汽車制動防抱死系統(tǒng)(ABS)原理分析

汽車制動防抱死系統(tǒng)(ABS)原理分析

1.汽車開環(huán)和閉環(huán)制動系統(tǒng)簡述
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????為了使汽車在行駛過程中以適當(dāng)?shù)臏p速度降低速度直至停車，保證行駛的安全性，汽車上均裝有行車制動器。在汽車制動防抱死裝置出現(xiàn)之前，所用的都是開環(huán)制動系統(tǒng)。其特點(diǎn)是制動器制動力矩的大小僅與駕駛員的操縱力，制動力的分配調(diào)節(jié)，以及制動器的尺寸和型式有關(guān)。由于沒有車輪運(yùn)動狀態(tài)的反饋信號，無法測知制動過程中車輪的運(yùn)動狀態(tài)，因此就不能據(jù)此調(diào)節(jié)輪缸或氣室制動壓力的大小。這樣在緊急制動時(shí)，不可避免地出現(xiàn)車輪在地面上抱死拖滑的現(xiàn)象。當(dāng)車輪抱死時(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，在汽車所受到種種干擾外力作用下就會出現(xiàn)方向失穩(wěn)問題，容易發(fā)生交通事故。在潮濕路面或冰雪路面上制動時(shí)，這種方向失穩(wěn)的現(xiàn)象更常發(fā)生。
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????人類對于汽車制動時(shí)方向失穩(wěn)現(xiàn)象及其產(chǎn)生原因的認(rèn)識是逐步加深的。在路面車輛誕生初期，汽車前輪上幾乎不裝制動器，制動器僅安裝在后輪上。一方面的原因是當(dāng)時(shí)路面車輛行駛速度低，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)會造成汽車?yán)@前軸轉(zhuǎn)動，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，隨著汽車質(zhì)量的增加和車速的提高，僅靠后輪制動不足以提供充分的制動力，這樣才導(dǎo)致在前輪上安裝制動器。但當(dāng)時(shí)仍然認(rèn)為前輪制動僅只是對后輪制動的一種補(bǔ)充，且不允許前輪先于后輪抱死。后來，人們又認(rèn)識到應(yīng)根據(jù)靜態(tài)軸荷的分配比例來分配前后輪的制動力。到了本世紀(jì)30年代末期-r汽車界又認(rèn)識到制動時(shí)軸荷的動態(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特別是鉸接汽車的方向失控，導(dǎo)致交通事故的發(fā)生。從而著手開始研制能限制汽車后輪制動力矩的裝置。由此誕生了限壓閥、比例閥、慣性閥、感載比例閥等。現(xiàn)今這些前后制動力分配和調(diào)解裝置被許多國家廣泛應(yīng)用在轎車、貨車、客車、鉸接車輛的后制動管路中。到1968年底，幾乎所有的鉸接車輛上都裝有這類裝置。
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????隨著前后輪制動力分配裝置技術(shù)的發(fā)展，為提高路面車輛制動性能的其它技術(shù)也在發(fā)展著。例如汽車的液壓制動技術(shù)，鉗盤式制動器技術(shù)、雙管路制動系統(tǒng)、真空伺服制動裝置等技術(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，并不能完全解決車輪制動時(shí)的抱死問題，這是因?yàn)樗情_環(huán)制動系統(tǒng)，無法感知制動輪的運(yùn)動狀況，輪缸或氣室壓力不能相應(yīng)地調(diào)節(jié)，制動輪得不到相應(yīng)的控制。制動時(shí)汽車方向失穩(wěn)問題仍未得到根本的改善。
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????汽車制動防抱死裝置(英文為AntilockBrakingSystem簡稱ABS)的基本功能就是可感知制動輪每一瞬時(shí)的運(yùn)動狀態(tài)，并根據(jù)其運(yùn)動狀態(tài)相應(yīng)地調(diào)節(jié)制動器制動力矩的大小y避免出現(xiàn)車輪的抱死現(xiàn)象，因而是一個(gè)閉環(huán)制動系統(tǒng)。它是電子控制技術(shù)在汽車上最有突出成就的一項(xiàng)應(yīng)用?？墒沟闷囋谥苿訒r(shí)維持方向穩(wěn)定性和縮短制動距離，有效地提高了行車的安全性。
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????它的系統(tǒng)控制框圖如圖所示。
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????2.汽車制動防抱死技術(shù)的發(fā)展
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????據(jù)歐洲各國統(tǒng)計(jì)，應(yīng)用了制動防抱死技術(shù)后，交通事故摩托車減少10%，轎車和輕型貨車減少8%，公共汽車減少4%，重型貨車減少10%，平均起來減少7.5%。
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????汽車制動防抱死系統(tǒng)這一優(yōu)點(diǎn)一直在激勵蓉各國的汽車工程師致力于這方面的研究工作。其中英國和德國的學(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，制動防抱死裝置開始安裝在汽車上進(jìn)行路試。1968年底，它在英國成功地安裝在半掛拖車機(jī)組的牽引頭的后輪上，并投入實(shí)際韻運(yùn)營。其后十年間斗、制動防抱死裝置主要是裝在這種鉸接車輛上，有效地解決了鉸接車輛在制動時(shí)常發(fā)生的折轉(zhuǎn)伺題。在剛性車輛土如客車、高檔小轎車上也有少量的應(yīng)用。僅據(jù)英國統(tǒng)計(jì)，在這十年間，終憲六千輛鉸接車輛安裝了制動防抱死裝置。制動防抱死系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)也引起了政府交通管理部門韻興趣。1971年，瑞典國家交通安全組織敦促所有的路面機(jī)動車輛和拖車的制；動系統(tǒng)都應(yīng)設(shè)計(jì)或能充分利用車輪和路面間的附著能力且不應(yīng)該有車輪抱死現(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工業(yè)界大為振奮，他們看到了政府對制動防抱死這一技術(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)行制動防抱死裝置的研究，，由此引來了制動防抱死技術(shù)的第一次大發(fā)展。

