一、ABS的中文意思和全稱
ABS即Anti-lock Brake System,也即防鎖死制動系統,也叫做防抱死。
據統計,汽車突然遇到情況踩剎車時,百分之九十以上的駕駛者往往會一腳將剎車踏板踩到底來個急剎車,這時候的車子十分容易產生滑移並發生側滑,即人們俗稱的“甩尾”,這是一種非常容易造成車禍的現象。造成汽車側滑的原因很多,例如行駛速度,地面狀況,輪胎結構等都會造成側滑,但最根本的原因是汽車在緊急制動時車輪輪胎與地面的滾動摩擦會突然變為滑動摩擦,輪胎的抓地力幾乎喪失,此時此刻駕駛者儘管扭動方向盤也會無濟於事。針對這種產生側滑現象的根本原因,汽車專家就研製出車用ABS這樣一套防滑制動裝置。
二、ABS 理論依據及作用原理
兩物體的切向(切面方向)摩擦力是由垂向作用力(對車與地即是車的重力)和摩擦係數決定的,滑動摩擦係數一般是固定值,靜摩擦是從零到最大靜摩擦係數的作用區間,除切向相對運動與靜止不同外其他條件相同時最大靜摩擦係數較大於滑動摩擦係數,即最大靜摩擦力大於滑動摩擦力(對車都是可實現的制動力)。
ABS防抱死制動系統就是將車輛制動時車輪與地面的滑動摩擦設法儘可能轉變為靜摩擦(此時車輪與地面的接觸部分相對保持靜止,車未停止,車輪不是抱死而是滾動,制動系統可在車輪上實施界於最大靜摩擦力大小的制動力,這時保持轉動的車輪與地面的靜摩擦是滾動摩擦),以增大制動力。
三、ABS的發展
1906年ABS首次被授予專利,1936年博世註冊了一項防止機動車輛車輪抱死的“機械”專利。所有的早期設計都有著同樣的問題:因過於複雜而容易導致失敗,並且它們運作太慢。1947年世界上第一套ABS系統首次套用於B-47轟炸機上。Teldix公司在1964年開始研究這個項目,其ABS研究很快被博世全部接管。兩年內,首批ABS測試車輛已具有縮短制動距離的功能。轉彎時車輛轉向性和穩定性也被保證,但當時套用的大約1000個模擬部件和安全開關,這意味著被稱為ABS 1系統的電子控制單元的可靠性和耐久性還不能夠滿足大規模生產的要求,需要改進。博世在電子發動機管理的發展過程中獲得的技術,數位技術和積體電路(ICs)的到來使電子部件的數量降低到140個。
1968年ABS開始研究套用於汽車上。1975年由於美國聯邦機動車安全標準121款的通過,許多重型卡車和公共汽車裝備了ABS,但由於制動系統的許多技術問題和卡車行業的反對,在1978年撤消了這一標準。同年博世作為世界上首家推出電子控制功能的ABS系統的公司,將這套ABS 2的系統開始安裝作為選配配置,並裝配在梅賽德斯-賓士S級車上,然後很快又配備在了寶馬7系列豪華轎車上。在這一時期之後美國對ABS的進一步研究和設計工作減少了,可是歐洲和日本的製造廠家繼續精心研製ABS。
進入20世紀80年代以後,由於進口美國的汽車裝備有ABS,美國汽車製造廠對美國汽車市場上的ABS顯示出新的興趣。隨著微電子技術的飛速發展和人們對汽車行車安全的強烈要求,ABS裝置在世界汽車行業進一步得到廣泛套用。1987年美國大約3%的汽車裝備有非常可靠的ABS。在隨後的時間裡,研發者集中於簡化系統。在1989年,博世的工程師成功地將一個混合的控制單元直接附在了液壓模組上。這樣他們就無需連線控制單元和液壓模組的線束,也無需接外掛程式,所以顯著地減輕了ABS 2E的整體重量。
