汽车防抱死制动系统（简称“ABS”），是基于汽车轮胎与路面之间的附着特性而开发的高技术制动系。ABS由信号传感器、逻辑控制器和执行调节器组成。其控制目标是：当汽车在应急制动时，使车轮能够获得最佳制动效率，同时又能实现车轮不被抱死、侧滑，使汽车在整个制动过程中保持良好的行驶稳定性和方向可操作性。

影响ABS传感器的信号采集因素涉及多方面，涵盖整个ABS的各个组件。包括ABS传感器故障、传感器的安装问题、传感器连接不良、脏污及传感器配合的ABS齿圈问题。单从ABS信号检测分析仪及整车采集故障信号，无法分析是哪些ABS齿圈对应的因素影响信号。需要在试验室用试验手段检测验证ABS齿圈的单一因素对ABS传感器的影响，并结合整车的故障重现验证。因此，需要先分析一种合理的试验室验证手段。

ABS传感器检测原理及试验方法分析

磁电式轮速传感器工作可靠,几乎不受温度等环境因素影响，所以在ABS中得到广泛应用。本文研究对象的ABS传感器采用磁电式轮速传感器，其工作原理如图1所示。

图1  磁电感应式轮速传感器结构原理

当齿圈的齿隙与传感器的磁极端部相对时，磁极端部与齿圈齿间的空气间隙最大，传感器永磁性磁极产生的磁力线不容易通过齿圈，感应线圈周围的磁场较弱；当齿圈的齿顶与传感器的磁极端部相对时，磁极端部与齿顶间的空气间隙最小，传感器永磁性磁极产生的磁力线容易通过齿圈，感应线圈周围的磁场较强。汽车在行驶过程中，齿圈上的齿顶和齿隙交替通过永久磁铁的磁场，整个回路中的磁通量随之发生变化，在线圈中产生感应电动势。通过检测感应电动势的波形信号可以计算出轮速的大小。其中，感应线圈中感应电动势计算为：

式中，ε是感应电动势；N 是线圈匝数；B 是磁场强度；ω是旋转角速度；Asinθ是垂直于磁力线的有效面积。

感应电动势的幅值与车轮轴（ABS齿圈）的转速和气隙有关。当气隙一定时，转速越大，其幅值越大；当转速一定时，气隙越小，其幅值越大。其关系可用以下关系式表示：

式中，ε是感应电动势；μ代表齿圈的导磁性；n是齿圈的转速；x是传感器头与齿圈的气隙。

ABS是利用传感器产生的感应电动势的幅值作为信号输入进行工作的，在实验室台架上当感应电动势达到一定值时，可以在设备显示器上显示出完整波形，否则将丢失信号。

为了验证因齿圈的某些因素对ABS信号的影响（图2），我们可以固定ABS齿圈转速n，以感应电动势（波形）达到需要值时的气隙x作为试验判定最低基准。当输出波形满足要求时，气隙超过基准值时，判定为满足设计要求，且气隙值越大，判定为齿圈质量越好。

图2  实验室对ABS齿圈样件采集信号验证

试验开展准备

在某公司开发某款车型，该车型同步开发ABS。在台架试验上经过验证，按齿圈转速为200 r/min进行检测，得出最低气隙大于1.5 mm时齿圈即为合格。

在制造该车型某阶段性开发用车时，曾出现车辆在紧急制动工况发生ABS故障灯点亮。ABS工程师用信号采集器对故障车ABS信号进行采集分析。发现信号有问题，故障代码为：C003607 左后轮齿圈错误（机械的）。ABS产生问题的零件可能是ABS传感器或者ABS齿圈。此车ABS故障仅发生在左后轮，而右后轮ABS信号正常。工程师进行故障件排查，将左右相关零部件互换验证，结果如表1所示。

表1 相关零部件互换验证结果

ABS齿圈是压装在半轴总成上的，验证时更换半轴总成，等于更换ABS齿圈。从以上结果表明导致ABS信号故障的零件是ABS齿圈，其余因子都满足要求。而该车齿圈拿到实验室进行检测，其气隙为1.0 mm，小于最小合格气隙1.5 mm。

综上，可以将此车作为ABS齿圈对ABS信号采集的影响因素研究的验证用车。影响因素的调查研究结果，也将促进该车的故障排查解决。

齿圈因素对ABS信号影响的验证研究

首先对显而易见的齿圈尺寸因素进行全面检测，发现所有尺寸满足要求。针对该故障车及ABS齿圈状态，经过头脑风暴后，采用关联图对其进行原因分析，最终确定以下因素是导致故障的原因：包括齿圈材料、齿圈表面处理方式、齿的成形工艺及齿圈是否带有磁性等方面。齿圈设计状态或现工艺对应的状态如下：材料40 Cr；表面处理（镀锌）；齿成形工艺：冷挤压。

齿圈不合格肯定会影响信号采集，这里不做论述。接下来将通过单一因子样件试制，并采用台架试验测试，结合故障车实车验证，用试验的方法得出ABS齿圈因素对ABS信号采集的影响作用。

1.齿圈材料对ABS信号采集的影响研究

本齿圈材料采用40 Cr，该材料是ABS齿圈常用材料。对比其他对标车可以发现，上市已久的某国产车型、某韩系车型也同样用40 Cr材料齿圈，而多个量产韩系车型采用20钢。

