基于ABS系统的制动力分配策略

徐浩 陈红阳

(岳阳职业技术学院 机电工程系， 湖南 岳阳 414000)

基于ABS系统的制动力分配策略

徐浩 陈红阳

(岳阳职业技术学院 机电工程系， 湖南 岳阳 414000)

基于四通道ABS系统的分配策略，是通过软件计算出制动瞬间每个车轮的滑移率，并以滑移率为判断车轮有效抓地力的依据，抢在ABS系统工作之前，不断地快速调整相应通道的液压组件，使4个车轮受到的制动力与其附着力匹配，以使汽车防止出现甩尾和侧滑等情况，并且缩短汽车的制动距离。

ABS控制通道；非对称性路面；滑移率

0 引言

《2012汽车安全性年度报告》显示，装配ABS （Anti-LockBrakeSystem，以下简称ABS）的车辆能有效降低由于制动抱死而产生的交通事故，相比没有装配此系统的车辆事故率降低了30%；美国国家高速公路交通安全委员会（NHTSA）根据交通事故统计的分析表明：装有ABS的汽车翻车事故减少30%～40%；在干燥的公路上，能减少大约24%的车祸；在湿地或雪地上，能减少大约15%的事故；与行人和骑自行车者相撞的事故降低了27%。

1 ABS系统传统的制动力分配存在的问题

1.1 汽车紧急制动时制动力控制情况

从物理力学可知，如果车轮所受的负载变小，其附着摩擦力也将变小，车轮容易滑移，表现为抱死趋势 （附着摩擦力=轮胎附着摩擦系数*轮胎正压力）。为了防止抱死，车轮所受的制动力需减小。

汽车在紧急制动时，重心前倾，后轮所受的负载（正压力）存在变化，后轮所需的制动力也将存在着相应的变化。后轮所受负载（正压力）的变化，会随汽车的减速度变化、道路状况等因素而变化，在制动期间，ABS不能时刻反应后轮所需制动力的变化，故而存在不完善的地方[1-2]。

1.2 汽车在非对称性路面制动时制动力分配

ABS系统中，能够独立进行制动压力调节的制动管路称为控制通道[3]。市场上大多数小汽车ABS采用的是三通道系统，即对两前轮进行单独控制，对两后轮的制动压力，按低选原则一同控制。所谓“低选原则”，即两个车轮由一个通道控制，两轮的制动压力始终以附着力较小的一侧(湿滑路面上的车轮)为基准点进行调节，以保证附着力较小的车轮不被抱死。

正是由于大量的汽车采用三通道ABS系统,按低选原则控制两后轮会导致新问题：附着力较大一侧 (干燥路面上的车轮)的制动力必将不能充分利用，使车辆的总制动力减小，制动距离延长。

2 改进后的ABS系统制动力分配策略

2.1 设计方案

根据设计需要，汽车采用四通道ABS系统，制动时可以最大限度地利用每个车轮的最大附着力，解决三通道ABS系统因低选原则所造成的问题。基于四通道ABS系统的分配策略是：通过软件计算出制动瞬间每个车轮的滑移率，并以滑移率为判断车轮有效抓地力的依据，不断调整相应通道的液压组件（压力调节器等），使4个车轮受到的制动力与其附着力匹配，以防止出现甩尾和侧滑，并缩短汽车制动距离[4]。

由于该策略以制动信号和车轮滑移率为因变量，与ABS系统有重叠之嫌。一般来说，ABS系统设定门限滑移率为20%。当检测到车轮滑移率达到20%时，认定为趋于抱死，需松开制动器（由试验得知，汽车车轮的滑移率在15%～20%时，轮胎与路面间有最大的附着系数）。基于四通道ABS系统的分配策略是以低于ABS门限滑移率为工作范围，抢在ABS工作之前，快速调整液压组件，使4个车轮所受的制动力与其附着力匹配，克服了ABS所存在的一些不完善。

该策略相较于传统制动力分配策略，优点在于其以每个车轮的滑移率为依据，精确地实现了制动力的最佳匹配，从根本上解决了制动力的分配问题。在该策略的作用下，以每个车轮的滑移率为依据，可以随时反应制动力需求的变化。在非对称性路面或在弯道进行制动时，也是一样。

2.2 工作原理

汽车制动时，通过助力器在制动主缸建立制动压力。此时常开阀打开，常闭阀关闭，制动压力进入车轮制动器，车轮转速迅速降低，此过程为开始制动阶段，如图1所示。

图1 开始制动阶段或升压阶段

由于ABS设定了一定范围的滑移率。当车轮滑移率在门限范围内时，ABS认为车轮还没进入抱死状态，不进行减压处理。而基于四通道ABS系统的分配策略，可在ABS动作之前进行工作：通过调整液压组件，实现和升压、保压、减压的循环控制，有效地平衡了每一个车轮的抓地力，使前后车轮趋于同步抱死[5]。具体情况如下：

