汽车行驶安全电控技术-防抱死制动系统（ABS）详解

汽车安全系统分为主动安全系统与被动安全系统两大类。

主动安全系统包括：防抱死制动、制动力分配、制动辅助、驱动轮防滑转调节和车身稳定性控制等系统，其功用是避免发生交通事故。

被动安全系统包括：安全带、安全气囊和座椅安全带控制等系统，其功用是减轻交通事故导致的伤害程度。

本文主要介绍主动安全系统中的汽车防抱死制动系统（ABS系统）。

1、防抱死制动系统概述

汽车防抱死制动系统的英文名称是Anti-lock Braking System，缩写为ABS。

汽车制动过程中，当车轮制动器制动力（即轮胎周缘为了克服制动器摩擦力矩所需施加的力）小于或等于轮胎﹣道路附着力（即地面阻止车轮滑动所能提供的切向反作用力的极限值，通常简称为附着力，附着力取决于地面对轮胎的法向反作用力与轮胎﹣道路附着系数）时（图a），车轮将滚动运动。当制动器制动力大于附着力时（图b），车轮就会抱死滑移。

电子控制防抱死制动系统ABS作用：在汽车制动过程中，自动调节车轮的制动力，防止车轮抱死滑移，从而获得最佳制动性能（缩短制动距离、增强转向控制能力、提高行驶稳定性）,减少交通事故。

2、防抱死制动系统基本原理

当汽车匀速行驶时，实际车速v（即车轮中心的纵向速度）与车轮速度vw（即车轮滚动的圆周速度）相等，车轮在路面上的运动为纯滚动运动。当驾驶人踩下制动踏板后，在制动器摩擦力矩的作用下，车轮的角速度减小，实际车速与车轮速度之间就会产生一个速度差，轮胎与地面之间就会产生相对滑移。

（1）车轮滑移率S

轮胎滑移的程度用滑移率S来表示，车轮滑移率是指：实际车速v与车轮速度vw之差同实际车速v的比率，其表达式为：

式中：

S-﹣车轮滑移率；

v-﹣车速（车轮中心纵向速度），m/s；

vw-﹣车轮速度，m/s；

r-﹣车轮半径，m；

ω-﹣车轮转动角速度，rad/s；

n-﹣车轮转速，r/min。

当v=vw时，滑移率S=0，车轮自由滚动；当vw=0时，滑移率S=100%，车轮完全抱死滑移；当v>vw时，滑移率0

（2）车轮滑移率S的影响因素

在汽车制动过程中，车轮抱死滑移的根本原因是制动器制动力大于轮胎附着力。车轮滑移率影响因素包括：

汽车载客人数或载物量；

前、后轴的载荷分布情况；

轮胎种类及轮胎与道路的附着状况；

路面种类和路面状况；

制动力大小及其增长速率。

（3）车轮滑移率S与附着系数φ的关系

在汽车制动过程中，除车轮旋转平面的纵向附着力外，还有垂直于车轮旋转平面的横向附着力。纵向附着力决定汽车纵向运动，影响汽车的制动距离；横向附着力则决定汽车的横向运动，影响汽车的转向控制能力和行驶稳定性。

不同路面上附着系数与滑移率之间的关系不同：

附着系数取决于路面性质，干燥路面附着系数大，潮湿路面附着系数小，冰雪路面附着系数更小。

在各种路面上，附着系数都随滑移率的变化而变化。

在各种路面上，当滑移率为20％左右时，纵向附着系数最大，制动效果最好。

为了获得最佳的制动性能，应将车轮滑移率控制在10%~30%范围内，采用电子控制防抱死制动系统ABS即可达到这一目的。

3、防抱死制动系统构成

防抱死制动系统由压力调节系统和防抱死制动电子控制系统两个子系统组成。

（1）压力调节系统

压力调节系统由常规制动系统和制动压力调节器组成。常规制动系统主要由制动主缸、制动助力器、制动轮缸、制动管路和制动器（盘式或鼓式制动器）等组成。汽车制动动力源分为液压和气压两种，压力调节系统相应地有液压调节系统和气压调节系统。小轿车普遍采用液压调节系统，载货汽车普遍采用气压调节系统。

