第一章 防抱死制動系統

第一節 汽車防抱死制動系統概述

一、汽車防抱死制動系統的發展歷程

防抱死制動系統（ABS）的發展可以追溯到20世紀初期，早在1928年制動防抱死理論就被提出，在30年代機械式制動防抱死系統就開始在火車和飛機上獲得應用，博世（BOSCH）公司在1936年第一個獲得了用電磁式車輪輪速傳感器獲取車輪轉速的制動防抱死系統的專利權。

進入50年代，汽車制動防抱死系統開始受到較為廣泛的關注。福特（FORD）公司曾于1954年將飛機的制動防抱死系統移置在林肯（LINCOIN）轎車上；凱爾塞·海伊斯（KELSE-HAYES）公司在1957年對稱為“AUTOMATIC”的制動防抱死系統進行了試驗研究，研究結果表明制動防抱死系統確實可以在制動過程中防止汽車失去方向控制，并且能夠縮短制動距離；克萊斯勒（CHRYSLER）公司在這一時期也對稱為“SKIDCONTROL”的制動防抱死系統進行了試驗研究。由于這一時期的各種制動防抱死系統采用的都是機械式車輪輪速傳感器的機械式制動壓力調節裝置，因此，獲取的車輪轉速信號不夠精確，制動壓力調節的適時性和精確性也難于保證，控制效果并不理想。

隨著電子技術的發展，電子控制制動防抱死系統的發展成為可能。在60年代后期和70年代初期，一些電子控制的制動防抱死系統開始進入產品化階段。凱爾塞·海伊斯公司在1968年研制生產了稱為“SURETRACK”的兩輪制動防抱死系統，該系統由電子控制裝置根據電磁式輪速傳感器輸入的后輪轉速信號，對制動過程中后輪的運動狀態進行判定，通過控制由真空驅動的制動壓力調節裝置對后制動輪缸的制動壓力進行調節，并在1969年被福特公司裝備在雷鳥（THUNDERBIRD）和大陸·馬克Ⅲ（CONTINENTAL MKⅢ）轎車上。

克萊斯勒公司與本迪克斯（BENDIX）公司合作研制的稱為“SURE-TRACK”的能防止4個車輪被制動抱死的系統，在1971年開始裝備在帝國（IMPERIAL）轎車上，其結構原理與凱爾塞·海伊斯的“SURETRACK”基本相同，兩者不同之處，只是在于兩個還是四個車輪有防抱死制動。博世（BOSCH）公司和戴維斯（TEVES）公司在這一時期也都研制了各自的第一代電子控制制動防抱死系統，這兩種制動防抱死系統都是由電子控制裝置對設置在制動管路中的電磁閥進行控制，直接對各制動輪以電子控制壓力進行調節。

別克（BUICK）公司在1971年研制了由電子控制裝置自動中斷發動機點火，以減小發動機輸出轉矩，防止驅動車輪發生滑轉的驅動防抱死系統。

瓦布科（WABCO）公司與奔馳（BENZ）公司合作，在1975年首次將制動防抱死系統裝備在氣壓制動的載貨汽車上。

第一臺防抱死制動系統于1950年問世，首先被應用在航空領域的飛機上，1968年開始研究在汽車上應用。70年代，由于歐美七國生產的新型轎車的前輪或前后輪開始采用盤式制動器，促使了ABS在汽車上的應用。1980年后，電腦控制的ABS逐漸在歐洲、美國及日本的汽車上迅速普及。到目前為止，一些中高級豪華轎車，如德國的奔馳、寶馬、保時捷、歐寶等系列，英國的勞斯萊斯、路虎、賓利等系列，意大利的法拉利、領先、快意等系列，法國的波爾舍系列，美國福特的TX3、30X及克萊斯勒的帝王、紐約豪客、男爵、道奇、順風等系列，日本的思域、雷克薩斯、豪華本田、俊朗等系列，均采用了先進的ABS。現今在世界各國生產的轎車中有近75%的轎車應用ABS。

目前全世界已有本迪克斯、博世、戴維斯、海斯·凱爾西、蘇麥湯姆、本田、日本無限等許多公司生產ABS。預計隨著轎車的迅速發展，將會有更多的廠家生產ABS。

進入70年代后期，數字式電子技術和大規模集成電路的迅速發展，為ABS向實用化發展奠定了技術基礎。博世公司在1978年首先推出了采用數字式電子控制裝置的制動防抱死系統——博世ABS2，并且裝置在奔馳轎車上，由此揭開了現代ABS發展的序幕。盡管博世ABS2的電子控制裝置仍然是由分離元件組成的控制裝置，但由于數字式電子控制裝置與模擬式電子控制裝置相比，其反應速度、控制精度和可靠性都顯著提高，因此，博世ABS2的控制效果已相當理想。從此以后，歐、美、日的許多制動器專業公司和汽車公司相繼研制了形式多樣的ABS。

