汽车ABS概况

    一、普通制动器的问题

    忽略车轮及与其一起旋转部件的惯性力矩和车轮的滚动阻力，汽车制动时车轮的受力情况见图1-1.

    图中：W-车轮承受的径向载荷；Z-地面对车轮的法向反力；Mz-制动器产生的制动力矩；Tz-车轴对车轮的纵向推力；Xz-地面对车轮的切相反作用力；r0-车轮的工作半径；TH-车轴对车轮的横向反作用力；v-汽车行驶方向；w-车轮制动方向。

    制动时，地面对车轮的切向反力Xz使车轮减速度，因此，Xz为地面制动力；地面对车轮的横向反力XH可阻止车轮在TH力的作用下侧向滑移，因此，XH为地面防侧滑力。

    地面制动力是在制动器的制动力矩作用下产生的，在车轮没有拖滑时，地面制动力主要取决于制动器制动力矩的大小（Xz=M/r0），在这种情况下，制动踏板的压力增大，制动器产生的制动力矩相应增大，地面制动力也就增大，汽车的减速度增加。但是，地面制动力受地面附着力的限制，最大地面制动力Xmax为：

    式中：Φz——地面纵向附着系数。

    由上式可知，在紧急制动情况下，地面纵向附着系数对制动效果有着直接的影响。

    最大地面防侧滑力Xmax为：

    式中：ΦH——地面横向附着系数。

    由上式可知，地面横向附着系数的大小对防止车辆侧滑、甩尾起着决定性的作用。

    2.滑移率与制动效果

    滑移率s的定义如下：

    式中：v——车辆相对地面的移动速度；

            r0——车轮的工作半径；

            w——车轮的角速度；

    车轮被完全抱死时：

            w=0

            s=100

    车轮作纯滚动时：

            r0w=v

            s=0

    某种路面的地面附着系数与滑移率之间的关系见图1-2.

    从这有代表性的地面附着系数变化特性中可知，车轮滑移率在20左右时，纵向附着系数最大，横向附着系数也不小，在紧急制动时，如果能适当地控制制动器制动力的大小，使车轮处于边滚边滑（s=20）的状态，可使地面制动力达到最大，缩短制动距离；同时，可保持良好的防侧滑能力。

    3.普通制动器的问题

    普通制动器在紧急制动时由于制动器的制动力过大而将车轮抱死，带来了如下的问题：

    （1）由于纵向附着系数不是最大，降低了地面制动力而使制动距离延长了。

    （2）由于横向附着系数为零，地面对车轮无防侧滑能力，因此，紧急制动时易出现车辆侧滑和甩尾。

    （3）轮胎与地面的剧烈摩擦，使轮胎的磨损加剧。

    二、ABS的发展概况

    1.制动防抱死系统的作用

    制动防抱死系统简称ABS，是英文“Anti-lock brake system”的缩写。ABS的作用就是在汽车制动时。自动控制制动器制动力的大小，使车轮不被抱死，处于边滚边滑（滑移率在20左右）的状态，以保证车轮与地面的附着力在最大值。因此，ABS相比于普通制动系统有如下优点：

    （1）充分发挥制动器的效能，缩短制动时间和距离。

    （2）可有效防止紧急制动时车辆侧滑和甩尾，具有良好的行驶稳定性。

    （3）可在紧急制动时转向，具有良好的转向操纵性。

    （4）可避免轮胎与地面的剧烈摩擦，减少了轮胎的磨损。

    2.制动防抱死系统的发展过程

    ABS最初的应用始于飞机，40年代末，ABS在波音47飞机上应用，以后，ABS成为飞机上的标准件，但这种采用真空管的ABS在汽车上应用其性能达不到要求，价值其体积大、成本高等，因此，在汽车上的实用价值不大。1971年，德国波许公司首次推出了电子ABS，并从开始的集成电路，发展为用微机控制。从此，ABS在汽车上的应用得以迅速的发展。现在，ABS已成为汽车上的标准件，其控制形成也从二轮防抱死控制发展为四轮防抱死控制。1987年，波许公司又推出了汽车驱动防滑转系统（Anti-Slip Regulation 简称ASR），ASR是ABS的完善和补充，它可防止汽车起步、加速、在滑溜路面行驶时车轮滑转，以提高汽车的牵引性和操纵稳定性。目前，集ABS和ASR功能为一体的防滑控制系统已在一些汽车上使用。

    三、ABS的基本组成和原理

    1.制动防抱死系统的基本组成

    制动防抱死系统由防止车轮抱死的电子控制系统和普通的制动系统组成，见图1-3.现在我们在说ABS时，通常是单指防抱死电子控制系统。防抱死电子控制系统由传感器、控制器和执行机构组成。

    2.制动防抱死系统的基本原理

    防抱死电子控制系统的核心是由微电脑组成的控制器。它通过传感器监视汽车制动时车轮是否抱死。在一般的制动情况下，司机踩在制动踏板上的力较小，车轮不会被抱死。控制器无控制信号输出，这时，就如同普通的制动系统，制动力完全由司机踩在制动踏板上的力来控制。在紧急制动或是在松滑路面行驶时制动，车轮被抱死的情况下，控制器就会输出控制信号，通过执行机构（即制动压力调节器）控制制动器的制动力，使车轮不被抱死。

    四、ABS的分类

    目前，汽车上使用的ABS有不同的结构形式，下面以不同的分类方式加以概括。

    （一）按控制器所依据的控制的参数不同分类

    1.以车轮滑移率S为控制参数的ABS

    控制器根据车速和车轮转速传感器的信号计算车轮的滑移率，作为控制制动力的依据。当计算得到的滑移率S超出设定值，控制器就输出减小制动力信号，通过制动压力调节器减小制动压力，使车轮不被完全抱死；当滑移率S低于设定值时，控制器输出增大制动力信号，制动压力调节器又使制动压力增大。通过这样不断地调整制动压力，控制车轮的滑移率在设定的最佳范围。

    这种直接以滑移率为控制参数的ABS需要得到准确的车身相对地面的移动速度信号和车轮的转速信号，车轮转速信号容易得到，但取得车身移动速度信号则较难。已有用多普勒（Doppler）雷达测量车速的ABS，但到目前为止，此类ABS应用还很少见。

    2.以车轮角速度为控制参数的ABS

    控制器根据车轮转速传感器的信号计算车轮的角加速度，作为控制制动力的依据。计算机中事先设定了两个门限值：一个是角减速度门限值，作为车轮被抱死标志；一个是角加速度门限值，作为制动力过小，车轮转速过高标志。制动时，当车轮角减速度达到门限值时，控制器输出减小制动力信号；当车轮转速升高至角加速度门限值时，控制器则输出增加制动力信号。如此不断地调整制动压力，使车轮不被抱死，处于边滚边滑的状态。

    目前汽车上使用的ABS基本上都是此种形式。

    （二）按制动压力调节器的结构不同分类

    1.机械柱塞式ABS。

    2.电磁阀式ABS。

    目前，ABS采用电磁阀式制动压力调节器的较为多见。

    （三）按功能和布置的形式不同分类

    1.后轮防抱死ABS。

    2.四轮防抱死ABS。

    现代汽车，后轮防抱死ABS已很少应用，基本上都采用四轮防抱死制动系统。

    （四）按主要生产厂家分类

    1.德国的波许（BOSCH）ABS、戴维斯（Teves）ABS。

    这是目前欧、美、日、韩等国汽车采用最多的ABS。

    2.美国的邦迪克斯（Bendix）ABS。

    3.美国的达科（Delco）ABS。

    4.日本的OEM ABS。

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