汽车电子控制防抱死制动系统

liu

一、序言

    汽车防抱死制动系统（AntiLockBrakeSystem），通常叫汽车防抱制动系统，简称ABS。它是汽车上的一种主动安全装置，其作用是在汽车制动时，防止车轮抱死在路面上滑拖，以提高汽车制动过程中的方向稳定性、转向控制能力和缩短制动距离，使汽车制动更为安全有效。随着汽车行驶速度的提高、道路行车密度的增大、以及人们对汽车行驶安全性的要求越来越高，ABS已经成为汽车上的一种重要安全装置。早在30年代，ABS就运用在铁路机车的制动中，其目的是防止列车制动时车轮抱死后在钢轨上滑行造成局部摩擦，致使车轮、钢轨早期损坏和车轮不能平稳旋转而产生噪声和振动。40年代，为了防止飞机着陆时制动跑偏、甩尾和轮胎剧烈磨损，以及缩短滑行距离，在飞机上开始采用ABS，并很快成为飞机上的标准装备。50年代被开发引用到汽车上。进入70年代后，随着电子技术的进步，数字电子技术、大规模集成电路的发展和微机的运用，电子控制式ABS日趋成熟，成本不断降低，并且体积小、质量轻、控制精度高，其安全效能十分显著，普遍受到人们的欢迎和认可，为其迅速普及创造了条件。80年代初，还仅在部分高级轿车上采用，进入90年代后，在欧洲、美国、日本和韩国等国家，ABS的装车率大幅度提高，加之法规的推动作用，ABS已成为汽车上标准装备或选择装备。我国对ABS的研究始于80年代初，目前国内一些院校、科研单位和生产厂家，正在加快技术攻关和技术引进步伐。上海汽车制动系统有限公司引进并合资生产的ABS产品已于1997年2月顺利投产，其他也有个别厂家小批量生产。我国生产的奥迪、桑塔纳、捷达轿车已部分装用ABS。预计不久的将来，我国自己生产的汽车上都会装用ABS。

    二、ABS的基础知识

    为了对采用ABS的必要性有所了解，现介绍以下有关制动基础知识。

    （一）汽车制动性能的主要评价指标

    对汽车的制动性能有多方面的要求，因而有多方面的评价指标，一般常提到以下三个方面。它们是：

    1．制动效能

    制动效能主要指制动距离与制动减速度，通常实用中多指制动距离。制动距离是指驾驶员开始踩制动踏板到汽车完全停车所行驶的距离。制动距离越短，越有利于避免交通事故的发生，它是制动性能最基本的评价指标。

    2．制动时汽车的方向稳定性

    制动时汽车的方向稳定性，一般是指制动过程中维持汽车直线行驶和按预定弯道行驶的能力。如果汽车制动时发生侧滑、甩尾、严重时出现调头，都不可能维持原行驶方向，会使汽车失去方向稳定性；如果汽车在弯道行驶中制动时，汽车不再按原来弯道行驶，出现冲入其它车道或冲出路面，或者即使是直线行驶，也无法避开障碍物，操纵转向盘也不起作用，则为汽车失去转向控制能力（转向操纵性）。汽车制动过程中，失去方向稳定性和失去转向控制能力，都是造成交通事故的重要原因。

    3制动效能的恒定性

    制动效能的恒定性，主要指抗热衰退性能。抗热衰退性能是指汽车在繁重工作条件下制动时（如下长坡时长时间连续制动），制动器温度升高后，其制动效能的保持程度。它是设计制动器及选材中必须认真考虑的一个重要问题。以上三项指标中，前两项指标采用ABS装置后，其性能都会有明显的改善和提高对避免交通事故的发生能起到很好的作用，因此ABS是汽车上十分重要的主动安全装置。

    （二）ABS的优点

    由上述分析可知，在汽车制动过程中，车轮抱死时危害较大，而且滑移率在20％左右时，车轮与路面间的纵向附着系数最大，可获得最大地面制动力，能最大程度地缩短制动距离；同时当滑移率在20％左右时，车轮与路面间横向附着系数也较大，使汽车制动时能较好地保持方向稳定性和转向控制能力。为了确保行车安全，获得最佳制动性能，制动时防止车轮拖死，并将车轮滑移率控制在理想滑移率附近的狭小范围内，人们才大力进行开发、研制和推行防抱死制动系统即ABS。ABS是在原传统制动系统的基础上，增加了一套防止车轮制动抱死的控制系统、该装置在制动过程中，当车轮趋于抱死，即车轮滑移率进入非稳定区时，会??理想滑移率的稳定区内，通过自动、高频率地对制动系压力进行调节（其频率高达每秒十多次），使车轮滑移率保持在理想滑移率附近的狭小范围内，以达到充分利用车轮与路面间纵向峰值附着系数和较高的横向附着系数，实现防止车轮抱死和获得最佳制动性能。应当指出的是，采用传统的制动系统进行制动时，尽管驾驶员也知道间歇性的踩、放制动踏板防止车轮抱死，但再有经验的驾驶员也无法精确地做到判断和控制，特别是在紧急制动时，都不可能将车轮滑移率控制在理想范围之内，往往会使车轮抱死，尤其是汽车在结冰、下雨打滑的路面上制动时，很容易产生侧滑、甩尾和失去转向控制能力，此时驾驶员往往产生一种紧张情绪，缺乏安全感。概括起来ABS的优点是：

