ABS 制动防抱死系统的液压控制过程探讨

刘 岩

(鞍山技师学院冶金分院，辽宁鞍山 114000)

随着世界汽车工业的迅猛发展，高等级公路所占比重越来越大，汽车行驶速度进一步提高，道路行车密度不断增大，汽车行驶安全性能日益成为人们选购汽车的首选依据。广泛采用的汽车制动防抱死(ABS)系统就是在这种要求下产生和发展的。

既然(ABS)制动防抱死系统的应用使人们对行驶安全性能的要求得到更大的满足，那么作为技工学校的教师，如何深入浅出地向学生介绍ABS的液压制动过程，使学生能够很好地掌握，就变得十分重要。

1 ABS原理概述

1.1 ABS基本定义

汽车制动防抱死(ABS)系统是汽车在常见路面上进行较大制动力刹车时，防止车轮完全抱死的系统。它能保证汽车制动效能及制动时的方向稳定性，大大减少了制动距离，是具有良好制动效果的刹车装置。

1.2 制动时车辆运动状况分析

1.2.1 制动时车辆的受力分析

汽车受到一个与行驶方向相反的外力时，才能从一定的车速制动到较低的车速直至停车，这个外力实际上是由地面提供，称为地面制动力(用Xb表示)。地面制动力越大，汽车的制动减速度越大，制动距离也越短，所以该力对汽车的制动效能具有决定性影响。但是地面制动力的大小取决于两个摩擦副的摩擦力:一个是制动器内制动摩擦力，即制动器制动力(用Fb表示);另一个则是轮胎与地面间的摩擦力，即附着力(用Fu表示)。

由此可见，汽车的地面制动力Xb首先取决于制动器制动力Fb，但同时又受地面附着力Fu的限制。只有具有足够的制动器制动力Fb，同时地面又能提供较高的附着力Fu时，汽车才能获得足够的地面制动力Xb。

1.2.2 滑移率

滑移率S的定义如下:

其中，Vc为车身速度(车身相对于地面的速度);Vt为车轮速度(车轮的外圆线速度)。汽车在正常行驶车轮作纯滚动时，Vc=Vt，S=0;在车轮被完全抱死作纯滑动时，Vt=0，S=100%;与车轮边滚动边滑动时，0＜S＜100%。所以滑移率S的大小，说明了车轮运动中滑动成分所占的比例，滑移率S越大，滑动成分越多。

1.3 ABS的功用

ABS的功用就是在汽车制动过程中，不断自动调整汽车制动系统压力，使车轮滑移率始终保持在20%左右。保证汽车在制动过程中获得最大的纵向附着系数，提高汽车的制动效能。同时也可在制动中保持较大的侧向附着系数，防止汽车发生侧滑或失去转向能力，提高汽车制动时的方向稳定性。

1.4 ABS系数的组成

1)传感器。在各种控制方式的ABS中均有轮速传感器，检测车轮速度，并把轮速换成脉冲信号送至ABS ECU。车速传感器又称测速雷达，用在以车轮滑移率为控制参数的ABS中，它用来检测车速，并向ABS ECU输送车速信号。汽车减速度传感器仅用在四轮驱动的控制系统中，它用来检测汽车制动时的减速度，识别是否是在冰雪等易滑路面。2)ABS执行机构。ABS执行机构主要由制动压力调节器和ABS警报灯组成。制动压力调节器根据ABS ECU指令来调节各车轮制动器的制动压力。不同制动系统的ABS所采用的制动压力调节器也不同，可分为液压式、气压式。在目前应用广泛的液压制动系统中，制动压力调节器的主要元件是电动泵和液压控制阀。ABS报警灯的功用是在ABS出现故障时，由ABS ECU控制使ABS警报灯点亮，向驾驶员发出警报信号，并可由ABS ECU控制闪烁显示故障码。3)ABS ECU。ABS ECU接收传感器信号，比较各轮速和汽车行驶速度，判断各车轮的滑移情况后，向ABS执行机构下达指令来调节各车轮制动器的制动压力。

2 ABS防抱死系统的液压控制过程

制动压力调节器的作用是接受ECU的指令，通过电磁阀的动作来自动调节车轮制动器的制动压力。

2.1 结构形式

液压式制动压力调节器主要由电磁阀、电动泵、储液器、蓄能器等元件组成，它串接在制动主缸与制动轮缸之间。电磁阀有若干个，用来调控输送至各制动轮缸的制动压力，电磁阀有2位2通，2位3通，3位3通等结构形式。电动泵分回液泵和液压泵两种。回液泵也称作再循环泵，用于循环调压式制动压力调节器中，多采用柱塞泵，它受ECU的控制，由电动机驱动，其作用是在减压过程中将从轮缸流出的制动液泵回制动主缸。而液压泵则用于变容调压式制动压力调节器中，它也受ECU的控制，但它与循环调压方式中的回液泵的作用有所不同，主要是用于在控制管路中建立控制油压。蓄能器根据其储存制动液的压力范围，分为高压蓄能器和低压蓄能器。高压蓄能器用于储存经电动泵加压后的高压制动液，并向制动轮缸(循环调压方式)或调压缸(变容调压方式)供给高压制动液;而低压蓄能器则用于接收和储存回流的低压制动液，并可衰减回流制动液的压力波动。为了区别这两种蓄能器，一般将高压蓄能器简称为蓄能器或储能器，而将低压蓄能器称为储液器，储液室或储油箱等。

