初探汽車防抱死制動系統在電動自行車上的應用

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摘 要：汽車防抱死制動系統的出現，在保障汽車安全行駛方面邁出了一大步。因而，防抱死系統制動也被稱為汽車采用安全帶以來，在安全性方面所取得的最重要的技術成就。隨著社會的發展，電動自行車廣泛進入人們的生活，但其安全性卻令人堪憂，既然防抱死制動系統在汽車安全領域中能夠發揮出巨大作用，那么如果將其運用到電動自行車上，想必會對人們的出行安全帶來好處。本文就從這個問題出發，初探汽車防抱死制動系統在電動自行車上的運用。

關鍵詞：汽車防抱死系統（ABS）；電動自行車；安全性

中圖分類號：TH13 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2018）06-0085-02

引言

汽車防抱死制動系統，即ABS系統，一般是由傳感器、電子控制裝置、液壓調節器構成。在制動過程中，安裝在汽車車輪上的傳感器發出汽車車輪將被抱死的信號，信號通過傳感器來影響電子調節裝置，使車輪處于轉動狀態而又有最大的制動力矩，避免車輪被抱死，以提高駕駛的安全性。隨著防抱死制動系統的廣泛使用，其優勢被不斷體現出來：首先，防抱死制動系統改善了汽車制動時的穩定性，提高汽車制動的效率；其次，防抱死制動系統有效地防止了車輛的甩尾和側滑，并且在制動時不完全鎖死輪胎，加強了車輛行駛的安全性；最后，防抱死制動系統減少了輪胎損耗，節約了輪胎使用成本。那么，如果把這個系統應用到電動自行車上，將會對電動自行車的安全性產生什么影響呢？這便是本文所要闡述的內容。

1 防抱死制動系統應用到電動自行車上的重要性

目前，電動自行車剎車制動方式都脫離不了剎車裝置，其使用一段時間后制動性能下降，在制動安全性方面會產生抱死的狀況，這就對電動自行車的安全性埋下了隱患。如將汽車防抱死制動系統工程原理應用到電動自行車上，不僅可以提高電動自行車的制動效率，保證騎行者的安全，還能夠使得輪胎和剎車裝置的損壞問題得到很好解決。

2 防抱死制動系統應用于電動自行車的措施

防抱死制動系統用于電動自行車是可行并具有優勢的。但是，由于汽車和電動自行車的結構差異很大，汽車上的防抱死制動系統不能直接應用到電動自行車上，那么，如何將防抱死制動原理應用于電動自行車上呢？

2.1 在汽車防抱死制動基礎上改進制動方式以適用于電動自行車

汽車的防抱死制動系統是通過使用油和電力裝置（用剎車油來摩擦）來達到工程效果的，電動自行車則要運用點剎防抱死原理，高速點剎，防止輪胎打滑。電動自行車和汽車的構造差別很大，因此汽車上的防抱死制動系統不能直接應用到電動自行車上，并且汽車是用油缸和電力裝置同時控制前輪的防抱死，制動效果要求很高，而電動自行車只能使用電力制動，重點制動在前輪，以解決電動自行車前剎車的安全問題，所以電動自行車可以采用高速點剎，加大摩擦力，而又不抱死輪胎的方式達到防抱死制動效果[1]。

另一方面，氣壓控制單元是汽車防抱死制動系統工作的核心之一，但在電動自行車上卻無法直接使用。汽車是通過實時監測四個輪子的時速，來減小制動液壓動力的，電動自行車上則要去掉此環節，取而代之的是一個由傳感器反應給電源，然后減少電源輸出的裝置。

最后，汽車防抱死制動系統是自動式的，只要車子安裝此系統，在制動時就會自動起作用，但是電動自行車上智能化水平還達不到汽車的程度，其更多的是依靠控制把來控制。

2.2 采用測速儀，使常規剎車和防抱死剎車共同作用

在電動自行車上可進一步改進安裝速度測量儀，根據電動自行車行駛速度，保證高速剎車使用防抱死，低速使用常規剎車，以便更高效、更便捷地完成剎車。由于電動自行車的速度和汽車的速度相比，存在很大差別，并且電動自行車不是四輪交通工具，這就要求在制動時需考慮電動自行車制動的平穩性。在前車輪使用常規剎車和防抱死剎車兩種方式，普通電動自行車采用的常規制動裝置，一般都會使車子從高速快速轉化為低速，而且會使車子發生前撲現象，但是從輪胎上看抱死剎車的情況是輪胎轉速快速降為0的時候，此時檢測到的時速很低但最需要防抱剎。因此，電動自行車上可采用常規制動和防抱死制動系統相結合，在高速時常規減速，在車子將要發生抱死時，采用防抱死制動方式，這又涉及到車子速度和最佳制動壓力問題，因為電動自行車和汽車的構造不同，可以采用制動壓力傳感器，筆者認為可以采用一種剎車真空泵儲氣罐壓力傳感器，這種傳感器可用于電動汽車，傳感器為低壓常閉開關，當儲氣罐壓力達到設定壓力時，傳感器開關斷開，控制器觸發端斷開，控制器延時后真空泵停止工作。當儲氣罐內壓力再次低于設定壓力時，傳感器閉合，控制器再次觸發，真空泵繼續工作。在發電機后面的氣閥發電機的轉動也使它產生氣流，然后氣流都聚到了儲氣罐，到剎車使用的時候這些聚在儲氣罐的氣體推向制動閥從而達到剎車的效果。

