丰田皇冠轿车电控制动系统／

本节以日本丰田皇冠轿车的制动系统为例介绍，丰田皇冠轿车前制动器为16in（1in＝2.54cm）通风盘，后制动器为15in整体盘。电控制动控制系统是带有制动分配系统EBD、制动助力辅助BAS、牵引力控制TRC、车辆稳定控制VSC和坡路起车HAC的一套ABS制动系统。驻车制动为踏板型。采用能检测极低速度的动态速度传感器。

一、制动系统的主组件

丰田皇冠轿车控制系统图如图5-9所示。

图5-9 丰田皇冠轿车控制系统图

二、EBD控制

在过去，机械地完成制动力的分配；而现在，制动力的分配是在制动防滑控制ECU的电动控制下完成的。根据车辆的驱动状况，制动防滑控制ECU能精确地控制制动力。

1.前/后车轮制动力分配

当车辆直线向前行驶时，如果施加制动，则会减少施加在后轮上的载荷。通过来自速度传感器的信号，制动防滑控制ECU确定该状况，利用制动执行器调节后轮制动力的分配，以优化控制。

如图5-10所示为有无载荷的制动力分配关系。例如，在制动中，施加于后轮的制动力的大小随车辆是否承载而变化。同时，施加于后轮的制动力的大小也根据减速的程度而变化。在这样的情况下，为了有效地利用后轮制动力，要优化控制后部的制动力分配。

图5-10 有无载荷的制动力分配关系

2.转弯时内外车轮制动力分配（转弯制动中）

当车辆正在转弯时，如果施加制动，则加在内轮上的载荷减少，加在外轮上的载荷增加。

通过来自速度传感器的信号，制动防滑控制ECU确定该状况，并且制动执行器调节制动力，以优化控制在内轮和外轮上的制动力分配，如图5-11所示。

图5-11 转弯时内外车轮制动力分配

三、制动助力系统BAS

如图5-12、图5-13所示，制动助力系统与ABS结合使用有助于改善车辆制动性能。制动助力系统将急踩制动踏板视为紧急制动，此时，如果驾驶员不用力踩制动踏板，则系统也会产生制动力。紧急情况下，驾驶员尤其是没有经验的驾驶员通常会惊慌失措而不能用力踩制动踏板。制动助力系统的主要特性就是设计了制动助力的定时和程度，而驾驶员不需要了解制动时的任何异常状况。当驾驶员松开制动踏板时，系统就会减小制动力。根据总泵压力传感器和制动踏板行程传感器的信号，制动防滑控制ECU能计算出制动踏板作用的速度和程度，然后判定驾驶员紧急制动的意图。如果制动防滑控制ECU判定驾驶员确实想紧急制动，则系统会起动制动执行器来增大制动液压，从而增大制动力。

图5-12 带和不带制动助力系统的制动控制

（a）带制动助力系统；（b）不带制动助力系统**：制动器的基本性能与带有制动助力系统的车型相同

图5-13 带制动助力系统和不带制动助力系统的制动力对比

［完成任务］根据图5-12带和不带制动助力系统的制动控制回答下列问题。

（1）如果驾驶员踏下制动踏板很深，但总泵压力信号很小，助力功能是否起作用？

（2）助力功能是由什么来完成的？完成的程度由哪个传感器来确认？

四、TRC系统

在光滑的路面上起步或加速时，如果驾驶员过度地踩加速踏板，则由于产生过大的扭矩，驱动轮将出现滑转。TRC系统通过调节发动机点火提前角和关闭节气门以控制发动机的输出功率，并给驱动轮施加液压制动控制，来帮助驱动轮滑移程度最小化。这样，就可产生适合路面状况的驱动力。

如图5-14所示，一辆车带有TRC系统，一辆车不带TRC系统。左侧车轮均在沥青路面，右侧车轮均在冰雪路面，如果每辆车的驾驶员都以同样粗鲁的方式操作加速踏板，未装TRC的车辆其在光滑路面上的驱动轮将打滑，使车辆失去稳定性。然而，当车辆安装了TRC系统时，制动防滑控制ECU立即判定车辆状态，发动机ECU接收来自制动防滑控制ECU的信号，并减小点火提前角和节气门开度，控制发动机的扭矩输出。若效果不明显，则使制动执行器工作，以给打滑的驱动轮施加制动，如图5-15所示。这样，该系统能够持续地保持一个稳定的车姿。

