汽车文化：提升行车安全，七大防抱死制动（ABS）系统

ABS作为汽车的主动安全装置，现在已经成为汽车上的标准装备，但ABS的发展经历了一个漫长的过程。

1936年，德国Robert Bosch公司取得了ABS专利权。该专利是由装在车轮上的电磁式转速传感器和控制液压的电磁阀组成。制动液压力上升车轮抱死时，传感器的输出信号为零，电磁阀动作关闭进液口，使液压下降；液压降低后，车轮再次旋转，液压随之上升再次制动。

1948年，美国的Westinghouse Air Brake公司开发了铁路机车专用的ABS装置。该装置利用安装在车轴上的转速传感器检测车轴的减速度，然后使电磁阀动作控制制动气压，防止车轴制动磨损。

1945年，德国Fritz Ostwald设计的ABS装置用于喷气式飞机着陆时制动。

1948年，波音公司生产的B—47飞机装上了Hydro Aire公司的ABS初期产品。

1954年，美国Ford公司首次把法国生产的民航机用ABS应用在林肯牌轿车上。这次试装虽然以失败而告终，但揭开了在汽车上应用ABS的序幕。

1957年，Fort公司与Kelsey Hayes公司联合开发ABS，1968年达到预期目标。

1971年，德国Bosch公司推出了电子ABS，并从开始的集成电路控制，发展为计算机控制。ABS在汽车上的应用得以迅速发展，其控制形式也从二轮防抱死控制发展为四轮防抱死控制。

ABS系统根据传力介质不同，可分为液压式和气压式两类。气压式ABS是利用压缩空气作为传力介质的，一般用在货车和大型客车上。液压式ABS是利用制动液作为传力介质的，主要用在轿车、小型客车上，轿车ABS系统的组成如图4-30所示。

图4-30　轿车ABS系统的组成

根据ABS电控单元所控制通道的数量，ABS系统可分为三通道ABS与四通道ABS等类型。在三通道ABS系统中，电控单元对三路制动压力进行独立的调节控制，三通道ABS系统基本布置形式如图4-31所示。一般两个前轮制动压力分别控制，两个后轮制动按低选原则（在两个后轮中，按制动附着系数小的一侧为依据，同时控制两个后轮制动压力的原则）一同控制；四通道ABS，电控单元对四路制动压力进行独立调节，分别控制4个车轮的制动滑移率，四通道ABS系统基本布置形式如图4-32所示。

图4-31　三通道四传感器、三传感器的布置形式

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图4-32　四通道四传感器的布置形式

ABS系统工作过程中，主要是控制车轮的制动滑移率。汽车制动时，车轮在路面上同时伴随着滚动和滑动，滑动的程度通常用滑移率来表示。制动滑移率S的定义公式为

式中　S——车轮制动滑移率；

v——车速中心移动速度（m/s）；

r₀——没有地面制动力时的车轮滚动半径（m）；

ω——车轮角速度（rad/s）。

车轮制动滑移率的数值在0～100%的范围内。在非制动状态下，滑移率为0；在车轮完全抱死时，滑移率为100%。

实验表明，在干燥硬实路面上轮胎的附着系数与滑移率的关系如图4-33所示。从图中可以看出：在滑移率S=20%时纵向附着系数最大，在滑移率S=0时侧向附着系数最大；在滑移率S=100%时纵向附着系数降低且侧向附着系数接近0，汽车失去方向稳定性和转向能力；在滑移率S=10%～30%的范围内，纵向附着系数在最大值附近且侧向附着系数可保持较大值，该区域即为ABS系统的工作区域，车轮获得最大制动力和较大的侧向力，使汽车具有最大的制动力和良好的方向稳定性和转向性能。

图4-33　干燥硬实路面上轮胎附着系数与滑移率关系

ψ_p—峰值附着系数　S_p—峰值附着系数时的滑移率

ABS的基本工作原理是：当ABS系统工作时，电控单元根据各车轮转速传感器的检测信号和控制程序，调节各制动轮缸的制动压力使车轮的滑移率控制在10%～30%的范围内，从而使汽车获得最大的制动力且保持制动时的方向稳定性和转向操纵性。

制动压力调节器是ABS系统中主要的执行器，其作用是在制动时根据ECU的控制信号，调节制动轮缸压力的大小。ABS系统正常时，ECU按照一定的频率通过电信号控制制动压力调节器不断进行增压—减压—保压—增压工作循环，使制动滑移率始终控制在理想的范围内。当ABS系统出现故障时，ECU终止系统运行，两电磁阀始终保持断电状态，制动主缸与制动轮缸直接相通，保证制动系统按常规制动方式工作。