車(chē)輛電控主動(dòng)安全系統

　　車(chē)輛在安全方面有兩種要求：第一種是被動(dòng)安全，要求在發(fā)生碰撞時(shí)能夠保護乘員，而另一種是主動(dòng)安全，即提高車(chē)輛行駛的穩定性，要求防范事故于未然。利用電子控制技術(shù)來(lái)提高車(chē)輛主動(dòng)安全系統的性能并擴展其功能已得到廣泛的應用和發(fā)展，現代車(chē)輛電子控制主動(dòng)安全系統主要包括ABS、BAS、ASR（TCS）、ESP等。

　　一、ABS

　　防抱制動(dòng)系統ABS,英文全稱(chēng)Anti-lock Braking System。

　　制動(dòng)時(shí)方向的穩定性，是指汽車(chē)制動(dòng)時(shí)仍能按指定方向的軌跡行駛。當汽車(chē)高速行駛時(shí)，如果因為緊急制動(dòng)而使車(chē)輪完全不能轉動(dòng)（專(zhuān)業(yè)術(shù)語(yǔ)稱(chēng)之為“車(chē)輪抱死”），那是非常危險的。若前輪抱死，將使汽車(chē)失去轉向能力；若后輪抱死，將會(huì )出現跑偏、側滑甚至甩尾，對行車(chē)安全造成極大的危害。

　　汽車(chē)的制動(dòng)力取決于制動(dòng)器的摩擦力，但能使汽車(chē)制動(dòng)減速的制動(dòng)力，還受地面附著(zhù)系數的制約。當制動(dòng)器產(chǎn)生的制動(dòng)力增大到一定值時(shí)，汽車(chē)輪胎將在地面上 出現滑移。據試驗證實(shí)，當車(chē)輪滑移率為15％～20％時(shí)附著(zhù)系數達到最大值（圖1），因此，為了取得最佳的制動(dòng)效果，一定要將車(chē)輪滑移率控制在15％～20％范圍內。ABS的工作原理是，依靠裝在各車(chē)輪上高靈敏度的車(chē)輪轉速傳感器（以及車(chē)身上的車(chē)速傳感器），通過(guò)計算機控制，一旦緊急制動(dòng)時(shí)發(fā)現某個(gè)車(chē)輪抱死，計算機立即指令壓力調節器使該輪的制動(dòng)分泵減壓，使車(chē)輪恢復轉動(dòng)（圖2）。ABS的工作過(guò)程實(shí)際上是抱死→松開(kāi)→抱死→松開(kāi)的循環(huán)工作過(guò)程，剎車(chē)在1s的時(shí)間內可作用60至120次，即相似于機械自動(dòng)化的“點(diǎn)剎”動(dòng)作，使車(chē)輪始終處于臨界抱死的間隙滾動(dòng)狀態(tài)（車(chē)輪滑移率在15%～20％范圍內，即圖1陰影部分）。從而提高制動(dòng)減速度，縮短制動(dòng)距離，但最重要的還是克服側滑和跑偏，保證汽車(chē)的方向穩定性，防止車(chē)身失控等情況的發(fā)生。

　　以上介紹的是單參數（輪速）控制ABS，還有一種雙參數（輪速、車(chē)速）控制ABS，它增加了一個(gè)車(chē)速傳感器測速雷達）。這種ABS可保證滑移率的理想控制，防抱制動(dòng)性能好，但由于增加了一個(gè)測速雷達，因此結構較復雜，成本也較高。根據ACEA（歐洲車(chē)輛制造協(xié)會(huì )）的調查，如今每一輛歐洲生產(chǎn)的新車(chē)都搭載了ABS系統，全世界有超過(guò)60%的新車(chē)擁有此項裝置。在我國，2005年頒布的《機動(dòng)車(chē)運行安全技術(shù)條件》（國家標準）規定：“從10月1日起，總質(zhì)量大于12000kg的長(cháng)途客車(chē)和旅游客車(chē)、總質(zhì)量大于16000kg允許掛接總質(zhì)量大于10000kg的掛車(chē)的貨車(chē)及總質(zhì)量大于10000kg的掛車(chē)必須安裝符合GB/T13594規定的ABS。”