防抱死制动系统构成

（2）电子控制系统

防抱死制动电子控制系统由轮速传感器、制动灯开关、防抱死制动电控单元（ABS ECU)、ABS指示灯和制动压力调节器等构成，其中，制动压力调节器既是电子控制系统的执行元件，也是压力调节系统的始控元件。

轮速传感器：ABS采用的传感器有车轮速度传感器和减速度传感器两种，轮速传感器检测车轮的运动状态，将车轮转速变换为电信号输入ABS ECU以便计算车轮速度。

防抱死制动电控单元（ABS ECU)：接收轮速传感器、减速度传感器和控制开关信号，计算汽车的轮速、车速、加减速度和滑移率，并输出控制指令控制制动压力调节器等执行元件工作。

制动压力调节器：根据ABS ECU的控制指令，驱动电磁阀和回液泵电动机等液压控制部件工作，使制动压力"升高""保持"和"降低"，从而实现防抱死制动。

（3）防抱死制系统优点

汽车在雨后、冰雪及泥泞等各种路面上制动时，防抱死制动系统ABS在车轮趋于抱死即滑移率进入非稳定区时能迅速调节制动压力，使滑移率恢复到靠近理想滑移率的稳定区域内。通过自动调节制动力，使车轮滑移率保持在理想滑移率附近的狭小范围内，每个车轮尽可能获得较大的地面制动力，防止车轮抱死滑移，从而获得最佳制动性能。ABS优点如下：

4、防抱死制动系统分类

ABS分为机械式ABS和电子式ABS两大类。纯机械式ABS早已淘汰，目前主要采用机电一体化控制的电子控制式ABS。电子控制式ABS的种类很多，分类方法大致如下。

（1）结构形式分类

分离式ABS：制动压力调节器为独立总成，通过制动管路与制动主缸和制动轮缸相连，其突出优点是零部件安装灵活，适合于ABS作为选装部件时采用。

整体式ABS：的制动压力调节器与制动主缸以及制动助力器组合为一个整体，其优点是结构紧凑、节省安装空间，一般都作为汽车的标准装备配装汽车。整体式ABS结构复杂、成本较高，高级轿车采用较多。

（2）车轮控制方式分类

按车轮控制方式不同，电子控制防抱死制动系统可分为"轮控式"与"轴控式"两种。轴控式又分为"低选控制( SL , Select Low )"和"高选控制( SH , Select High )"两种。

"轮控式"ABS：每个车轮各占用一个控制通道。

"轴控式"ABS：两个车轮占用同一个控制通道，同时控制的两个车轮在同一轴上。

在制动系统中，制动压力能够独立进行调节的制动管路称为控制通道。

（3）控制通道和传感器数量分类

根据控制通道和传感器数量不同，电子控制防抱死制动系统ABS可分七种类型，即四通道四传感器ABS（形式1、2)、三通道四传感器ABS（形式3)、三通道三传感器ABS（形式4)、两通道三传感器ABS（形式5)、两通道两传感器ABS（形式6、7)、单通道一传感器ABS（形式8）和六通道六传感器ABS（适用于带挂车的汽车）。

（4）控制车轮数量分类

按控制车轮的数量不同，可分为两轮ABS和四轮ABS。

两轮ABS：只控制两个后轮，结构简单、价格低廉，适用于轻型载货汽车和客货两用汽车。四轮ABS：又分为四通道ABS和三通道ABS。

（5）制动压力调节器分类

按制动压力调节器的动力源可分为液压式ABS和气压式ABS。

（6）制动压力调节器的调压方式分类

按制动压力调节器的调压方式可分为流通式ABS和变容式ABS等。

总而言之，汽车防抱死制动系统ABS是制动系统重要的安全部件，它的安装普及率提高，提高了车辆主动安全性。在ABS系统起作用时，驾驶员不会由于前轮抱死而失去对车辆转向的控制，而且汽车制动距离会比车轮抱死时小，取得最佳制动效能同时可以降低事故发生时的冲击力。

注：本文部分图片来源《汽车电器与电控技术》