ABS防抱死制動系統

【摘 要】汽車防抱死制動系統（ABS）作為一種主動安全裝置，能夠在汽車制動時自動調節車輪制動力，防止車輪抱死，保證車輛的側向穩定性和轉向操縱性，同時縮短制動距離以獲取最佳制動效果。本文主要圍繞ABS系統的組成、類型、布置形式、工作原理及典型系統的工作過程進行闡述。

【關鍵詞】輪速傳感器；HCU；ECU；滑移率；附著力

1.ABS的基本組成

ABS是一種在制動時能自動調節制動管路壓力，使車輪不致抱死，從而避免汽車后輪側滑和前輪失去轉向能力，以提高汽車行駛穩定性、操縱穩定性和制動安全性，并最大限度地利用地面附著力的制動調節系統。

ABS系統通常由車輪輪速傳感器、液壓調節器（HCU）、電子控制單元（ECU）和警示燈等組成。在不同的ABS系統中，HCU的結構形式和工作原理往往不盡相同，ECU的內部結構和控制邏輯也有很大差異。

2.ABS系統的類型及布置形式

2.1 ABS系統的類型

按汽車制動系統分，ABS有如下幾種類型：

（1）液壓制動系統ABS它廣泛應用于轎車和輕型汽車。它又分為整體式、分離式和ABS VI型三種類型。

（2）氣壓制動系統ABS這種ABS主要用于4x2的氣壓制動的汽車和汽車列車上。

（3）氣頂液制動系統ABS這種ABS主要應用于中、重型載貨汽車上。它又分為通過對氣頂液動力缸輸入空氣壓力來控制制動壓力的ABS和直接控制氣頂液動力缸輸出到各車輪制動輪缸的液壓力的ABS。

2.2 ABS系統的布置形式

按ABS中的控制管路（通道）數和傳感器數量，ABS可分為如下幾種布置形式：

（1）四通道式。四通道控制系統在每個車輪上各設置一個傳感器，在通往各個車輪分泵中各設置一個液壓調節器，進行獨立控制。四通道控制系統有兩種布置形式，分別為H型和L型。

（2）三通道式。四輪ABS大多為三通道系統，而三通道系統都是對兩前輪的制動壓力進行單獨控制，對兩后輪的制動壓力按低選原則一同控制。三通道ABS對兩后輪進行一同控制，對兩后輪進行單獨控制。這樣可以保證左右兩后輪的制動力相等，即使兩車輪的附著系數相差較大，兩個車輪的制動力都限制在附著力較小的水平，使兩個后輪的制動力始終保持平衡，保證汽車在各種條件下制動時都具有良好的方向穩定性。

（3）二通道式和一通道式。二通道式和一通道式難以在方向穩定性、轉向控制性和制動效能各方面得到兼顧，目前已很少采用。

3.ABS系統的理論基礎

3.1汽車制動時的車輪滑移率

在汽車實際行駛中，車輪在路面上的縱向運動有兩種形式—滾動和滑動。汽車在制動過程中，隨著制動強度的增加，車輪滾動的成分越來越少，而滑動的成分越來越多。一般用滑移率 來說明此過程中滑動成分的多少。滑動率的定義是：

S=（v-w*r）/v*100%。

式中：S—滑移率。

v—車速（m/S）。

r—車輪滾動半徑（m）。

w—車輪轉動角速度（rad/S ）。

在純滾動時，v=w*r，滑動率S=0；在純拖滑時，v=0，S=100% ；邊滾邊滑時，0

3.2路面制動力、制制動器制動力和附著力之間的關系

汽車在行駛中能夠制動的原因是由于路面給相應車輪提供了路面制動力。當地面制動力達到附著力時，車輪即抱死不轉而出現拖滑現象。否則，制動器制動力會由于制動摩擦力矩的增長而按直線關系上升。但是，若作用在車輪上的法向載荷為常數，地面制動力達到附著力的值后就不再增加。

由此可見，汽車的地面制動力首先取決于制動器制動力，同時又受地面附著條件的限制，所以只有汽車具有足夠的制動器制動力，同時地面能提供高的附著力，才能獲得足夠的地面制動力。

3.3附著力系數

附著系數分為縱向附著系數和側向附著系數。路面附著力與垂直載荷之比為縱向附著系數，輪胎所受的側向力與垂直載荷之比為側向附著系數。滑移率越低，同一側偏角條件下的側向力系數越大。所以，制動時若能使滑動率保持在較低值，便可獲得較大的縱向附著系數和較高的側向附著系數。這個區域通常稱為穩定區域。這樣，制動性能最好，側向穩定性也好。防抱死制動系統就是用來在制動過程中，使滑移率保持在適當的數值（15%—20%），使制動車輪既能獲得較高的縱向附著系數，又能獲得較大的側向附著系數，從而顯著的改善汽車在制動時的制動效能與方向穩定性。

