初探汽車(chē)防抱死制動(dòng)系統(tǒng)在電動(dòng)自行車(chē)上的應(yīng)用

賈欸

摘 要：汽車(chē)防抱死制動(dòng)系統(tǒng)的出現(xiàn)，在保障汽車(chē)安全行駛方面邁出了一大步。因而，防抱死系統(tǒng)制動(dòng)也被稱為汽車(chē)采用安全帶以來(lái)，在安全性方面所取得的最重要的技術(shù)成就。隨著社會(huì)的發(fā)展，電動(dòng)自行車(chē)廣泛進(jìn)入人們的生活，但其安全性卻令人堪憂，既然防抱死制動(dòng)系統(tǒng)在汽車(chē)安全領(lǐng)域中能夠發(fā)揮出巨大作用，那么如果將其運(yùn)用到電動(dòng)自行車(chē)上，想必會(huì)對(duì)人們的出行安全帶來(lái)好處。本文就從這個(gè)問(wèn)題出發(fā)，初探汽車(chē)防抱死制動(dòng)系統(tǒng)在電動(dòng)自行車(chē)上的運(yùn)用。

關(guān)鍵詞：汽車(chē)防抱死系統(tǒng)（ABS）；電動(dòng)自行車(chē)；安全性

中圖分類號(hào)：TH13 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2018）06-0085-02

引言

汽車(chē)防抱死制動(dòng)系統(tǒng)，即ABS系統(tǒng)，一般是由傳感器、電子控制裝置、液壓調(diào)節(jié)器構(gòu)成。在制動(dòng)過(guò)程中，安裝在汽車(chē)車(chē)輪上的傳感器發(fā)出汽車(chē)車(chē)輪將被抱死的信號(hào)，信號(hào)通過(guò)傳感器來(lái)影響電子調(diào)節(jié)裝置，使車(chē)輪處于轉(zhuǎn)動(dòng)狀態(tài)而又有最大的制動(dòng)力矩，避免車(chē)輪被抱死，以提高駕駛的安全性。隨著防抱死制動(dòng)系統(tǒng)的廣泛使用，其優(yōu)勢(shì)被不斷體現(xiàn)出來(lái)：首先，防抱死制動(dòng)系統(tǒng)改善了汽車(chē)制動(dòng)時(shí)的穩(wěn)定性，提高汽車(chē)制動(dòng)的效率；其次，防抱死制動(dòng)系統(tǒng)有效地防止了車(chē)輛的甩尾和側(cè)滑，并且在制動(dòng)時(shí)不完全鎖死輪胎，加強(qiáng)了車(chē)輛行駛的安全性；最后，防抱死制動(dòng)系統(tǒng)減少了輪胎損耗，節(jié)約了輪胎使用成本。那么，如果把這個(gè)系統(tǒng)應(yīng)用到電動(dòng)自行車(chē)上，將會(huì)對(duì)電動(dòng)自行車(chē)的安全性產(chǎn)生什么影響呢？這便是本文所要闡述的內(nèi)容。

1 防抱死制動(dòng)系統(tǒng)應(yīng)用到電動(dòng)自行車(chē)上的重要性

目前，電動(dòng)自行車(chē)剎車(chē)制動(dòng)方式都脫離不了剎車(chē)裝置，其使用一段時(shí)間后制動(dòng)性能下降，在制動(dòng)安全性方面會(huì)產(chǎn)生抱死的狀況，這就對(duì)電動(dòng)自行車(chē)的安全性埋下了隱患。如將汽車(chē)防抱死制動(dòng)系統(tǒng)工程原理應(yīng)用到電動(dòng)自行車(chē)上，不僅可以提高電動(dòng)自行車(chē)的制動(dòng)效率，保證騎行者的安全，還能夠使得輪胎和剎車(chē)裝置的損壞問(wèn)題得到很好解決。

