目及其布置形式等。通常主减速比不大于的各种中小汽车上。 主减速器的基本参数选择与设计计算 主减速器齿轮载荷的计算通常是将发动机最大转矩配以传动系最低档位传动比时和驱动车轮打滑两种情况作用下主减速器从动齿轮上的转矩(T ，T )较小者，作为载货汽车计算中用以验算主减速器从动齿轮最大应力的计算载荷。即式中：T ——发动机最大转矩1070N*M i ——由发动机所计算的主减速器从动齿轮之间的传动系最低档传动比根据同类型的车型的变速器传动比选择i =式中： ——上述传动部分的效率，取 = k ——超载系数，取k = n——驱动桥数目2 G ——汽车满载时驱动桥给水平地面的最大负荷，N；但是后桥来说还应该考虑到汽车加速时负荷增大值，但是可以取 ，i ——分别为由所计算的主减速器从动齿轮到驱动轮之间的传动效率和减速比，分别是和由式（2—1）,式（2—2）求得的计算载荷，是最大转矩而不是正常持续转矩，不能用它作为疲劳损坏依据。对于公路车辆来说，使用条件较非公路车辆稳定，其正常持续转矩是根据所谓平均牵引力的值来确定的，即是主减速器的平均计算转矩为式中：G ——汽车满载总重32000 G ——所牵引的挂车满载总重，N，仅用于牵引车取G =0 f ——道路滚动阻力系数，货车通常取， f ——汽车正常使用时的平均爬坡能力系数。货车通常取，可以取f = f ——汽车性能系数当 主减速器齿轮参数的选择z （1）齿数的选择 对于单级主减速器，i 6时，z 的最小值可以取为5，但是为了啮合平稳及提高疲劳强度，z 最好大于5.当i 较小时，z 可以取7~12，但是这时常常会因为主动齿轮、从动齿轮的尺寸太大而不能保证所要求桥下离地间隙为了磨合均匀，主动齿轮、从动齿轮的齿数之间应避免有公约数；为了得到理想的齿面重叠系数，其齿数之和对于载货汽车应不少于40.多以取为z 17 ，z2为38.（2）节圆直径的选择 根据从动锥齿轮大的计算转矩（见式2—2，式2—3）并取两者中较小的一个为计算依据，按照经验公示选出： 式中：K ——直径系数，取K =13~16 T ——计算转矩，N*M，取T =T =*M计算得，d =,考虑到此车是重型载重卡车，其经常工作在超载的情况下，初取d =286mm。 （3）齿轮断面模数的选择 d 选定后，可以按式m= 算出从动齿轮大端模数，m=5,并用下式校核 （4）齿面宽的选择 汽车主减速器螺旋锥齿轮齿面宽度推荐为：F= =,考虑其超载情况，可初取F=60mm。（5）双齿面齿轮的偏移距E 轿车、轻型客车和轻型载货汽车主减速器的E值，不应超过从动齿轮节锥距A 的40%(接近于从动齿轮节圆直径d 的20%)；传动比则E也越大，大传动比的双曲面齿轮传动，偏移距E可达到从动齿轮节圆直径d 的20%-30%。当E大于d 的20%时，应检查是否发生根切。（6）双曲面齿轮的偏移方向 由从动齿轮的锥顶向其齿面看去并使主动齿轮右侧，这时如果主动齿轮在从动齿轮下方时为下偏移。下偏移时主动齿轮的旋转方向为左旋，从动齿轮为右旋。（7）螺旋锥齿轮与双曲面齿轮的螺旋方向 对着齿面看去，如果齿轮的弯曲方向从其小端到大端为顺时针走向时则称为右旋齿，反时针时则成为左旋齿。主从动齿轮螺旋方向是不同的。螺旋锥齿轮与双曲面齿轮在传动时所产生的轴向力，其方向决定于齿轮的螺旋方向和旋转方向。判断齿轮的旋转方向是顺时针还是逆时针时，要向齿轮背面看去。所以主动齿轮螺旋方向是左旋，旋转方向是顺时针。（8）螺旋角的选择 双曲面齿轮传动，由于有了偏移距而使主从动齿轮的名义螺旋角不等，且主动齿轮的大，而从动齿轮的小。螺旋角应满足足够大以使m =.。因越大就越平稳噪声就越低。螺旋角过大时会引起轴向力也越大因此有一个适当的范围。 “格里森”制推荐用下式，近似的预选为主动齿轮螺旋角的名义值式中： ——主动齿轮名义（中点）螺旋角的预选值 预选 后尚需要用刀号来加以校正。首先要求出近似刀号近似刀号=式中 ， ——主、从动齿轮的齿根角，以“分”表示。 按照近似刀号选取与其最接近的标准刀号（计有：然后按照选定的标准刀号反着算螺旋角 ：式中 标准刀号为3 最后选用的 与 之差不得超过5. （9）齿轮法向压力角的选择 格里森规定载货汽车和重型汽车则应该分别选用20 和22 30 的发向压力角，对于双曲面齿轮，由于其主动齿轮轮齿的法相压力角不等，因此应按照平均压力角考虑，载货汽车选用22 30 的平均压力角。（10）铣刀盘名义直径2r 的选择 按照从动齿轮节圆直径d 选取刀盘名义直径r =。 主减速器双曲面齿轮的几何尺寸计算与强度计算有附录1计算（1） 主减速器圆弧齿双曲面齿轮的几何尺寸计算 双重收缩齿的优点在于能够提高小齿轮粗切工序。双重收缩齿的齿轮参数，其大、小齿轮根锥角的选定是考虑到用一把使用上最大的刀顶距地粗切刀，切出沿着齿面宽的方向正确的吃后收缩来。当打齿轮直径大于刀盘半径时采用这种方法是最好的。圆弧齿双面齿轮的这一计算方法适用于轴交角为90 的所有传动比，但是应该使z 6 , z + z 40。此计算方法限制用于格里森刀盘切齿。对于大齿轮直径超过650mm或小齿轮轴线偏移距E大于100mm时候，必须另行考虑。由附录双曲面齿轮计算用表第65项求的的齿轮线曲率半径 r 与第7项选定的刀盘半径r 的1%。否则需要重新计算20项至65项。如果r r ,则应增加tan 的数值。修正量是根据曲率半径的差值来选出的。若无特殊考虑，则第二次计算可以求得tan 改变10%。如果第二次计算得出的r 新值仍不接近r ，就要进行第三次计算，通常也是最后一次计算，可用下式tan ：（2） 主减速器双曲面齿轮的强度计算1. 单位齿长的圆周力p=式中 p——单位齿长上的圆周力，N/mmP——作用在齿轮上的圆周力，N，按照发动机最大转T 最大附着力矩两种载荷工况进行计算按照发动机最大转矩计算时：I档时候p=<(p) =1429N/mm直接档位时p=*mm<(p) =250 N/mm按照最大附着力矩计算时可知，校核成功。2．轮齿的弯曲强弯曲计算用综合系数J度计算。汽车主减速器双曲面齿轮轮齿的计算弯曲应力 (N/mm )为式中 K ——超载系数； K ——尺寸系数K ＝ K ——载荷分配系数 K ——质量系数，对于汽车驱动桥齿轮，档齿轮接触良好、节及径想跳动精度高时，取1 J——计算弯曲应力用的综合系数，见图3— = J = T 作用下：从动齿轮上的应力 =<700MPa； T 作用下：从动齿轮上的应力 =<;当计算主动齿轮时， 与从动相当，而J

ABS（Anti-locked Braking System）防抱死制动系统，它是一种具有防滑、防锁死等优点的汽车安全控制系统，现代汽车上大量安装防抱死制动系统，ABS既有普通制动系统的制动功能，又能防止车轮锁死，使汽车在制动状态下仍能转向，保证汽车的制动方向稳定性，防止产生侧滑和跑偏，是目前汽车上最先进、制动效果最佳的制动装置。ABS系统主要由传感器、电子控制装置和执行器三个部分组成。表1 ABS系统各组成部件的功能 组成元件功能传感器车速传感器检测车速，给ECU提供车速信号，用于滑移率控制方式轮速传感器检测车轮速度，给ECU提供轮速信号，各种控制方式均采用减速传感器检测制动时汽车的减速度，识别是否是冰雪等易滑路面，只用于四轮驱动控制系统执行器制动压力调节器接受ECU的指令，通过电磁阀的动作实现制动系统压力的增加、保持和降低液压泵受ECU控制，在可变容积式制动压力调节器的控制油路中建立控制油压；在循环式制动压力调节器调节压力降低的过程中，将由轮缸流出的制动液经蓄能器泵回主缸，以防止ABS工作时制动踏板行程发生变化。