ABS在重型卡車上的應用分析

李進，許昭，馬生平

（陜西重型汽車有限公司，陜西 西安 710200）

ABS在重型卡車上的應用分析

李進，許昭，馬生平

（陜西重型汽車有限公司，陜西 西安 710200）

用戶對行車安全的重視、國家法規對車輛制動系統安全性的要求，促使了ABS的誕生。從上世紀80年代至今，ABS已經發展成熟并普及成為車輛制動系統的必須部。本文對ABS的基本工作原理和ABS在重型卡車上的應用進行了詳細闡述，并對未來ABS的發展趨勢進行了展望。

ABS；重卡

CLC NO.:U463. 526Document Code:AArticle ID:1671-7988(2014)03-63-04

1、前言

在泥滑路面或在積雪道路上緊急制動時，汽車會發生側滑甚至調頭旋轉；汽車左、右兩側車輪如果行駛在不同路面上，例如一側車輪在積雪路面上，另一側車輪在顯露出來的柏油路面上，緊急制動時，汽車就會有失去方向控制的危險情況。制動防抱死裝置（Antilock Break System，簡稱ABS）就是針對防止這些危險狀況的發生而研發的。

2、ABS的基本工作原理

2.1 輪胎滑移率S

要了解ABS的工作原理，必須引入輪胎滑移率S。汽車制動過程中，車速和車輪線速度之間存在速度差，也就是車輪與地面之間有滑移現象。一般用滑移率S來表示滑移程度：

式中：v為車速；w為車輪線速度

車輪在純滾動時v=w，滑移率S=0；車輪在純拖滑時，w=0，S=100%；車輪邊滾邊滑時，0＜S＜100%。所以滑移率的數值說明了車輪運動中滑動成分所占的比例。滑移率越大，滑動成分越多。

我們稱車輛在制動平穩的條件下，達到最小的制動距離時S的值為最佳滑移率。模擬車輛大多數

時間的實際工況，使用子午輪胎、在濕混凝土路面、車速為48.3km/h，法向載荷為4454N的條件下做實驗，測得滑移率S與φb（側向力作用下，制動力與垂直載荷之比）φl（側向力與垂直載荷之比）之間的關系曲線，如圖1所示，可以看出滑移率S越低，同一偏角條件下的φl越大，即輪胎保持轉向、防止側滑的能力越強；S=15%～20%時，φb達到峰值，此時地面制動力最大、制動距離也最短。綜合考慮φl、φb，取S≈15%時候，制動效能、制動穩定性最好，即最佳滑移率。

2.2 ABS基本工作原理

ABS的基本原理就是通過調節制動管路的壓力，控制車輪制動器的制動力，使汽車在緊急制動時，輪速保持在適當的范圍內，即w保持在適當的范圍內，從而保證車輪滑移率S值處于最佳滑移率附近。如圖2，ABS主要由車輪轉速傳感器、電子控制裝置ECU、制動壓力調節器三部分組成。

輪速傳感器的作用是獲取汽車車輪轉速信號并將其傳送至電子控制單元，簡稱ECU。目前應用廣泛的是電磁式輪速傳感器，由電磁感應傳感頭和齒圈兩部分組成。當齒圈隨車輪轉動時，齒圈的齒頂和齒隙交替地與傳感頭磁芯端部相對，使感應線圈中的磁場周期性地變化，在線圈中就會產生類似正弦波的交變電壓信號，可以準確反映車輪速度的變化。ECU收到各個輪速傳感器輸入的電壓信號，經過濾波放大整形處理，計算出各車輪輪速、參考車速、加減速度及滑移率，再進行必要的邏輯分析比較，判斷車輪運動狀態，并以此為根據，輸出控制指令，送至制動壓力調節器。制動壓力調節器根據電子控制單元的控制指令，通過電磁閥常開閥和常閉閥的開關切換，改變制動介質（空氣或油液）通路，從而形成增壓、減壓和保壓三種壓力狀態，實現對制動氣室壓力大小的調節，使車輪保持在最佳制動狀態。

3、ABS在重卡上的應用

3.1 ABS的布置方式選擇

重型卡車中常見的ABS布置方式有6個輪速傳感器/6個制動壓力調節器（簡稱6S/6M）和4個輪速傳感器/4個制動壓力調節器（簡稱4S/4M）兩種類型，以重型卡車的二軸車、三軸車和四軸車為例，介紹一下ABS在重卡上的布置。

二軸重型卡車，推薦使用4S/4M方案，如圖3所示。每個輪子獨立控制方式，可以最大程度地利用每個車輪的附著力進行制動，汽車的制動效能最好。考慮到前軸為轉向軸，如果采用每個輪子獨立控制方式，當前軸兩輪行駛在附著系數相差比較大的路面上時，前軸兩側的制動力就會相差很大，會

