淺析汽車的防滑控制系統(tǒng)

陳曉東

【摘 要】本文主要針對(duì)汽車“打滑”的兩種情況進(jìn)行了分析，然后提出了汽車防滑控制的幾種方法，并對(duì)制動(dòng)防抱死系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)防滑系統(tǒng)、汽車動(dòng)態(tài)控制系統(tǒng)的組成和工程原理進(jìn)行了闡述。

【關(guān)鍵詞】打滑；制動(dòng)防抱死系統(tǒng)；驅(qū)動(dòng)防滑系統(tǒng)；汽車動(dòng)態(tài)控制系統(tǒng)

1、汽車“打滑”的原因及其分類

汽車“打滑”可分兩種情況：一是汽車制動(dòng)時(shí)車輪的滑移，二是汽車驅(qū)動(dòng)時(shí)車輪的滑轉(zhuǎn)。當(dāng)車輪抱死滑移時(shí)，車輪與路面間的側(cè)向附著力將完全消失。如果是前輪制動(dòng)到抱死而后輪還在滾動(dòng)，汽車將失去轉(zhuǎn)向能力，出現(xiàn)跑偏現(xiàn)象。如果是后輪制動(dòng)到抱死滑移而前輪還在滾動(dòng)，即使受到不大的側(cè)向力，汽車將產(chǎn)生側(cè)滑，出現(xiàn)甩尾現(xiàn)象。這些都容易造成嚴(yán)重的交通事故。而汽車驅(qū)動(dòng)時(shí)車輪的滑轉(zhuǎn)，就是當(dāng)汽車起步時(shí)，盡管驅(qū)動(dòng)輪不停地轉(zhuǎn)動(dòng)，汽車卻原地不動(dòng)的現(xiàn)象；正在行進(jìn)中的汽車，突然加速時(shí)也會(huì)出現(xiàn)因驅(qū)動(dòng)輪的滑轉(zhuǎn)而使車速不能馬上提高的現(xiàn)象。驅(qū)動(dòng)輪滑轉(zhuǎn)有可能引起汽車的側(cè)滑，且損失了發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩。

2、汽車的防滑控制方法

汽車防滑控制主要包括制動(dòng)防滑、驅(qū)動(dòng)防滑和轉(zhuǎn)向行駛防滑等三個(gè)方面的控制。汽車防滑控制系統(tǒng)是汽車上的一種安全附屬裝置，可以防止汽車在制動(dòng)、起步、加速和轉(zhuǎn)向時(shí)出現(xiàn)的側(cè)滑、跑偏、喪失轉(zhuǎn)向能力和滑轉(zhuǎn)等，從而起到保護(hù)乘客和車輛的作用，大大降低因制動(dòng)等而引起交通事故出現(xiàn)的概率。

為了防止制動(dòng)時(shí)車輪被抱死后在路面上進(jìn)行純粹地滑移，提高汽車在制動(dòng)過程中的轉(zhuǎn)向操縱能力和方向穩(wěn)定性，縮短制動(dòng)距離，這種防滑控制系統(tǒng)稱為制動(dòng)防抱死系統(tǒng)，簡稱ABS。

汽車在較低附著系數(shù)的路面上起步時(shí)，會(huì)發(fā)生車輪因打滑而空轉(zhuǎn)的現(xiàn)象；行駛在低附著系數(shù)路面上的汽車突然加速時(shí)，車輪也會(huì)出現(xiàn)滑轉(zhuǎn)而車速不能隨之提高的現(xiàn)象，這兩種情況都有可能引起側(cè)滑，且降低了發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩的利用率。為了保證汽車能盡快起步、加速和行駛方向的穩(wěn)定，用ECU自動(dòng)控制發(fā)動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩的大小和對(duì)驅(qū)動(dòng)車輪適當(dāng)制動(dòng)，這種防滑控制系統(tǒng)被稱為驅(qū)動(dòng)防滑系統(tǒng)，簡稱ASR。

3、制動(dòng)防抱死系統(tǒng)的組成與工作原理

通常的制動(dòng)防抱死系統(tǒng)都是由車輪轉(zhuǎn)速傳感器、ECU、制動(dòng)壓力調(diào)節(jié)裝置和報(bào)警燈等組成。制動(dòng)壓力調(diào)節(jié)裝置主要由調(diào)壓電磁閥總成、電動(dòng)泵總成和儲(chǔ)液器組成。

