第十一章 防抱死制动系统（ABS ）
第一节 概 述
ABS 是汽车防抱死制动系统的英文缩写。这种安全系统可以在汽车制动过程中，自动控制和调节制动力的大小，防止车轮抱死，从而比较有效地消除制动过程中的侧滑、跑偏、丧失转向能力等非稳定状态，使车辆可以获得良好的制动性能、操纵性能和稳定性能。 丰田公司于1971年首次将ABS 安装在国内车辆上。当时，这一系统仅是控制后轮（两轮ABS ），目的是减少车辆在摩擦系数低的路面上制动时，方向稳定性的损失。后来对这一系统进行了改进，1983年推出了4轮的ABS 。
一、ABS 的工作原理
当车辆以匀速行驶时，车速和车轮速度是一样的，即轮胎没有打滑。但是，当驾驶员通过踩制动踏板使车速减慢时，车轮的速度逐渐减慢，不再与正在其本身惯性作用下行驶的车辆速度相一致，即轮胎与路面之间可能发生滑移（打滑）。
车速与车轮速度之差与车速的比值，称为滑移率。即：
打滑率=车速 车轮速度×100% 车速
打滑率为0％，反映车轮自由转动，毫无阻力。打滑率为100％，反映车轮完全抱死，轮胎在路面上滑移。
从图11-1中可以看出：制动力并不一定与滑移率成正比，而是当滑移率在10％~30％之间时最大。超过30%，制动力会逐渐减小。所以，为了使制动力保持最大，滑移率应控制在10％～30％之间。ABS 的设计目的，就是不论道路情况如何，都能使滑移率控制在10％~30％之间，从而保证车辆能获得最佳的制动性能。
图11-1 车辆制动力和转弯力与滑移率的变化关系
这里要强调的是，在不平整的路面上，或者在砂砾以及积雪的路面上，带有ABS 的车辆的制动距离会比没有ABS 的车辆的制动距离稍长。
二、ABS 的基本运作
ABS 系统的构成如图11-2所示，其基本运作如下：
图11-2 ABS 系统示意图
（1）在紧急制动情况下，车轮转速传感器检测车轮转速的任何突然变化。
（2）ABSECU （防抱死制动系统的电子控制元件）计算车轮速度及其变化，然后由此计算出车速，判断轮胎和道路情况，指示执行器给每个车轮提供最佳制动力。
（3）ABS 执行器根据来自ECU 的指令工作，减小或增大制动的液压力，或者视需要而保持制动液压力不变，以控制轮胎的最佳滑移率（10％～30％），避免车轮被抱死。 目前，丰田ABS 最常用的是三位置电磁阀型；另外还有将两位置电磁阀与量孔结合以控制液压型和用转向助力液压控制制动液压型。
第二节 系统的部件
图11-3是凌志LS400的ABS 部件配置图。对有TRC （牵引控制）的车辆，ABS 和TRC 一般共用一个ECU 。
图11-3 凌志LS400 ABS系统部件配置图
一、车轮转速传感器
前轮和后轮转速传感器为磁电式，由永久磁铁、线圈和传感器转子组成。前轮转速传感器安装在转向节上，后轮转速传感器安装在后桥壳上。锯齿形转子（传感器转子）安装在驱动轴或轮毂上，作为一个整体转动。
如图11-4所示，传感器转子的外缘上有细齿，当转子转动时，就产生频率与转子转速成正比例的交流电压。交流电压信号将车轮转速输送至ECU 。
图11-4 转速传感器及信号输出
二、ABS 执行器
1、ABS 执行器的结构
丰田汽车ABS 执行器因车型不同，其安装位置和制动管路的布置等均有所不同，但其本身的构造和工作则基本相同，它由电磁阀、储液室和泵所构成。表11-1列出了ABS 执行器部件的功能。
下面以前轮为例，讲解ABS 系统的工作过程。
（1）正常制动（ABS 不工作）。
如图11-5所示，在正常制动中，ABS 不工作，ABS ECU没有电流送至电磁线圈。此时，回位弹簧将三位置电磁阀推下，“A ”孔保持打开，“B ”孔保持关闭。当踩下制动总泵时，制动总泵液压上升，制动液从三位置电磁阀内的“A ”孔流至“C ”孔，送至盘式制动分泵。位于泵油路中的1号单向阀阻止制动液流进泵内。
图11-5 正常制动时（ABS 不工作）ABS 系统运作图
当松开制动踏板时，制动液从盘式制动分泵，经三位置电磁阀内的“C ”孔流至“A ”孔和3号单向阀，流回制动总泵。
