淺談ABS防抱死制動系統(tǒng)原理及作用

王粒同 楊鵬煜 陶尹昭 王鵬

摘 要：當車輪抱死滑移時，車輪與路面間的側(cè)向附著力將完全消失。如果是前輪（轉(zhuǎn)向輪）制動到抱死滑移而后輪還在滾動，汽車將失去轉(zhuǎn)向能力（跑偏）。如果是后輪制動到抱死滑移而前輪還在滾動，即使受到不大的側(cè)向干擾力，汽車將產(chǎn)生側(cè)滑（甩尾）現(xiàn)象。這些都極易造成嚴重交通事故。

ABS防抱制動系統(tǒng)由汽車微電腦控制，當車輛制動時，它能使車輪保持轉(zhuǎn)動，從而幫助駕駛員控制車輛達到安全的停車。這種防抱制動系統(tǒng)是用速度傳感器檢測車輪速度，然后把車輪速度信號傳送到微電腦里，微電腦根據(jù)輸入車輪速度，通過重復地減少或增加在輪子上的制動壓力來控制車輪的打滑率，保持車輪轉(zhuǎn)動。本論文從ABS的工作原理、發(fā)展歷程展開敘述，簡要介紹了ABS的主要特點，對ABS的功用進行了較為詳細的分析。

關(guān)鍵詞：防抱死制動系統(tǒng)；電子控制系統(tǒng)；制動裝置

1.引言

1.1 ABS的發(fā)展歷程

ABS系統(tǒng)的發(fā)展可以追溯到本世紀初期，早在1928年制動防抱理論就被提出，在30年代機械式制動防抱系統(tǒng)就開始在火車和飛機上獲得應用，博世（BOSCH）公司在1936年第一個獲得了用電磁式車輪轉(zhuǎn)速傳感器獲取車輪轉(zhuǎn)速的制動防抱系統(tǒng)的專利權(quán)。

1.1.1 模擬電子控制階段

在60年代后期和70年代初期，一些電子控制的制動防抱系統(tǒng)開始進入產(chǎn)品化階段。

凱爾塞·海伊斯公司在1968年研制生產(chǎn)了稱為“SURETRACK”兩輪制動防抱系統(tǒng)，該系統(tǒng)由電子控制裝置根據(jù)電磁式轉(zhuǎn)速傳感器輸入的后輪轉(zhuǎn)速信號，對制動過程中后輪的運動狀態(tài)進行判定，通過控制由真空驅(qū)動的制動壓力調(diào)節(jié)裝置對后制動輪缸的制動壓力進行調(diào)節(jié)，并在1969年被福特公司裝備在雷鳥（THUNDERBIRD）和大陸·馬克（CONTINENTALMKIII）轎車上。這一時期的各種ABS系統(tǒng)都是采用模擬式電子控制裝置，由于模擬式電子控制裝置存在著反應速慢、控制精度低、易受干擾等缺陷，致使各種ABS系統(tǒng)均末達到預期的控制效果，所以，這些防抱控制系統(tǒng)很快就不再被采用了。

1.1.2 電子控制制動階段

進入70年代后期，數(shù)字式電子技術(shù)和大規(guī)模集成電路的迅速發(fā)展，為ABS系統(tǒng)向?qū)嵱没l(fā)展奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。博世公司在1978年首先推出了采用數(shù)字式電子控制裝置的制動防泡系統(tǒng)--博世ABS2，由此揭開了現(xiàn)代ABS系統(tǒng)發(fā)展的序幕。盡管博世ABS2的電子控制裝置仍然是由分離元件組成的控制裝置，但由于數(shù)字式電子控制裝置與模擬式電子控制裝置相比，其反應速度、控制精度和可靠性都顯著提高，因此，博世ABS2的控制效果已相當理想。從此之后，歐、美、日的許多制動器專業(yè)公司和汽車公司相繼研制了形式多詳?shù)腁BS系統(tǒng)。

1.2 ABS的發(fā)展現(xiàn)狀

ABS這種最初被應用于飛機上的技術(shù)，現(xiàn)在已經(jīng)十分普及，在十萬元以上級別的轎車上都可見到它的蹤影，有些大客車上也裝有ABS。裝有ABS的車輛在遇到積雪、冰凍或雨天等打滑路面時，可放心的操縱方向盤，進行制動。[3]它不僅有效的防止了事故的發(fā)生，還能減少對輪胎的摩損，但它并不能使汽車縮短制動距離，在某些情況下反而會有所增加。