2 防抱死制動(dòng)系統(tǒng)應(yīng)用于電動(dòng)自行車(chē)的措施

防抱死制動(dòng)系統(tǒng)用于電動(dòng)自行車(chē)是可行并具有優(yōu)勢(shì)的。但是，由于汽車(chē)和電動(dòng)自行車(chē)的結(jié)構(gòu)差異很大，汽車(chē)上的防抱死制動(dòng)系統(tǒng)不能直接應(yīng)用到電動(dòng)自行車(chē)上，那么，如何將防抱死制動(dòng)原理應(yīng)用于電動(dòng)自行車(chē)上呢？

2.1 在汽車(chē)防抱死制動(dòng)基礎(chǔ)上改進(jìn)制動(dòng)方式以適用于電動(dòng)自行車(chē)

汽車(chē)的防抱死制動(dòng)系統(tǒng)是通過(guò)使用油和電力裝置（用剎車(chē)油來(lái)摩擦）來(lái)達(dá)到工程效果的，電動(dòng)自行車(chē)則要運(yùn)用點(diǎn)剎防抱死原理，高速點(diǎn)剎，防止輪胎打滑。電動(dòng)自行車(chē)和汽車(chē)的構(gòu)造差別很大，因此汽車(chē)上的防抱死制動(dòng)系統(tǒng)不能直接應(yīng)用到電動(dòng)自行車(chē)上，并且汽車(chē)是用油缸和電力裝置同時(shí)控制前輪的防抱死，制動(dòng)效果要求很高，而電動(dòng)自行車(chē)只能使用電力制動(dòng)，重點(diǎn)制動(dòng)在前輪，以解決電動(dòng)自行車(chē)前剎車(chē)的安全問(wèn)題，所以電動(dòng)自行車(chē)可以采用高速點(diǎn)剎，加大摩擦力，而又不抱死輪胎的方式達(dá)到防抱死制動(dòng)效果[1]。

另一方面，氣壓控制單元是汽車(chē)防抱死制動(dòng)系統(tǒng)工作的核心之一，但在電動(dòng)自行車(chē)上卻無(wú)法直接使用。汽車(chē)是通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)四個(gè)輪子的時(shí)速，來(lái)減小制動(dòng)液壓動(dòng)力的，電動(dòng)自行車(chē)上則要去掉此環(huán)節(jié)，取而代之的是一個(gè)由傳感器反應(yīng)給電源，然后減少電源輸出的裝置。

最后，汽車(chē)防抱死制動(dòng)系統(tǒng)是自動(dòng)式的，只要車(chē)子安裝此系統(tǒng)，在制動(dòng)時(shí)就會(huì)自動(dòng)起作用，但是電動(dòng)自行車(chē)上智能化水平還達(dá)不到汽車(chē)的程度，其更多的是依靠控制把來(lái)控制。

