ABS 制動防抱死系統的液壓控制過程探討

劉 巖

(鞍山技師學院冶金分院，遼寧鞍山 114000)

隨著世界汽車工業的迅猛發展，高等級公路所占比重越來越大，汽車行駛速度進一步提高，道路行車密度不斷增大，汽車行駛安全性能日益成為人們選購汽車的首選依據。廣泛采用的汽車制動防抱死(ABS)系統就是在這種要求下產生和發展的。

既然(ABS)制動防抱死系統的應用使人們對行駛安全性能的要求得到更大的滿足，那么作為技工學校的教師，如何深入淺出地向學生介紹ABS的液壓制動過程，使學生能夠很好地掌握，就變得十分重要。

1 ABS原理概述

1.1 ABS基本定義

汽車制動防抱死(ABS)系統是汽車在常見路面上進行較大制動力剎車時，防止車輪完全抱死的系統。它能保證汽車制動效能及制動時的方向穩定性，大大減少了制動距離，是具有良好制動效果的剎車裝置。

1.2 制動時車輛運動狀況分析

1.2.1 制動時車輛的受力分析

汽車受到一個與行駛方向相反的外力時，才能從一定的車速制動到較低的車速直至停車，這個外力實際上是由地面提供，稱為地面制動力(用Xb表示)。地面制動力越大，汽車的制動減速度越大，制動距離也越短，所以該力對汽車的制動效能具有決定性影響。但是地面制動力的大小取決于兩個摩擦副的摩擦力:一個是制動器內制動摩擦力，即制動器制動力(用Fb表示);另一個則是輪胎與地面間的摩擦力，即附著力(用Fu表示)。

由此可見，汽車的地面制動力Xb首先取決于制動器制動力Fb，但同時又受地面附著力Fu的限制。只有具有足夠的制動器制動力Fb，同時地面又能提供較高的附著力Fu時，汽車才能獲得足夠的地面制動力Xb。

1.2.2 滑移率

滑移率S的定義如下:

其中，Vc為車身速度(車身相對于地面的速度);Vt為車輪速度(車輪的外圓線速度)。汽車在正常行駛車輪作純滾動時，Vc=Vt，S=0;在車輪被完全抱死作純滑動時，Vt=0，S=100%;與車輪邊滾動邊滑動時，0＜S＜100%。所以滑移率S的大小，說明了車輪運動中滑動成分所占的比例，滑移率S越大，滑動成分越多。

1.3 ABS的功用

ABS的功用就是在汽車制動過程中，不斷自動調整汽車制動系統壓力，使車輪滑移率始終保持在20%左右。保證汽車在制動過程中獲得最大的縱向附著系數，提高汽車的制動效能。同時也可在制動中保持較大的側向附著系數，防止汽車發生側滑或失去轉向能力，提高汽車制動時的方向穩定性。

1.4 ABS系數的組成

1)傳感器。在各種控制方式的ABS中均有輪速傳感器，檢測車輪速度，并把輪速換成脈沖信號送至ABS ECU。車速傳感器又稱測速雷達，用在以車輪滑移率為控制參數的ABS中，它用來檢測車速，并向ABS ECU輸送車速信號。汽車減速度傳感器僅用在四輪驅動的控制系統中，它用來檢測汽車制動時的減速度，識別是否是在冰雪等易滑路面。2)ABS執行機構。ABS執行機構主要由制動壓力調節器和ABS警報燈組成。制動壓力調節器根據ABS ECU指令來調節各車輪制動器的制動壓力。不同制動系統的ABS所采用的制動壓力調節器也不同，可分為液壓式、氣壓式。在目前應用廣泛的液壓制動系統中，制動壓力調節器的主要元件是電動泵和液壓控制閥。ABS報警燈的功用是在ABS出現故障時，由ABS ECU控制使ABS警報燈點亮，向駕駛員發出警報信號，并可由ABS ECU控制閃爍顯示故障碼。3)ABS ECU。ABS ECU接收傳感器信號，比較各輪速和汽車行駛速度，判斷各車輪的滑移情況后，向ABS執行機構下達指令來調節各車輪制動器的制動壓力。