博世的工程師在1993年,使用新的電磁閥創造了ABS 5.0,並且在後來的幾年研發了5.3 和5.7 版。新一代的ABS 8的主要特性是再次極大地減輕了重量、減少了體積、增大了記憶體,同時增加了更多功能,如電子分配製動壓力,從而取代了減輕後軸制動壓力的機械機構。當年有些汽車工業分析專家預言得到了證實:到20世紀90年代中期以後,世界市場上的大多數汽車和卡車將裝備ABS。
四、ABS的兩種控制方式
1.雙參數控制
雙參數控制的ABS,由車速感測器(測速雷達)、輪速感測器、控制裝置(電腦)和執行機構組成。其工作原理是車速感測器和輪速感測器,分別將車速和輪速信號輸入電腦,由電腦計算出實際滑移率,並與理想滑移率15%一20%作比較,再通過電磁閥增減制動器的制動力。
這種曳速感測器常用都卜勒測速雷達。當汽車行駛時,都卜勒雷達天線以一定頻率不斷向地面發射電磁波,同時又接收反射回來的電磁波,測量汽車雷達發射與接收的差值,便可以準確計算出汽車車速。而輪速感測器裝在變速器外殼,由變速器輸出軸驅動,它是一個脈衝電機,所產生的頻率與輪速成正比。
執行機構由電磁閥及繼電器等組成。電磁閥調整制動力,以便保持理想的滑移率。這種ABS可保證滑移率的理想控制,防抱制動性能好,但由於增加了一個測速雷達,因此結構較複雜,成本也較高。例如汽車雜誌社沈樹盛審報的專利(專利號92221809.9)。
2.單參數控制
它以控制車輪的角減速度為對象,控制車輪的制動力,實現防抱死制動,其結構主要由輪速感測器、控制器(電腦)及電磁閥組成。
附圖一 輪速感測器由感測器和齒圈鋼環組成(見圖2)
1.電纜 2.永磁體 3.外殼 4,感測線圈 5,極軸 6.齒圈
為了準確無誤地測量輪速,感測頭與車輪齒圈間應留有1mm間隙。為避免水、泥、灰塵對感測器的影響,安裝前應將感測器加注黃油。
電磁閥用於車輪制動器的壓力調節。對於四通道制動系統,一個車輪圈有一個電磁閥;三通道制動系統,每個前輪擁有一個,兩個後輪共用一個。電磁閥有三個液壓孔,分別與制動主缸與車輪制動分缸相連,並能實現壓力升高、壓力保持、壓力降低的調壓功能。工作原理如下。
1)升壓:在電磁閥不工作時,制動主缸接口和各制動分缸接口直通。由於主彈簧強度大,使進油閥開啟,制動器壓力增加。
2)壓力保持:當車輪的制動分缸中的壓力增長到一定值時,進油閥切斷關閉。支架就保持在中間狀態,三個孔間相互密封,保持制動壓力。
3)降壓:當電磁閥工作時,支架克服兩個彈簧的彈力,打開卸荷肉使制動分缸壓力降低。壓力一旦降低,電磁閥就轉換到壓力保持狀態,或升壓的準備狀態。
控制裝置ECU的主要任務是把各車輪的感測器傳回來的信號進行計算、分析、放大和判別,再由輸出級將指令信號輸出到電磁閥,去執行制動壓力調節任務。電子控制裝置,由四大部分組成,輸入級A、控制器B、輸出級C,穩壓與保護裝置D.
電子控制器以4一101tz的頻率驅動電磁閥,這是駕駛員無法做到的。
這種單參數控制方式的ABS,由於結構簡單、成本低,故目前使用較廣。
在美國克萊斯勒型高級轎車中大多配備了這種單參數控制方式的ABS。它在轎車的四個輪上都裝有輪速感測器。分配閥(見圖5)是一個三通道的分配閥,它位於制動油泵總成的下方。
附圖2 在車輪軸上安裝有45齒或100齒的齒圈,輪速感測器的感測頭裝在齒圈的頂上。當車輪轉動時,使感測器不斷產生電壓信號,並輸入電腦,與RoM中理想速度比較,算出車輪的增速或減速,向電磁閥發出升壓或卸壓的指令,以控制制動分缸制動力。