ABS警告灯ABS出现故障时，由EUC控制将其点亮，向驾驶员发出报警，并由ECU控制闪烁显示故障代码ECU接受车速、轮速、减速等传感器的信号，计算出车速、轮速、滑移率和车轮的减速度、加速度，并将这些信号加以分析、判别、放大，由输出级输出控制指令，控制各种执行器工作二、电子控制系统2．1传感器的结构型式与工作原理(一) 转速传感器齿圈与轮速传感器是一组的，当齿圈转动时，轮速传感器感应交流信号，输出到ABS电脑，提供轮速信号。轮速传感器通常安装在差速器、变速器输出轴、各车轮轮轴上。轮速传感器在车轮上的安装位置轮速传感器是由传感头和齿圈等组成。(二) 横向加速度传感器有一些ABS系统中装有横向加速度传感器，因里面主要开关触点组成，因而一般称为横向加速度开关。外形如图1所示。横向加速度低于限定值时，两触点都处于闭合状态，插头两端子通过开关内部构成回路，当汽车在高速急转弯过程中，横向加速度超过限定值时，开关中的一对触点在自身惯性力的作用下处于开启状态，插头两端子之间在开关内部形成断路，此信号输入ECU后可对制动防抱死控制指令进行修正，以便有效地调节左右车轮制动轮缸的液压，使ABS更有效地工作。此装置在较高级的轿车和跑车上采用较多。图1(三) 减速度传感器目前，在一些四轮驱动的汽车上，还装有汽车减速度传感器，又称G传感器。其作用是在汽车制动时，获得汽车减速度信号。因为汽车在高附着系数路面上制动时，汽车减速度大，在低附着系数路面上制动时，汽车减速度小，因而该信号送入ECU后，可以对路面进行区别，判断路面附着系数高低情况。当判定汽车行驶在雪地、结冰路等易打滑的路面上时，采取相应控制措施，以提高制动性能。减速度传感器有光电式、水银式、差动式变压式等。A．光电式减速度传感器汽车匀速行驶时，透光板静止不动。当汽车减速度时，透光板则随着减速度的变化沿汽车的纵轴方向摆动。减速度越大，透光板摆动位置越高，由于透光板的位置不同，允许发光二极管传送到光电晶体管的光线不同，使光电晶体管形成开和关两种状态。两个发光二极管和两个光电晶体管组合作用，可将汽车的减速度区分为四个等级，此信号送入电子控制器就能感知路面附着系数情况。B．水银式减速度传感器水银式减速度传感器的基本结构如图所示，由玻璃管和水银组成。在低附着系数路面时汽车减速度小，水银在玻璃管内基本不动，开关在玻璃管内处于接通（ON）状态。在高附着系数路面上制动时，汽车减速度大，水银在玻璃管内由于惯性作用前移，使玻璃管内的电路开关断开（OFF），如图2所示，此信号送入ECU就能感知路面附着系数情况。图2水银式汽车减速度传感器，不仅在前进方向起作用，在后退方向也能送出减速度信号。C．差动变压式减速度传感器2．2电子控制模块（电脑）的结构与工作原理ABS系统电子控制部分可分为电子控制器（ECU）、ABS控制模块、ABS计算机等，以下简称ECU。�0�1 ECU的基本结构ECU由以下几个基本电路组成：1）轮速传感器的输入放大电路。2）运算电路。3）电磁阀控制电路。4）稳压电源、电源监控电路、故障反馈电路和继电器驱动电路。各电路的连接方式如图3至5所示图3图4图5a) 轮速传感器的输入放大电路安装在各车轮上的轮速传感器根据轮速输出交流信号，输入放大电路将交流信号放大成矩形波并整形后送往运算电路。 不同的ABS系统中轮速传感器的数量是不一样的。每个车轮都装轮速传感器时，需要四个传感器，输入放大电路也就要求有四个。当只在左右前轮和后轴差速器安装轮速传感器时，只需要三个传感器，输入放大电路也就成了三个。但是，要把后轮的一个信号当作左、右后轮的两个信号送往运算电路。