2 ABS防抱死系統的液壓控制過程

制動壓力調節器的作用是接受ECU的指令，通過電磁閥的動作來自動調節車輪制動器的制動壓力。

2.1 結構形式

液壓式制動壓力調節器主要由電磁閥、電動泵、儲液器、蓄能器等元件組成，它串接在制動主缸與制動輪缸之間。電磁閥有若干個，用來調控輸送至各制動輪缸的制動壓力，電磁閥有2位2通，2位3通，3位3通等結構形式。電動泵分回液泵和液壓泵兩種。回液泵也稱作再循環泵，用于循環調壓式制動壓力調節器中，多采用柱塞泵，它受ECU的控制，由電動機驅動，其作用是在減壓過程中將從輪缸流出的制動液泵回制動主缸。而液壓泵則用于變容調壓式制動壓力調節器中，它也受ECU的控制，但它與循環調壓方式中的回液泵的作用有所不同，主要是用于在控制管路中建立控制油壓。蓄能器根據其儲存制動液的壓力范圍，分為高壓蓄能器和低壓蓄能器。高壓蓄能器用于儲存經電動泵加壓后的高壓制動液，并向制動輪缸(循環調壓方式)或調壓缸(變容調壓方式)供給高壓制動液;而低壓蓄能器則用于接收和儲存回流的低壓制動液，并可衰減回流制動液的壓力波動。為了區別這兩種蓄能器，一般將高壓蓄能器簡稱為蓄能器或儲能器，而將低壓蓄能器稱為儲液器，儲液室或儲油箱等。

2.2 調壓方式

ABS的制動壓力調節器，可以采用循環調壓方式或變容調壓方式，進行防抱死制動壓力調節。1)循環調壓方式是采用電磁閥來直接調節輪缸的制動壓力。它在制動主缸與輪缸之間串聯一個電磁閥，通過使制動輪缸中的制動液流回制動主缸或儲液器實現制動壓力的減少，又通過使制動主缸或供能裝置中的制動液流入制動輪缸實現制動壓力的增大。這種調壓方式也稱為流通調壓方式。2)變容調壓方式是通過電磁閥的控制來間接調節輪缸的制動壓力。它是在汽車原有制動管路上增加一套液壓控制裝置，并將制動輪缸與制動主缸隔離，通過控制制動管路中容積的增減，來控制輪缸中制動壓力的變化。如美國德爾科公司生產的ABSUI防抱死制動系統，就采用了變容調壓方式的制動壓力調節器。

2.3 工程過程

在汽車制動時，通過制動壓力調節器所形成的制動工況包括正常工況(制動無抱死工況)、防止車輪抱死時的制動壓力保持工況、減壓工況及加壓工況4種。現以如圖1所示的ABS系統為例，對這些工況加以具體介紹。圖1中給出的是ABS系統的液壓控制回路。其制動壓力調節器采用循環調壓方式，對應每一個控制通道都設置了1個3位3通電磁閥。該系統共有3個控制通道，因而有3個3位3通電磁閥。ECU按控制電流的大小分3種電流向每個電磁閥通電，可使每個電磁閥有3種工作位置，從而在制動主缸、制動輪缸和回油管路之間建立起液壓聯系，并使ABS系統實現壓力升高、壓力保持和壓力降低的調節。

