汽車(chē)制動(dòng)防抱死系統(tǒng)(ABS)原理分析

1.汽車(chē)開(kāi)環(huán)和閉環(huán)制動(dòng)系統(tǒng)簡(jiǎn)述
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????為了使汽車(chē)在行駛過(guò)程中以適當(dāng)?shù)臏p速度降低速度直至停車(chē)，保證行駛的安全性，汽車(chē)上均裝有行車(chē)制動(dòng)器。在汽車(chē)制動(dòng)防抱死裝置出現(xiàn)之前，所用的都是開(kāi)環(huán)制動(dòng)系統(tǒng)。其特點(diǎn)是制動(dòng)器制動(dòng)力矩的大小僅與駕駛員的操縱力，制動(dòng)力的分配調(diào)節(jié)，以及制動(dòng)器的尺寸和型式有關(guān)。由于沒(méi)有車(chē)輪運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的反饋信號(hào)，無(wú)法測(cè)知制動(dòng)過(guò)程中車(chē)輪的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，因此就不能據(jù)此調(diào)節(jié)輪缸或氣室制動(dòng)壓力的大小。這樣在緊急制動(dòng)時(shí)，不可避免地出現(xiàn)車(chē)輪在地面上抱死拖滑的現(xiàn)象。當(dāng)車(chē)輪抱死時(shí)，地面的側(cè)向附著性能很差，所能提供的側(cè)向附著力很小，在汽車(chē)所受到種種干擾外力作用下就會(huì)出現(xiàn)方向失穩(wěn)問(wèn)題，容易發(fā)生交通事故。在潮濕路面或冰雪路面上制動(dòng)時(shí)，這種方向失穩(wěn)的現(xiàn)象更常發(fā)生。
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????人類對(duì)于汽車(chē)制動(dòng)時(shí)方向失穩(wěn)現(xiàn)象及其產(chǎn)生原因的認(rèn)識(shí)是逐步加深的。在路面車(chē)輛誕生初期，汽車(chē)前輪上幾乎不裝制動(dòng)器，制動(dòng)器僅安裝在后輪上。一方面的原因是當(dāng)時(shí)路面車(chē)輛行駛速度低，但主要的原因是為了防止前輪喪失轉(zhuǎn)向能力。這種做法大約持續(xù)了15年。其間雖然注意到后輪抱死有時(shí)會(huì)造成汽車(chē)?yán)@前軸轉(zhuǎn)動(dòng)，但當(dāng)時(shí)占支配地位的想法是這總比前輪喪失轉(zhuǎn)向能力好。到了名0世紀(jì)20年代初期，隨著汽車(chē)質(zhì)量的增加和車(chē)速的提高，僅靠后輪制動(dòng)不足以提供充分的制動(dòng)力，這樣才導(dǎo)致在前輪上安裝制動(dòng)器。但當(dāng)時(shí)仍然認(rèn)為前輪制動(dòng)僅只是對(duì)后輪制動(dòng)的一種補(bǔ)充，且不允許前輪先于后輪抱死。后來(lái)，人們又認(rèn)識(shí)到應(yīng)根據(jù)靜態(tài)軸荷的分配比例來(lái)分配前后輪的制動(dòng)力。到了本世紀(jì)30年代末期-r汽車(chē)界又認(rèn)識(shí)到制動(dòng)時(shí)軸荷的動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)移，前輪要增重，后輪要減重。且后輪先抱死更易造成汽車(chē)特別是鉸接汽車(chē)的方向失控，導(dǎo)致交通事故的發(fā)生。從而著手開(kāi)始研制能限制汽車(chē)后輪制動(dòng)力矩的裝置。由此誕生了限壓閥、比例閥、慣性閥、感載比例閥等?，F(xiàn)今這些前后制動(dòng)力分配和調(diào)解裝置被許多國(guó)家廣泛應(yīng)用在轎車(chē)、貨車(chē)、客車(chē)、鉸接車(chē)輛的后制動(dòng)管路中。到1968年底，幾乎所有的鉸接車(chē)輛上都裝有這類裝置。
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????隨著前后輪制動(dòng)力分配裝置技術(shù)的發(fā)展，為提高路面車(chē)輛制動(dòng)性能的其它技術(shù)也在發(fā)展著。例如汽車(chē)的液壓制動(dòng)技術(shù)，鉗盤(pán)式制動(dòng)器技術(shù)、雙管路制動(dòng)系統(tǒng)、真空伺服制動(dòng)裝置等技術(shù)都得到了應(yīng)用和推廣。