3 防抱死制動系統在電動自行車上的實際應用效果及使用材料

3.1 “雅迪”電動自行車防抱死柔性制動系統

“雅迪”電動自行車在這方面取得了初步成就，雅迪公司開發出一種類似的能應用于電動自行車上的系統，叫做電子防抱死柔性制動系統，即E-ABS系統。這個系統的優勢體現在智能化芯片上，近年來，“雅迪”在智能化的道路上不斷進步，用智能化芯片控制車燈顏色、喇叭音效，并且匹配手機APP實現手機控制車子，在此，我重點論述智能化芯片在防抱死制動上的功能：“雅迪”柔性制動系統上采用的智能芯片可以實時監控車子的加速度、時速，分析出最佳的制動壓力，從而縮短制動距離，減輕浮滑，并且能夠使車子在運動和制動過程中產生的多余勢能和動能重新轉化為電能?！把诺稀辈捎萌嵝灾苿优c機械剎并存，雅迪公司初步解決了傳統剎車系統的缺陷，減少了剎車材料的磨損[2]。

該系統的核心是電子芯片，系統通過一系列智能運轉，提高了電動自行車的制動效率，減少了輪胎和電動自行車剎車片的損耗。

3.2 以“雅迪”為例探究防抱死制動系統所采用的材料

“雅迪”開發的E-ABS系統使用的材料和普通制動系統使用的材料有所不同。在剎車片材料的使用上，“雅迪”剎車片是由無石棉的半金所制，該材料不僅有著良好的耐磨性和摩擦力，剎車效率也高于普通剎車，而且車子制動時，不會產生普通剎車發出的刺耳噪音，更加環保和人性化。最重要也是最關鍵的是，若遇緊急情況，需要急剎時，這款剎車片還會避免普通剎車片經常出現的剎車失靈狀況。

3.3 “博世”高速點剎：有望徹底實現電動自行車防抱死剎車

“博世”同樣在電動自行車防抱死制動系統上有所突破?！安┦馈钡膃Bike Systems部門開發出這套系統，簡稱為ebike ABS。這套系統在前后輪都安裝上了傳感器，用來檢測前輪被鎖住時，后輪的狀況。當前輪被鎖死，系統檢測到后輪離開了地面，就會智能控制前剎，使后輪及時回到地面，這一過程通過不斷地重復，不僅縮短了制動距離，也大大提高了安全性。這套系統的獨特之處在于，其防抱死制動裝置只安裝在了電動自行車的前輪上，這樣一來不免使人產生疑惑：當車子制動時，安裝傳統制動系統的電動自行車因為前輪緊急制動都會出現車子前撲現象，“博世”的這套系統難道不會使車子前撲嗎？當體驗者體驗這款系統時，恰恰因為前輪的制動是防抱死制動那樣邊制動邊松開，后輪使用全制動，才使得前后輪一起制動時，車子并未出現飛撲現象，相反，車子被牢牢地停在原地。

“博世”的這套系統優勢體現在：第一，電動自行車用于任何地面時，該系統都有良好的剎車制動效果。第二，這套系統適用于23cm以上寬度的輪胎，這就使得該系統的適用性很廣。當然，這套系統也并非完美，它的缺陷在于：電力的使用量很大，體驗者體驗的車子由一個電池組和輔助電機組成，看上去略顯笨重。當然，“博世”還在進一步改進中[3]。

4 試驗中的應用效果、改進及評價

4.1 普通電動自行車改裝實驗

為了驗證電動自行車上使用防抱死制動系統的優越性，我和幾個同興趣同學專門進行了實驗。實驗材料：普通電動自行車一輛、速度傳感器一個、警告燈一個、小型蓄電池一塊、制動壓力調節器一個等，其中最為重要的是汽車上的氣壓控制單元。但是由于大多數的該裝置與油缸有關，電動自行車上不能使用，因此，我使用材料自己組裝了適用于電動自行車的電控單元，去掉了與汽車油缸有關的部分，采用電控形式，主要保留輸入和輸出電路，傳感器。制動時，制動踏板位置信號傳給電控單元，同時各個傳感器把載荷、地面附著力和制動氣壓信號傳給電控單元，由電控單元自動調節制動壓力，形成閉環控制。該系統用電子控制取代機械傳動，減少制動系統機械傳動滯后的同時，縮短制動距離，在低強度時，使摩擦片磨損最??；中等強度時，利用ABS達到最佳的道路附著系數利用率；高強度時，施加最大的制動壓力，從而獲得最佳的控制制動力。