b) 运算电路运算电路主要进行车轮线速度、初始速度、滑移率、加减速度的运算，以及电磁阀的开启控制运算和监控运算。初始速度、滑移率及加减速度运算电路把瞬间轮速加以积分，计算出初始速度，再把初始速度和瞬时线速度进行比较运算，则得出滑移率及加减速度。电磁阀开启控制运算电路根据滑移率和加减速度控制信号，对电磁阀控制电路输出减压、保压或增压的信号。c) 电磁阀控制电路接受来自运算电路的减压、保压或增压信号，控制通往电磁阀的电流。d) 稳压电源、电源监控电路、故障反馈电路和继电器驱动电路在蓄电池供给ECU内部所有5V稳压电压的同时，上述电路监控着12V和5V电压是否在规定范围内，并对轮速传感器输入放大器、运算电路和电磁阀控制电路的故障信号进行监视，控制着电磁阀电动机和电磁阀。出现故障信号时，关闭电磁阀，停止ABS工作，返回常规制动状态，同时仪表板上的ABS警报灯点亮，让驾驶员知道有故障情况发生。�0�1 安全保护电路ECU的安全保护电路具有故障状态外部显示功能。系统发生故障时，首先停止ABS工作，恢复常规制动状态，使仪表板上的ABS警报灯点亮，提示整个系统处于故障状态。现在的故障显示方法一般是通过ECU内部的发光二极管（LED）的闪烁、仪表板上的ABS警报灯的闪烁、或用专用的诊断装置加以显示。切断点火开关后故障显示内部消失，重新接通点火开关时若未发现故障，则认为系统正常，ABS可进行正常控制。具有专用诊断装置的ABS系统能够记忆故障内容，并能根据专用诊断装置的指令将记忆的故障编码，进行显示或消除。1．接通电源时的初始检查接通点火开关、ECU电源接通时，将检查下列项目。（1）微处理机功能检查①使监视器产生错误信息，让微处理机识别。②检查ROM区的数据，确认未发生变化。③对RAM区进行数据输入和输出，判断工作是否正常。④检查A/D转换的输入，判断是否正常。⑤检查微处理机间的信号传递，判断是否正常。（2）电磁阀动作检查使电磁阀产生动作，判断是否正常工作。（3）故障反馈电路功能检查由微处理机来识别故障反馈电路工作是否正常。2．汽车起步时的检查汽车起步时对重要的外围电路进行检查，若检查结果正常，ABS开始工作。（1）电磁阀功能检查①让电磁阀工作，判断是否正常。②比较各电磁阀的开、关电阻，判断电磁阀是否工作正常。（2）电动机动作检查使电动机运转，判断是否正常。（3）轮速传感器及输入放大电路的信号确认。确认所有的轮速传感器信号都能输入到微处理机。3．行驶中的定时检查（1）12V（载货车为24V）、5V电压监视识别供给的12V电压和5V内部电压是否为规定电压值。监视12V电压，并考虑ABS工作过程中电压瞬间下降和电动机起动时电压瞬间下降的情况，然后加以分析识别。（2）电磁阀动作监视ABS系统工作过程中，电磁阀必定动作，ECU随时监视电磁阀的工作情况。（3）运算电路中运算结果的对比检查 ECU内部通常设有二套运算电路，同时进行运算和传输数据，利用各自的运算结果相互比较、互相监视，能够确保可靠性，及早发现异常情况。另外，各种速度信号和输入、输出信号也在运算电路中相互比较，这些结果必须相同。（4）微处理机失控检查由监视电路判断微处理机工作是否正常。（5）脉冲信号的监视微处理机时钟信号的脉冲频率不能降低。（6）ROM数字的确定计算ROM数据之和，确认程序工作正常。4．自行诊断显示如果安全保护电路检查出有异常情况，则停止ABS系统的工作，返回原有的常规制动方式（不使用ABS），且ECU呈现故障状态。这时ECU内的发光二极管、ABS警报灯或专用诊断装置发出故障信号，ECU根据这些信号显示出故障码。汽车生产厂、汽车型号或ABS系统不同时，故障码也不一样。