第一章 防抱死制動(dòng)系統(tǒng)

第一節(jié) 汽車防抱死制動(dòng)系統(tǒng)概述

一、汽車防抱死制動(dòng)系統(tǒng)的發(fā)展歷程

防抱死制動(dòng)系統(tǒng)（ABS）的發(fā)展可以追溯到20世紀(jì)初期，早在1928年制動(dòng)防抱死理論就被提出，在30年代機(jī)械式制動(dòng)防抱死系統(tǒng)就開始在火車和飛機(jī)上獲得應(yīng)用，博世（BOSCH）公司在1936年第一個(gè)獲得了用電磁式車輪輪速傳感器獲取車輪轉(zhuǎn)速的制動(dòng)防抱死系統(tǒng)的專利權(quán)。

進(jìn)入50年代，汽車制動(dòng)防抱死系統(tǒng)開始受到較為廣泛的關(guān)注。福特（FORD）公司曾于1954年將飛機(jī)的制動(dòng)防抱死系統(tǒng)移置在林肯（LINCOIN）轎車上；凱爾塞·海伊斯（KELSE-HAYES）公司在1957年對(duì)稱為“AUTOMATIC”的制動(dòng)防抱死系統(tǒng)進(jìn)行了試驗(yàn)研究，研究結(jié)果表明制動(dòng)防抱死系統(tǒng)確實(shí)可以在制動(dòng)過程中防止汽車失去方向控制，并且能夠縮短制動(dòng)距離；克萊斯勒（CHRYSLER）公司在這一時(shí)期也對(duì)稱為“SKIDCONTROL”的制動(dòng)防抱死系統(tǒng)進(jìn)行了試驗(yàn)研究。由于這一時(shí)期的各種制動(dòng)防抱死系統(tǒng)采用的都是機(jī)械式車輪輪速傳感器的機(jī)械式制動(dòng)壓力調(diào)節(jié)裝置，因此，獲取的車輪轉(zhuǎn)速信號(hào)不夠精確，制動(dòng)壓力調(diào)節(jié)的適時(shí)性和精確性也難于保證，控制效果并不理想。

隨著電子技術(shù)的發(fā)展，電子控制制動(dòng)防抱死系統(tǒng)的發(fā)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(dòng)防抱死系統(tǒng)開始進(jìn)入產(chǎn)品化階段。凱爾塞·海伊斯公司在1968年研制生產(chǎn)了稱為“SURETRACK”的兩輪制動(dòng)防抱死系統(tǒng)，該系統(tǒng)由電子控制裝置根據(jù)電磁式輪速傳感器輸入的后輪轉(zhuǎn)速信號(hào)，對(duì)制動(dòng)過程中后輪的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行判定，通過控制由真空驅(qū)動(dòng)的制動(dòng)壓力調(diào)節(jié)裝置對(duì)后制動(dòng)輪缸的制動(dòng)壓力進(jìn)行調(diào)節(jié)，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(gè)車輪被制動(dòng)抱死的系統(tǒng)，在1971年開始裝備在帝國（IMPERIAL）轎車上，其結(jié)構(gòu)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(gè)還是四個(gè)車輪有防抱死制動(dòng)。博世（BOSCH）公司和戴維斯（TEVES）公司在這一時(shí)期也都研制了各自的第一代電子控制制動(dòng)防抱死系統(tǒng)，這兩種制動(dòng)防抱死系統(tǒng)都是由電子控制裝置對(duì)設(shè)置在制動(dòng)管路中的電磁閥進(jìn)行控制，直接對(duì)各制動(dòng)輪以電子控制壓力進(jìn)行調(diào)節(jié)。

別克（BUICK）公司在1971年研制了由電子控制裝置自動(dòng)中斷發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火，以減小發(fā)動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩，防止驅(qū)動(dòng)車輪發(fā)生滑轉(zhuǎn)的驅(qū)動(dòng)防抱死系統(tǒng)。