    （1）制动时保持方向稳定性；

    （2）制动时保持转向控制能力；

    （3）缩短制动距离

    （4）减少轮胎磨损；

    （5）减少驾驶员紧张情绪。
  三、ABS的工作原理

    当点火开关接通（ON）时，ABS保护继电器的电磁线圈中就会有电流流过，系统进入自检状态。经过短暂的自检后，如果发现系统中存在影响其正常工作的故障，会保持其自检时的工作状态，即关闭ABS系统。此时压力调节器中各电磁阀的电磁线圈均不通电，各电磁阀均保持在制动压力增大状态，汽车恢复常规制动状态工作。经过自检，未发现影响系统正常工作的故障，ABS就进入等待工作状态。汽车行驶过程中，各轮速传感器连续地向ABS电脑输入各车轮的轮速信号。当车速超过8km/h后，如果驾驶员踩下制动踏板进行制动时，制动灯开关闭合，蓄电池给ABS电脑一个电压信号。ABS电脑收到蓄电池电压信号后，就判定汽车进入制动状态。它将根据轮速传感器输入的信息，对四个车轮的运动状态进行分析判断。在制动过程中，各车轮制动未出现趋于抱死时，ABS不工作，此时制动过程与常规制动过程完全相同。在制动过程中，当ABS电脑判定有车轮制动趋于抱死时，就开始对相应的控制通道进行防抱死控制，将车轮滑移率控制在最佳范围之间，直至汽车速度很低或停止。在制动过程中，如果汽车为高速急转弯，当汽车的横向加速度达到一定值时，横向加速度开关中的一对触点就会断开，ABS电脑不再有蓄电池电压信号，ABS电脑由此判定汽车横向加速度已超过设定的界限值，就会对其防抱死控制过程进行修正，使ABS更为有效地工作。ABS保护继电器，是用来防止蓄电池极性接反或蓄电池电压过高时损坏ABS电脑，起保护作用。

    四、ABS的基本组成

    现代ABS尽管采用的控制方式、方法以及结构形式各不相同，但除原有的传统的常规制动装置外，一般ABS都是由传感器、电子控制器和执行器三大部分组成。其中传感器主要是车轮转速传感器，执行器主要指制动压力调节器。

    1、车轮转速传感器

    车轮转速传感器是ABS中最主要的一个传感器。车轮转速传感器常简称为轮速传感器，其作用是对车轮的运动状态进行检测，获得车轮转速（速度）信号。

    2．电子控制器

    ABS的电子控制器（ElectronicControlUnit），常用ECU表示，简称ABS电脑。它的主要作用是接收轮速传感器等输入信号，计算出轮速、参考车速、车轮减速度功、滑移率等，并进行判断、输出控制指令，控制制动压力调节器等进行工作。另外，ABS电脑还有监测等功能，如有故障时会使ABS停止工作并将ABS警示灯点亮。

    3．制动压力调节器

    制动压力调节器是ABS中的主要执行器。其作用是接受ABS电脑的指令，驱动调节器中的电磁阀动作（或电机转动等），调节制动系的压力，使之增大、保持或减小，实现制动系压力的控制功能。由于ABS是在原来传统制动系统基础上增加一套控制装置形成的，因此ABS也是建立在传统的常规制动过程的基础上进行工作的。在制动过程中，车轮还没有趋于拖死时，其??抱死时，ABS才会对趋于抱死的车轮的制动压力进行调节。通常，ABS只有在汽车速度达到一定程度（如5km／h或8km／h）时，才会对制动过程中趋于抱死的车轮的制动压力进行调节。当汽车速度降到一定程度时，因为车速很低，车轮制动抱死对汽车制动性能的不利影响很小，为了使汽车尽快制动停车，ABS就会自动终止防抱死制动压力调节，其车轮仍可能被制动抱死。在制动过程中，如果常规制动系统发生故障，ABS会随之失去控制作用。若只是ABS发生故障、常规制动系统正常时，汽车制动过程仍像常规制动过程一样照常进行，只是失去防抱死控制作用。现代ABS一般都能对系统的工作情况进行监测，具有失效保护和自诊断功能，一旦发现影响ABS正常工作的故障时，将自动关掉ABS，恢复常规制动，并将ABS警示灯点亮，向驾驶员发出警示信号，提醒驾驶员及时进行修理。


上

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