2.2 采用測(cè)速儀，使常規(guī)剎車(chē)和防抱死剎車(chē)共同作用

在電動(dòng)自行車(chē)上可進(jìn)一步改進(jìn)安裝速度測(cè)量?jī)x，根據(jù)電動(dòng)自行車(chē)行駛速度，保證高速剎車(chē)使用防抱死，低速使用常規(guī)剎車(chē)，以便更高效、更便捷地完成剎車(chē)。由于電動(dòng)自行車(chē)的速度和汽車(chē)的速度相比，存在很大差別，并且電動(dòng)自行車(chē)不是四輪交通工具，這就要求在制動(dòng)時(shí)需考慮電動(dòng)自行車(chē)制動(dòng)的平穩(wěn)性。在前車(chē)輪使用常規(guī)剎車(chē)和防抱死剎車(chē)兩種方式，普通電動(dòng)自行車(chē)采用的常規(guī)制動(dòng)裝置，一般都會(huì)使車(chē)子從高速快速轉(zhuǎn)化為低速，而且會(huì)使車(chē)子發(fā)生前撲現(xiàn)象，但是從輪胎上看抱死剎車(chē)的情況是輪胎轉(zhuǎn)速快速降為0的時(shí)候，此時(shí)檢測(cè)到的時(shí)速很低但最需要防抱剎。因此，電動(dòng)自行車(chē)上可采用常規(guī)制動(dòng)和防抱死制動(dòng)系統(tǒng)相結(jié)合，在高速時(shí)常規(guī)減速，在車(chē)子將要發(fā)生抱死時(shí)，采用防抱死制動(dòng)方式，這又涉及到車(chē)子速度和最佳制動(dòng)壓力問(wèn)題，因?yàn)殡妱?dòng)自行車(chē)和汽車(chē)的構(gòu)造不同，可以采用制動(dòng)壓力傳感器，筆者認(rèn)為可以采用一種剎車(chē)真空泵儲(chǔ)氣罐壓力傳感器，這種傳感器可用于電動(dòng)汽車(chē)，傳感器為低壓常閉開(kāi)關(guān)，當(dāng)儲(chǔ)氣罐壓力達(dá)到設(shè)定壓力時(shí)，傳感器開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，控制器觸發(fā)端斷開(kāi)，控制器延時(shí)后真空泵停止工作。當(dāng)儲(chǔ)氣罐內(nèi)壓力再次低于設(shè)定壓力時(shí)，傳感器閉合，控制器再次觸發(fā)，真空泵繼續(xù)工作。在發(fā)電機(jī)后面的氣閥發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)也使它產(chǎn)生氣流，然后氣流都聚到了儲(chǔ)氣罐，到剎車(chē)使用的時(shí)候這些聚在儲(chǔ)氣罐的氣體推向制動(dòng)閥從而達(dá)到剎車(chē)的效果。

3 防抱死制動(dòng)系統(tǒng)在電動(dòng)自行車(chē)上的實(shí)際應(yīng)用效果及使用材料

3.1 “雅迪”電動(dòng)自行車(chē)防抱死柔性制動(dòng)系統(tǒng)

“雅迪”電動(dòng)自行車(chē)在這方面取得了初步成就，雅迪公司開(kāi)發(fā)出一種類似的能應(yīng)用于電動(dòng)自行車(chē)上的系統(tǒng)，叫做電子防抱死柔性制動(dòng)系統(tǒng)，即E-ABS系統(tǒng)。這個(gè)系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在智能化芯片上，近年來(lái)，“雅迪”在智能化的道路上不斷進(jìn)步，用智能化芯片控制車(chē)燈顏色、喇叭音效，并且匹配手機(jī)APP實(shí)現(xiàn)手機(jī)控制車(chē)子，在此，我重點(diǎn)論述智能化芯片在防抱死制動(dòng)上的功能：“雅迪”柔性制動(dòng)系統(tǒng)上采用的智能芯片可以實(shí)時(shí)監(jiān)控車(chē)子的加速度、時(shí)速，分析出最佳的制動(dòng)壓力，從而縮短制動(dòng)距離，減輕浮滑，并且能夠使車(chē)子在運(yùn)動(dòng)和制動(dòng)過(guò)程中產(chǎn)生的多余勢(shì)能和動(dòng)能重新轉(zhuǎn)化為電能?！把诺稀辈捎萌嵝灾苿?dòng)與機(jī)械剎并存，雅迪公司初步解決了傳統(tǒng)剎車(chē)系統(tǒng)的缺陷，減少了剎車(chē)材料的磨損[2]。

該系統(tǒng)的核心是電子芯片，系統(tǒng)通過(guò)一系列智能運(yùn)轉(zhuǎn)，提高了電動(dòng)自行車(chē)的制動(dòng)效率，減少了輪胎和電動(dòng)自行車(chē)剎車(chē)片的損耗。