在做這個實驗時，我們有專門的自行車維修人員指導電動自行車的改裝，否則會對實驗產生很大的影響。改裝時，由于后輪的結構相對復雜，我們采用的是前輪的防抱死制動和普通制動結合的方案。剎車片采用無石棉的半金材料。我們將這個剎車片與傳感器的電路相連，速度傳感器安裝在前輪上，并且與測速發電機相結合。輸入接口電路是整個改裝的關鍵，此電路連接驅動電路，驅動電路又連接電動自行車的控制把。普通電動自行車制動都是靠簡單的控制把，但是我們所做實驗的控制把是連接著兩個電路的，一個與普通制動電路相連，一個與防抱死制動的電控單元相連，并且小型蓄電池作為ABS防抱死系統控制電路的電源。

4.2 實驗的結果、不足以及對實驗的評價

在實驗中，我們采用分組對照的方式。總體分為5次實驗，第3次為常規制動實驗，是參照實驗；第1次和第2次是探究車子速度對制動效果影響的實驗；第4次和第5次是探究制動壓力對防抱死制動影響的實驗。

實驗采用的是模擬實驗，非真人實驗，這樣就會帶來一個問題，我們進行的實驗是將電動自行車倒過來放置于地面，因此在監控車胎速度與抱死情況時，無法涉及路面情況和車輛慣性的移速，因此，實驗之后筆者將會談及并考慮這方面的影響。

首先進行的是常規制動實驗，我們選用的是市場上較為普遍的電動自行車，實驗開始后，同時按下前后輪胎的剎車控制器，車輪狀態由快到慢，前后輪胎制動所需時間不同。接下來進行是第1次和第2次實驗，第1次采用和常規實驗相同的速度，使用防抱死制動裝置；第2次采用比第1次快30的速度進行實驗，實驗表明，速度高的制動所需時間長，同時，由測試器檢測到輪胎從被抱死的轉態到制停，與第1次常規制動實驗相比，第2次的實驗效果并沒有達到預期期望，在制動時間和效果上沒有明顯的進步，這就可能涉及到制動壓力問題。于是，我們進行了第4次和第5次實驗，第4次實驗在第1次實驗的基礎上，加大了制動壓力，效果比第1次實驗更加明顯，制動所需時間相對縮短，效果有所提升。第5次實驗在第3次實驗的基礎上加大制動壓力，制動時間更短，但是輪胎被快速制停，車輪被抱死情況嚴重，相比第4次，第5次實驗也驗證防抱死制動確實存在優越性。

上文提到，本次實驗無法涉及路面情況和車輛慣性的移速，這會對實驗產生很大的影響，目前實驗沒有做到，筆者認為可以加入到改進方案中，進一步研究實驗。

通過市場上的一些廠商的開發和本文中的實驗，說明防抱死制動系統運用在電動自行車上是有很強的可行性和很大的市場前景的。但是在實驗中，存在很多的不足，并沒有達到完全預期效果。控制把有待改進，應該更加智能化，應該能夠自動切換兩種制動的電路。另外，這個實驗對于制動上的損耗能否得到了改善，還有待進一步研究和探索。但是，通過雅迪和博世以及筆者的實驗中，防抱死制動系統應用于電動自行車是具有可行性和優越性的，相信隨著技術的進步，防抱死制動的電動自行車也會變得越來越普及。

5 結語

汽車防抱死制動系統的應用，保障了汽車駕駛的安全，減少了交通事故，成為了世界上公認的提高汽車安全性必不可少的系統。而通過本文中的闡述，我們了解到防抱死制動系統應用于電動自行車上的優勢和可能，并通過“雅迪”、“博世”等對此系統的研究和應用，得出防抱死制動的電動自行車勢必會成為一種趨勢。雖然，目前該技術尚存在不足和缺陷，但隨著科技的進步，防抱死制動電動自行車會變得愈來愈完善，防抱死制動系統也會在更多領域造福人類。

參考文獻

[1]趙建敏.汽車防抱死制動系統的組成與控制原理[J].黑龍江科技信息，2010，（4）：2-4.

[2]錢兆剛.汽車防抱死制動系統控制策略的仿真研究[D].安徽工程大學，2016，（9）：1-5.

[3]夏利娜.電動自行車制動系統仿真研究[D].天津財經大學，2011，（5）：2-3.