　　二、BAS

　　制動(dòng)輔助系統BAS，英文全稱(chēng)Brake Assistant System。

　　BAS是ABS的有力補充。汽車(chē)在緊急情況下，盡管駕駛人員做出迅速反應，但往往不能對制動(dòng)踏板施加足夠的壓力，或者因為猶豫而使全力制動(dòng)過(guò)遲，甚至做出錯誤反應。如圖3所示，如果一直用很小的力踩下制動(dòng)踏板，要持續較長(cháng)的時(shí)間才能完全制動(dòng)，制動(dòng)行程較長(cháng)，稱(chēng)為制動(dòng)不足；如果在制動(dòng)的初期用了一個(gè)很小的制動(dòng)踏板力，且這個(gè)力的增加非常緩慢，也使得制動(dòng)起效滯后，稱(chēng)為制動(dòng)猶豫；而由BAS輔助完成的制動(dòng)效果大不一樣，制動(dòng)作用迅速起效，大大縮短了制動(dòng)距離。BAS根據駕駛人員踩下踏板的力度及速度，將制動(dòng)力適時(shí)加大，從而提供了一個(gè)有效、可靠、安全的制動(dòng)。

　　BAS電子控制單元從發(fā)動(dòng)機電控模塊ME、牽引系統控制模塊、BAS踏板行程傳感器、BAS釋放開(kāi)關(guān)等接收輸人信號，經(jīng)轉換處理后輸出到BAS電磁閥、BAS指示燈。電子控制單元根據輸人信號決定其控制模式：①若駕駛員踩制動(dòng)踏板的速度未達到啟動(dòng)BAS的規定值，則BAS制動(dòng)調壓器中的電磁閥處于一個(gè)基礎的位置，此時(shí)為常規操作模式；②當行駛速度高于8km/hld制動(dòng)踏板速度滿(mǎn)足激活系統的條件時(shí)，電子控制單元激活電磁閥，電磁閥立刻對壓力室和真空室加壓，從而施加最大制動(dòng)壓力，即使駕駛員只稍稍踩一下制動(dòng)踏板或未能給其施加最大壓力，這一過(guò)程仍可產(chǎn)生（圖4）。由于防抱制動(dòng)系統根據滑動(dòng)系數繼續精確地校準制動(dòng)力，從而使駕駛員仍可控制汽車(chē)駕駛，因此，在自動(dòng)緊急制動(dòng)過(guò)程中，車(chē)輪不會(huì )抱死；③當行駛速度小于3km/h或BAS持續工作時(shí)間大于20s時(shí)，BAS壓力減弱。如果駕駛員把腳從制動(dòng)踏板上挪開(kāi)，專(zhuān)用減壓裝置會(huì )關(guān)閉電磁閥，并立刻中止自動(dòng)助力作用。

　　在2000年生產(chǎn)的凌志LS400上開(kāi)始將BAS列為標準配備，它和ABS配合．工作，在緊急制動(dòng)的狀況下系統如感應到制動(dòng)踏板力不足時(shí)，BAS會(huì )自動(dòng)補償對制動(dòng)系統的施力，讓車(chē)輪盡早達到抱死狀態(tài)，以便激活ABS，使制動(dòng)距離達到最短。

　　在干燥路面上，由于駕駛員對踏板加壓不足，大多數駕駛員需要長(cháng)達73m的制動(dòng)距離才能使速度為100km/h的汽車(chē)停下來(lái)。相比之下，帶有BAS的汽車(chē)僅需40m即可停下來(lái)，即制動(dòng)距離縮短了45％。即使駕駛員稍有延誤后才施以最大制動(dòng)力，制動(dòng)輔助系統仍可使制動(dòng)距離縮短6m。

　　三、ASR（TCS）

　　牽引力控制系統TCS，英文全稱(chēng)Traction Control System，又叫做加速防滑系統ASR（Acceleration Slip Regulation）。

　　ASR和ABS的工作原理方面有許多共同之處，兩者合并使用可形成更佳效果，構成具有防車(chē)輪抱死和防驅動(dòng)輪打滑控制(ABS/ASR)系統。這套系統主要由輪速傳感器、ABS/ASR ECU控制器、ABS驅動(dòng)器、ASR驅動(dòng)器、副；節氣門(mén)控制器和主、副節氣門(mén)位置傳感器等組成。