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????然而以，上技術(shù)妁應(yīng)用，并不能完全解決車(chē)輪制動(dòng)時(shí)的抱死問(wèn)題，這是因?yàn)樗情_(kāi)環(huán)制動(dòng)系統(tǒng)，無(wú)法感知制動(dòng)輪的運(yùn)動(dòng)狀況，輪缸或氣室壓力不能相應(yīng)地調(diào)節(jié)，制動(dòng)輪得不到相應(yīng)的控制。制動(dòng)時(shí)汽車(chē)方向失穩(wěn)問(wèn)題仍未得到根本的改善。
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????汽車(chē)制動(dòng)防抱死裝置(英文為AntilockBrakingSystem簡(jiǎn)稱ABS)的基本功能就是可感知制動(dòng)輪每一瞬時(shí)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，并根據(jù)其運(yùn)動(dòng)狀態(tài)相應(yīng)地調(diào)節(jié)制動(dòng)器制動(dòng)力矩的大小y避免出現(xiàn)車(chē)輪的抱死現(xiàn)象，因而是一個(gè)閉環(huán)制動(dòng)系統(tǒng)。它是電子控制技術(shù)在汽車(chē)上最有突出成就的一項(xiàng)應(yīng)用?？墒沟闷?chē)在制動(dòng)時(shí)維持方向穩(wěn)定性和縮短制動(dòng)距離，有效地提高了行車(chē)的安全性。
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????它的系統(tǒng)控制框圖如圖所示。
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????2.汽車(chē)制動(dòng)防抱死技術(shù)的發(fā)展
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????據(jù)歐洲各國(guó)統(tǒng)計(jì)，應(yīng)用了制動(dòng)防抱死技術(shù)后，交通事故摩托車(chē)減少10%，轎車(chē)和輕型貨車(chē)減少8%，公共汽車(chē)減少4%，重型貨車(chē)減少10%，平均起來(lái)減少7.5%。
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????汽車(chē)制動(dòng)防抱死系統(tǒng)這一優(yōu)點(diǎn)一直在激勵(lì)蓉各國(guó)的汽車(chē)工程師致力于這方面的研究工作。其中英國(guó)和德國(guó)的學(xué)者為此付出了更多的努力和心血。他們也是這項(xiàng)技術(shù)的先驅(qū)者。1965年前后，制動(dòng)防抱死裝置開(kāi)始安裝在汽車(chē)上進(jìn)行路試。1968年底，它在英國(guó)成功地安裝在半掛拖車(chē)機(jī)組的牽引頭的后輪上，并投入實(shí)際韻運(yùn)營(yíng)。其后十年間斗、制動(dòng)防抱死裝置主要是裝在這種鉸接車(chē)輛上，有效地解決了鉸接車(chē)輛在制動(dòng)時(shí)常發(fā)生的折轉(zhuǎn)伺題。在剛性車(chē)輛土如客車(chē)、高檔小轎車(chē)上也有少量的應(yīng)用。僅據(jù)英國(guó)統(tǒng)計(jì)，在這十年間，終憲六千輛鉸接車(chē)輛安裝了制動(dòng)防抱死裝置。制動(dòng)防抱死系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)也引起了政府交通管理部門(mén)韻興趣。1971年，瑞典國(guó)家交通安全組織敦促所有的路面機(jī)動(dòng)車(chē)輛和拖車(chē)的制；動(dòng)系統(tǒng)都應(yīng)設(shè)計(jì)或能充分利用車(chē)輪和路面間的附著能力且不應(yīng)該有車(chē)輪抱死現(xiàn)象發(fā)生，并且預(yù)告，這種要求要在1975年變成法律而強(qiáng)制實(shí)施。瑞典政府的這一要求使得歐洲汽車(chē)工業(yè)界大為振奮，他們看到了政府對(duì)制動(dòng)防抱死這一技術(shù)的發(fā)明和應(yīng)用的態(tài)度，于是紛紛投入大量的人力、物力、財(cái)力進(jìn)行制動(dòng)防抱死裝置的研究，，由此引來(lái)了制動(dòng)防抱死技術(shù)的第一次大發(fā)展。