40 Cr和20钢设计的齿圈在市面上均已广泛使用。为了进一步验证40 Cr材料对ABS信号的影响，小组决定采用常用的导磁齿圈材料：40 Cr、20钢和45钢分别试制ABS齿圈，在实验室进行验证。此3批样件仅材料不同，其余因素都与设计要求一致。得出试验结果如表2、表3及表4所示，数据均满足要求。上述三组数据显示，采用的40 Cr、20钢、45钢试制的齿圈实验室检测气隙， 3种方案的实测数据分布接近，气隙均大于1.5 mm，且现方案40 Cr与量产车齿圈20钢数据很接近（图3）。

图3  不同材料齿圈气隙对比

综上所述，说明40 Cr、20钢、45钢均是合理的齿圈材料。即常用导磁齿圈材料不是影响ABS信号采集的主要因素。

2.齿圈表面处理对ABS信号采集的影响研究

现设计齿圈采用的是镀锌处理。某量产车型采用的表面处理是达克罗。为了查找确认表面处理是否要因，现以达克罗处理为对标，同时增加不做任何表面处理的方案，试制零件实测气隙，对比分析。此3批样件仅表面处理方式不同，其余因素都与设计要求一致。其中，镀锌方式的方案可用表2做测试结果。其余两个方案试验结果如表5、表6所示。

对比表2、表5和表6三个方案实测数据发现，其测试气隙分布基本相同（图4）。但是用于对标的量产车型达克罗齿圈反而出现不合格的零件（4-9），且有两个接近合格临界值（4-10、4-16），出现此现象说明是其他因素导致。

图4  不同表面处理齿圈气隙对比

综上，齿圈的表面处理不是影响ABS信号采集的主要因素。常见表面处理如镀锌、达克罗及不做表面处理均不会对ABS信号采集产生不良影响。

3.齿的成形工艺对ABS信号采集的影响研究

目前采用齿的成形工艺是冷挤压成形。冷挤压成形效率高，但是可能存在齿的密度不均及毛刺、磕碰大的问题。机加工齿的成形工艺通常分冷挤压、滚齿等。验证方案采用冷挤压和滚齿对比，分别试制样件实测气隙对比。其中，冷挤压工艺方案可用表2组测试结果。滚齿方案试验结果如表7所示。

对比表2和表7测试数据发现，测试样件均满足设计气隙值，即两种不同成形工艺的零件均合格。综上所述，齿圈齿的成形工艺不是影响ABS信号采集的主要因素。常见成形工艺如冷挤压、滚齿工艺均不会对ABS信号采集产生不良影响。

4.齿圈是否带有磁性对ABS信号采集的影响研究

根据前述原理分析，ABS传感器信号的采集，需要有磁通量的变化量。但是如果齿圈有微弱磁场，齿顶和齿槽均带有微弱磁场，是否会影响磁通量的变化，是否会影响传感器信号的采集，则需要进行试验验证研究。

在此次故障车发现问题之前，在试验室对零件进行抽查也发现了3件故障件齿圈，把包括故障车零件一共4个故障件一并进行气隙检测，分别编号为0-1、0-2、0-3、0-4。测得气隙如表8所示。

抽取以上几组方案中合格且气隙较优样件、不合格和合格但气隙值较差的样件，进行磁场强度检测。发现合格样件均不带磁场（表9），而不合格和合格但气隙较差的样件均带有磁场

（表10）。将带磁场的齿圈全部退磁后，重新测量气隙值。发现原来不合格的齿圈退磁后全部变成合格件，原来较差间隙值的零件退磁后均有明显提升。说明齿圈带上的磁场使零件不合格，是影响ABS信号采集的主要因素。

为了进一步验证齿圈磁场对ABS信号丢失故障的影响，提取以上各方案中合格且气隙较优的齿圈样件，对其进行反向充磁后，测量其气隙变化。再次退磁，再测试其气隙，得出结果是：充磁后，零件全部变为不合格。再次退磁后，零件全部又变为合格，测试数据如表11所示。综上所述，齿圈上带有微弱的磁场是影响ABS信号采集的主要因素。

最后一步验证，将故障车和实验室中故障齿圈（编号0-1、0-2、0-3、0-4）退磁后装配到整车上，实车验证ABS是否正常工作。将车加速到70 km/h，踩制动踏板和离合器踏板，直到车速降为0。每台车试验6次。全部通过试验，4台车全部OK，ABS正常工作无报警（图5）。

图5  退磁后故障齿圈再装车验证，ABS正常工作

结论

通过以上试验方法，对ABS齿圈一些潜在的因素进行验证研究，发现常见的导磁齿圈材料、齿圈的表面处理方式、齿圈齿的成形工艺均不是影响ABS信号采集的主要因素。而齿圈带有微弱磁场则是影响ABS信号采集的主要因素。不管是齿圈局部，还是齿顶带有磁都会有影响。

齿圈加工过程，会经过多个工序，而车削、磨削容易使零件带上微弱磁场。正是由于此过程产生的微弱磁场，才导致ABS信号故障。为了满足解决齿圈带有微弱磁场的问题，建议齿圈零件在出厂前进行100%退磁处理，并列入出厂检验项。