某汽车轮速间歇性故障问题的研究.docx

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(安徽江淮汽车集团股份有限公司，合肥 230601)
Summary：本文介绍了汽车通过ABS计算轮速的方法，齿圈齿数与轮速以及ABS报轮速间歇性故障问题的关系，同时还给出优化方案及验证结果，并简单介绍了车速的计算逻辑及控制策略。
Keys: 汽车；ABS；轮速。
Abstract:The article introduce the calculation method of
wheel-speed by ABS,the relationship of ABS gear tooth number and wheel-speed,intermittent fault problem. Meanwhile,proviting a prioritization scheme and validate result. The article also simply introduce the calculation logic and control strategy Vehicle speed.
Key words: Vehicle;ABS; Wheel-speed.
1引言
现代汽车车速，一般取自变速箱输出轴或者ABS控制器中。
由于从ABS控制器计算的车速准确度一般高于从变速箱输出轴上取的车速，且可靠性也较高，因此现代汽车越来越多车型的车速都取自ABS控制器，此种方式普遍应用于各类带ABS系统汽车。
2 ABS轮速具体结构
结构
主要通过设计齿圈安装在车轮轴半轴轮毂上，轮毂与车轮刚性连接，齿圈转速与车轮转速同步，齿圈转速信号由轮速传感器直接传输给控制器，计算出车速后提供给仪表进行显示。如图1，ABS轮速计算结构。
原理
通过一种新型取轮速结构设计及计算方法，通过车轮半轴轮毂上齿圈转动转速，直接由传感器感应信号，将信号传输给控制器，由控制器计算出轮速。而车速是通过综合各个轮速的计算结果而通过特定公式计算出的。

图1 ABS轮速结构示意图

图2 轮端结构示意图
工作原理
车辆行驶时车轮转动，图3中齿圈4随图3中车轮3同步转动，齿圈4与图3中轮速传感器3相对安装，轮速传感器3感应齿圈4转动圈数，输出电压信号提供给图2中控制器，控制器计算出车速提供给图2中仪表显示车速。轮速传感器原理信号如下：
图3 轮速传感器工作原理
轮速传感器工作原理：
轮速传感器通电时，内部有稳定得磁场，当齿圈相对于传感器转动时影响轮速传感器磁场，当齿圈的顶部与底部经过轮速传感器时，产生不同的高低电压，经过回路输出给控制器，由控制器计算出高低电压频率，从而计算出轮速。
计算方法
根据整车参数，轮胎滚动半径为R，齿圈齿数为T，控制器设定在周期时间（可设定为5ms或10ms）内计数转过轮速传感器齿圈的齿数，即频率Hz，左轮为Hz1，右轮为Hz2,则轮速计算结果为VL1=2πRHz1/T，VL2=2πRHz2/T,最终车速为V= （VL1+ VL2）/，则V=360*（VL1+ VL2）/2，输出给仪表显示车速，此情况避免在转弯时同轴两车轮轮速不同而导致车速不准确的问题。同时，若左轮轮速传感器或齿圈损坏，则车速3右轮轮速为车速V=VL2=2πRHz2/T，反之，若右轮轮速传感器或齿圈损坏，则车速取左轮V=VL1=2πRHz1/T，避免了因某个部件损坏而无整车车速的问题。
3某汽车ABS轮速间歇性故障问题
某汽车后桥齿圈80齿（前轮为47齿），安装在被齿上，前轮齿圈在轮毂上，为三通道三传感器式ABS系统，特定路况后桥主减速器的主动齿轮和被动齿轮之间有波动（主减和被齿有间隙），相邻旋转周期存在间隙抵消情况；
在ABS标定过程中反馈：特定路况ABS灯亮故障（诊断后轮速间歇性故障）；特定路况（如搓板路）出现ABS间歇性点亮故障问题。熄火后故障消失，但相同路况会再次出现故障；ABS间歇性常亮故障出现后，ABS不工作，紧急情况下会车辆失控的安全隐患；通过FTA分析，确定如下原因进行逐个排查：
通过逐个原因排查后，最终经过整车外接示波器及电脑，对轮速传感器输出电压正弦波形信号测试，对前、后轮轮速进行监控测试对比，分析后轮轮速波动时方波信号存在何种异常。
测试结果如下：
后轮速相对于前轮轮速有较大波动
波动周期内，后轮速传感器输出的波形
根据采集相邻两个周期内后轮、前轮轮速，具体计算及对比结果如下：
1：后轮轮速相邻周期（10ms）频率为：；
2：前轮轮速相邻周期（10ms）频率为：；
根据齿圈齿数及滚动半径等参数计算轮速如下：
Vw-rear1=2****= km/h
Vw-rear2=2****= km/h
后轮轮速差为：Vw-rear2—Vw-rear1= km/h
Vw-front1=2****= km/h
Vw-front2=2****= km/h
前轮轮速差为：Vw-front2—Vw-front1= km/h
根据计算结果， 后轮轮速在相邻两个采样周期（10ms） km/h。
备注：ABS控制器会实时检测轮速传感器输出的波形信号，并对轮速信号进行对比；根据整车参数设定报故障门限值。
整车相关参数如下：
后齿圈齿数（teeth）：80
后轮胎滚动半径（R）：
ABS控制器门设定限值计算公式：
（2×Pi×R/teeth）×K
K 为转化系数（转换为kph）
对于该车型ABS的门限值为：
（2××）×360=
，，故ABS控制器报后轮速间歇性故障，是导致故障直接因素。
实车测试验证证明由于齿圈的波动导致相邻周期内传感器输出的波形频率相差
较大，进而判断为轮速波动较大，超出门限值而报故障，是导致问题直接原因。
轮速波动实测值
ABS控制器门限值
结论