除了瑞典以外，其它國(guó)家政府的交通管理部門(mén)也在積極認(rèn)真地評(píng)價(jià)汽車(chē)制動(dòng)防抱死系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)。在當(dāng)時(shí)的聯(lián)邦德國(guó)，從1969年到1972年交通部主持了一項(xiàng)研究項(xiàng)目f對(duì)安裝有制動(dòng)防抱死系統(tǒng)的小轎車(chē)、公共汽車(chē)、貨車(chē)和半掛拖車(chē)機(jī)組的制動(dòng)性能進(jìn)行了全面的系統(tǒng)的測(cè)試。由此產(chǎn)生的試驗(yàn)報(bào)告以后成為關(guān)于歐洲制動(dòng)防抱死性能檢測(cè)的ECE第13號(hào)法規(guī)的13號(hào)補(bǔ)充法規(guī)討論的基礎(chǔ)。
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????和任何新技術(shù)的應(yīng)用一樣，制動(dòng)防抱死技術(shù)在汽車(chē)工的應(yīng)用在其發(fā)展過(guò)程中也不是一帆風(fēng)順的，其間也經(jīng)過(guò)許多磨難和挫折。其中最值得一提的是1975年至1978年發(fā)生在美國(guó)的一段事情。1975年美國(guó)公路交通安全管理局頒布了新的121號(hào)聯(lián)邦交通安全法規(guī)(FMVSS121)。它對(duì)1975年后新出廠的所有應(yīng)用氣制動(dòng)的客車(chē)、貨車(chē)、拖車(chē)和半掛拖車(chē)機(jī)組在高和低兩種附著系數(shù)路面上制動(dòng)時(shí)規(guī)定了嚴(yán)格的制動(dòng)距離和對(duì)后車(chē)輪不抱死的要求。
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????然而在當(dāng)時(shí)，制動(dòng)防抱死技術(shù)遠(yuǎn)未成熟六仍處在早期發(fā)展階段，存在著許多性能方面和可靠性方面的問(wèn)題。主要表現(xiàn)在它的電氣部分的安裝上，例如輪速傳感器、導(dǎo)線、接頭、信號(hào)線等。特別是單片機(jī)的問(wèn)題，它常常發(fā)出錯(cuò)誤的信號(hào)，使壓力調(diào)節(jié)器不能正常的工作。此外還有壓力調(diào)節(jié)器反應(yīng)遲鈍及制動(dòng)防抱死系統(tǒng)抗電磁場(chǎng)干擾能力差等缺點(diǎn)。在制動(dòng)防抱死系統(tǒng)的使用和維修方面也存在著很多問(wèn)題，如維修備件缺乏，維修保養(yǎng)費(fèi)調(diào)整往往不當(dāng)，維修保養(yǎng)人員和駕駛員對(duì)結(jié)構(gòu)不熟悉，缺乏必需的維修設(shè)備等等。結(jié)果制動(dòng)方面產(chǎn)生的一切問(wèn)題都?xì)w咎到制動(dòng)防抱死裝置上，導(dǎo)致使用人員對(duì)制動(dòng)防抱死裝置完全喪失了興趣和信心。最終，在幾個(gè)惡性交通事故發(fā)生后，1978年經(jīng)法院裁決，美國(guó)公路交通管理局取消對(duì)新出廠的營(yíng)運(yùn)車(chē)輛所規(guī)定的制動(dòng)距離和后輪不抱死的條款。此后，美國(guó)制動(dòng)防抱死裝置的應(yīng)用迅速減少，其市場(chǎng)也迅速消失。