除了瑞典以外，其它國家政府的交通管理部門也在積極認(rèn)真地評價(jià)汽車制動防抱死系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)。在當(dāng)時(shí)的聯(lián)邦德國，從1969年到1972年交通部主持了一項(xiàng)研究項(xiàng)目f對安裝有制動防抱死系統(tǒng)的小轎車、公共汽車、貨車和半掛拖車機(jī)組的制動性能進(jìn)行了全面的系統(tǒng)的測試。由此產(chǎn)生的試驗(yàn)報(bào)告以后成為關(guān)于歐洲制動防抱死性能檢測的ECE第13號法規(guī)的13號補(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，制動防抱死技術(shù)在汽車工的應(yīng)用在其發(fā)展過程中也不是一帆風(fēng)順的，其間也經(jīng)過許多磨難和挫折。其中最值得一提的是1975年至1978年發(fā)生在美國的一段事情。1975年美國公路交通安全管理局頒布了新的121號聯(lián)邦交通安全法規(guī)(FMVSS121)。它對1975年后新出廠的所有應(yīng)用氣制動的客車、貨車、拖車和半掛拖車機(jī)組在高和低兩種附著系數(shù)路面上制動時(shí)規(guī)定了嚴(yán)格的制動距離和對后車輪不抱死的要求。
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????然而在當(dāng)時(shí)，制動防抱死技術(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、信號線等。特別是單片機(jī)的問題，它常常發(fā)出錯誤的信號，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)遲鈍及制動防抱死系統(tǒng)抗電磁場干擾能力差等缺點(diǎn)。在制動防抱死系統(tǒng)的使用和維修方面也存在著很多問題，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)人員和駕駛員對結(jié)構(gòu)不熟悉，缺乏必需的維修設(shè)備等等。結(jié)果制動方面產(chǎn)生的一切問題都?xì)w咎到制動防抱死裝置上，導(dǎo)致使用人員對制動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，美國公路交通管理局取消對新出廠的營運(yùn)車輛所規(guī)定的制動距離和后輪不抱死的條款。此后，美國制動防抱死裝置的應(yīng)用迅速減少，其市場也迅速消失。
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????歐洲主要是西歐各國關(guān)于制動防抱死系統(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的代表，大學(xué)和研究所的專家，汽車生產(chǎn)廠家，制動器生產(chǎn)廠家和電子產(chǎn)品生產(chǎn)廠家的代表。他們經(jīng)過多次會議的討論，最終形成了關(guān)于歐洲制動防抱死系統(tǒng)性能的若干規(guī)定，并于1979年作為聯(lián)合國歐洲經(jīng)濟(jì)委員會關(guān)于汽車制動性能的第13號法規(guī)的13號補(bǔ)充法規(guī)頒布實(shí)施。
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????進(jìn)入80年代，制動防抱死裝置又迎來了它的第二次大發(fā)展。在80年代初期，)歐美各國突然加速了新的防抱死裝置的研究和應(yīng)用。制動防抱死裝置在家用轎車和商用貨車上的應(yīng)用使市場迅速膨脹。這樣大大刺激了各制動防抱死裝置生產(chǎn)廠家投入更多的力量研制性能更好、結(jié)構(gòu)更簡單、使用更可靠、價(jià)格性能比更低的制動防抱死裝置。于此同時(shí)，制動防抱死系統(tǒng)在汽車上的布置方案也迅速增多。例如對于豪華型家用轎車，以前僅有三通道、四通道兩種布置方案：進(jìn)入80年代以后，由于中檔家用轎車對制動防抱死裝置韻需求，同時(shí)又考慮到此種裝置占整車價(jià)格的比例，于是相對簡單的各種二通道、一通道制動防孢死裝置應(yīng)運(yùn)而生。這是70年代沒有預(yù)見到的。
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????由于新的制動防抱死裝置布置方案的出現(xiàn)；1979年通過的第13號補(bǔ)充法規(guī)不能完全適用。于是歐洲國家又從1982年起對.13號補(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，歐共體成員國生產(chǎn)的所有新車型均需裝備制動防抱死裝置，同時(shí)規(guī)定凡載重16t以上的貨車必須裝備制動防抱死裝置，并且禁止無此裝置的汽車進(jìn)口。日本規(guī)定，從1991年起5對總質(zhì)量超過13t的牽引車、總質(zhì)量超過10t的運(yùn)送危險(xiǎn)晶的拖車、在高速公路上行駛的大客車都必須安裝制動防抱死裝置。
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????現(xiàn)今，德國生產(chǎn)的轎車已有21%裝備了制動防抱死裝置。它主要應(yīng)用在豪華轎車上，但占總量60%以上的中低檔家用轎車應(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，占中低檔轎車的整車價(jià)格比例較大。美國福特汽車公司生產(chǎn)的貨車，制動防抱死系統(tǒng)的配備率達(dá)94%，而通用汽車公司1994年生產(chǎn)的貨車和客車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)制動防抱死裝置在汽車上的裝有率將達(dá)到80%。