诊断 ABS （一）

汽车诊断

    当这辆汽车被开到我的修理厂时，车主抱怨说在非常低的速度下行驶时，通过制动踏板可以感觉到ABS在工作。我随后进行了短程的路试以确定故障，该车的ABS在低速行驶时确实起作用了，而且刚好在汽车停车前起作用。除了这个问题，这辆汽车工作正常，包括ABS。很明显，车辆在此种情况下并不需要ABS干预，所以让我们带着疑问“ABS在什么情况下会起作用？”去解决这个问题吧。

    让我们回顾下ABS控制理论的基本知识：ABS实时监控四个车轮的转速。当汽车制动时，其能够检测到是否有车轮的转速比其他车轮下降得快，这表明某个车轮有抱死的趋势。与ABS类似的现代同等设备通常叫做车身稳定性控制系统（Stability Control），它比单纯的ABS要先进和复杂得多。待诊断车辆同时安装有防滑驱动系统（ASR），其工作原理与ABS相反，如果ASR系统检测到有个别的车轮转速比其他车轮的高（加速时车轮滑转），那么该车轮就会被加以制动以减少滑转。在车轮滑转前进期间，ECU通常会控制发动机减少输出转矩，这可以通过停止喷油，推迟点火或者其他方式实现。撇开这些先进的技术，我们还是回到车轮转速监控这些基础来。总的来说，我们需要研究的是ABS的控制理论，而不是ASR。因为故障发生时，制动踏板是动作的，这就可以排除ASR故障的存在。

    我们注意到ABS警告灯在ABS起作用前后和作用期间都没有点亮，但是在正常起动发动机时正确显示。这表明ECU工作状况良好，ABS系统也是在接收到ECU控制信号时动作，对于ABS来说，故障只是它的正常工作状态。

    现在是时候让我们连上示波器了。

图1

    上图所示的信号是在车速大约为10英里/小时的情况下采集的，此时制动踏板松开，ABS不起作用。通道A（蓝色）采集的是右后轮速传感器的输出信号，通道B（红色）采集的是左后轮速传感器的输出信号。

    注：两个通道的读数都是通过示波器读取的，示波器以底盘接地电压为参考的。对于有疑问的信号，弄清楚测试的条件显得非常重要。通过采集的信号，我们可以知道左后轮速传感器确实存在问题。

    为了准确地解释信号波形并从中得出结论，我们需要好好了解我们的关注对象。

图2

    该车辆的ABS采用了4个磁感应式轮速传感器，它们分别安装在每个车轮的轮毂角落。现在让我们简单了解下该传感器的原理：当转动的磁头（金属物体，在这里是车轮转子）靠近、通过和离开传感器的原磁场时，传感器就产生感应交流电。输出信号的特征主要由以下几个因素决定：

• 传感器的内部磁场强度
• 传感器电磁线圈的匝数
• 转动磁头的形状和成分
• 传感器和转动磁头间的距离
• 转动磁头穿过传感器原磁场的速度
  

    以上任何一个因素对于产生有效的信号都非常重要，任何一个存在故障都会使输出信号受到很大影响。当磁头靠近传感器的原磁场时，传感器电磁线圈产生正的电动势；当磁头远离传感器原磁场时，线圈产生负的电动势。正负电动势通常有相同的振幅。我们可以说每一个正峰值代表了车轮转子上的一个磁头或者轮齿（虽然不太严谨，但足够说明问题）。关于传感器原理我就介绍这么多，因为我确信读者朋友们对这种传感器及其工作原理都是比较熟悉的。传感器信号就是这么产生的，但应用时如何处理这些信号就是另外一回事了。该系统有一根传感器连线通过ECU接地，另外一根则作为主要的速度输出信号线将信号反馈给ECU。仔细观察图1，我们就会发现两个输出信号的中心都刚好超过0V，不过不要将其与“悬浮接地”的信号混淆了。

图3

    刚才已经提到，ECU为传感器提供一条地线，因此我们希望能看到产生的交流信号中心位于此接地电位附近。但是，这个系统也将传感器的输出信号固定在0.18V（作为ECU的辅助诊断信号），所以现在这种传感器沿着这个新的参考值来产生交流信号。见图3。这个系统的所有传感器都符合这种信号特征。

图4

    让我们观察图4，这些微弱的输出信号表明产生的信号出错，这可能与我们之前提到的主要因素有关。由于该传感器能产生与给定轮速相适应的输出，我们可以排除传感器磁场强度、线圈匝数和磁头转速存在问题。这些都是相当稳定的因素，如果认为这些因素在某个特定的时刻会失效就显得有点可笑了。对于从未诊断过此种不正常信号的人而言，往往会认为这是磁头转子出现故障，现在我们只剩下磁头的形状和成分以及磁头和传感器间的距离两个因素了。

图 5

    将左后车轮的驱动轴拆下来后，我们在磁头转子上发现了故障的可能原因。请注意一些轮齿上特殊的亮点。这就是问题的所在吗？

    磁头和传感器间的距离

    这应该不是问题的症结所在。有亮点的轮齿跟其他相比，仍然有着良好的结构参数。这意味着齿高、齿宽、总体尺寸和齿间间隙都是好的。根据采集到的信号可以知道，问题仅存在于转子的一处，这些亮点跟采集的信号联系紧密，传感器和轮齿的间隙在这里并不存在问题。

    磁头的形状和成分

    轮齿的形状问题已经被讨论过并排除了，轮齿上的这些亮点才是我们的关注重点。该传感器封装有一个磁铁并依靠外部的磁头来影响其磁场。如果用于制造磁头的材料是软磁体（非铁磁性材料），那么传感器原磁场磁通就不容易被改变，不变的磁通量则意味着传感器不能产生电信号。

    一种测量磁头磁特性的简单方法就是用一根已经知道磁性的优质磁铁靠近轮齿，并感受磁场间的吸引力。尽管该方法不是很科学并有点粗糙，但它确实能起作用，再通过判断示波器采集到的信号，我们就能感到明显的区别了。我们对转子可疑部位外面的几个轮齿进行了检测，以感受磁场的吸引力。当检测到亮点所在的轮齿时，我们感受到磁场吸力较小。示波器采集到的信号也显示亮点所在轮齿产生的电动势是最小的，如图5的1、2 点所示。

我们后来才知道车主之前在左后轮速传感器所在的角落进行维修时，损坏了磁头转子，并对其进行了维修。这次维修工作从机械加工的角度来说确实做得很好，但是，这次维修并不能满足车轮传感器的维修要求。那么制动的时候，这是怎么跟ABS的启动联系起来的呢？

    首先，请记住信号是在车速为10 英里/小时的情况下采集的，这个车速刚好也是我们开始制动的初速度。后来我们才知道，我们应该观测左后车速传感器与ABS油泵之间的信号联系，而且通过这种方式了解ABS的信号阀值就已经足够解释信号波形了。

图6

    该车左后轮速传感器的信号幅值很明显受到了维修质量的影响，但是信号的频率仍然保持原状。从某种程度上来说，只要信号频率不受影响，那么我们还是可以得到正确的车轮转速信号。由于磁头的问题，车轮转速信号最终会下降到某个位置，此时磁头的轮齿不产生有效的速度信号。

图7

    现在我们面对着这样一种情况，当在非常低的车速下制动时，ABS就会将以上的微弱信号误解为车轮抱死，并启动ABS干预。这也就是我们这辆汽车的故障所在。

    我们更换了磁头转子。这就能解决问题了吗？让我们下次接着探索吧。

请继续阅读：诊断ABS（二）