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

第一臺(tái)防抱死制動(dòng)系統(tǒng)于1950年問世，首先被應(yīng)用在航空領(lǐng)域的飛機(jī)上，1968年開始研究在汽車上應(yīng)用。70年代，由于歐美七國生產(chǎn)的新型轎車的前輪或前后輪開始采用盤式制動(dòng)器，促使了ABS在汽車上的應(yīng)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(jí)豪華轎車，如德國的奔馳、寶馬、保時(shí)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(lǐng)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(fēng)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(jìn)的ABS?，F(xiàn)今在世界各國生產(chǎn)的轎車中有近75%的轎車應(yīng)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(chǎn)ABS。預(yù)計(jì)隨著轎車的迅速發(fā)展，將會(huì)有更多的廠家生產(chǎn)ABS。

進(jìn)入70年代后期，數(shù)字式電子技術(shù)和大規(guī)模集成電路的迅速發(fā)展，為ABS向?qū)嵱没l(fā)展奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。博世公司在1978年首先推出了采用數(shù)字式電子控制裝置的制動(dòng)防抱死系統(tǒng)——博世ABS2，并且裝置在奔馳轎車上，由此揭開了現(xiàn)代ABS發(fā)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(shù)字式電子控制裝置與模擬式電子控制裝置相比，其反應(yīng)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(dāng)理想。從此以后，歐、美、日的許多制動(dòng)器專業(yè)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(dòng)系統(tǒng)的功能

凡駕駛過汽車的人都有這樣的經(jīng)驗(yàn)，在被雨淋濕的柏油路上或在積雪道路上緊急制動(dòng)時(shí)，汽車會(huì)發(fā)生側(cè)滑，嚴(yán)重時(shí)會(huì)掉頭旋轉(zhuǎn)。如果是在有車轍的雪路上行駛，產(chǎn)生劇烈旋轉(zhuǎn)的危險(xiǎn)性就更大。出現(xiàn)上述情況汽車的方向會(huì)失去控制。若是彎道，就有可能從路邊滑出或駛?cè)雽?duì)面車道，即使不是彎道，也無法躲避障礙物。防抱死制動(dòng)系統(tǒng)的作用就是防止這些危險(xiǎn)狀況的發(fā)生。它利用電子電路自動(dòng)控制車輪制動(dòng)力，可以充分發(fā)揮制動(dòng)器的效能，提高制動(dòng)減速度，縮短制動(dòng)距離，并有效地提高車輛制動(dòng)時(shí)的穩(wěn)定性，防止車輛側(cè)滑和甩尾，減少車禍，因此被認(rèn)為是當(dāng)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(dòng)時(shí)，防止車輪抱死在路面上滑拖（車輪與路面間產(chǎn)生滑移），以提高汽車制動(dòng)過程中的方向穩(wěn)定性及轉(zhuǎn)向控制能力，縮短制動(dòng)距離，使汽車制動(dòng)更為安全有效。防抱死制動(dòng)系統(tǒng)的英文名稱是Anti-lock Braking System（防抱死制動(dòng)系統(tǒng)）或Anti-skid Braking System（防滑移制動(dòng)系統(tǒng)），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(duì)汽車行駛安全性的要求越來越高，ABS已經(jīng)成為汽車上非常重要的主動(dòng)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(dòng)系統(tǒng)的特點(diǎn)

ABS是在傳統(tǒng)制動(dòng)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，增加了一套防止車輪制動(dòng)抱死的控制系統(tǒng)。該裝置在制動(dòng)過程中，當(dāng)車輪趨于抱死，即車輪滑移率進(jìn)入非穩(wěn)定區(qū)時(shí)，會(huì)迅速降低制動(dòng)系統(tǒng)的壓力，使車輪滑移率恢復(fù)到接近理想滑移率的穩(wěn)定區(qū)內(nèi)，通過自動(dòng)、高頻率地對(duì)制動(dòng)系統(tǒng)壓力進(jìn)行調(diào)節(jié)（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(nèi)，以達(dá)到充分利用車輪與路面間最大的縱向峰值附著系數(shù)和較高的橫向附著系數(shù)，實(shí)現(xiàn)防止車輪抱死，獲得最佳制動(dòng)性能的目的。