所以，在正常制动中，ABS 不工作，其制动过程和没有ABS 的制动过程是一样的。
（2）紧急制动（ABS 工作）。
在紧急制动中，当任何一个车轮被抱死时，ABS 执行器根据来自ECU 的信号，控制作用在车轮上的制动液压力，阻止车轮抱死。ABS 会按以下三种模式工作。
1）“压力降低”模式。当车轮将要抱死时，ECU 将5A 电流送至电磁线圈，产生一强磁力。三位置电磁阀向上移动，“A ”孔随“B ”孔的打开而关闭。结果，制动液从盘式制动分泵流经三位置电磁阀内的“C ”孔至“B ”孔，从而流入储液室。同时，执行器泵的电机由来自ECU 的信号接通，制动液从储液室送回至总泵。由于“A ”孔（此时关闭）以及1号和3号单向阀阻止来自总泵的制动液流入三位置电磁阀，结果，盘式制动分泵内的液压降低，阻止车轮被抱死。液压降低速率通过“压力降低”和“保持”模式的反复交替进行调节。其工作如图11-6所示。
图11-6 ABS 系统“压力降低”模式工作图
2）“保持”模式。随着盘式制动分泵内压力的降低或提高，车轮转速传感器传送一个信号，表示转速达到目标值，于是，ECU 供应2A 电流至电磁线圈，将盘式制动分泵内的压力保持在该值。
如图11-7所示，当提供给电磁线圈的电流从5A （在压力降低模式）降至2A （在保持模式）时，在电磁线圈内产生的磁力也减小。于是回位弹簧的弹力将三位置电磁阀向下推至中间位置，将“B ”孔关闭。
图11-7 ABS 系统“保持”模式状态图
3）“压力提高”模式。当盘式制动分泵内的压力需要提高，以施加更大的制动力时，ECU 停止传送电流至电磁线圈（如图11-8）。三位置电磁阀的“A ”孔打开，“B ”孔关闭。从而使总泵内的制动液经三位置电磁阀内的“C ”孔流至盘式制动分泵。液压提高速率通过“压力提高”和“保持”模式的反复交替进行控制。
图11-8 ABS 系统“压力提高”模式工作图
3、ABS 系统管路示意图
如图11-9所示，ABS 执行器有4个三位置电磁阀。用于前轮的，分别控制左、右轮，而用于后轮的，则同时控制左、右轮。因此，这个系统称为三通道系统。
图11-9 ABS 系统管路示意图
三、ABS ECU
根据来自车轮转速传感器的信号，ABS ECU测量车轮转速和车速。在制动过程中，虽然车轮转速下降，但减速幅度则会视制动中的车速和路面状况（诸如干沥青、湿路面或结冰路面等）而异。也就是说，ECU 根据制动中车轮转速的变化，判断车轮与路面之间的滑移情况，控制ABS 执行器，将最佳液压力传送至盘式制动分泵，以获得对车轮转速的最佳控制。
ABS ECU 的系统构成如图11-10所示。它具有车轮转速控制功能、初始检查功能、诊断功能、转速传感器检查功能和失效保护功能。
图11-10 ABS 系统控制电路图
1、车轮转速控制
ECU 不断地收到来自4个转速传感器的车轮转速信号，通过对每个车轮转速和减速度进行运算，以估算车速。当踩下制动踏板时，各个盘式制动分泵内的液压开始升高，车轮转速开始降低。如果有任何一个车轮将要抱死，ECU 就降低这个车轮盘式制动分泵内的液压，其控制过程如图11-11所示分为A 、B 、C 、D 四个阶段。
图11-11 车轮转速控制过程图
A 段：ECU 根据车轮减速度将三位置电磁阀设置为压力降低模式，从而降低盘式制动
分泵内的液压。在压力降低后，ECU 将三位置电磁阀转换至保持模式，监测车轮转速的变化。如果ECU 判断需要进一步降低液压，就会再一次减压。
B 段：当盘式制动分泵内的液压降低（A 段）时，施加在车轮上的液压降低。这就使即将抱死的车轮提高转速。但是，如果液压太低，作用在车轮上的制动力就会变得太小。为防止发生这种情况，ECU 在车轮即将被抱死时，将三位置电磁阀交替设置在压力增加模式和保持模式，以恢复转速。
C 段：随着ECU 使盘式制动分泵内的液压逐渐提高（B 段），车轮又趋向被抱死。所以，ECU 又将三位置电磁阀转换至压力降低模式，以降低盘式制动分泵内的液压。
D 段：由于盘式制动分泵内的液压再次降低（C 段），ECU 就又如B 段一样开始提高压力。