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????歐洲主要是西歐各國(guó)關(guān)于制動(dòng)防抱死系統(tǒng)的性能標(biāo)準(zhǔn)的討論始于1972年。參加討論的有政府交通安全管理部門(mén)的代表，大學(xué)和研究所的專家，汽車(chē)生產(chǎn)廠家，制動(dòng)器生產(chǎn)廠家和電子產(chǎn)品生產(chǎn)廠家的代表。他們經(jīng)過(guò)多次會(huì)議的討論，最終形成了關(guān)于歐洲制動(dòng)防抱死系統(tǒng)性能的若干規(guī)定，并于1979年作為聯(lián)合國(guó)歐洲經(jīng)濟(jì)委員會(huì)關(guān)于汽車(chē)制動(dòng)性能的第13號(hào)法規(guī)的13號(hào)補(bǔ)充法規(guī)頒布實(shí)施。
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????進(jìn)入80年代，制動(dòng)防抱死裝置又迎來(lái)了它的第二次大發(fā)展。在80年代初期，)歐美各國(guó)突然加速了新的防抱死裝置的研究和應(yīng)用。制動(dòng)防抱死裝置在家用轎車(chē)和商用貨車(chē)上的應(yīng)用使市場(chǎng)迅速膨脹。這樣大大刺激了各制動(dòng)防抱死裝置生產(chǎn)廠家投入更多的力量研制性能更好、結(jié)構(gòu)更簡(jiǎn)單、使用更可靠、價(jià)格性能比更低的制動(dòng)防抱死裝置。于此同時(shí)，制動(dòng)防抱死系統(tǒng)在汽車(chē)上的布置方案也迅速增多。例如對(duì)于豪華型家用轎車(chē)，以前僅有三通道、四通道兩種布置方案：進(jìn)入80年代以后，由于中檔家用轎車(chē)對(duì)制動(dòng)防抱死裝置韻需求，同時(shí)又考慮到此種裝置占整車(chē)價(jià)格的比例，于是相對(duì)簡(jiǎn)單的各種二通道、一通道制動(dòng)防孢死裝置應(yīng)運(yùn)而生。這是70年代沒(méi)有預(yù)見(jiàn)到的。
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????由于新的制動(dòng)防抱死裝置布置方案的出現(xiàn)；1979年通過(guò)的第13號(hào)補(bǔ)充法規(guī)不能完全適用。于是歐洲國(guó)家又從1982年起對(duì).13號(hào)補(bǔ)充法規(guī)進(jìn)行了修訂，于1985年形成了新的文本。
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????80年代中期以后，借助于電子控制技術(shù)的迅速進(jìn)步，制動(dòng)防抱死系統(tǒng)反應(yīng)更靈敏、成本更降低、安裝更方便、維修更容易、價(jià)格更易被中小型家用轎車(chē)所接受。
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????1987年，歐共體頒布了一項(xiàng)法規(guī)，要求從1991年起，歐共體成員國(guó)生產(chǎn)的所有新車(chē)型均需裝備制動(dòng)防抱死裝置，同時(shí)規(guī)定凡載重16t以上的貨車(chē)必須裝備制動(dòng)防抱死裝置，并且禁止無(wú)此裝置的汽車(chē)進(jìn)口。日本規(guī)定，從1991年起5對(duì)總質(zhì)量超過(guò)13t的牽引車(chē)、總質(zhì)量超過(guò)10t的運(yùn)送危險(xiǎn)晶的拖車(chē)、在高速公路上行駛的大客車(chē)都必須安裝制動(dòng)防抱死裝置。
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????現(xiàn)今，德國(guó)生產(chǎn)的轎車(chē)已有21%裝備了制動(dòng)防抱死裝置。它主要應(yīng)用在豪華轎車(chē)上，但占總量60%以上的中低檔家用轎車(chē)應(yīng)用這種系統(tǒng)的還不多。主要原因是這種系統(tǒng)價(jià)格較高，占中低檔轎車(chē)的整車(chē)價(jià)格比例較大。美國(guó)福特汽車(chē)公司生產(chǎn)的貨車(chē)，制動(dòng)防抱死系統(tǒng)的配備率達(dá)94%，而通用汽車(chē)公司1994年生產(chǎn)的貨車(chē)和客車(chē)則全部裝備了這種裝置。預(yù)計(jì)在今后的五年里，世界范圍內(nèi)制動(dòng)防抱死裝置在汽車(chē)上的裝有率將達(dá)到80%。