�0�1 ECU的工作原理ECU是ABS系统的控制中心，它的本质是微型数字计算机，一般是由两个微处理器和其他必要电路组成的、不可分解修理的整体单元，电脑的基本输入信号是四个轮速传感器送来的轮速信号，输出信号是：给液压控制单元的控制信号、输出的自诊断信号和输出给ABS故障指示灯的信号，如图所示：1．ECU的防抱死控制功能电子控制模块（电脑）有连续监测四个轮速传感器速度信号的功能。电脑连续地检测来自全部四个轮速传感器传来的脉冲电信号，并将它们处理、转换成和轮速成正比的数值，从这些数值中电脑可区别哪个车轮速度快，哪个车轮速度慢。电脑根据四个轮子的速度实施防抱死制动控制。电脑以四个轮子的传感器传来的数据作为控制基础，一旦判断出车轮将要抱死，它立刻就进入防抱死控制状态，向液压调节器输出幅值为12V的脉冲控制电压，以控制轮缸上油路的通、断。轮缸上油压的变化就调节了车轮上的制动力，使车轮不会因一直有较大的制动力而让车轮完全抱死（通与断的频率一般在3—12次/秒）。2．ECU的故障保护控制功能首先，电脑能对自身的工作进行监控。由于电脑中有两个微处理器，它们同时接受、处理相同的输入信号，用与系统中相关的状态——电脑的内部信号和产生的外部信号进行比较，看它们是否相同，从而对电脑本身进行校准。这种校准是连续的，如果不能同步，就说明电脑本身有问题，它会自动停止防抱死制动过程，而让普通制动系统照常工作。此时，修理人员必须对ABS系统（包括电脑）进行检测，以及时找出故障原因。图6是ABS系统电脑内部监控工作的简要图解。来自轮速传感器①的输入信号同时被送到电脑中的两个微处理器②和③，在它们的逻辑模块④中处理后，输出内部信号⑤（车轮速度信号）和外部信号⑥（给液压调节器的信号），然后根据这两种信号进行比较、校对。逻辑模块④产生的内部信号⑤被送到两个不同的比较器⑦和⑧中（每个处理器中有一个比较器），在那里进行比较，如果它们不相同，电脑将停止工作。微处理器②产生的外部信号⑥一路直接送到比较器⑦，另一路由液压调节器控制电路⑨经过反馈电路⑩送到比较器⑧。微处理器③产生的外部信号直接送到比较器⑦和⑧。通过比较器进行比较，如果外部信号不能同步，ABS系统电脑将要关闭防抱死制动系统。图6ABS系统电脑不仅能监视自己内部的工作过程，而且还能监视ABS系统中其他部件的工作情况。它可按程序向液压调节器的电路系统及电磁阀输送脉冲检查信号，在没有任何机械动作的情况下完成功能是否正常的检查。在ABS系统工作的过程中，电脑还能监视、判断轮速传感器送来的轮速信号是否正常。ABS系统出现故障，例如制动液损失、液压压力降低或车轮速度信号消失，电脑都会自动发出指令，让普通制动系统进入工作，而ABS系统停止工作。对某个车轮速度传感器损坏产生的信号输出，只要它在可接受的极限范围内，或由于较强的无线电高频干扰而使传感器发出超出极限的信号，电脑根据情况可能停止ABS系统的工作或让ABS系统继续工作。这里要强调的是，任何时候琥珀（黄）色ABS系统故障指示灯点亮不灭，就说明电脑已停止ABS系统的工作或检测到了系统的故障，驾驶员或用户一定要进行检修，如果处理不了，应及时送修理厂。2．3 ABS故障指示灯当有下列的异常现象被发现时，ABS控制电脑会使ABS故障指示灯点亮：① 泵油电动机作用的时间超过一定的时间。② 车辆已经行走超过30S，而忘记放开驻车制动。③ 未收到四轮中任何一轮的传感器信号。④ 电磁阀作用超过一定的时间或是检测到电磁阀断路。⑤ 发动机已经开始动作，或是车辆已经开动，未接收到电磁阀输出讯号。⑥ 当点火开关打开在I段时，ABS故障指示灯会点亮，如果没有异常现象，发动机起动后ABS故障指示灯就会熄灭。ABS系统有两个故障指示灯，一个是红色制动故障指示灯，另一个是琥珀色或黄色ABS故障指示灯，见图7所示。