2.ABS的功用

制動性能是汽車主要性能之一，它關(guān)系到行車安全性。評價一輛汽車的制動性能最基本的指標是制動加速度、制動距離、制動時間及制動時方向的穩(wěn)定性。制動時方向的穩(wěn)定性，是指汽車制動時仍能按指定的方向的軌跡行駛。如果因為汽車的緊急制動（尤其是高速行駛時）而使車輪完全抱死，那是非常危險的。若前輪抱死，將使汽車失去轉(zhuǎn)向能力；若后輪抱死，將會出現(xiàn)甩尾或調(diào)頭（跑偏、側(cè)滑）尤其在路面濕滑的情況下，對行車安全造成極大的危害。

汽車的制動力取決于制動器的摩擦力，但能使汽車制動減速的制動力，還受地面附著系數(shù)的制約。當制動器產(chǎn)生的制動力增大到一定值時，汽車輪胎將在地面上出現(xiàn)滑移。其滑移率：

δ=（Vt-Va）/Vt×100%

式中：δ--滑移率；

Vt--汽車的理論速度；

Va--汽車的實際速度。

據(jù)試驗證實，當車輪滑移率δ=15%一20%時附著系數(shù)達到最大值，因此，為了取得最佳的制動效果，一定要控制其滑移率在15%～20%范圍內(nèi)。ABS的功能即在車輪將要抱死時，降低制動力，而當車輪不會抱死時又增加制動力，如此反復動作，使制動效果最佳。

3.ABS的工作原理

3.1 ABS的組成

ABS通常都由車輪轉(zhuǎn)速傳感器、制動壓力調(diào)節(jié)裝置、電子控制裝置和ABS警示燈等組成，在不同的ABS系統(tǒng)中，制動壓力調(diào)節(jié)裝置的結(jié)構(gòu)形式和工作原理往往不同，電子控制裝置的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和控制邏輯也可能不盡相同。在常見的ABS系統(tǒng)中，每個車輪上各安裝一個轉(zhuǎn)速傳感器，將有關(guān)各車輪轉(zhuǎn)速的信號輸入電子控制裝置。電子控制裝置根據(jù)各車輪轉(zhuǎn)速傳感器輸入的信號對各個車輪的運動狀態(tài)進行監(jiān)測和判定，并形成相應的控制指令。制動壓力調(diào)節(jié)裝置主要由調(diào)壓電磁閥、電動泵和儲液器等組成一個獨立的整體，通過制動管路與制動主缸和各制動輪缸相連。制動壓力調(diào)節(jié)裝置受電子控制裝置的控制，對各制動輪缸的制動壓力進行調(diào)節(jié)。

3.2 ABS的常規(guī)制動

在常規(guī)制動階段，ABS并不介入制動壓力控制，調(diào)壓電磁閥總成中的各進液電磁閥均不通電而處于開啟狀態(tài)，各出液電磁閥均不通電而處于關(guān)閉狀態(tài)，電動泵也不通電運轉(zhuǎn)，制動主缸至各制動輪缸的制動管路均處于溝通狀態(tài)，而各制動輪缸至儲液器的制動管路均處于封閉狀態(tài)，各制動輪缸的制動壓力將隨制動主缸的輸出壓力而變化，此時的制動過程與常規(guī)制動系統(tǒng)的制動過程完全相同。

4.結(jié)論

沒有ABS的車，汽車在遇緊急情況采取緊急剎車時，容易出現(xiàn)輪胎暴死，也就是方向盤不能轉(zhuǎn)動，這樣危險系數(shù)就會隨之增加，很容易造成嚴重后果。安裝有 ABS系統(tǒng)的汽車就不會出現(xiàn)這種情況，它能有效控制車輪在轉(zhuǎn)動狀態(tài)而不會抱死，從而提高了剎車時汽車的穩(wěn)定性及路面條件差的汽車制動性能。種種跡象表明，四輪驅(qū)動技術(shù)的前景是光明的，并且會在更多的場合得到應用。

參考文獻

[1]陳家瑞.汽車構(gòu)造[M].下冊.北京：機械工業(yè)出版社，2005

[2]李春明.汽車底盤電控技術(shù)[M].北京：機械工業(yè)出版社，2004

[3]徐時安.汽車構(gòu)造——底盤工程[M].北京：清華大學出版社，2008

（作者單位：四川省成都市西華大學電氣與電子信息學院）