二、汽車防抱死制動系統的功能

凡駕駛過汽車的人都有這樣的經驗，在被雨淋濕的柏油路上或在積雪道路上緊急制動時，汽車會發生側滑，嚴重時會掉頭旋轉。如果是在有車轍的雪路上行駛，產生劇烈旋轉的危險性就更大。出現上述情況汽車的方向會失去控制。若是彎道，就有可能從路邊滑出或駛入對面車道，即使不是彎道，也無法躲避障礙物。防抱死制動系統的作用就是防止這些危險狀況的發生。它利用電子電路自動控制車輪制動力，可以充分發揮制動器的效能，提高制動減速度，縮短制動距離，并有效地提高車輛制動時的穩定性，防止車輛側滑和甩尾，減少車禍，因此被認為是當前提高汽車行駛安全性的有效措施之一。

綜上所述，ABS的功用是：在汽車制動時，防止車輪抱死在路面上滑拖（車輪與路面間產生滑移），以提高汽車制動過程中的方向穩定性及轉向控制能力，縮短制動距離，使汽車制動更為安全有效。防抱死制動系統的英文名稱是Anti-lock Braking System（防抱死制動系統）或Anti-skid Braking System（防滑移制動系統），縮寫為ABS。

隨著汽車行駛速度的提高、道路行車密度的增大以及人們對汽車行駛安全性的要求越來越高，ABS已經成為汽車上非常重要的主動安全裝置，目前在轎車和客車上廣泛使用。

三、汽車防抱死制動系統的特點

ABS是在傳統制動系統的基礎上，增加了一套防止車輪制動抱死的控制系統。該裝置在制動過程中，當車輪趨于抱死，即車輪滑移率進入非穩定區時，會迅速降低制動系統的壓力，使車輪滑移率恢復到接近理想滑移率的穩定區內，通過自動、高頻率地對制動系統壓力進行調節（其頻率從每秒幾次到每秒十多次），使車輪滑移率保持在理想的滑移率范圍內，以達到充分利用車輪與路面間最大的縱向峰值附著系數和較高的橫向附著系數，實現防止車輪抱死，獲得最佳制動性能的目的。

應當指出的是，采用傳統的制動系統進行制動時，盡管駕駛人也知道間歇性地踩、放制動踏板，防止車輪抱死，但再有經驗的駕駛人也無法精確地做出判斷和控制，特別是在緊急制動時，不可能將車輪滑移率控制在理想范圍之內，往往會使車輪抱死。在結冰、下雨打滑的路面上制動時，汽車很容易產生側滑、甩尾和失去轉向操縱能力，此時駕駛人會產生緊張情緒，缺乏安全感。而裝用ABS后，駕駛人遇到緊急狀況需要制動時，只需用力踩下制動踏板即可，許多本來需要駕駛人做決定的事，都交由ABS進行處理，以防止車輪發生抱死時出現的危險狀態。

1.ABS的優點

1）增加汽車制動時的方向穩定性。裝用ABS的汽車，在緊急制動時能將滑移率控制在理想滑移率的范圍內，具有較大的橫向附著力，有足夠的抵抗橫向干擾力的能力，從而提高了汽車制動時的方向穩定性，可以避免汽車側滑和甩尾。汽車在左右附著系數不同的路面上制動時，有、無ABS對汽車方向穩定性的影響如圖1-1所示。

由圖1-1可以看出，無ABS時汽車側滑甚至甩尾，有ABS時方向穩定性得到極明顯的改善。

汽車在制動時，四個車輪上的制動力是不一樣的，如果汽車的前輪抱死，駕駛人就無法控制汽車的行駛方向，這是非常危險的；倘若汽車的后輪先抱死，則會出現側滑、甩尾，甚至出現汽車掉頭從而造成嚴重的交通事故。ABS可以防止四個車輪制動時被完全抱死，提高汽車行駛的穩定性。有資料表明，裝用ABS的車輛可使因車輪側滑引起的事故比例下降8%左右。

