基于ABS系統(tǒng)的制動(dòng)力分配策略

徐浩 陳紅陽(yáng)

(岳陽(yáng)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 機(jī)電工程系， 湖南 岳陽(yáng) 414000)

基于ABS系統(tǒng)的制動(dòng)力分配策略

徐浩 陳紅陽(yáng)

(岳陽(yáng)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 機(jī)電工程系， 湖南 岳陽(yáng) 414000)

基于四通道ABS系統(tǒng)的分配策略，是通過(guò)軟件計(jì)算出制動(dòng)瞬間每個(gè)車輪的滑移率，并以滑移率為判斷車輪有效抓地力的依據(jù)，搶在ABS系統(tǒng)工作之前，不斷地快速調(diào)整相應(yīng)通道的液壓組件，使4個(gè)車輪受到的制動(dòng)力與其附著力匹配，以使汽車防止出現(xiàn)甩尾和側(cè)滑等情況，并且縮短汽車的制動(dòng)距離。

ABS控制通道；非對(duì)稱性路面；滑移率

0 引言

《2012汽車安全性年度報(bào)告》顯示，裝配ABS （Anti-LockBrakeSystem，以下簡(jiǎn)稱ABS）的車輛能有效降低由于制動(dòng)抱死而產(chǎn)生的交通事故，相比沒(méi)有裝配此系統(tǒng)的車輛事故率降低了30%；美國(guó)國(guó)家高速公路交通安全委員會(huì)（NHTSA）根據(jù)交通事故統(tǒng)計(jì)的分析表明：裝有ABS的汽車翻車事故減少30%～40%；在干燥的公路上，能減少大約24%的車禍；在濕地或雪地上，能減少大約15%的事故；與行人和騎自行車者相撞的事故降低了27%。

1 ABS系統(tǒng)傳統(tǒng)的制動(dòng)力分配存在的問(wèn)題

1.1 汽車緊急制動(dòng)時(shí)制動(dòng)力控制情況

從物理力學(xué)可知，如果車輪所受的負(fù)載變小，其附著摩擦力也將變小，車輪容易滑移，表現(xiàn)為抱死趨勢(shì) （附著摩擦力=輪胎附著摩擦系數(shù)*輪胎正壓力）。為了防止抱死，車輪所受的制動(dòng)力需減小。

汽車在緊急制動(dòng)時(shí)，重心前傾，后輪所受的負(fù)載（正壓力）存在變化，后輪所需的制動(dòng)力也將存在著相應(yīng)的變化。后輪所受負(fù)載（正壓力）的變化，會(huì)隨汽車的減速度變化、道路狀況等因素而變化，在制動(dòng)期間，ABS不能時(shí)刻反應(yīng)后輪所需制動(dòng)力的變化，故而存在不完善的地方[1-2]。

1.2 汽車在非對(duì)稱性路面制動(dòng)時(shí)制動(dòng)力分配

ABS系統(tǒng)中，能夠獨(dú)立進(jìn)行制動(dòng)壓力調(diào)節(jié)的制動(dòng)管路稱為控制通道[3]。市場(chǎng)上大多數(shù)小汽車ABS采用的是三通道系統(tǒng)，即對(duì)兩前輪進(jìn)行單獨(dú)控制，對(duì)兩后輪的制動(dòng)壓力，按低選原則一同控制。所謂“低選原則”，即兩個(gè)車輪由一個(gè)通道控制，兩輪的制動(dòng)壓力始終以附著力較小的一側(cè)(濕滑路面上的車輪)為基準(zhǔn)點(diǎn)進(jìn)行調(diào)節(jié)，以保證附著力較小的車輪不被抱死。

正是由于大量的汽車采用三通道ABS系統(tǒng),按低選原則控制兩后輪會(huì)導(dǎo)致新問(wèn)題：附著力較大一側(cè) (干燥路面上的車輪)的制動(dòng)力必將不能充分利用，使車輛的總制動(dòng)力減小，制動(dòng)距離延長(zhǎng)。

2 改進(jìn)后的ABS系統(tǒng)制動(dòng)力分配策略

2.1 設(shè)計(jì)方案

根據(jù)設(shè)計(jì)需要，汽車采用四通道ABS系統(tǒng)，制動(dòng)時(shí)可以最大限度地利用每個(gè)車輪的最大附著力，解決三通道ABS系統(tǒng)因低選原則所造成的問(wèn)題?；谒耐ǖ繟BS系統(tǒng)的分配策略是：通過(guò)軟件計(jì)算出制動(dòng)瞬間每個(gè)車輪的滑移率，并以滑移率為判斷車輪有效抓地力的依據(jù)，不斷調(diào)整相應(yīng)通道的液壓組件（壓力調(diào)節(jié)器等），使4個(gè)車輪受到的制動(dòng)力與其附著力匹配，以防止出現(xiàn)甩尾和側(cè)滑，并縮短汽車制動(dòng)距離[4]。