2、继电器的控制
继电器的控制如图11-12所示。
图11-12 继电器控制电路图
（1）电磁线圈继电器控制。
当满足下列条件时，ECU 接通电磁线圈继电器：
①点火开关接通；②初始检查功能完成，这一功能在点火开关接通后立即执行；③诊断中未发现故障（除故障代码37外）。
如果上述条件中有任何一项不满足，ECU 就断开电磁线圈继电器。
（2）执行器泵电机继电器控制。
当满足下列条件时，ECU 接通电机继电器：
①在ABS 运作中或初始检查中；②当电磁线圈继电器接通时。
如果上述条件中有任何一项不满足，ECU 就断开电机继电器。
3、初始检查功能
如图11-13所示，ABS ECU 依次操纵三位置电磁阀和执行器泵的电机，分别检查每个电器系统的工作情况。当车辆关断制动灯（制动信号灯），以大于6km ／h 的车速行驶时，执行这一功能。这一功能仅在每次点火开关接通时执行一次。
4、诊断功能
如果任何一个信号系统发生故障，组合仪表内的ABS 警告灯（见图11-14）就会发亮，警告驾驶员有故障发生。ABS ECU也会将这一故障的代码储存起来。
图11-13 ECU 初始检查过程 图11-14 ABS 警告灯 5、传感器检查功能
有些车型上的ABS ECU还具有传感器检查功能，检查传感器的运行特性。转速传感器检查功能是检查所有传感器输出电压的高低和检查所有传感器输出电压的波动。减速传感器（仅限于4WD ）检查功能是检查减速传感器的输出电压的高低和检查信号盘的运作。 传感器检查功能是专为技术人员使用的，要用专门程序设置其运作条件，以诊断每个传感器的运行特性。 6、失效保护功能
如果通往ECU 的信号系统发生故障，从ECU 至执行器的电流就会中断。结果，制动系统照常运作，好像防抱死制动系统没有起作用一样，从而保证正常制动工作。 第三节 系统故障的分析与排除 一、概 要
在对ABS 进行故障分析排除之前，首先要确定故障是发生在ABS 还是制动系统。由：于ABS 具有失效保护功能，若故障发生在ABS 中，ABSECU 就会立即停止ABS 的工作，转换至正常制动系统。由于ABS 有诊断功能，当故障发生时，ABS 警告灯就会发亮，以警告驾驶员。此时应使用检查连接器读取故障码，确定故障根源。
如果故障是在制动系统内，而且ABS 警告灯不发亮，就应进行下列检查： 1、制动力不足
（1）检查制动液是否泄漏或空气是否渗入制动系统。 （2）检查制动器自由间隙是否太大。
（3）检查制动器摩擦片的厚度，以及是否粘有润滑油或润滑脂等。 （4）检查制动助力器是否有故障。 （5）检查制动总泵。
2、仅一个制动器工作或制动器拖滞
（1）检查制动器摩擦片是否有异常磨损或接触不均匀。 （2）检查制动总泵是否有故障。 （3）检查制动分泵是否有故障。
（4）检查驻车制动装置是否调节不良或回位有故障。 （5）检查P 阀是否有故障。
3、制动踏板振动（当ABS 不工作时） （1）检查制动盘是否不平。
（2）检查车轿轮毂轴承间隙是否太大。 4、其它
（1）检查车轮定位。
（2）检查悬架是否有故障。 （3）检查轮胎是否磨损不均匀。 （4）检查转向杆系是否松动。
首先必须进行上述的检查，只有在确认故障不是发生在其他部件以后，再检查ABS 。 安装有ABS 的车辆可能出现以下两种独有的现象，但这两种现象并不表明系统有故障。 （1）在初始检查中，执行器可能发出工作噪音，这是正常的。
（2）在ABS 工作时，车身可能有轻微振动，这也表示ABS 在正常工作。
表3-2列出了ABS 的故障现象和可能的原因。
二、ABS 的故障诊断
ABS 可能因车型不同而有所区别，但其工作原理和故障诊断方法是相同的。下面以LS400为例，说明ABS 的故障诊断过程。 1、诊断装置
（1）ABS 指示灯的检查。
将点火开关扭至“ON ”位置，检查ABS 警告灯，应可发光3s 。
备注：如检查结果不正常，则应对ABS 警告灯电路进行故障排除分析。
（2）故障码的校核。
1）从检查连接器中脱开“短路销”；