2）改善汽車制動時的轉向操縱能力。未裝ABS的汽車在緊急制動時，如果前輪抱死，因橫向（側向）附著力幾乎為零，汽車就喪失了轉向操縱能力，此時即使轉動轉向盤，汽車也不能轉向，只能沿原慣性力運動方向前進，最后撞到障礙物上。當裝用ABS后，因汽車仍有足夠的轉向操縱能力，可以通過轉向對障礙物進行避讓。汽車制動時有、無ABS對汽車轉向操縱能力的影響如圖1-2所示。

圖1-1 裝用ABS增加了汽車制動時的方向穩定性

a）無ABS b）有ABS

圖1-2 裝用ABS汽車制動時仍具有轉向操縱能力

a）無ABS b）有ABS

由圖1-2可以看出，無ABS的車輛緊急制動時，即使轉動轉向盤，車輛也不會轉向，而是沿原運動方向前進；有ABS的車輛緊急制動時，車輛仍具有轉向能力。

3）縮短制動距離。裝用ABS后，汽車在制動過程中，始終保持車輪和路面間附著系數的最佳利用，有效地利用最大縱向附著力，因而能在最短的距離內制動停車。通常情況下，駕駛人操作時制動距離比無ABS時可以縮短，特別是在濕滑和冰雪路面上，制動距離可以明顯縮短，一般可縮短10%～20%。汽車制動時有、無ABS對汽車制動距離的影響如圖1-3所示。

圖1-3 裝用ABS可以縮短制動距離

a）無ABS b）有ABS

由圖1-3可以看出，無ABS的車輛制動距離明顯較長，有ABS的車輛制動距離縮短。

應當指出的是，在松散的路面上，如松散的沙土和積雪較深的路面上，當汽車制動抱死時，其表面物質如積雪會被鏟起并堆在車輪前面，形成楔形物，從而構成一種阻力，有利于汽車制動，會使制動距離變短。而在裝用ABS的汽車上，由于車輪不會抱死，反而沒有這種效果。

4）減少輪胎磨損。在未裝ABS的汽車上，當汽車制動抱死時，由于車輪在路面上滑拖，會造成輪胎局部嚴重磨損，特別是在高附著系數的路面上。裝用ABS的汽車制動時，車輪處于邊滾邊滑移狀態，可以減少輪胎局部磨損，從而延長輪胎使用壽命，一般可延長6%～10%。車輪抱死會造成輪胎杯形磨損，輪胎胎面磨損也不均勻，使輪胎磨損消耗費用增加。經測定，在汽車全壽命費用中，汽車實施緊急制動車輪抱死所造成的輪胎累加磨損費用，已超過一套ABS的造價。因此，裝用ABS具有一定的經濟效益。

5）ABS使用方便，工作可靠。ABS的使用與普通制動系統的使用幾乎沒有區別。制動時，只要把腳踩在制動踏板上，ABS就會根據情況自動進入工作狀態，如遇雨雪路滑，駕駛人也沒有必要用一連串的點制動進行制動，ABS會使制動狀態保持在最佳點。ABS工作十分可靠，并有自診斷能力。如果它發現系統內部有故障，就會自動記錄，以故障碼的形式存儲，并使ABS警告燈點亮，同時終止ABS控制，使普通制動系統繼續工作。維修人員可以根據ABS電控系統記錄的故障碼進行維修。

6）減輕駕駛人緊張情緒。裝用ABS的汽車進行制動時，駕駛人只要把腳盡力踩在制動踏板上，ABS就會代替駕駛人自動進入最佳制動的狀態，駕駛人可以比較放心地操縱轉向盤。習慣駕駛裝用ABS汽車的駕駛人，如果駕駛未裝ABS的汽車進行制動時，尤其在濕滑和冰雪路面上緊急制動時，會有一種不安全的感覺，特別是缺乏駕駛經驗的駕駛人，會產生緊張情緒。

7）由于ABS制動性能的提高，汽車的安全性也得到改善，所以裝用ABS后，在同樣條件下可使駕駛人提高車速。據統計，裝用ABS的車輛行駛時可提高車速約15%。

2.ABS的缺點

1）ABS不能提供超越車輪與路面所能承受的制動效果。

2）ABS不能代替駕駛人的制動操縱，只能在駕駛人制動時，幫助駕駛人達到較好的制動效果。

3）ABS性能的好壞受整車制動狀況的影響。

4）在平滑的干燥路面上制動，技術熟練的駕駛人操作常規制動系統，其制動距離要比ABS工作的制動距離短，這是因為ABS允許滑移率降低到8%左右所致。