两个故障指示灯正常闪亮的情况为：当点火开关接通时，红色指示灯与琥珀色指示灯几乎同时点亮，红色指示灯亮的时间较短，琥珀色指示灯亮的时间较长一些（约3S）；发动机起动后，储能器要建立系统压力，两灯会再次点亮，时间可达十几秒钟；驻车制动时，红色指示灯也应亮。如果在上述情况下灯不亮，说明故障指示灯本身或线路有故障。图7红色指示灯故障常亮，说明制动液不足或储能器中的压力不足（低于14MPa），此时普通制动系统和ABS系统均不能正常工作；琥珀色ABS故障指示灯常亮，说明电控单元发现ABS系统有故障。三、液压控制系统3．3 循环式制动压力调节器的工作原理此种形式的制动压力调节器在制动主缸与轮缸之间串联一电磁阀，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，如图8所示。图中的储能器的功能是在减压过程中将从轮缸流经电磁阀的制动液暂时储存起来。回油液压泵也叫做再循环泵，其作用是将减压过程中从制动轮缸流进储能器的制动液泵回主缸。该系统的工作原理详述如下。图81．常规制动状态在常规制动过程中，ABS系统不工作，电磁线圈中无电流通过，电磁阀处与“升压”位置。此时制动主缸和轮缸状态如图9所示，由制动主缸来的制动液直接进入轮缸，轮缸压力随主缸压力而增减。此时回油液压泵也不工作。图92．保压状态当转速传感器发出抱死危险信号时，电控单元向电磁线圈输入一个较小的保持电流（约为最大工作电流的1/2），电磁阀处于“保持压力”位置，如图10所示。此时主缸、轮缸和回油孔相互隔离密封，轮缸中的制动压力保持一定。图103．减压状态如果在电控单元“保持压力”命令发出后，车轮仍有抱死的倾向，电控单元即向电磁线圈输入一最大工作电流，使电磁阀处于“减压”位置，此时电磁阀将轮缸与回油通道或储液室接通，轮缸中制动液经电磁阀流入储液室，轮缸压力下降，如图11所示。图114．增压状态当压力下降后车轮转速太快时，电控单元便切断通往电磁阀的电流，主缸和轮缸再次相通，主缸中的高压制动液再次进入轮缸（见图），使制动压力增加。制动时，上述过程反复进行，直到解除制动为止。3．2 可变容积式制动压力调节器的工作原理如图12所示是可变容积式制动压力调节器的基本原理图。它主要由电磁阀、控制活塞、液压泵、储能器等组成。其基本工作原理如下。图12常规制动时，电磁线圈6中无电流流过，电磁阀7将控制活塞14的工作腔与回油管路接通，控制活塞在强力弹簧的作用下被推至最左端，活塞顶端推杆将单向阀13打开，使制动主缸2与轮缸10的制动管路接通，制动主缸的制动液直接进入轮缸，轮缸压力随主缸压力而变化。这种状态是ABS工作之前或工作之后的常规制动工况。如上图。需要减压时，电控单元9向电磁线圈6输入一大电流时，电磁阀内的柱塞8在电磁力作用下克服弹簧作用力移到右边。如图13所示，将储能器3与控制活塞14的工作腔管路接通。制动液进入控制活塞工作腔推动活塞右移，单向阀13关闭，主缸2与轮缸10之间通路被切断。同时由于控制活塞的右移，使轮缸侧容积增大，制动压力减小。图13当电控单元9向电磁线圈6输入一较小电流时，由于电磁线圈的电磁力减小，柱塞8在弹簧力作用下左移至储能器、回油管及控制活塞工作腔管路相互关闭的位置，如图14所示。此时控制活塞左侧的液压保持一定，控制活塞在液压压力和强力弹簧弹力的作用下保持在一定位置，而此时单向阀13仍处于关闭状态，轮缸侧的容积也不发生变化，制动压力保持一定。图14需要增压时，电控单元9切断电磁线圈6中的电流，柱塞8回到左端的初始位置，如图12所示，控制活塞工作腔与回油管路接通，控制活塞左侧控制液压解除，控制活塞左移至最左端时，单向阀被打开，轮缸压力将随主缸的压力增大而增大。3．