在防抱死制動系統出現之前,所有的汽車都采用開環制動系統。其特點是制動器的制動力矩只與駕駛員的操縱力、制動力的分配和調節以及制動器的大小和類型有關。由於沒有車輪運動狀態的反饋信號,無法測量制動時車輪的速度和抱死情況,汽車也無法據此調整輪缸或氣室的制動壓力。所以在緊急制動的情況下,難免會出現車輪抱死拖地的情況。車輪抱死時,地面的側向附著力很差,提供的側向附著力很小。在任何微小外力的作用下,汽車都會出現方向不穩的問題,容易發生交通事故。在濕滑或積雪路面制動時,這個方向的不穩定性會更嚴重。防抱死制動系統(簡稱ABS)的出現,從根本上解決了汽車制動過程中的抱死問題。它的基本作用是通過傳感器感知車輪的瞬時運動狀態,並根據其運動狀態相應調整制動器的制動力矩,避免車輪抱死現象,所以它是壹個閉環制動系統。
它是電子控制技術在汽車上最成功的應用之壹。防抱死制動系統可以在制動時保持方向穩定性,縮短制動距離,有效提高行車安全性。
壹、ABS的工作原理
制動時輪速與車速存在差異,會導致車輪與路面打滑。當車輪以純滾動方式接觸路面時,滑移率為零。車輪抱死時,其滑移率為100%。當滑移率在8%-35%之間時,可以傳遞最大制動力。防抱死制動的基本原理是根據上述研究結果,通過控制和調整制動力,將車輪滑移率控制在合適的範圍內,從而獲得最佳的制動效果。ABS系統的硬件主要由傳感器(包括輪速傳感器、減速度傳感器和車速傳感器)、電子控制裝置和制動壓力調節器組成,形成以滑移率為目標的自動控制系統。傳感器測量車輪速度,並將該數據傳輸至電子控制裝置。控制裝置是壹個微處理器,它根據輪速傳感器的信號計算車速。在制動過程中,可以將車輪速度與控制裝置中預編程的理想減速度的特征曲線進行比較。如果控制裝置判斷車輪減速過快,車輪即將抱死,則向液壓調節器發送信號,液壓調節器根據控制裝置的信號控制(作用、保持、釋放和重新作用)制動器的卡鉗或輪泵的油壓。此操作每秒可發生10次以上。
二、ABS技術的發展及應用現狀
基於防抱死制動理論的制動系統首先應用於火車和飛機。1936,博世申請了電液控制ABS裝置專利,推動了ABS技術在汽車上的應用。ABS在汽車上的使用始於50年代中期的福特汽車公司,1954年的林肯,福特汽車公司安裝了法航的ABS裝置。這種ABS裝置的控制部分是機械式的,結構復雜,功能相對單壹。防抱死制動只在特定的車輛和工況下有效,所以制動效果並不理想。復雜的機械結構使得ABS裝置可靠性差、控制精度低、價格高。ABS技術在汽車上的推廣應用比較困難。直到20世紀70年代末,電子技術的飛速發展為ABS技術在汽車上的應用提供了可靠的技術支持。ABS控制部分采用電子控制,其響應速度、控制精度和可靠性明顯提高,制動效果也明顯改善。同時,其體積逐漸減小,重量逐漸減輕,控制和診斷功能不斷增強,價格逐漸降低。在此期間,許多公司相繼開發了各種ABS裝置。
進入90年代後,ABS技術不斷發展成熟,控制精度和控制功能不斷提高。現在ABS技術在發達國家已經廣泛應用,ABS裝置已經成為汽車的必備設備。北美和西歐的乘用車和輕型卡車ABS的配備率達到90%以上,轎車ABS的配備率在60%左右,運輸危險品的卡車ABS的配備率為100%。ABS裝置廠商主要有:博世(德國),大部分用於歐美日韓;DELCO(美國),通用和大宇汽車采用;美國克萊斯勒采用的本迪克斯公司(BENDIX);還有TEVES,WABCO,KELSEYHAYES等。這些公司的ABS產品應用廣泛,並且在不斷的發展更新換代。
近幾年,ABS技術在國內也在推廣應用。在國家強制性標準GB 12676-1999《汽車制動系統的結構、性能和試驗方法》中,ABS的安裝已被視為強制性法規。此後,壹汽大眾、二七富康、上海大眾、重慶長安、上海通用都開始采用ABS技術,但這些ABS裝置在國內都沒有自主知識產權。
國內對ABS的研究主要有東風汽車公司、交通部重慶公路研究所、濟南傑特汽車電子研究所、清華大學、Xi交通大學、吉林大學、華南理工大學、合肥工業大學等單位。雖然起步較晚,但也取得了壹些成果。在氣動ABS方面,國內企業包括東風電子科技有限公司、重慶聚能、廣東科米等。都形成了壹定的生產規模。由於技術難度大,國外技術封鎖緊,國內企業暫時還不能自主生產液壓ABS,但為了突破國外跨國公司的技術壁壘,也在做自主研發,並取得了壹些新的進展和突破。如清華大學、浙江亞太承擔了汽車液壓防抱死制動系統“九五”國家科技攻關項目,在ABS控制理論與方法、電子控制單元、液壓控制單元、開發裝置、匹配方法等關鍵技術上取得重大成果。采用的耗散功率理論避免了傳統邏輯門限值研究方法的局限性,取得了理論上的突破,成功開發出ABS並進入產業化和量產階段。該樣品在南京依維柯輕型客車上的匹配應用完全符合國家標準GB12676-1999和歐洲法規EECR13的要求。這對我國汽車工業和汽車零部件工業的振興具有劃時代的意義,標誌著我國汽車液壓ABS國產化邁出了堅實的壹步。同時,合肥工業大學還開發了具有我國自主知識產權的電子防抱死制動系統,並成功應用於HF6700輕型汽車。雖然國內外液壓ABS技術存在壹定差距,但在政府的大力支持和國內豐富的人力資源下,我相信中國可以在較短的時間內在ABS技術的某些領域趕上國際水平。