图5-14 带TRC系统和不带TRC系统驱动对比

图5-15 左侧和右侧为在不同表面摩擦特性路面上的控制

五、VSC系统

下面两个例子可以看作是车轮侧向制动力大于车轮横向抓地力极限的情况。在下列情况下，车辆VSC系统通过控制发动机输出和各车轮的制动力来帮助控制车辆行驶状况。

（1）和后轮相比，前轮抓地力减小时，出现较强的前轮滑动趋势，称为不足转向，如图5-16（a）所示。

（2）和前轮相比，后轮抓地力减小时，出现较强的后轮滑动趋势，称为过度转向，如图5-16（b）所示。

图5-16 不足转向和过度转向

（a）较强的前轮滑动趋势；（b）较强的后轮滑动趋势

1.判定车辆状态的方法

为了判定车辆状态，ABS/VSC ECU检测方向盘的转向角、车速、车辆的偏移率和车辆的横向加速度，然后将这些值输入制动防滑控制ECU来计算，如图5-17所示。

1）判定前轮滑动

车辆前轮是否滑动是通过目标偏移率和实际偏移率的差来判定的，当车辆的实际偏移率小于驾驶员操作方向盘时产生的偏移率（目标偏移率是通过车速和转向角判定的）时，就意味着车辆将以大于行驶轨迹的角度旋转。这样，制动防滑控制ECU就判定前轮有很大的滑动趋势。

2）判定后轮滑动

车辆后轮是否滑动是通过车辆偏离角和偏离角速度（单位时间内偏离角的变化）的值判定的。车辆偏离角大时，偏离角速度也大，制动防滑控制ECU就判定车辆的后轮有很大的滑动趋势。

图5-17 判定前轮滑动、后轮滑动

2.VSC工作方法

制动防滑控制ECU判定出现前轮或后轮滑动趋势时，将以降低发动机的输出功率并在前后轮施加制动来控制车辆的偏移力矩。VSC的基本工作原理说明如下，但是，控制方法根据车辆特性和行驶条件的不同而不同，如图5-18所示。

1）阻止强的前轮滑动

制动防滑控制ECU判定前轮有很大的滑动趋势时，它会根据滑动趋势的大小来抵消滑动趋势。转向时，制动防滑控制ECU控制发动机的功率输出并在外侧前轮和两个后轮上施加制动来抑制前轮的滑动趋势。

2）阻止强的后轮滑动

制动防滑控制ECU判定后轮有很大的滑动趋势时，它会根据滑动趋势的大小来抵消滑动趋势。为了抑制后轮滑动趋势，它会给外侧前轮施加制动并产生向外侧的惯性力矩。除了降低车速外，还能保证车辆较高的稳定性。在有些情况下，制动防滑控制ECU必要时也给后轮施加制动力。

图5-18 阻止强的前轮滑动和阻止强的后轮滑动控制方法

（a）右转向时；（b）左转向时

六、HAC系统

车辆在陡坡或滑坡上起步时，驾驶员由制动踏板转换到加速踏板时车辆将向后下沉，这样会使车辆很难起动。为防止这种情况发生，HAC给4个车轮临时地（最长时间大约5s）施加制动，以减小车辆的倒车速度。如图5-19所示，没有HAC时，驾驶员必须快速而准确地从制动踏板转换到加速踏板；带有HAC时，驾驶员能以轻松的方式轻易地操作踏板，因为HAC可以减小车辆的倒车速度。

当遇到下列情况时，HAC起作用：换挡杆位置在D、6、5、4、3、2或1等行驶挡位，驾驶员没踩制动踏板，驾驶员在坡上起步时，制动防滑控制ECU已检测到车辆向后移动。