3.2 以“雅迪”為例探究防抱死制動(dòng)系統(tǒng)所采用的材料

“雅迪”開(kāi)發(fā)的E-ABS系統(tǒng)使用的材料和普通制動(dòng)系統(tǒng)使用的材料有所不同。在剎車(chē)片材料的使用上，“雅迪”剎車(chē)片是由無(wú)石棉的半金所制，該材料不僅有著良好的耐磨性和摩擦力，剎車(chē)效率也高于普通剎車(chē)，而且車(chē)子制動(dòng)時(shí)，不會(huì)產(chǎn)生普通剎車(chē)發(fā)出的刺耳噪音，更加環(huán)保和人性化。最重要也是最關(guān)鍵的是，若遇緊急情況，需要急剎時(shí)，這款剎車(chē)片還會(huì)避免普通剎車(chē)片經(jīng)常出現(xiàn)的剎車(chē)失靈狀況。

3.3 “博世”高速點(diǎn)剎：有望徹底實(shí)現(xiàn)電動(dòng)自行車(chē)防抱死剎車(chē)

“博世”同樣在電動(dòng)自行車(chē)防抱死制動(dòng)系統(tǒng)上有所突破?！安┦馈钡膃Bike Systems部門(mén)開(kāi)發(fā)出這套系統(tǒng)，簡(jiǎn)稱為ebike ABS。這套系統(tǒng)在前后輪都安裝上了傳感器，用來(lái)檢測(cè)前輪被鎖住時(shí)，后輪的狀況。當(dāng)前輪被鎖死，系統(tǒng)檢測(cè)到后輪離開(kāi)了地面，就會(huì)智能控制前剎，使后輪及時(shí)回到地面，這一過(guò)程通過(guò)不斷地重復(fù)，不僅縮短了制動(dòng)距離，也大大提高了安全性。這套系統(tǒng)的獨(dú)特之處在于，其防抱死制動(dòng)裝置只安裝在了電動(dòng)自行車(chē)的前輪上，這樣一來(lái)不免使人產(chǎn)生疑惑：當(dāng)車(chē)子制動(dòng)時(shí)，安裝傳統(tǒng)制動(dòng)系統(tǒng)的電動(dòng)自行車(chē)因?yàn)榍拜喚o急制動(dòng)都會(huì)出現(xiàn)車(chē)子前撲現(xiàn)象，“博世”的這套系統(tǒng)難道不會(huì)使車(chē)子前撲嗎？當(dāng)體驗(yàn)者體驗(yàn)這款系統(tǒng)時(shí)，恰恰因?yàn)榍拜喌闹苿?dòng)是防抱死制動(dòng)那樣邊制動(dòng)邊松開(kāi)，后輪使用全制動(dòng)，才使得前后輪一起制動(dòng)時(shí)，車(chē)子并未出現(xiàn)飛撲現(xiàn)象，相反，車(chē)子被牢牢地停在原地。

“博世”的這套系統(tǒng)優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在：第一，電動(dòng)自行車(chē)用于任何地面時(shí)，該系統(tǒng)都有良好的剎車(chē)制動(dòng)效果。第二，這套系統(tǒng)適用于23cm以上寬度的輪胎，這就使得該系統(tǒng)的適用性很廣。當(dāng)然，這套系統(tǒng)也并非完美，它的缺陷在于：電力的使用量很大，體驗(yàn)者體驗(yàn)的車(chē)子由一個(gè)電池組和輔助電機(jī)組成，看上去略顯笨重。當(dāng)然，“博世”還在進(jìn)一步改進(jìn)中[3]。

4 試驗(yàn)中的應(yīng)用效果、改進(jìn)及評(píng)價(jià)

4.1 普通電動(dòng)自行車(chē)改裝實(shí)驗(yàn)