應(yīng)當(dāng)指出的是，采用傳統(tǒng)的制動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行制動(dòng)時(shí)，盡管駕駛?cè)艘仓篱g歇性地踩、放制動(dòng)踏板，防止車輪抱死，但再有經(jīng)驗(yàn)的駕駛?cè)艘矡o法精確地做出判斷和控制，特別是在緊急制動(dòng)時(shí)，不可能將車輪滑移率控制在理想范圍之內(nèi)，往往會(huì)使車輪抱死。在結(jié)冰、下雨打滑的路面上制動(dòng)時(shí)，汽車很容易產(chǎn)生側(cè)滑、甩尾和失去轉(zhuǎn)向操縱能力，此時(shí)駕駛?cè)藭?huì)產(chǎn)生緊張情緒，缺乏安全感。而裝用ABS后，駕駛?cè)擞龅骄o急狀況需要制動(dòng)時(shí)，只需用力踩下制動(dòng)踏板即可，許多本來需要駕駛?cè)俗鰶Q定的事，都交由ABS進(jìn)行處理，以防止車輪發(fā)生抱死時(shí)出現(xiàn)的危險(xiǎn)狀態(tài)。

1.ABS的優(yōu)點(diǎn)

1）增加汽車制動(dòng)時(shí)的方向穩(wěn)定性。裝用ABS的汽車，在緊急制動(dòng)時(shí)能將滑移率控制在理想滑移率的范圍內(nèi)，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(dòng)時(shí)的方向穩(wěn)定性，可以避免汽車側(cè)滑和甩尾。汽車在左右附著系數(shù)不同的路面上制動(dòng)時(shí)，有、無ABS對(duì)汽車方向穩(wěn)定性的影響如圖1-1所示。

由圖1-1可以看出，無ABS時(shí)汽車側(cè)滑甚至甩尾，有ABS時(shí)方向穩(wěn)定性得到極明顯的改善。

汽車在制動(dòng)時(shí)，四個(gè)車輪上的制動(dòng)力是不一樣的，如果汽車的前輪抱死，駕駛?cè)司蜔o法控制汽車的行駛方向，這是非常危險(xiǎn)的；倘若汽車的后輪先抱死，則會(huì)出現(xiàn)側(cè)滑、甩尾，甚至出現(xiàn)汽車掉頭從而造成嚴(yán)重的交通事故。ABS可以防止四個(gè)車輪制動(dòng)時(shí)被完全抱死，提高汽車行駛的穩(wěn)定性。有資料表明，裝用ABS的車輛可使因車輪側(cè)滑引起的事故比例下降8%左右。

2）改善汽車制動(dòng)時(shí)的轉(zhuǎn)向操縱能力。未裝ABS的汽車在緊急制動(dòng)時(shí)，如果前輪抱死，因橫向（側(cè)向）附著力幾乎為零，汽車就喪失了轉(zhuǎn)向操縱能力，此時(shí)即使轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)向盤，汽車也不能轉(zhuǎn)向，只能沿原慣性力運(yùn)動(dòng)方向前進(jìn)，最后撞到障礙物上。當(dāng)裝用ABS后，因汽車仍有足夠的轉(zhuǎn)向操縱能力，可以通過轉(zhuǎn)向?qū)φ系K物進(jìn)行避讓。汽車制動(dòng)時(shí)有、無ABS對(duì)汽車轉(zhuǎn)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(dòng)時(shí)的方向穩(wěn)定性

a）無ABS b）有ABS

圖1-2 裝用ABS汽車制動(dòng)時(shí)仍具有轉(zhuǎn)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(dòng)時(shí)，即使轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)向盤，車輛也不會(huì)轉(zhuǎn)向，而是沿原運(yùn)動(dòng)方向前進(jìn)；有ABS的車輛緊急制動(dòng)時(shí)，車輛仍具有轉(zhuǎn)向能力。

3）縮短制動(dòng)距離。裝用ABS后，汽車在制動(dòng)過程中，始終保持車輪和路面間附著系數(shù)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(nèi)制動(dòng)停車。通常情況下，駕駛?cè)瞬僮鲿r(shí)制動(dòng)距離比無ABS時(shí)可以縮短，特別是在濕滑和冰雪路面上，制動(dòng)距離可以明顯縮短，一般可縮短10%～20%。汽車制動(dòng)時(shí)有、無ABS對(duì)汽車制動(dòng)距離的影響如圖1-3所示。

