原创 车用电器之防抱死制动系统

防抱死制动系统从名字上就可以知道起的主要作用是防止发生车轮抱死的情况，这种在制动情况下发生抱死会造成车辆的行驶失控，从而引发车祸发生。在车辆行驶过程中，如果踩下刹车后有听到一串来自车轮的声音，并在刹车脚上有反馈的连续顿感就是防抱死系统在工作了。下图是分别有无防抱死制动系统的效果差异，有这个系统的车辆可以在刹车的同时操作转向绕到障碍物。

图没有放上来。

下图是防抱死制动系统的构成图，四个角上是车轮，引出来的连线到ABS（Antilock Braking System）执行器上的是制动液管，当制动液压力传递到轮上时，轮子上的刹车片与轮子挨近，相应的轮子刹住直到抱死状态。车轮上还有连出来的引线到ECU的是轮速传感器，用于判断轮子是否还处于转动的状态，还是锁死的状态。如果ECU判断轮子已经锁死，则会让ABS执行器不再传递制动压力到轮子上。整个控制过程由电子控制器进行完成，最终可以实现一秒内10次的点刹动作，使轮子不被抱死。

图没有放上来。

如果在车辆的仪表上可以看到这个符号，就说明车辆有ABS功能了，一般是闪一下后完成自检这个灯就熄灭了。右图这个是ABS的执行器,图表5是轮速传感器。轮速传感器的价格大约为60元人民币，而执行器部分则达到千元以上。当前大部分的车上都出厂配备了ABS功能，一方面是ABS系统可以提高交通安全性，另一方面是法规也强制要求车厂应满足此项装备。如欧州在1991年起就有这样的要求（欧洲法规EECR13），同时对于载重16吨以上的货车无论是欧州生产还是进口，都要有这个装置。日本则是自1991年规定13吨的牵引车以及总质量超过10吨的运送危险品的拖车、在高速公路上行驶的大客车必须要安装ABS。我国的GB12676-1999《汽车制动系统结构、性能和试验方法》中把装用ABS作为强制性法规。

三个实物图没有放上来。

尽管当前大家是通过汽车了解ABS的，但ABS最早研发出来是用于铁路的，为了防止制动过程中的抱死对铁轨的损坏。随后飞机着陆过程中制动跑偏、甩尾及轮胎损耗的问题，也通过ABS来解决了。到了20世纪50年代，汽车开始有了ABS，1978年由于数字技术的发展，博世与奔驰合作研发的ABS开始批量用于轿车。而ABS小型化后，现在有一些摩托车也开始使用这个技术了，典型代表是2009年博世生产的ABS 9M微型ABS。

图没有放上来。

图表 6中显示了在ABS开始工作时，车辆从运动到静止的变化关系，随着制动压力的逐渐减小，对应的汽车车轮速度会降下来，使汽车的速度下降，整个过程中滑移率都控制在一个较少的范围中，从而避免车轮完全抱死。当滑移率高到一定的值后，对应的ABS制动压力会适当减少，从而使滑移率降低，重复整个过程直到车辆停止。上面的虚线中标注了驾驶员想要达到的控制压力，就是直接踩下制动板后的预期压力值，如果按这个压力则会直接抱死车轮。通过ABS控制则会使压力逐渐升高，直到完成整个制动过程，不会直接按照最大的压力抱死车轮。ABS控制系统的主要功能就是可以在很快的反应时间中完成对上面的制动压力分配的计算及控制，使车辆在良好地状态下完成刹车过程。

由于控制算法是ABS效果的体现，因而良好的控制算法技术是ABS的核心技术。常用的控制技术有

1、 轮速逻辑门限值控制。这种控制方法采用设定上下限值，算法结构简单，根据车辆进行标定，也可以有较好的效果。但整体缺乏长周期的动态机制，品质情况不稳定。

2、 滑移率控制。通过对目标滑移率进行调整控制，使之在控制目标附近，从而获得较好的控制灵活性，不必依赖于轮速限值标定过程。

3、 状态空间法的最优控制。对防抱死制动系统的各项控制要求进行最优的目标控制，使控制过程平稳。由于数学模型在其中发挥了重要的作用，因而对模型的评价要求较高。

4、 PID控制。比例积分微分控制下只需要进行标定，模型也不复杂，对单一路面情况较好。重点要对不同的路面要进行考虑。

5、 模糊控制。实用有效，但依赖于设计者的经验。

6、 快速寻优控制。在最控制方法与滑移率控制之间进行逻辑简化。

ABS控制电路的构成主要有微处理器、存储器、输入输出接口以及模数转换电路和驱动电路构成。外界输入的信号主要是轮速信号，输出的驱动控制主要负载是电磁阀。工作电压根据不同种类的车型，主要分为12V与24V的，工作电流大约为5A。由于ABS控制器安装在前舱的位置，因而对应的工作温度范围为-40℃～+120℃。ABS用到的轮速传感器主要安装在车轮边上，与轮胎上的齿轮间隙控制在1mm左右，安装有一定的要求。车轮长期工作温度范围也较高，由于外界的灰尘会影响产品，因而产品的防尘防水要求较高，传感器工作时大约十几个毫安。

图7

图7中的是变磁通式磁电传感器，它的工作不需要电源，通过永久磁铁与齿轮之间的间隙变化带来磁场的变化，从而在感应线圈上获得感应电压信号，而信号的频率可以反应齿轮的转速，从而使ABS获得轮速情况。由于无源感应的过程中输出的信号幅值与速度有关，当车速较低时电压幅度只有零点几伏，对后面的信号接收与处理造成了一定的难度，因而出现了有源的传感器，有源的传感器则会采用放大电路将感应电压信号放大整形后再输出给ABS，提高整个系统的信号传递及稳定程度。轮速传感器的输出频率与车速的大小相关，一般会支持到150公里每小时的速度工作，输出的频率一般会控制在1kHz以内。

总的来看ABS是机电结合设计的代表产品，而且很大程度上保证了车辆行驶的安全性，尽管其功能描述不算复杂，但是要做好这样的产品还是要在控制算法及道路验证中费上一些时间来获得较好的驾驶体验感的。