汽車防抱死制動系統技術的改進芻議

喻濤

（遼寧省機電工程學校，遼寧 遼陽 111004）

1 ABS（汽車防抱死制動系統）的功用

汽車防抱死制動系統(ABS)的出現從根本上解決了汽車在制動過程中的車輪抱死問題。它的基本功能就是通過傳感器感知車輪每一瞬時的運動狀態，并根據其運動狀態相應地調節制動器制動力矩的大小以避免出現車輪的抱死現象則會使汽車的制動性能得到改善，達到最佳狀態，從而提高了汽車安全性，有效減少了交通事故。

2 ABS工作原理

ABS系統硬件構成主要由傳感器(包括輪速傳感器、減速度傳感器和車速傳感器)、電子控制裝置、制動壓力調節器三大部分組成，形成一個以滑移率一直保持在8%～25%的自動控制系統。傳感器測量車輪轉速并將數據傳送至電子控制裝置上，控制裝置是一個微處理器，它根據車輪轉速傳感器信號來計算車速。在制動過程中，車輪轉速可與控制裝置中預先編制的理想減速度的特性曲線相比較。如果控制裝置判斷出車輪減速度太快和車輪即將抱死時，它就發出信號給液壓調節器，液壓調節器可根據來自控制裝置的信號對制動器的卡鉗或輪泵的油壓進行控制。ABS通過使趨于抱死車輪的制動壓力循環往復而將趨于防抱車輪的滑動率控制，在峰值附著系數滑動率的附近范圍內，直至汽車速度減小至很低或者制動主缸的常出壓力不再使車輪趨于抱死時為止。制動壓力調節循環的頻率可達3～20Hz。在該ABS中對應于每個制動輪缸各有對進液和出液電磁閥，可由電子控制裝置分別進行控制，因此，各制動輪缸的制動壓力能夠被獨立地調節，從而使四個車輪都不發生制動抱死現象。盡管各種ABS的結構形式和工作過程并不完全相同，但都是通過對趨于抱死車輪的制動壓力進行自適應循環調節來防止被控制車輪發生制動抱死。

3 ABS技術發展中的關鍵問題

目前已經在應用的ABS產品基本都是基于車輪加、減速度門限值及參考滑移率方法設計的。這種方式在這幾個方面還有待改進：①門限值的設置與很多因素有關，不同的車輛需要不同的匹配技術，需要較多的道路試驗加以驗證；②從理論上講，整個控制過程車輪滑移率不是保持在最佳滑移率上，而是在它的附近波動，并未達到最佳的制動效果；③不具備很強的自適應性，難以適應各種制動工況。

而要從根本上改變這一狀況的關鍵，便是要能夠對車輪所處的路面進行實時的監測和識別，根據路面狀況采用不同的控制門限值并采取不同的控制算法和控制邏輯。理論上，關鍵問題包括這幾個方面：實時道路識別技術；確定各種路況下的最佳滑移率；車輛速度的測量及處理；控制系統的穩定性等。

針對上述存在的問題，在ABS實際產品的研制過程中，研究主要集中在這幾個方面：（1）利用軟件來補償輪速傳感器測量誤差（由傳感器齒輪的制造、安裝誤差及腐蝕所引起的），以提高輪速信號測量精度；（2）將體積小、質量輕、性能可靠、成本低廉的微電子機械及表面聲波探測裝置應用于ABS中，以測量車輛運行速度；（3）將Kalman濾波器與路面探測器結合用于輪胎路面間摩擦的實時估計；（4）將一些具有自適應強的控制算法應用于ABS控制邏輯的設計中，以適應車輛參數、載荷和路面狀況的變化；⑤建立液壓ABS精確的數學模型；⑥在控制器軟件設計中考慮了輪胎充氣不足的影響，設計輪胎氣壓監視程序。

