汽车防抱死制动系统

　　防抱死制动系统(Anti-LOCkBrakingSystem简称ABS)是用电磁传感器测量车轮速度，当传感器检测到车轮抱死时，制动管路上的电机启动以控制阀口的大小，从而调节制动压力。

　　早期的汽车上的ABS主要是机械式ABS，它是利用惯性飞轮探测车轮是否抱死，从而减小制动力，因为功能简单、适应性差等原因，应用范围很窄。随着大规模及超大规模集成电路技术的发展，微处理器被应用于ABS中，使ABS实现了智能化，可以完成复杂的计算及逻辑控制，从而奠定了现代汽车ABS的基础和基本模式。目前所说的ABS是在传统气压或液压制动系统的基础上，采用电子技术，在制动时防止车轮抱死的机电一体化系统。

　　ABS的功能及控制方法

　　汽车在紧急制动时，如果车轮抱死，汽车完全处于滑动状态，即使转向车轮已经发生偏转，汽车也不会按预期方向行驶，因而无法躲避障碍物，并且极易发生甩尾、侧滑甚至侧翻等情况。安装ABS后，可防止车轮抱死，避免以上情况的发生，因此极大地提高了汽车的稳定性及可操纵性，并可减小轮胎磨损。

　　实验表明，在汽车制动时如果车轮不抱死，车轮可处于边滑动边滚动的状态，当车轮滑移率（车轮的滑动位移占总位移的比例）为10%～30%时，与车轮完全抱死（滑移率为100%）时相比，可以缩短刹车距离，特别是在附着系数较低的冰、雪路面上效果更加显着，这一结论是ABS开发的理论基础。

　　目前提出的ABS控制方法主要有逻辑门限值控制、最优控制等，但目前绝大多数ABS系统采用的是逻辑门限值控制法。这种方法将车轮的加、减速度作为主要控制门限，而将车轮的滑移率作为辅助控制门限，它是根据车轮的状态及路面状况，在车轮的加速度或减速度和滑移率到某一确定值时，ABS采取不同的控制策略，如果单独采用其中的任一种门限进行车轮防抱死控制都存在较大的局限性，容易造成ABS不能精确地识别车轮的状态及路面状况，因而无法采取正确的控制策略，达不到理想的控制效果，大大降低系统的自适应控制能力。

　　在实际应用中，同种车辆在不同的路面及不同的车辆在同种路面控制门限值和控制逻辑不尽相同，需经理论分析、数据计算及大量试验方能确定，这些控制门限值和控制逻辑构成了ABS控制表，ABS系统对采集到的轮速信号进行计算分析后，查询ABS控制表，根据ABS控制表采取相应的控制策略，采取增加制动力、保持制动力、减小制动力等三种方式，使车轮的滑移率尽可能地保持在10%～30%之间，既能防止车轮抱死又可在最短的距离内使汽车减速或停车，这是确定ABS控制门限值和控制逻辑的原则。

　　ABS并非只要刹车就开始工作，只有汽车超过一定速度（如5km/h或l0km/h）并且被制动车轮趋于抱死时才会对趋于抱死的车轮进行防抱死制动压力调节，当汽车速度被制动到一定时，ABS就会自动中止防抱死制动压力调节，系统恢复到传统制动方式。这时因为汽车速度很低时，车轮被制动抱死对汽车制动性能的影响已很小，而且要使汽车尽快停车，就必须使车轮制动抱死。

　　ABS的基本构成及工作原理

　　ABS通常由轮速传感器、制动压力调节装置、电子控制单元（EleCTRoniCControlUnit简称ECU）组成。制动压力调节装置安装有电磁阀，通过电磁阀的通断电来调节制动力的大小。ECU是ABS的中枢，其中的控制软件是ABS的核心技术，ECU包含输入电路、输出电路、电源电路、安全检测电路、主控单片机和监控单片机。输入电路主要对轮速传感器信号进行整形放大，把正弦波信号转换成方波信号；主控单片机和监控单片机通过输出电路对压力调节装置输出控制信号及警示信号；电源电路为ECU提供电源；监控单片机通过安全检测电路对系统的安全性进行监测；主控单片机对轮速信号进行计算分析，根据ABS控制表采取相应的控制策略；监控单片机对轮速传感器、压力调节装置、制动液、蓄电池电压进行监控。主控单片机和监控单片机双向通讯，以判断对方是否正常。被检测部分若出现异常，则存储故障代码，发出相应警示信号并取消ABS，使汽车恢复到传统制动方式。下图为ECU对轮速的控制过程示意图。

　　从图中可以看出，在制动初期，制动压力逐渐增大，车轮减速度不断增大，当车轮减速度达到某一门限值时，比较车轮的滑移率，如果滑移率小于某一门限值，ECU控制压力调节装置进入保压状态，此时滑移率继续增大，当滑移率到某一门限值时，ECU控制压力调节装置进入减压状态（图中A阶段）。

　　在A阶段，制动压力减小，车轮加速度逐渐增大，当车轮加速度达到某一门限值时，ECU控制压力调节装置进入保压状态，该过程一直持续到B阶段开始。在B阶段，ECU控制压力调节装置在增压，保压两种状态间交替变化，直到车轮减速度达到某一门限值，然后进入C阶段及D阶段，从C阶段ABS开始了下一个ABS制动压力调节循环。

　　上述过程不断重复，就形成了许多ABS制动压力调节循环，其循环周期很短，人们无法看到车轮速度的波浪形变化，即使坐在车内也难以觉察，只有借助于专用设备才能检测到此种变化。在ABS进入制动压力调节循环中，主控单片机根据轮速传感器信号进行快速的计算分析，发出相应的控制指令使制动压力在增大、保持、减小三种状态下快速转换，防止车轮抱死并使车轮的滑移率保持在10%～30%范围内，在提高汽车安全性的前提下获得最佳制动效果；监控单片机则对ABS的控制逻辑进行监测，及时发现ABS在工作时出现的异常情况，并采取相应的措施。

　　国内外ABS系统的现状

　　ABS技术已有70多年的发展历史，20世纪70年代末以来，随着ABS技术的成熟，许多国外汽车零部件公司开始大批量生产。国外汽车新车的安装率超过50%，其中重型车，大客车安装率达100%。ABS的体积不断减小，重量逐步减轻，控制和诊断功能不断增强，液压ABS系统已将ECU与压力调节装置集成为一体，可作为一个附加系统增加到常规制动系统中去，ECU已普遍采用16位单片机或数字信号处理器作为CPU，同时采用通用的诊断协议接口，并和其它汽车电子控制系统用总线结构联接起来，达到资源共享，向系统集成化的方向发展。

　　我国的ABS开发起步较晚，经过几年的研究，已开发出具有独立知识产权的ABS系统，有些产品接近国际先进水平，某些性能超过国外产品。虽然我国ABS开发已取得阶段性成果，但是与国外相比总体水平仍有一定差距，试验及检测设备也比较落后，被国人认可还需一定的时间。

　　目前ABS正成为国内汽车界的热点话题，也是一些汽车的卖点之一，在汽车行业“十五”规划中，国家已把ABS作为重点扶持的汽车电子产品，随着一系列优惠政策和法规的出台以及人们对ABS认识的提高，ABS的装车率将会得到更大的提商。

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