由于該策略以制動(dòng)信號(hào)和車輪滑移率為因變量，與ABS系統(tǒng)有重疊之嫌。一般來(lái)說(shuō)，ABS系統(tǒng)設(shè)定門限滑移率為20%。當(dāng)檢測(cè)到車輪滑移率達(dá)到20%時(shí)，認(rèn)定為趨于抱死，需松開(kāi)制動(dòng)器（由試驗(yàn)得知，汽車車輪的滑移率在15%～20%時(shí)，輪胎與路面間有最大的附著系數(shù)）?；谒耐ǖ繟BS系統(tǒng)的分配策略是以低于ABS門限滑移率為工作范圍，搶在ABS工作之前，快速調(diào)整液壓組件，使4個(gè)車輪所受的制動(dòng)力與其附著力匹配，克服了ABS所存在的一些不完善。

該策略相較于傳統(tǒng)制動(dòng)力分配策略，優(yōu)點(diǎn)在于其以每個(gè)車輪的滑移率為依據(jù)，精確地實(shí)現(xiàn)了制動(dòng)力的最佳匹配，從根本上解決了制動(dòng)力的分配問(wèn)題。在該策略的作用下，以每個(gè)車輪的滑移率為依據(jù)，可以隨時(shí)反應(yīng)制動(dòng)力需求的變化。在非對(duì)稱性路面或在彎道進(jìn)行制動(dòng)時(shí)，也是一樣。

2.2 工作原理

汽車制動(dòng)時(shí)，通過(guò)助力器在制動(dòng)主缸建立制動(dòng)壓力。此時(shí)常開(kāi)閥打開(kāi)，常閉閥關(guān)閉，制動(dòng)壓力進(jìn)入車輪制動(dòng)器，車輪轉(zhuǎn)速迅速降低，此過(guò)程為開(kāi)始制動(dòng)階段，如圖1所示。

圖1 開(kāi)始制動(dòng)階段或升壓階段

由于ABS設(shè)定了一定范圍的滑移率。當(dāng)車輪滑移率在門限范圍內(nèi)時(shí)，ABS認(rèn)為車輪還沒(méi)進(jìn)入抱死狀態(tài)，不進(jìn)行減壓處理。而基于四通道ABS系統(tǒng)的分配策略，可在ABS動(dòng)作之前進(jìn)行工作：通過(guò)調(diào)整液壓組件，實(shí)現(xiàn)和升壓、保壓、減壓的循環(huán)控制，有效地平衡了每一個(gè)車輪的抓地力，使前后車輪趨于同步抱死[5]。具體情況如下：

該策略的升壓過(guò)程與開(kāi)始制動(dòng)階段的工作過(guò)程完全一樣，如圖1所示：常開(kāi)閥打開(kāi)、常閉閥關(guān)閉，制動(dòng)壓力進(jìn)入車輪制動(dòng)器，車輪轉(zhuǎn)速迅速降低。保壓過(guò)程：常開(kāi)閥關(guān)閉、常閉閥關(guān)閉，車輪制動(dòng)器內(nèi)的油壓保持不變。

減壓過(guò)程：車輪出現(xiàn)一定的滑移（在ABS門限滑移率內(nèi)），制動(dòng)系統(tǒng)的電控單元ECU，發(fā)出指令關(guān)閉常開(kāi)閥，打開(kāi)常閉閥，車輪壓力降低，車輪轉(zhuǎn)速迅速上升，此階段為減壓階段。降壓過(guò)程所排出的制動(dòng)液暫時(shí)存在低壓蓄能器中（見(jiàn)圖2）。

圖2 減壓階段

由于減壓階段所排出的制動(dòng)液暫時(shí)存在低壓蓄能器中，隨液壓組件的工作循環(huán)，低壓蓄能器的壓力逐漸升高，車輪的減壓效果越來(lái)越小。當(dāng)減壓效果消失時(shí)，車輪滑移率達(dá)到ABS的門限閾值，防抱死制動(dòng)系統(tǒng)ABS開(kāi)始工作。ABS工作時(shí)，液壓泵開(kāi)始啟動(dòng)，將制動(dòng)液由低壓蓄能器送至制動(dòng)主缸，并且將常開(kāi)閥關(guān)閉，常閉閥打開(kāi)，釋放車輪制動(dòng)器內(nèi)的壓力，防止車輪抱死。該過(guò)程為ABS系統(tǒng)的減壓過(guò)程，能釋放出低壓蓄能器內(nèi)逐漸升高的油壓。經(jīng)過(guò)ABS系統(tǒng)的減壓過(guò)程后，車輪輪速開(kāi)始上升，與此同時(shí)，基于四通道ABS系統(tǒng)的分配策略將再次起作用。在ABS門限滑移率內(nèi)，再次對(duì)液壓組件進(jìn)行升壓、保壓和減壓的循環(huán)控制。