图5-19 有HAC和无HAC的坡路上车辆起步比较

七、主组件位置图

如图5-20所示为皇冠轿车的制动系统组成。

图5-20 皇冠轿车的制动系统组成

1.制动执行器

带EBD、制动助力、TRC、VSC和HAC的ABS系统运行时，根据来自制动防滑控制ECU的信号，控制制动液路径，以控制施加在轮缸上的液压。

2.总泵压力传感器

总泵压力传感器装配在制动执行器上并检测制动总泵的压力。

3.制动防滑控制ECU

制动防滑控制ECU根据来自各传感器的信号判断车辆驱动状况，并给制动执行器发送制动控制信号。

4.电磁阀继电器

电磁阀继电器的作用是供应或切断制动执行器上电磁阀的电源。

5.组合仪表

1）制动系统警告灯

（1）当EBD控制或制动防滑控制ECU发生故障时，警告灯亮起以通知驾驶员。

（2）当踩下驻车制动踏板时，警告灯亮起以通知驾驶员。

（3）当制动液位下降时，警告灯亮起以通知驾驶员。

2）ABS警告灯

当制动防滑控制ECU检测到ABS、EBD或制动助力系统发生故障时，警告灯亮起以通知驾驶员。

3）VSC警告灯

当制动防滑控制ECU检测到TRC或VSC发生故障时，警告灯亮起以通知驾驶员。

4）防滑指示灯

当TRC、VSC或HAC运行时，指示灯闪烁以通知驾驶员。

6.速度传感器

速度传感器用来检测各车轮转速。

7.转向角传感器

转向角传感器用来检测方向盘的转向和角度。

8.偏移率和减速传感器

（1）检测车辆的偏移率。

（2）检测车辆向前、向后和横向的加速度。

9.泵电机继电器

泵电机继电器用来供应或切断制动执行器上泵电机的电源。

10.制动灯开关

制动灯开关用来检测制动踏板踩压信号。

11.TRCOFF开关

TRCOFF开关只取消TRC操作，而不影响其他系统。

12.VSC警告蜂鸣器

激活VSC，蜂鸣器间歇地响起以通知驾驶员。

13.发动机ECU

根据接收到的来自制动防滑控制ECU的信号控制节气门开度，以控制发动机输出功率。同时也向制动防滑控制ECU发送节气门开度信号、加速踏板位置信号和发动机转速信号。

14.曲轴位置传感器

曲轴位置传感器用来检测发动机转速，并经发动机ECU将其发送到制动防滑控制ECU中。

八、制动执行器

制动执行器由执行器部分、制动防滑控制ECU、ABS电磁阀继电器、泵电机和总泵压力传感器组成。

丰田皇冠轿车制动执行器内部电路如图5-21所示，液压系统回路如图5-22所示。执行器部分由10个电磁阀、2个压力调节阀、2个泵、2个储液罐和1个总泵压力传感器组成。10个电磁阀由2个总泵切断电磁阀［（1）（2）］、4个压力保持阀［（3）（4）（5）（6）］和4个减压阀［（7）（8）（9）（10）］组成。

图5-21 丰田皇冠轿车制动执行器内部电路图

图5-22 液压系统回路

九、系统操作

1.正常制动

正常制动时，所有电磁阀关闭，如图5-23所示。

2.带EBD的ABS操作

根据接收到的来自4个车轮转速传感器、偏移率和减速传感器的信号，制动防滑控制ECU计算各车轮转速和减速并检查车轮打滑情况。根据打滑情况，ECU控制压力保持阀和减压阀以下列3种模式调节各轮缸的制动液压力：减压、保持和增压模式（图5-24）。

图5-23 正常制动时（所有电磁阀关闭）

3.制动助力操作

在紧急制动情况下，制动防滑控制ECU根据通过压力传感器信号测定的总泵中压力增加的速度检测驾驶员的意图。如果ECU判定需要额外的制动助力，则会在执行器的泵中产生比总泵更大的制动液压力并且直接加在轮缸上。

在下列情况下，制动防滑控制ECU也提供制动助力。

（1）在制动助力器失效情况下，制动防滑控制ECU根据来自制动载荷传感器开关和总泵压力传感器的数据检测到失效。

图5-24 制动操作时的增压模式

（2）在车辆满载情况下，制动防滑控制ECU通过总泵压力传感器和车速信号可检测到该情况。

4.TRC操作

通过总泵切断电磁阀将泵产生的液压调节到所需的压力，以减压、保持和增压3种模式控制驱动轮的轮缸以控制驱动轮打滑。图5-25所示为TRC系统激活时，增压模式的液压回路图。压力保持阀和减压阀根据前面所述的带EBD的ABS工作模式打开或关闭（ON/OFF）。