在該系統(tǒng)中，每一個(gè)車輪上都安裝一個(gè)轉(zhuǎn)速傳感器，將關(guān)于各車輪轉(zhuǎn)速的信號(hào)輸入ECU。ECU根據(jù)各車輪轉(zhuǎn)速傳感器輸入的信號(hào)對(duì)各個(gè)車輪的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測和判定，并形成相應(yīng)的控制指令。該指令指使制動(dòng)壓力調(diào)節(jié)裝置對(duì)各個(gè)制動(dòng)輪缸的制動(dòng)壓力進(jìn)行調(diào)節(jié)，使車輪的滑動(dòng)率控制在10%～20%之間。比例閥通過控制前后輪制動(dòng)輪缸制動(dòng)液壓力的大小，保證汽車在常規(guī)制動(dòng)時(shí)前輪先于后輪抱死，以改善制動(dòng)性能。在制動(dòng)防抱死系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，裝在儀表盤上的制動(dòng)防抱死系統(tǒng)報(bào)警燈就發(fā)亮，提醒駕駛員制動(dòng)防抱死系統(tǒng)出現(xiàn)了故障。

4、驅(qū)動(dòng)防滑系統(tǒng)的組成與工作原理

驅(qū)動(dòng)防滑系統(tǒng)和制動(dòng)防抱死系統(tǒng)共用車輪轉(zhuǎn)速傳感器和ECU，只在通往驅(qū)動(dòng)車輪制動(dòng)輪缸的制動(dòng)管路中增設(shè)一個(gè)驅(qū)動(dòng)防滑系統(tǒng)制動(dòng)壓力調(diào)節(jié)裝置，在由加速踏板控制的主節(jié)氣門上方增設(shè)一個(gè)由步進(jìn)電機(jī)控制的副節(jié)氣門，并在主、副節(jié)氣門外各設(shè)置一個(gè)節(jié)氣門開度傳感器，即可實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)防滑控制。

當(dāng)汽車在雨雪濕滑的路面上起步或加速時(shí)，如果汽車防滑控制系統(tǒng)ECU通過四個(gè)輪速傳感器的信號(hào)，判斷汽車某一側(cè)的車輪滑轉(zhuǎn)率超過規(guī)定值時(shí)，ECU便向驅(qū)動(dòng)防滑系統(tǒng)制動(dòng)執(zhí)行器和制動(dòng)防抱死系統(tǒng)執(zhí)行器發(fā)出控制指令，繼續(xù)對(duì)滑轉(zhuǎn)的車輪施加制動(dòng)。之后滑轉(zhuǎn)的車輪開始減速，滑轉(zhuǎn)車輪的滑轉(zhuǎn)率也隨之下降。當(dāng)滑轉(zhuǎn)率降低到規(guī)定值后，汽車防滑控制系統(tǒng)ECU即發(fā)出指令，減小或停止對(duì)滑轉(zhuǎn)車輪的制動(dòng)。如果這時(shí)該側(cè)車輪又開始滑轉(zhuǎn)，則汽車防滑控制系統(tǒng)ECU又重新開始下一個(gè)控制循環(huán)，直至滑轉(zhuǎn)率減小到規(guī)定值而正常行駛。

同時(shí)驅(qū)動(dòng)防滑系統(tǒng)還有以下兩種功能：一是驅(qū)動(dòng)防滑系統(tǒng)只有在車輪滑轉(zhuǎn)時(shí)才開始工作，在其余時(shí)間內(nèi)，驅(qū)動(dòng)防滑是處于準(zhǔn)備工作狀態(tài)，而并不干預(yù)常規(guī)行駛；另一種功能是如果驅(qū)動(dòng)防滑系統(tǒng)出現(xiàn)故障，則發(fā)動(dòng)機(jī)和制動(dòng)系統(tǒng)仍可以按照沒有裝備驅(qū)動(dòng)防滑系統(tǒng)時(shí)那樣工作，只是儀表盤上的驅(qū)動(dòng)防滑系統(tǒng)報(bào)警燈提醒駕駛員驅(qū)動(dòng)防滑系統(tǒng)出了故障。

5、典型汽車防滑控制系統(tǒng)

汽車防滑控制系統(tǒng)成功地應(yīng)用在一些高檔小汽車、客車和貨車上，取得了明顯的效果。由于驅(qū)動(dòng)防滑系統(tǒng)總是和防抱死系統(tǒng)結(jié)合在一起應(yīng)用，通常稱為ABS/ASR系統(tǒng)。常見的汽車制動(dòng)防抱死系統(tǒng)如博世ABS 2S和戴維斯MK4。博世ABS 2S的三通道四輪制動(dòng)防抱死系統(tǒng)。每個(gè)車輪都有一個(gè)鑿式車輪轉(zhuǎn)速傳感器，把車輪轉(zhuǎn)速信號(hào)輸入ECU。該裝置對(duì)這些信號(hào)和接收的制動(dòng)燈開關(guān)、點(diǎn)火開關(guān)、控制裝置繼電器、電動(dòng)泵繼電器、電磁閥繼電器等輸入的信號(hào)進(jìn)行綜合分析，形成相應(yīng)指令來控制制動(dòng)壓力調(diào)節(jié)裝置中的三個(gè)三位三通電磁閥和電動(dòng)回液泵，進(jìn)行防抱死制動(dòng)壓力調(diào)節(jié)，并對(duì)系統(tǒng)的狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測。當(dāng)發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)中有故障時(shí)，會(huì)關(guān)掉制動(dòng)防抱死系統(tǒng)，并讓儀表板上的報(bào)警燈發(fā)光。奔馳公司和美國的一些公司大多采用了該系統(tǒng)。