2）用SST 连接丰田诊断通信链路（TDCL ）或检查连接器的端子TC 和E 1； SST 09843-18020
3）将点火开关扭至“ON ”位置；
4）通过组合仪表中的ABS 警告灯，读出故障码。
备注：如无故障码出现，应检测诊断电路或ABS 警告灯电路。
例：正常码、11号故障码和21号故障码的闪烁方式如左图所示。 5）表11-3列出了所有故障码，并对各种故障码作出了解释。 6）校核完毕后，脱开端子TC 和E 1，关掉显示。
如同时出现2个以上的故障，则数字最低的故障码最先显示。 （3）用手持式测试器进行故障码校核。
1）将手持式测试器与丰田诊断通信链路（TDCL ）联接起来。
2）根据测试器显示屏上的提示符读出故障码。详细资料，请参阅手持式测试器操作员手册。
（4）清除故障码。 1）用SST 连接TDCL 或检查连接器的端子TC 和E 1，然后从检查连接器上拆出短路销。 SST 09843-18020
2）将IG 开关拧至ON 。
3）在3s 内将制动踏板踩下不少于8次，以清除储存在电子控制元件中的故障码。
备注：在这种情况下，也清除了牵引控制装置的故障码。 4）检查警告灯，应显示正常码。
5）从TDCL 或检查连接器端子上拆下维修专用工具。 6）将“短路销”插入检查连接器。
备注：拆出ECU-B 保险丝也可删除故障码，但在这种情况下，其他储存器中的故障码也同时被删除。
（5）用分接盒和手持式测试器测量电子控制元件端子值。 1）将分接盒和手持式测试器与车辆连接；
2）根据测试器显示屏上的提示符，读出电子控制元件的输入／输出值。
备注：手持式测试器具有“瞬像”功能。该功能可记录下测量值，并可对间歇式故障进行诊断。
详细资料请参阅手持式测试器／分接盒的操作员手册。
2、诊断码
在故障码校核的过程中，如显示出故障码，则应按表11-3的提示，检查该故障码的电路。
备注：用SST 09843-18020连接端子TC 和E 1，拔去“短路销”。
3、ECU 各端子的标准值 （1）无牵引控制装置。
ECU 端子号码如图11-15所示，表11-4列出了ECU 各端子的标准值。
图11-15 ECU
端子号码
（2）有牵引控制装置。
ECU 端子号码如图11-16所示，表11-5列出了ECU 各端子的标准值。
图11-16 ECU 端子号码
表11-5 ECU 各端子的标准值
4、速度传感器信号的检查
1）将点火开关扭至OFF （断开）位置；
2）用SST 连接检查连接器的端子T S 和E 1。SST 09843-18020； 3）起动发动机；
4）检查ABS 警告灯应闪烁；
备注：如ABS 警告灯不闪烁，则应检查ABS 警告灯电路。
5）将车辆以大于45km ／h 的速度行驶数秒钟；
6）停下车辆；
7）用SST 连接检查连接器的端子TC 和E l 。SST 09843-18020； 8）记下ABS 警告灯交烁的次数；
备注：见表11-6，若各传感器均正常，则应输出正常码。（0.25s 亮，0.25s 灭，反复闪烁）
如同时出现2个或2个以上的故障码，则数值最小的故障码最先显示。
9）检查完毕后，断开检查连接器的端子TS 和E 1，端子TC 和E 1，将点火开关扭至OFF （断开）位置。
5、用手持式测试器检查诊断码 1）进行前页中的1～6项操作；
2）将手持式测试器与丰田诊断通信链路连接；
3）根据测试器显示屏上的提示符读出故障码。详细资料请参阅手持式测试器的操作员手册。
表11-7中所列的顺序进行检查。
备注：有关电路的检查见本节 三、ABS 电路原理及其检查
在确认故障代码和故障电路名称之后，了解该电路的工作原理和检查方法，是故障分析排除的重要环节。凌志LS400 ABS是丰田ABS 的典型结构，下面介绍其电路的工作原理及其检查方法，对其他车型的ABS 能起到一定的参考作用。
（1）电路说明。