图5-25 TRC操作时的增压模式液压回路图

5.VSC操作

1）VSC操作简述

VSC系统通过电磁阀控制由泵产生的液压，并以减压、保持和增压3种模式，将液压施加到各车轮的制动轮缸。这样，就可控制前轮滑动或后轮滑动的趋势。

2）前轮防滑控制（向右转向）

在前轮防滑控制中，向外侧前轮和2个后轮上施加制动。另外，根据制动器是ON或OFF和车辆的状况，某些时候原本需要施加制动的车轮也许得不到制动力。

（1）图5-26所示为增压模式下的液压回路，车辆向右转时，它能抑制前轮滑动。

（2）其他工作模式时，压力保持阀和减压阀根据带EBD的ABS的工作模式打开或关闭。

3）后轮防滑控制（向右转向）

在后轮防滑控制中，向外侧的前轮和后轮上施加制动。另外，根据制动器是ON或OFF和车辆的状况，某些时候原本需要施加制动的车轮也许得不到制动力。

图5-26 VSC操作时的增压模式下的液压回路

（1）图5-27所示为增压模式下的液压回路，车辆向右转时，它能抑制后轮滑动。

（2）其他工作模式时，压力保持阀和减压阀根据带EBD的ABS的工作模式打开或关闭。

然而，后轮制动防滑控制时，压力保持阀打开（ON），阻塞前内轮的液压通道，以防止对前内轮施加制动。

图5-27 后轮防滑控制增压模式下的液压回路（向右转向）

6.HAC操作

（1）HAC操作中，将泵产生的液压分配到轮缸以施加制动。这样，该操作阻止车辆的倒车。

（2）HAC系统在制动中是以快速变换下列三种模式的方式制动，三种模式是控制轮缸的液压减压、保持压力、增压模式（图5-28）。

图5-28 HAC操作的增压模式

十、制动防滑控制ECU

1.VSC

制动防滑控制ECU根据接收来自车轮转速传感器、偏移率传感器、减速度传感器和转向角传感器四个不同的传感器的信号计算车辆状态。

如果在紧急制动或转弯时，前轮和后轮产生强的滑动趋势，同时制动防滑控制ECU求出车辆状态的数值超出规定值，如图5-29所示，则它会通过节气门和需要的制动液压力来控制发动机扭矩，从而控制车辆。

图5-29 发动机扭矩调节和车轮制动压力调节时刻

（a）节气门控制开始；（b）制动控制开始；（c）制动控制完成；（d）节气门控制完成

2.初始检查

每次打开点火开关，并且车辆速度接近6km/h或更快，制动防滑控制ECU就会进行初始检查操作，依次检查制动执行器上的每个电磁阀和泵电机的功能。

十一、自诊断

如表5-1所示，如果制动防滑控制ECU检测到带有EBD、制动助力、TRC、VSC或HAC的ABS系统有故障，检测出故障的相应ABS、制动系统和VSC警告灯和防滑指示灯亮起，以提醒驾驶员。

表5-1 不同功能的故障显示

同时，DTC（诊断故障代码）存储在存储器中。通过在DLC3的Tc和CG端子间连接SST（09843—18040）并观察ABS警告灯和VSC警告灯的闪烁情况，或通过连接智能测试仪Ⅱ来读取DTC。此系统具有传感器信号检查（测试模式）功能。通过在DLC3的Ts和CG端子间连接SST（09843—18040）或连接智能测试仪Ⅱ可激活此功能。此检查功能包括进行偏移率传感器零点校正、减速度传感器零点校正、偏移率传感器检查、总泵压力传感器检查和速度传感器检查操作。如果制动防滑控制ECU在传感器检查过程中检测到故障，则它将DTC（诊断故障代码）保存在存储器中。在传感器信号检测操作中通过连接DLC3的Tc和CG端子并观察ABS警告灯和VSC警告灯的闪烁情况，或在智能测试仪Ⅱ上，可以读取该DTC。如果CAN在ECU或传感器上有通信故障，多个DTC会同时输出，以指示故障位置。

对于ABS系统会有如下故障类型：ABS SOL继电器或电磁阀线路电路开路/短路；传感器尖端附有异物；蓄电池正极电压低；压力传感器故障或压力传感器输出信号错误；减速度传感器故障；制动灯开关电路开路；制动踏板载荷传感器开关故障；ABS电机安全保护继电器电路短路；CAN通信故障；制动防滑控制ECU故障；ABS警告灯电路开路；速度传感器输出电压低或电压异常变化。

对于VSC会增加如下故障码类型：转向角传感器故障；偏移率传感器故障或偏移率传感器零点校正未完成，以及偏移率传感器输出信号错误；减速传感器故障或减速传感器零点校正未完成；发动机ECU通信电路故障；偏移率传感器与CAN通信故障；转向角传感器与CAN通信故障；ECU与CAN通信故障；制动防滑控制ECU故障。

十二、安全保护

（1）在TRC和/或VSC发生故障时，制动防滑控制ECU会停止TRC和VSC的操作。

（2）在ABS和/或制动助力发生故障时，制动防滑控制ECU会停止ABS、制动助力、TRC和VSC的操作。

（3）在EBD控制发生故障时，制动防滑控制ECU会停止EBD控制。即使在这种情况下，除制动控制系统（带EBD、制动助力、TRC和VSC的ABS）外的一般制动操作仍是安全的。

（4）如果在制动防滑控制ECU、转向角传感器或偏移率传感器、减速传感器间发生通信故障，则制动防滑控制ECU停止TRC和VSC的控制。

（5）当发动机ECU检测到DTC时，发动机ECU会使TRC和VSC失去控制能力。