實戰 5：診斷防抱剎車ABS
你千萬不要忘記的事項
當這輛汽車被開到我的修理廠時，車主抱怨說在非常低的速度下行駛時，通過制動踏板可以感覺到ABS在工作。我隨后進行了短程的路試以確定故障，該車的ABS在低速行駛時確實起作用了，而且剛好在汽車停車前起作用。除了這個問題，這輛汽車工作正常，包括ABS。很明顯，車輛在此種情況下并不需要ABS干預，所以讓我們帶著疑問“ABS在什么情況下會起作用？”去解決這個問題吧。
讓我們回顧下ABS控制理論的基本知識：ABS實時監控四個車輪的轉速。當汽車制動時，其能夠檢測到是否有車輪的轉速比其他車輪下降得快，這表明某個車輪有抱死的趨勢。與ABS類似的現代同等設備通常叫做車身穩定性控制系統（Stability Control），它比單純的ABS要先進和復雜得多。待診斷車輛同時安裝有防滑驅動系統（ASR），其工作原理與ABS相反，如果ASR系統檢測到有個別的車輪轉速比其他車輪的高（加速時車輪滑轉），那么該車輪就會被加以制動以減少滑轉。在車輪滑轉前進期間，ECU通常會控制發動機減少輸出轉矩，這可以通過停止噴油，推遲點火或者其他方式實現。撇開這些先進的技術，我們還是回到車輪轉速監控這些基礎來。總的來說，我們需要研究的是ABS的控制理論，而不是ASR。因為故障發生時，制動踏板是動作的，這就可以排除ASR故障的存在。
我們注意到ABS警告燈在ABS起作用前后和作用期間都沒有點亮，但是在正常起動發動機時正確顯示。這表明ECU工作狀況良好，ABS系統也是在接收到ECU控制信號時動作，對于ABS來說，故障只是它的正常工作狀態。
現在是時候讓我們連上示波器了。
圖1
上圖所示的信號是在車速大約為10英里/小時的情況下采集的，此時制動踏板松開，ABS不起作用。通道A（藍色）采集的是右后輪速傳感器的輸出信號，通道B（紅色）采集的是左后輪速傳感器的輸出信號。
注：兩個通道的讀數都是通過示波器讀取的，示波器以底盤接地電壓為參考的。對于有疑問的信號，弄清楚測試的條件顯得非常重要。通過采集的信號，我們可以知道左后輪速傳感器確實存在問題。
為了準確地解釋信號波形并從中得出結論，我們需要好好了解我們的關注對象。
該車輛的ABS采用了4個磁感應式輪速傳感器，它們分別安裝在每個車輪的輪轂角落。現在讓我們簡單了解下該傳感器的原理：當轉動的磁頭（金屬物體，在這里是車輪轉子）靠近、通過和離開傳感器的原磁場時，傳感器就產生感應交流電。輸出信號的特征主要由以下幾個因素決定：
- 傳感器的內部磁場強度
- 傳感器電磁線圈的匝數
- 轉動磁頭的形狀和成分
- 傳感器和轉動磁頭間的距離
- 轉動磁頭穿過傳感器原磁場的速度
 以上任何一個因素對于產生有效的信號都非常重要，任何一個存在故障都會使輸出信號受到很大影響。當磁頭靠近傳感器的原磁場時，傳感器電磁線圈產生正的電動勢；當磁頭遠離傳感器原磁場時，線圈產生負的電動勢。正負電動勢通常有相同的振幅。我們可以說每一個正峰值代表了車輪轉子上的一個磁頭或者輪齒（雖然不太嚴謹，但足夠說明問題）。關于傳感器原理我就介紹這么多，因為我確信讀者朋友們對這種傳感器及其工作原理都是比較熟悉的。傳感器信號就是這么產生的，但應用時如何處理這些信號就是另外一回事了。該系統有一根傳感器連線通過ECU接地，另外一根則作為主要的速度輸出信號線將信號反饋給ECU。仔細觀察圖1，我們就會發現兩個輸出信號的中心都剛好超過0V，不過不要將其與“懸浮接地”的信號混淆了。
