汽车防抱死制动系统技术的改进刍议

喻涛

（辽宁省机电工程学校，辽宁 辽阳 111004）

1 ABS（汽车防抱死制动系统）的功用

汽车防抱死制动系统(ABS)的出现从根本上解决了汽车在制动过程中的车轮抱死问题。它的基本功能就是通过传感器感知车轮每一瞬时的运动状态，并根据其运动状态相应地调节制动器制动力矩的大小以避免出现车轮的抱死现象则会使汽车的制动性能得到改善，达到最佳状态，从而提高了汽车安全性，有效减少了交通事故。

2 ABS工作原理

ABS系统硬件构成主要由传感器(包括轮速传感器、减速度传感器和车速传感器)、电子控制装置、制动压力调节器三大部分组成，形成一个以滑移率一直保持在8%～25%的自动控制系统。传感器测量车轮转速并将数据传送至电子控制装置上，控制装置是一个微处理器，它根据车轮转速传感器信号来计算车速。在制动过程中，车轮转速可与控制装置中预先编制的理想减速度的特性曲线相比较。如果控制装置判断出车轮减速度太快和车轮即将抱死时，它就发出信号给液压调节器，液压调节器可根据来自控制装置的信号对制动器的卡钳或轮泵的油压进行控制。ABS通过使趋于抱死车轮的制动压力循环往复而将趋于防抱车轮的滑动率控制，在峰值附着系数滑动率的附近范围内，直至汽车速度减小至很低或者制动主缸的常出压力不再使车轮趋于抱死时为止。制动压力调节循环的频率可达3～20Hz。在该ABS中对应于每个制动轮缸各有对进液和出液电磁阀，可由电子控制装置分别进行控制，因此，各制动轮缸的制动压力能够被独立地调节，从而使四个车轮都不发生制动抱死现象。尽管各种ABS的结构形式和工作过程并不完全相同，但都是通过对趋于抱死车轮的制动压力进行自适应循环调节来防止被控制车轮发生制动抱死。

3 ABS技术发展中的关键问题

目前已经在应用的ABS产品基本都是基于车轮加、减速度门限值及参考滑移率方法设计的。这种方式在这几个方面还有待改进：①门限值的设置与很多因素有关，不同的车辆需要不同的匹配技术，需要较多的道路试验加以验证；②从理论上讲，整个控制过程车轮滑移率不是保持在最佳滑移率上，而是在它的附近波动，并未达到最佳的制动效果；③不具备很强的自适应性，难以适应各种制动工况。

而要从根本上改变这一状况的关键，便是要能够对车轮所处的路面进行实时的监测和识别，根据路面状况采用不同的控制门限值并采取不同的控制算法和控制逻辑。理论上，关键问题包括这几个方面：实时道路识别技术；确定各种路况下的最佳滑移率；车辆速度的测量及处理；控制系统的稳定性等。

针对上述存在的问题，在ABS实际产品的研制过程中，研究主要集中在这几个方面：（1）利用软件来补偿轮速传感器测量误差（由传感器齿轮的制造、安装误差及腐蚀所引起的），以提高轮速信号测量精度；（2）将体积小、质量轻、性能可靠、成本低廉的微电子机械及表面声波探测装置应用于ABS中，以测量车辆运行速度；（3）将Kalman滤波器与路面探测器结合用于轮胎路面间摩擦的实时估计；（4）将一些具有自适应强的控制算法应用于ABS控制逻辑的设计中，以适应车辆参数、载荷和路面状况的变化；⑤建立液压ABS精确的数学模型；⑥在控制器软件设计中考虑了轮胎充气不足的影响，设计轮胎气压监视程序。

4 ABS技术改进

根据国内外的一些研究动态和高档轿车的实际应用表明，ABS技术将沿着以下几个方面继续发展：

4.1 齐全ABS的种类。国内开发的ABS的种类还不全，比如一通道和二通道ABS国内目前已开发，但随着使用逐步完善，四通道和六通道等多通道ABS国内还没有相应产品，这个空白急需填补。

4.2 ABS和驱动防滑控制装置ASR一体化。ABS以防止车轮抱死为目的，ASR是防止车轮过分滑转，ABS是为了缓解制动，ASR是为了施加制动。由于二者技术上较接近，且都能在低附着路面上充分体现它们的作用，所以将二者有机地结合起来。

4.3 发展ABS的同时，着手开发TCS乃至VDC，追赶世界先进技术潮流

4.3.1 牵引力控制系统TCS。英文全称是Traction Control System，牵引力控制系统，又称循迹控制系统。是根据驱动轮的转数及传动轮的转数来判定驱动轮是否发生打滑现象，当前者大于后者时，进而抑制驱动轮转速的一种防滑控制系统。它与ABS作用模式十分相似，两者都使用感测器及刹车调节器。TCS与ABS的区别在于，ABS是利用感测器来检测轮胎何时要被抱死，再减少该轮的刹车力以防被抱死，它会快速的改变刹车力，以保持该轮在即将被抱死的边缘，而TCS主要是使用引擎点火的时间、变速箱挡位和供油系统来控制驱动轮打滑。

4.3.2 动态稳定控制系统VDC。动态稳定控制系统VDC(或电子稳定控制(ESP))。VDC主要在ABS/ASR基础上解决汽车转向行驶时的方向稳定性问题。ABS与电子全控式(或半控式)悬架、电子控制四轮转向、电子控制液压转向、电子控制自动变速器等控制系统在功能、结构上有机地结合起来，保证汽车在各种恶劣情况下行驶时，都具有良好的动态稳定性。

4.4 ABS/ASR与自动巡航系统（ACC）集成。自动巡航控制系统(ACC)的目的是在巡航行驶时自动把车速限制在一个设定的速度，并且能够根据前方车辆的行驶善，自动施加制动或加速使其保持在一定的安全距离内行驶。在遇到障碍物时，可以自动施加制动，把车速调整到安全范围内。由于ABS/ASR和ACC都要用到相同的轮速采集系统，制动压力调节装置以及发动机输出力矩调节装置，因此ABS/ASR/ACC集成化系统，不仅可以大大降低成本，而且可以提高汽车的整体安全性能。

4.5 减小体积，降低重量。为了提高汽车的安全性能，增加了一些装置，汽车的重量也随之增加，对燃料经济性不利。所以新增设的各种装置必须在保证安全性的前提下，尽量地减少重量。另外，不论是大型车还是小型车，发动机的安装空间都是非常紧凑的，因此，也要求ABS控制器的体积尽可能的小一些。

4.6 更容易与其他电子系统集成。随着ABS与新一代制动系统的结合，如电子液压制动EHB、电子机械制动EMB、ABS有了更快的响应速度，更好的控制效果，而且更容易与其他电子系统集成。ABS将成为集成化汽车底盘系统中不可缺少的一个节点。

4.7 在ABS系统中嵌入电子制动力分配装置（EBD）构成ABS+EBD系统

EBD的功能就是在汽车ABS开始制动压力调节之前，高速计算出汽车四个轮胎与路面间的附着力大小，然后调节车轮与附着力的区配，进一步提高车辆制动时的方向稳定性，同时尽可能地缩短制动距离。

4.8 在ABS系统的基础上扩展成车速记录仪（VSR）。车速记录仪又称汽车黑匣子。该装置通过实时采集的四个车轮轮速信号，再现交通事故发生过程中汽车的实际运行轨迹以及驾驶员对车辆的操作情况，便于公安交通管理部门能准确判断事故的责任。

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