　　在汽車(chē)起步、加速及行進(jìn)過(guò)程中，ECU根據輪速傳感器輸入的信號，當判定驅動(dòng)輪的打滑現象超過(guò)上限值時(shí)，就進(jìn)入防滑程序。首先控制發(fā)動(dòng)機動(dòng)力輸出，通過(guò)調整點(diǎn)火正時(shí)或節氣門(mén)開(kāi)度，來(lái)調節發(fā)動(dòng)機的輸出轉矩。當ECU判定需要對驅動(dòng)輪進(jìn)行介人時(shí)，會(huì )將信號傳送到ASR驅動(dòng)器對驅動(dòng)輪（一般是前輪）進(jìn)行控制，以防止驅動(dòng)輪打滑或使驅動(dòng)輪的滑轉率保持在安全范圍內。通常是根據汽車(chē)的行駛和車(chē)輪的滑轉狀況，對發(fā)動(dòng)機輸出功率和驅動(dòng)車(chē)輪制動(dòng)綜合協(xié)調控制，使驅動(dòng)車(chē)輪的滑轉率保持在理想的范圍之內，實(shí)現對驅動(dòng)輪牽引力的控制，以確保汽車(chē)在起步、加速及滑溜路面行駛時(shí)有良好的牽引性和行駛穩定性。第一款搭載ASR系統的新車(chē)型在1987年出現，奔馳S級轎車(chē)再度成為歷史的創(chuàng )造者。

　　四、ESP

　　電子穩定程序ESP，英文全稱(chēng)Electronic Stability Program。

　　ESP是現代汽車(chē)主動(dòng)安全性技術(shù)發(fā)展的里程碑，它綜合ABS、BAS和ASR3個(gè)系統的功能，讓駕駛員只要專(zhuān) 注于行車(chē)，讓計算機輕松應付各種突發(fā)狀況。ESP有別于A(yíng)BS與ASR僅能增加制動(dòng)與加速時(shí)的穩定性，ESP在行車(chē)過(guò)程中任何時(shí)刻都能將車(chē)輛在維持最佳的動(dòng)態(tài)平衡與行車(chē)路線(xiàn)上。

　　ESP系統的傳感器主要有轉向傳感器（監測方向盤(pán)轉動(dòng)角度以確定汽車(chē)行駛方向是否正確）、輪速傳感器（監測每個(gè)車(chē)輪的速度以確定車(chē)輪是否打滑）、搖擺速度傳感器（記錄汽車(chē)繞垂直軸線(xiàn)的運動(dòng)以確定汽車(chē)是否失去控制）與橫向加速度傳感器（測量過(guò)彎時(shí)的離心加速度以確定汽車(chē)是否在過(guò)彎時(shí)失去地面附著(zhù)力）?？刂茊卧獙鞲衅鳒y量的相關(guān)數據與預先儲存在控制程序中的標準技術(shù)數據進(jìn)行比較，確定轎車(chē)行駛狀態(tài)不穩定的程度及其原因，進(jìn)而控制一個(gè)或多個(gè)車(chē)輪制動(dòng)壓力的施加或釋放，必要時(shí)還對發(fā)動(dòng)機輸出扭矩作精準的調節，采取最有利的安全措施使汽車(chē)始終保持安全穩定的行駛狀態(tài)。

　　ESP的特點(diǎn)：①實(shí)時(shí)監控：ABS系統一般是在車(chē)輛制動(dòng)時(shí)發(fā)揮作用，ASR系統主要是在車(chē)輛起步和加速時(shí)發(fā)揮作用。而ESP則不同，它始終處于．工作狀態(tài)，能夠實(shí)時(shí)監控駕駛者的操控動(dòng)作、路面反應、汽車(chē)運動(dòng)狀態(tài)，并不斷向發(fā)動(dòng)機和制動(dòng)系統發(fā)出指令。②事先提醒：當駕駛者操作不當或路面異常時(shí)，ESP會(huì )用警告燈警示駕駛者。