3.4前、后制動器制動力的比例關系

對于一般汽車而言，根據其前、后軸制動器制動力的分配、載荷情況及道路附著系數和坡度等因素，當制動器制動力足夠時，制動過程可出現三種情況：（1）前輪先抱死拖滑，然后后輪抱死拖滑，此種雖為穩定情況，但在制動時汽車喪失轉向能力，附著條件沒有充分利用；（2）后輪先抱死拖滑，然后前輪抱死拖滑，此種為不穩定情況，后軸可能出現側滑，附著利用率也低；（3）前、后輪同時抱死拖滑，此種情況不僅可以避免后軸側滑，同時前轉向輪只有在最大制動強度下才使汽車失去轉向能力，對附著條件的利用、制動時汽車的方向穩定性均較為有利。在任何附著系數μ的路面上，前、后車輪同時抱死的條件是：前、后輪制動器制動力之和等于附著力，并且前、后輪制動器制動力分別等于各自的附著力。此時的前、后輪制動器制動力Fμ1和Fμ2 的關系曲線，常稱為理想的前、后輪制動器制動力分配曲線，簡稱I曲線。

實際上前、后制動器制動力之比很難嚴格滿足圖中曲線要求。最簡單的一種工況是前、后制動器制動力之比等于常數，即圖中的 線。兩線交點為同步附著系數，即在前、后制動器制動力之比為固定值的汽車，只有在同步附著系數的路面上制動時才能使前、后輪同時抱死。顯然，實際制動力分配曲線與理想的制動力分配曲線相差很大，不能滿足理想制動要求。為此，現代汽車均裝有比例閥或載荷比例閥等制動力調節裝置，使之接近于理想制動力分配曲線。

4.典型ABS系統的原理及工作過程

汽車制動時，四個輪速傳感器分別將各車輪的信號傳給電子控制器，經電子控制器運算得出各車輪的滑動率，并根據滑動率控制各輪缸的油壓。當滑動率在15%—20%時，車輛的縱向附著力和側向附著力都較高。將這一附著區域內汽車制動的有關參數預先輸入到制動防抱死裝置（ABS）的控制系統，控制器可隨機地根據實際制動工況進行判斷，給執行機構發出動作指令，使車輪的滑移率控制在這一最佳工作范圍內，即各車輪制動到不抱死的極限狀態。因此，汽車制動時，既不“跑偏”又不“甩尾”。

一般，典型的ABS系統工作過程分為常規制動過程、減壓過程、保壓過程、增壓過程。

常規制動過程：在常規制動階段，ABS并不介入制動壓力控制。當踩下制動踏板，制動主缸產生高壓制動液，此時，電磁閥不通電，液壓泵也不工作，制動主缸的制動液通過電磁閥進入制動輪缸，輪缸液壓升高，車輪制動器產生制動。

減壓過程：當ABS的ECU根據輪速等信號，判斷其滑動率等參數達到控制值，需要減少制動輪缸制動壓力時，此時電磁閥線圈通入較大電流，電磁閥線圈產生電磁力，柱塞上移，主缸和輪缸通路切斷，輪缸和儲液室相通，輪缸制動液流入儲液室，制動壓力降低。同時，驅動電機啟動，液壓泵開始工作，把流向液壓的儲液室制動液加壓后輸送到主缸，為下次制動做好準備。

保壓過程：當ABS的ECU根據輪速等信號，判斷其滑動率等參數達到控制值，需要保持制動輪缸制動壓力時，此時電磁閥線圈通入較小的電流，柱塞在電磁閥的作用下上移，由于電磁閥線圈產生的電磁力較小，柱塞上移的距離小，此時既切斷了制動主缸和制動輪缸之間的液路，也切斷了制動輪缸和儲液室之間的液路，使制動輪缸制動液液壓既不增大也不減小，保持不變。

增壓過程：當壓力下降后，車輪必定加速旋轉。ABS的ECU根據輪速等信號，判斷其滑移率等參數達到控制值，需要增加制動輪缸制動壓力時，ECU則切斷通往電磁閥的電流，柱塞回到常規制動位置，接通制動主缸和制動輪缸的液路，并切斷制動輪缸和儲液室的液路，從而增加制動壓力。 [科]

【參考文獻】

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