為了驗(yàn)證電動(dòng)自行車(chē)上使用防抱死制動(dòng)系統(tǒng)的優(yōu)越性，我和幾個(gè)同興趣同學(xué)專門(mén)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)材料：普通電動(dòng)自行車(chē)一輛、速度傳感器一個(gè)、警告燈一個(gè)、小型蓄電池一塊、制動(dòng)壓力調(diào)節(jié)器一個(gè)等，其中最為重要的是汽車(chē)上的氣壓控制單元。但是由于大多數(shù)的該裝置與油缸有關(guān)，電動(dòng)自行車(chē)上不能使用，因此，我使用材料自己組裝了適用于電動(dòng)自行車(chē)的電控單元，去掉了與汽車(chē)油缸有關(guān)的部分，采用電控形式，主要保留輸入和輸出電路，傳感器。制動(dòng)時(shí)，制動(dòng)踏板位置信號(hào)傳給電控單元，同時(shí)各個(gè)傳感器把載荷、地面附著力和制動(dòng)氣壓信號(hào)傳給電控單元，由電控單元自動(dòng)調(diào)節(jié)制動(dòng)壓力，形成閉環(huán)控制。該系統(tǒng)用電子控制取代機(jī)械傳動(dòng)，減少制動(dòng)系統(tǒng)機(jī)械傳動(dòng)滯后的同時(shí)，縮短制動(dòng)距離，在低強(qiáng)度時(shí)，使摩擦片磨損最小；中等強(qiáng)度時(shí)，利用ABS達(dá)到最佳的道路附著系數(shù)利用率；高強(qiáng)度時(shí)，施加最大的制動(dòng)壓力，從而獲得最佳的控制制動(dòng)力。

在做這個(gè)實(shí)驗(yàn)時(shí)，我們有專門(mén)的自行車(chē)維修人員指導(dǎo)電動(dòng)自行車(chē)的改裝，否則會(huì)對(duì)實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生很大的影響。改裝時(shí)，由于后輪的結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜，我們采用的是前輪的防抱死制動(dòng)和普通制動(dòng)結(jié)合的方案。剎車(chē)片采用無(wú)石棉的半金材料。我們將這個(gè)剎車(chē)片與傳感器的電路相連，速度傳感器安裝在前輪上，并且與測(cè)速發(fā)電機(jī)相結(jié)合。輸入接口電路是整個(gè)改裝的關(guān)鍵，此電路連接驅(qū)動(dòng)電路，驅(qū)動(dòng)電路又連接電動(dòng)自行車(chē)的控制把。普通電動(dòng)自行車(chē)制動(dòng)都是靠簡(jiǎn)單的控制把，但是我們所做實(shí)驗(yàn)的控制把是連接著兩個(gè)電路的，一個(gè)與普通制動(dòng)電路相連，一個(gè)與防抱死制動(dòng)的電控單元相連，并且小型蓄電池作為ABS防抱死系統(tǒng)控制電路的電源。

4.2 實(shí)驗(yàn)的結(jié)果、不足以及對(duì)實(shí)驗(yàn)的評(píng)價(jià)

在實(shí)驗(yàn)中，我們采用分組對(duì)照的方式?？傮w分為5次實(shí)驗(yàn)，第3次為常規(guī)制動(dòng)實(shí)驗(yàn)，是參照實(shí)驗(yàn)；第1次和第2次是探究車(chē)子速度對(duì)制動(dòng)效果影響的實(shí)驗(yàn)；第4次和第5次是探究制動(dòng)壓力對(duì)防抱死制動(dòng)影響的實(shí)驗(yàn)。

實(shí)驗(yàn)采用的是模擬實(shí)驗(yàn)，非真人實(shí)驗(yàn)，這樣就會(huì)帶來(lái)一個(gè)問(wèn)題，我們進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)是將電動(dòng)自行車(chē)倒過(guò)來(lái)放置于地面，因此在監(jiān)控車(chē)胎速度與抱死情況時(shí)，無(wú)法涉及路面情況和車(chē)輛慣性的移速，因此，實(shí)驗(yàn)之后筆者將會(huì)談及并考慮這方面的影響。