3 制动压力调节器的结构形式压力调节器总成（也叫ABS制动执行器、ABS液压控制总成）是在普通制动系统液压装置的基础上加装ABS制动压力调节器而成的。普通制动系统的液压装置一般包括制动助力器、双腔式制动主缸、储液室、制动轮缸和双液压管路等。ABS制动压力调节器装在制动主缸与轮缸之间，如果它与制动主缸装在一起，则称之为整体式制动压力调节器，否则就称为分离式制动压力调节器。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电动泵、储能器、主控制阀、电磁控制阀和一些控制开关等组成。实质上，ABS就是通过电磁控制阀体上的控制阀，控制轮缸上的液压，使之迅速变大或变小，从而实现了防抱死制动功能。ABS制动压力调节器总成基本上可分为三类：整体式，制动主缸与液压总成装成一体的，如图15所示；分离式，制动主缸与液压总成是分别独立的总成，如图16所示；真空式，仅控制后轮，并采真空液压控制，如图17所示。图15图16图173．4 电磁阀的结构形式及工作原理电磁控制阀是液压调节器的重要部件，由它完成对ABS系统各个车轮制动力的控制。ABS系统中都有一个或两个电磁阀，其中有若干对电磁控制阀，分别控制前、后轮的制动。常用的电磁阀有三位三通阀和二位二通阀等多种型式。三位三通电磁阀的内部结构图如图18所示，它主要由阀体、进油阀、卸压阀、单向阀、弹簧、无磁支撑环、电磁线圈等组成。滑动支架6的两端由无磁支撑环3导向。主弹簧13和副弹簧12相对布置，但主弹簧弹力大于副弹簧弹力。为了关闭进油阀5和打开卸压阀4，滑动支架有约的移动过程。无磁支撑环被压进阀体中，这样可迫使磁通在线圈中穿行时必须通过支架，并经工作气隙a穿出，以保证磁路有稳定的电磁特性。单向阀8与进油阀5并行设置，其作用是当解除制动时，单向阀打开，增加一个附加的、更大的由轮缸到主缸的出油通道，这样能使轮缸的压力迅速下降，即使在主弹簧断裂或支架被卡死的情况下也能使车轮制动器松开解除制动。图18该电磁阀工作过程如下：当电磁线圈中无电流通过时，由于主弹簧力大于副弹簧力，进油阀被打开，卸压阀关闭，制动主缸与轮缸油路接通，所以轮缸压力既能在没有ABS参与的常规条件下增加，也能在ABS系统工作的条件下增加。当向电磁线圈输入1/2最大工作电流时（保持电流），电磁力使支架向下移动一定距离将进油阀关闭。由于此时电磁力不足以克服两个弹簧的弹力，支架便保持在中间位置，卸压阀仍处于关闭状态。此时，三通道间相互密封，轮缸压力保持一定值。当电控单元向电磁线圈输入最大工作电流时，电磁力克服主、副两个弹簧的弹力使支架继续下移，将卸压阀打开，此时轮缸通过卸压阀与回油管相通，轮缸中制动流入回油管路，压力降低。如图19所示为一种常开式二位二通电磁阀的内部结构。当电磁线圈3中无电流通过时，在回位弹簧7的作用下，铁心12被推至限位杆9与缓冲垫圈11相抵触的位置。此时与铁心连在一起的顶杆10没有将球阀6顶靠在阀座5上，电磁阀的进油口A与出油口B相通，电磁阀处于开启状态。当电磁线圈中有一定的电流通过时，铁心在电磁吸力的作用下，克服弹簧力的作用，带动顶杆一起右移，顶杆将球顶靠在阀座上，电磁阀进油口与出油口之间的通道被封闭，电磁阀处于关闭状态。限压阀4的作用在于限制电磁阀的最高压力，以免压力过高导致电磁阀损坏。图19四、总结通过这次写论文让我了解了更多ABS系统的知识，特别是电子控制部分这一块。ABS系统就是要充分利用轮胎和地面的附着系数，使各个制动器产生尽可能大的制动力而又不会抱死，提高汽车制动能力，改善了操纵性和稳定性。在写论文时，我也查阅了许多的ABS相关的知识，它其实跟ASR（汽车防滑电子控制系统）有着同样的作用和原理，很多都是相关连的。通过查阅书籍，使我的视野更加的开阔了，也给即将毕业的我增加了一部分新的知识。