2.2 调压方式

ABS的制动压力调节器，可以采用循环调压方式或变容调压方式，进行防抱死制动压力调节。1)循环调压方式是采用电磁阀来直接调节轮缸的制动压力。它在制动主缸与轮缸之间串联一个电磁阀，通过使制动轮缸中的制动液流回制动主缸或储液器实现制动压力的减少，又通过使制动主缸或供能装置中的制动液流入制动轮缸实现制动压力的增大。这种调压方式也称为流通调压方式。2)变容调压方式是通过电磁阀的控制来间接调节轮缸的制动压力。它是在汽车原有制动管路上增加一套液压控制装置，并将制动轮缸与制动主缸隔离，通过控制制动管路中容积的增减，来控制轮缸中制动压力的变化。如美国德尔科公司生产的ABSUI防抱死制动系统，就采用了变容调压方式的制动压力调节器。

2.3 工程过程

在汽车制动时，通过制动压力调节器所形成的制动工况包括正常工况(制动无抱死工况)、防止车轮抱死时的制动压力保持工况、减压工况及加压工况4种。现以如图1所示的ABS系统为例，对这些工况加以具体介绍。图1中给出的是ABS系统的液压控制回路。其制动压力调节器采用循环调压方式，对应每一个控制通道都设置了1个3位3通电磁阀。该系统共有3个控制通道，因而有3个3位3通电磁阀。ECU按控制电流的大小分3种电流向每个电磁阀通电，可使每个电磁阀有3种工作位置，从而在制动主缸、制动轮缸和回油管路之间建立起液压联系，并使ABS系统实现压力升高、压力保持和压力降低的调节。

图1 ABS系统示意图

1)正常工况。在正常工况时车轮均未抱死，ABS不介入制动压力调控，ECU不向各个3位3通电磁阀的电磁线圈供电，这时电磁阀的柱塞仅在回位弹簧预紧力的作用下向下运动而处在最下端位置，使端口B关闭，端口A开启。当踩下制动踏板时，从主缸来的制动液从A端口流向C端口，送往制动轮缸(车轮油缸)，实施制动。这种制动主缸与各制动轮缸相通，各轮缸的制动压力随主缸制动压力的上升而上升，同时利用第1检验阀(单向阀)将通向回液泵的油路切断。当制动踏板松开时，制动轮缸的制动液流经C，A端口及第3检验阀(旁通阀，也是一个回液单向阀)，回到制动主缸。2)保压工况。当进行紧急制动，ABS的ECU判定某个或某几个车轮正趋于抱死时，系统就进入防抱制动控制。防抱制动循环首先进入保压工况，以使车轮充分地进行制动。此时ECU向电磁阀通以较小的控制电流(一般为2 A～2.5 A，约为最大控制电流的半值)，柱塞在一定电磁力的作用下克服回位弹簧的弹力向上运动，当运行到电磁力与弹簧弹力相平衡的中间位置时停止运动，使A端口和B端口均关闭，此时第3检验阀已关闭，即C端口也被关闭，主缸、轮缸与回油管路之间的油路相互隔断，因而车轮油缸内的压力保持不变。3)减压工况。在保压工况后，车轮会进入不稳定区域，防抱制动循环就过渡到减压工况。这时ECU向电磁阀通以最大控制电流(一般为5 A～5.5 A)，柱塞在较大电磁力作用下，进一步克服弹簧弹力向上运动而上升到最高位置，A端口继续关闭，而将B端口打开与C端口相通，使车轮油轮中的制动液从C端口流经B端口回到储油箱。同时，ECU向回液泵电机发出通电信号，油泵开始工作，把储油箱中的液压油泵出，形成比制动主缸内的压力要高的油压，该油压把第1检验阀(单向阀)向上顶起而回流到制动主缸内。这样车轮油缸内的制动压力迅速下降，避免了车轮抱死的危险。4)加压工况。当车轮抱死解除时，防抱制动循环就过渡到加压工况。这时ECU停止向电磁阀通电，3位3通阀的工作状态又恢复到与正常工况时相同，而把制动主缸内的油压传递到制动轮缸。由保压—减压—加压形成的防抱制动循环工况是在瞬间完成的，其循环动作的频率可达到3次/s～20次/s，从而可保证每个车轮都不会发生制动抱死，并将车轮的滑移率控制在最佳范围内。这种防抱调节一直持续到车速降至很低，或者车轮不再趋于抱死时为止。

2.4 ABS系统的其他相关元件

不同的ABS系统，所采用的液压、电气元件的种类及其结构会有所差异，以下对ABS系统中常用到的这类元件做一简介。

1)制动液液面高度传感器。它一般装在制动主缸的储液器内，用于监测制动液的液位高低。2)旁通阀。它是一个单向阀，当解除制动时，轮缸内的制动液通过它返回制动主缸，而使轮缸中的制动压力迅速降低。3)压力开关(或压力传感器)。装在蓄能器上，用于检测内部制动液压力的大小，向ECU提供制动液压力信号，ECU以此控制电动泵工作。4)减压阀(安全阀)。当蓄能器内的液压超过规定值时，一部分制动液通过减压阀返回到制动主缸，以保持系统制动压力的稳定。5)比例调节阀。串联装在通向后轮的液压制动管路中，用来限制后轮缸制动压力的增长。这是由于在制动时，车辆因惯性发生轴荷转移，后轮上的垂直载荷减小，后轮缸只需要较低的制动压力，而与后轮的附着力相适应。

3 结语

提高汽车的制动性能越来越重要，而且控制系统越来越复杂，越来越人性化，正向综合系统化方向发展。汽车的制动性能与汽车本身的设计要求和使用条件有着紧密的联系，我相信随着科学技术不断的发展和广大的汽车技术人员不断的挖掘，把提高汽车的安全性作为更长期的目标。我们相信随着科学和社会的不断进步，我们的汽车技术一定会飞黄腾达，成为带领社会发展的领头羊，必将有一个更远更好更高的发展。

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