戴維斯MK4防滑控制系統(tǒng)具有制動(dòng)防抱死和驅(qū)動(dòng)防滑兩種功能。戴維斯MK4在美國通用、福特和克萊斯勒三大汽車公司的轎車上都有應(yīng)用，歐、日汽車也有采用的。

戴維斯MK4主要由車輪轉(zhuǎn)速傳感器、ECU、制動(dòng)壓力調(diào)節(jié)裝置、制動(dòng)防滑系統(tǒng)開關(guān)、制動(dòng)開關(guān)、制動(dòng)踏板行程傳感器、主繼電器、電動(dòng)泵繼電器等組成。

戴維斯MK4在四個(gè)車輪上各安裝一個(gè)電磁感應(yīng)式車輪轉(zhuǎn)速傳感器，各車輪的轉(zhuǎn)速信號(hào)由傳感器輸入ECU。

6、汽車動(dòng)態(tài)控制系統(tǒng)

ABS/ASR系統(tǒng)成功地解決了汽車在制動(dòng)和驅(qū)動(dòng)時(shí)的方向穩(wěn)定性問題，但不能解決汽車轉(zhuǎn)向行駛時(shí)的方向穩(wěn)定性問題。例如當(dāng)汽車轉(zhuǎn)向行駛時(shí)，不可避免地受到側(cè)向和縱向力的作用，只有當(dāng)?shù)孛婺軌蛱峁┏浞值膫?cè)向和縱向力時(shí)，駕駛員才能控制住車輛。如果地面?zhèn)认蚋街芰Ρ容^低，就會(huì)損害汽車按預(yù)定方向行駛的能力。雨天汽車高速轉(zhuǎn)向行駛時(shí)，常常側(cè)向滑出，就是地面?zhèn)认蚋街芰Σ蛔愕木壒省榻鉀Q此問題，最近汽車工業(yè)發(fā)達(dá)國家又在ABS/ASR系統(tǒng)的基礎(chǔ)上發(fā)展成汽車動(dòng)態(tài)控制系統(tǒng)（英文名稱為Vehicle Dynamics Control，簡稱VDC）。這個(gè)系統(tǒng)把汽車的制動(dòng)、驅(qū)動(dòng)、懸架、轉(zhuǎn)向、發(fā)動(dòng)機(jī)等各主要總成的控制系統(tǒng)在功能上、結(jié)構(gòu)上有機(jī)的綜合在一起，可使汽車在各種惡劣工況下，如冰雪路面上、對(duì)開路面上、彎道路面上以及采取規(guī)避動(dòng)作移線、制動(dòng)、加速和下坡等工況行駛時(shí)，對(duì)不同承載、不同輪胎氣壓和不同程度的輪胎磨損都有良好的方向穩(wěn)定性，表現(xiàn)出最佳的行駛性能。VDC的應(yīng)用，在制動(dòng)、加速和轉(zhuǎn)向方面完全解脫對(duì)駕駛員的高要求，在汽車的主動(dòng)安全行駛方面豎立了一個(gè)新的里程碑。

VDC系統(tǒng)對(duì)轉(zhuǎn)向行駛的控制主要是借助于對(duì)各個(gè)車輪的制動(dòng)控制和發(fā)動(dòng)機(jī)功率輸出控制來實(shí)現(xiàn)的。汽車左轉(zhuǎn)彎時(shí)，若前輪因轉(zhuǎn)向能力不足而趨于滑出彎道，VDC系統(tǒng)即可測知側(cè)滑即將發(fā)生，就采取適當(dāng)制動(dòng)左后輪的辦法。左后輪產(chǎn)生的制動(dòng)力可幫助汽車轉(zhuǎn)向，使汽車?yán)^續(xù)按照理想的路線行駛。若在同一彎道上，因后輪趨于側(cè)向滑出而轉(zhuǎn)向過多，VDC系統(tǒng)即采取適當(dāng)制動(dòng)右前輪的辦法，維持車輛的穩(wěn)定行駛。在極端情況下，VDC系統(tǒng)還可采取降低發(fā)動(dòng)機(jī)功率輸出的辦法降低行駛車速，減少對(duì)地面?zhèn)认蚋街芰Φ男枨髞砭S持車輛的穩(wěn)定行駛。采用VDC系統(tǒng)后，汽車在對(duì)開路面上或彎道路面上的制動(dòng)距離還可進(jìn)一步縮短。

【參考文獻(xiàn)】

[1]陳家瑞.汽車構(gòu)造[M].人民交通出版社，2013.

[2]尹力.汽車電子控制技術(shù)[M].天津科技出版社，2010.