剛才已經提到，ECU為傳感器提供一條地線，因此我們希望能看到產生的交流信號中心位于此接地電位附近。但是，這個系統也將傳感器的輸出信號固定在0.18V（作為ECU的輔助診斷信號），所以現在這種傳感器沿著這個新的參考值來產生交流信號。見圖3。這個系統的所有傳感器都符合這種信號特征。
讓我們觀察圖4，這些微弱的輸出信號表明產生的信號出錯，這可能與我們之前提到的主要因素有關。由于該傳感器能產生與給定輪速相適應的輸出，我們可以排除傳感器磁場強度、線圈匝數和磁頭轉速存在問題。這些都是相當穩定的因素，如果認為這些因素在某個特定的時刻會失效就顯得有點可笑了。對于從未診斷過此種不正常信號的人而言，往往會認為這是磁頭轉子出現故障，現在我們只剩下磁頭的形狀和成分以及磁頭和傳感器間的距離兩個因素了。
將左后車輪的驅動軸拆下來后，我們在磁頭轉子上發現了故障的可能原因。請注意一些輪齒上特殊的亮點。這就是問題的所在嗎？
磁頭和傳感器間的距離
這應該不是問題的癥結所在。有亮點的輪齒跟其他相比，仍然有著良好的結構參數。這意味著齒高、齒寬、總體尺寸和齒間間隙都是好的。根據采集到的信號可以知道，問題僅存在于轉子的一處，這些亮點跟采集的信號聯系緊密，傳感器和輪齒的間隙在這里并不存在問題。
磁頭的形狀和成分
輪齒的形狀問題已經被討論過并排除了，輪齒上的這些亮點才是我們的關注重點。該傳感器封裝有一個磁鐵并依靠外部的磁頭來影響其磁場。如果用于制造磁頭的材料是軟磁體（非鐵磁性材料），那么傳感器原磁場磁通就不容易被改變，不變的磁通量則意味著傳感器不能產生電信號。
一種測量磁頭磁特性的簡單方法就是用一根已經知道磁性的優質磁鐵靠近輪齒，并感受磁場間的吸引力。盡管該方法不是很科學并有點粗糙，但它確實能起作用，再通過判斷示波器采集到的信號，我們就能感到明顯的區別了。我們對轉子可疑部位外面的幾個輪齒進行了檢測，以感受磁場的吸引力。當檢測到亮點所在的輪齒時，我們感受到磁場吸力較小。示波器采集到的信號也顯示亮點所在輪齒產生的電動勢是最小的，如圖5的1、2 點所示。
我們后來才知道車主之前在左后輪速傳感器所在的角落進行維修時，損壞了磁頭轉子，并對其進行了維修。這次維修工作從機械加工的角度來說確實做得很好，但是，這次維修并不能滿足車輪傳感器的維修要求。那么制動的時候，這是怎么跟ABS的啟動聯系起來的呢？
首先，請記住信號是在車速為10 英里/小時的情況下采集的，這個車速剛好也是我們開始制動的初速度。后來我們才知道，我們應該觀測左后車速傳感器與ABS油泵之間的信號聯系，而且通過這種方式了解ABS的信號閥值就已經足夠解釋信號波形了。
圖6
該車左后輪速傳感器的信號幅值很明顯受到了維修質量的影響，但是信號的頻率仍然保持原狀。從某種程度上來說，只要信號頻率不受影響，那么我們還是可以得到正確的車輪轉速信號。由于磁頭的問題，車輪轉速信號最終會下降到某個位置，此時磁頭的輪齒不產生有效的速度信號。
現在我們面對著這樣一種情況，當在非常低的車速下制動時，ABS就會將以上的微弱信號誤解為車輪抱死，并啟動ABS干預。這也就是我們這輛汽車的故障所在。
我們更換了磁頭轉子。這就能解決問題了嗎？讓我們下次接著探索吧。
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