圖1 ABS系統示意圖

1)正常工況。在正常工況時車輪均未抱死，ABS不介入制動壓力調控，ECU不向各個3位3通電磁閥的電磁線圈供電，這時電磁閥的柱塞僅在回位彈簧預緊力的作用下向下運動而處在最下端位置，使端口B關閉，端口A開啟。當踩下制動踏板時，從主缸來的制動液從A端口流向C端口，送往制動輪缸(車輪油缸)，實施制動。這種制動主缸與各制動輪缸相通，各輪缸的制動壓力隨主缸制動壓力的上升而上升，同時利用第1檢驗閥(單向閥)將通向回液泵的油路切斷。當制動踏板松開時，制動輪缸的制動液流經C，A端口及第3檢驗閥(旁通閥，也是一個回液單向閥)，回到制動主缸。2)保壓工況。當進行緊急制動，ABS的ECU判定某個或某幾個車輪正趨于抱死時，系統就進入防抱制動控制。防抱制動循環首先進入保壓工況，以使車輪充分地進行制動。此時ECU向電磁閥通以較小的控制電流(一般為2 A～2.5 A，約為最大控制電流的半值)，柱塞在一定電磁力的作用下克服回位彈簧的彈力向上運動，當運行到電磁力與彈簧彈力相平衡的中間位置時停止運動，使A端口和B端口均關閉，此時第3檢驗閥已關閉，即C端口也被關閉，主缸、輪缸與回油管路之間的油路相互隔斷，因而車輪油缸內的壓力保持不變。3)減壓工況。在保壓工況后，車輪會進入不穩定區域，防抱制動循環就過渡到減壓工況。這時ECU向電磁閥通以最大控制電流(一般為5 A～5.5 A)，柱塞在較大電磁力作用下，進一步克服彈簧彈力向上運動而上升到最高位置，A端口繼續關閉，而將B端口打開與C端口相通，使車輪油輪中的制動液從C端口流經B端口回到儲油箱。同時，ECU向回液泵電機發出通電信號，油泵開始工作，把儲油箱中的液壓油泵出，形成比制動主缸內的壓力要高的油壓，該油壓把第1檢驗閥(單向閥)向上頂起而回流到制動主缸內。這樣車輪油缸內的制動壓力迅速下降，避免了車輪抱死的危險。4)加壓工況。當車輪抱死解除時，防抱制動循環就過渡到加壓工況。這時ECU停止向電磁閥通電，3位3通閥的工作狀態又恢復到與正常工況時相同，而把制動主缸內的油壓傳遞到制動輪缸。由保壓—減壓—加壓形成的防抱制動循環工況是在瞬間完成的，其循環動作的頻率可達到3次/s～20次/s，從而可保證每個車輪都不會發生制動抱死，并將車輪的滑移率控制在最佳范圍內。這種防抱調節一直持續到車速降至很低，或者車輪不再趨于抱死時為止。

2.4 ABS系統的其他相關元件

不同的ABS系統，所采用的液壓、電氣元件的種類及其結構會有所差異，以下對ABS系統中常用到的這類元件做一簡介。

1)制動液液面高度傳感器。它一般裝在制動主缸的儲液器內，用于監測制動液的液位高低。2)旁通閥。它是一個單向閥，當解除制動時，輪缸內的制動液通過它返回制動主缸，而使輪缸中的制動壓力迅速降低。3)壓力開關(或壓力傳感器)。裝在蓄能器上，用于檢測內部制動液壓力的大小，向ECU提供制動液壓力信號，ECU以此控制電動泵工作。4)減壓閥(安全閥)。當蓄能器內的液壓超過規定值時，一部分制動液通過減壓閥返回到制動主缸，以保持系統制動壓力的穩定。5)比例調節閥。串聯裝在通向后輪的液壓制動管路中，用來限制后輪缸制動壓力的增長。這是由于在制動時，車輛因慣性發生軸荷轉移，后輪上的垂直載荷減小，后輪缸只需要較低的制動壓力，而與后輪的附著力相適應。

3 結語

提高汽車的制動性能越來越重要，而且控制系統越來越復雜，越來越人性化，正向綜合系統化方向發展。汽車的制動性能與汽車本身的設計要求和使用條件有著緊密的聯系，我相信隨著科學技術不斷的發展和廣大的汽車技術人員不斷的挖掘，把提高汽車的安全性作為更長期的目標。我們相信隨著科學和社會的不斷進步，我們的汽車技術一定會飛黃騰達，成為帶領社會發展的領頭羊，必將有一個更遠更好更高的發展。

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