4 ABS技術改進

根據國內外的一些研究動態和高檔轎車的實際應用表明，ABS技術將沿著以下幾個方面繼續發展：

4.1 齊全ABS的種類。國內開發的ABS的種類還不全，比如一通道和二通道ABS國內目前已開發，但隨著使用逐步完善，四通道和六通道等多通道ABS國內還沒有相應產品，這個空白急需填補。

4.2 ABS和驅動防滑控制裝置ASR一體化。ABS以防止車輪抱死為目的，ASR是防止車輪過分滑轉，ABS是為了緩解制動，ASR是為了施加制動。由于二者技術上較接近，且都能在低附著路面上充分體現它們的作用，所以將二者有機地結合起來。

4.3 發展ABS的同時，著手開發TCS乃至VDC，追趕世界先進技術潮流

4.3.1 牽引力控制系統TCS。英文全稱是Traction Control System，牽引力控制系統，又稱循跡控制系統。是根據驅動輪的轉數及傳動輪的轉數來判定驅動輪是否發生打滑現象，當前者大于后者時，進而抑制驅動輪轉速的一種防滑控制系統。它與ABS作用模式十分相似，兩者都使用感測器及剎車調節器。TCS與ABS的區別在于，ABS是利用感測器來檢測輪胎何時要被抱死，再減少該輪的剎車力以防被抱死，它會快速的改變剎車力，以保持該輪在即將被抱死的邊緣，而TCS主要是使用引擎點火的時間、變速箱擋位和供油系統來控制驅動輪打滑。

4.3.2 動態穩定控制系統VDC。動態穩定控制系統VDC(或電子穩定控制(ESP))。VDC主要在ABS/ASR基礎上解決汽車轉向行駛時的方向穩定性問題。ABS與電子全控式(或半控式)懸架、電子控制四輪轉向、電子控制液壓轉向、電子控制自動變速器等控制系統在功能、結構上有機地結合起來，保證汽車在各種惡劣情況下行駛時，都具有良好的動態穩定性。

4.4 ABS/ASR與自動巡航系統（ACC）集成。自動巡航控制系統(ACC)的目的是在巡航行駛時自動把車速限制在一個設定的速度，并且能夠根據前方車輛的行駛善，自動施加制動或加速使其保持在一定的安全距離內行駛。在遇到障礙物時，可以自動施加制動，把車速調整到安全范圍內。由于ABS/ASR和ACC都要用到相同的輪速采集系統，制動壓力調節裝置以及發動機輸出力矩調節裝置，因此ABS/ASR/ACC集成化系統，不僅可以大大降低成本，而且可以提高汽車的整體安全性能。

4.5 減小體積，降低重量。為了提高汽車的安全性能，增加了一些裝置，汽車的重量也隨之增加，對燃料經濟性不利。所以新增設的各種裝置必須在保證安全性的前提下，盡量地減少重量。另外，不論是大型車還是小型車，發動機的安裝空間都是非常緊湊的，因此，也要求ABS控制器的體積盡可能的小一些。

4.6 更容易與其他電子系統集成。隨著ABS與新一代制動系統的結合，如電子液壓制動EHB、電子機械制動EMB、ABS有了更快的響應速度，更好的控制效果，而且更容易與其他電子系統集成。ABS將成為集成化汽車底盤系統中不可缺少的一個節點。

4.7 在ABS系統中嵌入電子制動力分配裝置（EBD）構成ABS+EBD系統

EBD的功能就是在汽車ABS開始制動壓力調節之前，高速計算出汽車四個輪胎與路面間的附著力大小，然后調節車輪與附著力的區配，進一步提高車輛制動時的方向穩定性，同時盡可能地縮短制動距離。

4.8 在ABS系統的基礎上擴展成車速記錄儀（VSR）。車速記錄儀又稱汽車黑匣子。該裝置通過實時采集的四個車輪輪速信號，再現交通事故發生過程中汽車的實際運行軌跡以及駕駛員對車輛的操作情況，便于公安交通管理部門能準確判斷事故的責任。

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