首先進(jìn)行的是常規(guī)制動(dòng)實(shí)驗(yàn)，我們選用的是市場(chǎng)上較為普遍的電動(dòng)自行車(chē)，實(shí)驗(yàn)開(kāi)始后，同時(shí)按下前后輪胎的剎車(chē)控制器，車(chē)輪狀態(tài)由快到慢，前后輪胎制動(dòng)所需時(shí)間不同。接下來(lái)進(jìn)行是第1次和第2次實(shí)驗(yàn)，第1次采用和常規(guī)實(shí)驗(yàn)相同的速度，使用防抱死制動(dòng)裝置；第2次采用比第1次快30的速度進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)表明，速度高的制動(dòng)所需時(shí)間長(zhǎng)，同時(shí)，由測(cè)試器檢測(cè)到輪胎從被抱死的轉(zhuǎn)態(tài)到制停，與第1次常規(guī)制動(dòng)實(shí)驗(yàn)相比，第2次的實(shí)驗(yàn)效果并沒(méi)有達(dá)到預(yù)期期望，在制動(dòng)時(shí)間和效果上沒(méi)有明顯的進(jìn)步，這就可能涉及到制動(dòng)壓力問(wèn)題。于是，我們進(jìn)行了第4次和第5次實(shí)驗(yàn)，第4次實(shí)驗(yàn)在第1次實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，加大了制動(dòng)壓力，效果比第1次實(shí)驗(yàn)更加明顯，制動(dòng)所需時(shí)間相對(duì)縮短，效果有所提升。第5次實(shí)驗(yàn)在第3次實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上加大制動(dòng)壓力，制動(dòng)時(shí)間更短，但是輪胎被快速制停，車(chē)輪被抱死情況嚴(yán)重，相比第4次，第5次實(shí)驗(yàn)也驗(yàn)證防抱死制動(dòng)確實(shí)存在優(yōu)越性。

上文提到，本次實(shí)驗(yàn)無(wú)法涉及路面情況和車(chē)輛慣性的移速，這會(huì)對(duì)實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生很大的影響，目前實(shí)驗(yàn)沒(méi)有做到，筆者認(rèn)為可以加入到改進(jìn)方案中，進(jìn)一步研究實(shí)驗(yàn)。

通過(guò)市場(chǎng)上的一些廠商的開(kāi)發(fā)和本文中的實(shí)驗(yàn)，說(shuō)明防抱死制動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)用在電動(dòng)自行車(chē)上是有很強(qiáng)的可行性和很大的市場(chǎng)前景的。但是在實(shí)驗(yàn)中，存在很多的不足，并沒(méi)有達(dá)到完全預(yù)期效果?？刂瓢延写倪M(jìn)，應(yīng)該更加智能化，應(yīng)該能夠自動(dòng)切換兩種制動(dòng)的電路。另外，這個(gè)實(shí)驗(yàn)對(duì)于制動(dòng)上的損耗能否得到了改善，還有待進(jìn)一步研究和探索。但是，通過(guò)雅迪和博世以及筆者的實(shí)驗(yàn)中，防抱死制動(dòng)系統(tǒng)應(yīng)用于電動(dòng)自行車(chē)是具有可行性和優(yōu)越性的，相信隨著技術(shù)的進(jìn)步，防抱死制動(dòng)的電動(dòng)自行車(chē)也會(huì)變得越來(lái)越普及。

5 結(jié)語(yǔ)

汽車(chē)防抱死制動(dòng)系統(tǒng)的應(yīng)用，保障了汽車(chē)駕駛的安全，減少了交通事故，成為了世界上公認(rèn)的提高汽車(chē)安全性必不可少的系統(tǒng)。而通過(guò)本文中的闡述，我們了解到防抱死制動(dòng)系統(tǒng)應(yīng)用于電動(dòng)自行車(chē)上的優(yōu)勢(shì)和可能，并通過(guò)“雅迪”、“博世”等對(duì)此系統(tǒng)的研究和應(yīng)用，得出防抱死制動(dòng)的電動(dòng)自行車(chē)勢(shì)必會(huì)成為一種趨勢(shì)。雖然，目前該技術(shù)尚存在不足和缺陷，但隨著科技的進(jìn)步，防抱死制動(dòng)電動(dòng)自行車(chē)會(huì)變得愈來(lái)愈完善，防抱死制動(dòng)系統(tǒng)也會(huì)在更多領(lǐng)域造福人類。

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