導致汽車產生制動跑偏，這不利于對車輛行駛方向的控制。所以對前軸采用修正的獨立控制，后橋采用每個輪子獨立控制，這樣即保證了制動效能又兼顧制動方向。

三軸重卡，推薦使用6S/6M方案，如圖4所示。同二軸車，對作為轉向軸的前軸采用修正的獨立控制，對2、3軸采用每個輪子獨立控制。

雖然6S/6M方案制動效能最好，考慮到成本問題，三軸車往往還會采用4S/4M方案。采用4S/4M方案，1軸的控制方式與采用6S/6M方案相同，都是修正的獨立控制。對于2軸和3軸，由于汽車緊急制動時，軸荷向前轉移，所以2軸制動附著力將大于3軸制動附著力，輪速傳感器布置在2軸，對3軸間接側向控制，可獲得較短的制動距離，但容易導致3軸車輪抱死；輪速傳感器布置在3軸，對2軸間接側向控制，較2軸布置制動距離大，但制動穩定性較好。兩種方案各有優缺點，可根據車輛實際使用路況選擇，圖5為傳感器布置在3軸的方案。

對于4軸車，推薦使用6S/6M方案。如圖6，作為轉向軸的1、2軸，對1軸采用間接的側向控制，2軸采用修正的獨立控制，同理與二軸車、三軸車，轉向輪要在保證車輛制動方向穩定的前提下提高制動性能。3、4軸均采用每個輪子獨立控制，充分利用每個車輪的附著力，提高制動性能。4軸車也可采用4S/4M方案，1、2軸控制方式與6S/6M方案相同，對于3、4軸，可將輪速傳感器布置在3軸上，對4軸進行間接的側向控制，也可將輪速傳感器布置在4軸上，對3軸進行間接的側向控制。

3.2 ABS的擴展應用

伴隨著ABS應用技術的日益成熟，由ABS擴展的ASR、EBD、ESP等產品也越來越多的應用到重型卡車上，本文對ASR、EBD、ESP做以簡單介紹。

ASR(Anti-Slip Regulation-----驅動（輪）防滑系統)，又稱牽引力控制系統，防止車輛尤其是大馬力車在起步、再加速時驅動輪打滑現象，以維持車輛行駛方向的穩定性。它在ABS硬件基礎上加裝可膨脹液壓裝置、增壓泵、液壓壓力筒、復雜的電子系統和帶有其自身控制器的電子加速系統。ASR只對驅動輪進行控制，它在調整發動機加在驅動輪上轉矩的同時對發生打滑的驅動輪直接施加制動力。

EBD(Electronic Break force Distribution——電子制動力分配系統) 它的功能是通過改進ABS軟件的控制邏輯而實現的，并不需要增加任何的硬件配置。EBD系統，在ABS發生控制之前，根據前后輪上垂直載荷的大小及路面附著情況調整最佳滑移率，分配制動力。使制動壓力的分配盡可能地符合理想的分配曲線，使前后輪盡快達到同步附著條件，進一步完善防抱死系統的功能。

ESP（Electronic Stability Program——電子穩定

控制系統）在ABS系統中增加轉向角度傳感器、側向加速度傳感器、橫擺角速度傳感器、制動壓力傳感器、節氣門位置傳感器等硬件設備。ABS/ASR都只是把車輪作為控制系統，而ESP從提高車輛操縱穩定性的控制目標出發，把整個車輛作為一個控制系統，根據需要獨立調節各個車輪制動力/驅動力的大小，有效糾正車輛行駛姿態，糾正車輛轉向不足和過度轉向，防止車輛由于高速過彎而導致的翻車事故。

4、展望

車輛制動控制系統的發展主要是控制技術的發展。一方面是擴大控制范圍、增加控制功能。ABS功能的擴充將把懸架控制和轉向控制擴展進來，使ABS成為更綜合的車輛控制系統，如：在制動過程中，通過輸入一個驅動命令給電子懸架系統，防止車輛的俯仰，甚至未來ABS將與智能化運輸系統一體化運用；另一方面是采用優化控制理論，實施伺服控制和高精度控制。一些智能控制技術如神經網絡控制技術將配合ABS應用在汽車的制動控制系統中。

[1] 汽車理論.余志生.機械工業出版社.2009.03.

[2] 任少卿.汽車防滑控制系統ABS/ASR基本原理及發展趨勢.汽車電器.2006.3.

[3] 羅文發.威伯科防抱死制動（ABS）系統的拓展技術.商用車與發動機.2009.25.

The analyses of ABS's application on heavy duty truck

Li Jin, Xu Zhao, Ma Shengping
（Shaanxi Heavy Duty Automobile Co. Ltd, Shaanxi Xi'an 710200）

The customers’ concern on safety driving and the national legislation’ requirement on security of a braking system have promoted the development of ABS since 1980'S. After a long process of ABS technology development, today ABS systems have become a standard feature on many vehicles. This paper summaries the principle and application of ABS in heavy duty trucks, and gives a prospect of the development trend of ABS systems in the future as well.

ABS; heavy duty truck

U463. 526

A

1671-7988(2014)03-63-04

李進，就職于陜西重型汽車有限公司。