超出门限，ABS报故障
该车后齿圈信号异常，即减速器主动、被动齿轮存在啮合间隙，特定路况下齿圈波动、间隙补偿导致轮速传感器检测到的相邻周期内波形频率相差较大，超出门限值而报故障。
4优化方案
方案一：取消或者减少减速器主动齿轮和被动齿之间的啮合间隙；
1、齿轮之间的装配存在误差、加工误差、热胀冷缩等原因，必须留有间隙；
2、齿轮啮合工作时齿面必须进行润滑，通过润滑油膜将啮合的两齿面隔离开，减少齿轮自身磨损；因此，齿轮啮合也必须有间隙；
3、因齿轮啮合间隙过小会导致齿面磨损、无法装配等问题，因此取消或减少减速器主动齿轮和被动齿之间的啮合间隙对策不可行。
方案二：参照前轮齿圈齿数（47齿）将后齿圈齿数（80齿）减少（增大齿转动方向宽度和齿间距离）来抵消主、被齿轮之间的啮合间隙；
按照40齿制作齿圈更换在整车后桥上进行验证测试，ABS软件按齿圈齿数40同步更新，在整车上验证。
1）ABS控制器根据80齿数软件更新；
2）ABS重新标定并测试轮速数据如图；
3）实车测试后轮速传感器输出信号正常，后轮轮速对比前轮轮速曲线同步；
状态
齿数
是否有故障
更改前
80
有
更改后
40
无
减少齿圈齿数可以消除后桥主减主齿、被齿间隙引起的轮速波动；轮速周期波动低于ABS控制器门限值，后轮速间歇性故障问题消除。
5优化方案
本文通过某汽车ABS计算轮速的方法，车速的计算逻辑及控制策略。同时介绍了齿圈齿数与轮速以及ABS报轮速间歇性故障问题的关系，同时还给出优化方案及验证结果。
本文是理论与实际相结合，通过ABS控制器计算轮速及车速的原理，实际解决汽车开发过程中遇到的ABS轮速间歇性故障问题。
Reference
. 汽车设计(第3版)[M]. 北京：机械工业出版社，2004
．汽车理论(第5版)[M]．北京：机械工业出版社，20l0
12676-2014 商用车辆和挂车制动系统技术要求及试验方法
13594-2003 机动车和挂车防抱死制动性能和试验方法
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-全文完-