该策略的升压过程与开始制动阶段的工作过程完全一样，如图1所示：常开阀打开、常闭阀关闭，制动压力进入车轮制动器，车轮转速迅速降低。保压过程：常开阀关闭、常闭阀关闭，车轮制动器内的油压保持不变。

减压过程：车轮出现一定的滑移（在ABS门限滑移率内），制动系统的电控单元ECU，发出指令关闭常开阀，打开常闭阀，车轮压力降低，车轮转速迅速上升，此阶段为减压阶段。降压过程所排出的制动液暂时存在低压蓄能器中（见图2）。

图2 减压阶段

由于减压阶段所排出的制动液暂时存在低压蓄能器中，随液压组件的工作循环，低压蓄能器的压力逐渐升高，车轮的减压效果越来越小。当减压效果消失时，车轮滑移率达到ABS的门限阈值，防抱死制动系统ABS开始工作。ABS工作时，液压泵开始启动，将制动液由低压蓄能器送至制动主缸，并且将常开阀关闭，常闭阀打开，释放车轮制动器内的压力，防止车轮抱死。该过程为ABS系统的减压过程，能释放出低压蓄能器内逐渐升高的油压。经过ABS系统的减压过程后，车轮轮速开始上升，与此同时，基于四通道ABS系统的分配策略将再次起作用。在ABS门限滑移率内，再次对液压组件进行升压、保压和减压的循环控制。

制动结束后，制动踏板松开，制动主缸内的制动压力为零。此时电控单元ECU发出指令打开常闭阀，低压蓄能器中的制动液经常闭阀、常开阀回流到制动主缸。在复位弹簧的左右下，将低压蓄能器排空，为下一次ABS或基于ABS系统的分配策略做准备（见图3）。

基于四通道ABS系统的分配策略，可以抢在ABS系统工作之前进行制动力调整，有效地平衡了每一个车轮的抓地力。该分配策略的工作频率之高，可使前后车轮趋于同步抱死，改善了四通道ABS系统中制动跑偏的问题。

图3 低压蓄能器排空

2.3 系统组成

基于四通道ABS系统的分配策略，没有增加新的硬件。该分配策略和ABS系统共用的元件有：转速传感器、电子控制器(ECU)和执行器。

图4 系统组成

转速传感器安装在4个车轮上，检测车轮转速，并向电控单元反馈信息；电子控制器(ECU)接收转速信号，并根据这些信号计算车辆的参考速度及滑移率，当识别出后轮有抱死趋势即滑移率大于某一个值时，向执行器中的电磁阀发信号，使后轮制动力减压，以保证后轮不会抱死；执行器主要由常开阀，常闭阀和低压蓄能器组成，用来控制作用在制动轮缸上液压力的大小，从而控制制动力。结构如图4所示。

3 结语

随着电子技术的发展，世界汽车技术最显著的成就是以防抱制动系统(ABS)为基础，开发设计的众多汽车电子控制系统[6]。比如，车身稳定控制系统ESP，以及其它已经应用在汽车上的紧急制动辅助装置EBA、防滑转控制系统ASR等其安装与应用，大大地提高了汽车主动安全性和操纵性。

未来的汽车制动系统将是电子控制系统、液压控制系统、机械控制系统以及气压控制系统与新材料、新技术的完美结合，届时车辆的安全性能将会大大增强。

[1]黄江航.浅谈汽车防抱死系统的组成及工作原理[J].机械工程与自动化,2011（6）.

[2]周桂梅.ABS汽车制动防抱死系统应用与展望[J].江苏科技信息,2009（6）.

[3]卢希国.汽车安全舒适系统原理与维修[M].北京:北京理工大学出版社，2011：23，59-61.

[4]张文利.基于滑移率的ABS/EBD控制策略研究[D].长春：吉林大学,2008.

[5]浅谈电子制动力分配系统(EBD)[汽车修理常识][EB/OL]. (2008-6-19)[2013-10-22].http://www.qp110.com/qxzhishi_htm/ 20000/qp110_11208.htm.

[6]张元才.制动系统发展现状及趋势[J].汽车研究与开发, 2005（9）.

（责任编校：马余平）

The Braking Force Distribution Strategy Based on ABS System

XU Hao CHEN Hong-yang

(Department of Mechanical and Electronic Engineering,Yueyang Vocational and Technical College,Yueyang, Hunan 414000)

Four channel distribution strategy based on ABS system worked through the software to calculate the braking moment of each wheel slip rate,and judged the wheel slip rate of effective grip.We should continuously and quickly adjust the hydraulic components of the corresponding channel before the ABS system working,so that the four wheel braking force and adhesion matched,thus to prevent tail flick and sideslip,and shorten the braking distance of automobile.

the ABS control channel；asymmetric road；slip rate

U 463.52

A

1672－738X（2014）01－0082－03

2013-10-22

徐浩（1984—），男，湖南湘阴人，汽车检测与维修专业专职教师。主要研究方向：汽车电子。