该继电器向ABS 各电磁阀供电。如图11-17所示，当点火开关拧至“ON ”位置后，若ABS ECU 初始检查结果系统正常，则该继电器接通。若ABS 电磁阀继电器电路发生故障，ABS ECU 便执行故障防护功能，切断通往ABS 电磁阀继电器的电流，阻止ABS （和TRC ）的控制，维持正常制动系统工作。
图11-17 ABS 继电器电路
（1）电路说明。
ABS 电机继电器向ABS 泵电机提供电源。如图11-18所示，当ABS 启动工作，ABS ECU 便使电机继电器接通，使ABS 泵电机工作。若ABS 电机继电器电路发生故障，ABS ECU 便执行故障防护功能，切断通往ABS 电磁阀继电器的电流，阻止ABS （和TRC ）的控制，维持正常制动系统工作。
图11-18 ABS 电机继电器电路
（1）电路说明。
如图11-19所示，执行器电磁阀由ABS ECU 发出的信号控制其接通状态，调节作用在制动分泵上的液压力，从而控制制动力的大小。若执行器电磁阀发生故障，ABS ECU 便执行故障防护功能，切断通往ABS 电磁阀继电器的电流，阻止ABS （和TRC ）的工作。
图11-19 ABS 执行器电磁阀电路 （2）检测程序。
如图11-20所示，TRC 执行器电磁阀根据ECU 发出的信号工作，升高或降低制动分泵内的液压，使前轮与后轮的转速趋于一致。若执行器电磁阀电路发生故障，ECU 便执行故障防护功能，切断通往ABS 电磁阀继电器电流，阻止ABS 和TRC ECU工作。
图11-20 TRC
执行器电磁阀电路
（2）检测程序。
32故障代码用于左前速度传感器；34故障代码用于左后速度传感器。 （1）电路说明。
速度传感器用于检测车轮速度，并将对应的信号传输至ECU 。这些信号用于控制ABS 和TRC 。前、后转子各有48个齿。
如图11-21所示，转子转动时，速度传感器中的永久磁铁的磁场产生交流电压。这种交流电压的频率变化与转子的转速成正比，ECU 便利用这种频率来检测每个车轮的速度。图11-22表明了速度传感器与ECU 的电路连接关系。若速度传感器电路发生故障，ECU 便执行故障防护功能，切断通往ABS 电磁阀继电器的电流，阻止ABS （和TRC ）的工作。
图11-21 速度传感器结构及信号输出特性
图11-22 速度传感器电路 （2）检测程序。
备注：检查速度传感器信号的持续时间见本节二的4。
（1）电路说明。
如图11-23该电路向ECU 提供电源，从而向中央处理器（CPU ）和执行器提供电源。若电源电路发生故障，ECU 便执行故障防护功能，切断通往ABS 电磁阀的电流，阻止ABS 的工作。
图11-23 IG （点火）电源电路 （2）检测程序。
如图11-24所示，该电路向ECU 提供电源，从而向中央处理器（CPU ）和执行器提供电源。若ABS 泵电机发生故障，ECU 便执行故障防护功能，切断通往ABS 电磁阀继电器的电流，阻止ABS 的工作。
图11-24 ABS 电源电路 8、制动灯开关电路 （1）电路说明。
如图11-25，制动灯开关可检测出制动踏板是踩下还是松开，并将信号输往ECU 。
图11-25 制动灯开关电路 （2）检测程序。
（1）电路说明。
如图11-26所示，ECU 检测出故障时，会在阻止ABS 控制的同时使ABS 警告灯发亮。与此同时，ECU 会在储存器中记录下故障代码。
图11-26 ABS 警告灯电路 脱开检查连接器的短插脚后，连接检查连接器或丰田诊断通信链路的端子TC 和E 1，使ABS 警告灯闪烁，输出故障代码。 （2）检测程序。
根据下表对每个故障现象进行故障排除分析。
10、TC 端子电路 （1）电路说明。
如图11-27所示，连接检查连接器端子TC 和E 1或丰田诊断通信链路（TDCL ）的端子TC 和E 1，使ECU 操纵ABS 警告灯闪烁，显示出故障代码。
图11-27 TC 端子电路
11、Ts 端子电路 （1）电路说明。
传感器检查电路可以检测出在故障代码校核时无法检测出的速度传感器信号的不正常现象。如图11-28所示连接发动机舱内的检查连接器端子T S 和E 1后，便可进行检查。
图11-28 Ts 端子电路