制動(dòng)結(jié)束后，制動(dòng)踏板松開(kāi)，制動(dòng)主缸內(nèi)的制動(dòng)壓力為零。此時(shí)電控單元ECU發(fā)出指令打開(kāi)常閉閥，低壓蓄能器中的制動(dòng)液經(jīng)常閉閥、常開(kāi)閥回流到制動(dòng)主缸。在復(fù)位彈簧的左右下，將低壓蓄能器排空，為下一次ABS或基于ABS系統(tǒng)的分配策略做準(zhǔn)備（見(jiàn)圖3）。

基于四通道ABS系統(tǒng)的分配策略，可以搶在ABS系統(tǒng)工作之前進(jìn)行制動(dòng)力調(diào)整，有效地平衡了每一個(gè)車輪的抓地力。該分配策略的工作頻率之高，可使前后車輪趨于同步抱死，改善了四通道ABS系統(tǒng)中制動(dòng)跑偏的問(wèn)題。

圖3 低壓蓄能器排空

2.3 系統(tǒng)組成

基于四通道ABS系統(tǒng)的分配策略，沒(méi)有增加新的硬件。該分配策略和ABS系統(tǒng)共用的元件有：轉(zhuǎn)速傳感器、電子控制器(ECU)和執(zhí)行器。

圖4 系統(tǒng)組成

轉(zhuǎn)速傳感器安裝在4個(gè)車輪上，檢測(cè)車輪轉(zhuǎn)速，并向電控單元反饋信息；電子控制器(ECU)接收轉(zhuǎn)速信號(hào)，并根據(jù)這些信號(hào)計(jì)算車輛的參考速度及滑移率，當(dāng)識(shí)別出后輪有抱死趨勢(shì)即滑移率大于某一個(gè)值時(shí)，向執(zhí)行器中的電磁閥發(fā)信號(hào)，使后輪制動(dòng)力減壓，以保證后輪不會(huì)抱死；執(zhí)行器主要由常開(kāi)閥，常閉閥和低壓蓄能器組成，用來(lái)控制作用在制動(dòng)輪缸上液壓力的大小，從而控制制動(dòng)力。結(jié)構(gòu)如圖4所示。

3 結(jié)語(yǔ)

隨著電子技術(shù)的發(fā)展，世界汽車技術(shù)最顯著的成就是以防抱制動(dòng)系統(tǒng)(ABS)為基礎(chǔ)，開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)的眾多汽車電子控制系統(tǒng)[6]。比如，車身穩(wěn)定控制系統(tǒng)ESP，以及其它已經(jīng)應(yīng)用在汽車上的緊急制動(dòng)輔助裝置EBA、防滑轉(zhuǎn)控制系統(tǒng)ASR等其安裝與應(yīng)用，大大地提高了汽車主動(dòng)安全性和操縱性。

未來(lái)的汽車制動(dòng)系統(tǒng)將是電子控制系統(tǒng)、液壓控制系統(tǒng)、機(jī)械控制系統(tǒng)以及氣壓控制系統(tǒng)與新材料、新技術(shù)的完美結(jié)合，屆時(shí)車輛的安全性能將會(huì)大大增強(qiáng)。

[1]黃江航.淺談汽車防抱死系統(tǒng)的組成及工作原理[J].機(jī)械工程與自動(dòng)化,2011（6）.

[2]周桂梅.ABS汽車制動(dòng)防抱死系統(tǒng)應(yīng)用與展望[J].江蘇科技信息,2009（6）.

[3]盧希國(guó).汽車安全舒適系統(tǒng)原理與維修[M].北京:北京理工大學(xué)出版社，2011：23，59-61.

[4]張文利.基于滑移率的ABS/EBD控制策略研究[D].長(zhǎng)春：吉林大學(xué),2008.

[5]淺談電子制動(dòng)力分配系統(tǒng)(EBD)[汽車修理常識(shí)][EB/OL]. (2008-6-19)[2013-10-22].http://www.qp110.com/qxzhishi_htm/ 20000/qp110_11208.htm.

[6]張?jiān)?制動(dòng)系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì)[J].汽車研究與開(kāi)發(fā), 2005（9）.

（責(zé)任編校：馬余平）

The Braking Force Distribution Strategy Based on ABS System

XU Hao CHEN Hong-yang

(Department of Mechanical and Electronic Engineering,Yueyang Vocational and Technical College,Yueyang, Hunan 414000)

Four channel distribution strategy based on ABS system worked through the software to calculate the braking moment of each wheel slip rate,and judged the wheel slip rate of effective grip.We should continuously and quickly adjust the hydraulic components of the corresponding channel before the ABS system working,so that the four wheel braking force and adhesion matched,thus to prevent tail flick and sideslip,and shorten the braking distance of automobile.

the ABS control channel；asymmetric road；slip rate

U 463.52

A

1672－738X（2014）01－0082－03

2013-10-22

徐浩（1984—），男，湖南湘陰人，汽車檢測(cè)與維修專業(yè)專職教師。主要研究方向：汽車電子。