圖1-3 裝用ABS可以縮短制動(dòng)距離

a）無ABS b）有ABS

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

應(yīng)當(dāng)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(dāng)汽車制動(dòng)抱死時(shí)，其表面物質(zhì)如積雪會(huì)被鏟起并堆在車輪前面，形成楔形物，從而構(gòu)成一種阻力，有利于汽車制動(dòng)，會(huì)使制動(dòng)距離變短。而在裝用ABS的汽車上，由于車輪不會(huì)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(dāng)汽車制動(dòng)抱死時(shí)，由于車輪在路面上滑拖，會(huì)造成輪胎局部嚴(yán)重磨損，特別是在高附著系數(shù)的路面上。裝用ABS的汽車制動(dòng)時(shí)，車輪處于邊滾邊滑移狀態(tài)，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(huì)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(fèi)用增加。經(jīng)測定，在汽車全壽命費(fèi)用中，汽車實(shí)施緊急制動(dòng)車輪抱死所造成的輪胎累加磨損費(fèi)用，已超過一套ABS的造價(jià)。因此，裝用ABS具有一定的經(jīng)濟(jì)效益。

5）ABS使用方便，工作可靠。ABS的使用與普通制動(dòng)系統(tǒng)的使用幾乎沒有區(qū)別。制動(dòng)時(shí)，只要把腳踩在制動(dòng)踏板上，ABS就會(huì)根據(jù)情況自動(dòng)進(jìn)入工作狀態(tài)，如遇雨雪路滑，駕駛?cè)艘矝]有必要用一連串的點(diǎn)制動(dòng)進(jìn)行制動(dòng)，ABS會(huì)使制動(dòng)狀態(tài)保持在最佳點(diǎn)。ABS工作十分可靠，并有自診斷能力。如果它發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)部有故障，就會(huì)自動(dòng)記錄，以故障碼的形式存儲(chǔ)，并使ABS警告燈點(diǎn)亮，同時(shí)終止ABS控制，使普通制動(dòng)系統(tǒng)繼續(xù)工作。維修人員可以根據(jù)ABS電控系統(tǒng)記錄的故障碼進(jìn)行維修。

6）減輕駕駛?cè)司o張情緒。裝用ABS的汽車進(jìn)行制動(dòng)時(shí)，駕駛?cè)酥灰涯_盡力踩在制動(dòng)踏板上，ABS就會(huì)代替駕駛?cè)俗詣?dòng)進(jìn)入最佳制動(dòng)的狀態(tài)，駕駛?cè)丝梢员容^放心地操縱轉(zhuǎn)向盤。習(xí)慣駕駛裝用ABS汽車的駕駛?cè)?，如果駕駛未裝ABS的汽車進(jìn)行制動(dòng)時(shí)，尤其在濕滑和冰雪路面上緊急制動(dòng)時(shí)，會(huì)有一種不安全的感覺，特別是缺乏駕駛經(jīng)驗(yàn)的駕駛?cè)?，?huì)產(chǎn)生緊張情緒。

7）由于ABS制動(dòng)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?cè)颂岣哕囁?。?jù)統(tǒng)計(jì)，裝用ABS的車輛行駛時(shí)可提高車速約15%。

2.ABS的缺點(diǎn)

1）ABS不能提供超越車輪與路面所能承受的制動(dòng)效果。

2）ABS不能代替駕駛?cè)说闹苿?dòng)操縱，只能在駕駛?cè)酥苿?dòng)時(shí)，幫助駕駛?cè)诉_(dá)到較好的制動(dòng)效果。

3）ABS性能的好壞受整車制動(dòng)狀況的影響。

4）在平滑的干燥路面上制動(dòng)，技術(shù)熟練的駕駛?cè)瞬僮鞒Ｒ?guī)制動(dòng)系統(tǒng)，其制動(dòng)距離要比ABS工作的制動(dòng)距離短，這是因?yàn)锳BS允許滑移率降低到8%左右所致。