　　延續過(guò)去ABS與ASR誕生時(shí)的慣例，奔馳S級轎車(chē)還是首先使用ESP系統的轎車(chē)型（1995年），4年后梅賽德斯—奔馳公司就正式宣布全車(chē)系都將ESP列為標準配備。寶馬與奧迪也于2001年也宣布全車(chē)系都將ESP列為標準配備。梅賽德斯—奔馳公司根據德國聯(lián)邦統計局(SBA)的交通事故統計數據指出，梅賽德斯—奔馳牌轎車(chē)安裝上ESP系統后，明顯地降低了事故發(fā)生率。在2000/2001統計年度新登記注冊的梅賽德斯—奔馳牌轎車(chē)與1999/2000年度登記注冊的沒(méi)有安裝ESP系統的同類(lèi)轎車(chē)相比較，事故率降低了15%而在同一時(shí)期，其他世界著(zhù)名汽車(chē)制造商轎車(chē)事故率平均降低了11%。顯然ESP系統使梅賽德斯—奔馳牌轎車(chē)的事故率的降低程度比其他品牌轎車(chē)低了4%。

　　目前ESM3種類(lèi)型：①能向4個(gè)車(chē)輪獨立施加制動(dòng)力的四通道系統；②對兩個(gè)前輪獨立施加制動(dòng)力的雙通道系統；③能對兩個(gè)前輪獨立施加制動(dòng)力和對后輪同時(shí)施加制動(dòng)力的三通道系統。每種系統的成本不同，雖然四通道的系統要貴一些，但效果較好，所以現在的中高級車(chē)多采用的是四通道的系統。

　　2004年，中國新車(chē)的ESP系統裝備率還只有3%，而同期，歐盟地區的新車(chē)ESP裝備率已達35%，隨著(zhù)人們對車(chē)輛安全性的要求日益提高，相信ESP將如同今日的ABS系統一樣，成為車(chē)輛的標準裝備。

　　五、ESD

　　電子制動(dòng)力分配系統EBD，英文全稱(chēng)Electronic Brake Distribution。

　　EBD的工作原理是用高速計算機在汽車(chē)制動(dòng)的瞬間，利用傳感器分別對4只輪胎附著(zhù)的不同地面進(jìn)行感應、計算，得出不同的附著(zhù)力數值，進(jìn)而控制4只輪胎制動(dòng)裝置以不同的方式和力量實(shí)施制動(dòng)，并在運動(dòng)中快速調整，使制動(dòng)力與附著(zhù)力相匹配，從而保證車(chē)輛的平穩、安全。EBD通常是防抱死制動(dòng)系統ABS的附加裝置，在汽車(chē)緊急制動(dòng)、車(chē)輪將抱死的情況下，EBD在A(yíng)BS動(dòng)作之前就已經(jīng)平衡了每一只輪胎的有效地面附著(zhù)力，防止出現甩尾和側滑。配備EBD的ABS,各車(chē)輪由于有最理想的制動(dòng)力分配，可進(jìn)一步縮短汽車(chē)緊急制動(dòng)時(shí)的制動(dòng)距離。

　　六、CBC

　　彎道制動(dòng)控制系統CBC，英文全稱(chēng)Curving Braking Control System。

　　輪胎是車(chē)輛與地面作用的物質(zhì)承擔者，所以輪胎 與地面的接觸力學(xué)特性決定了汽車(chē)動(dòng)力學(xué)特性。根據庫侖摩擦定律，對于特定的路面條件和輪胎，地面的附著(zhù)力是一定的，為縱向附著(zhù)力與橫向附著(zhù)力的矢量和?？v向附著(zhù)力影響制動(dòng)距離，而橫向附著(zhù)力決定了制動(dòng)過(guò)程的穩定性，很顯然兩者是互相制約的。汽車(chē)在彎道上制動(dòng)時(shí)，由于有離心力的作用，制動(dòng)過(guò)程的穩定性間題顯得更突出。如何使車(chē)輛在轉向制動(dòng)時(shí)在橫向穩定性和制動(dòng)效能之間有較好的平衡，傳統的ABS是無(wú)法實(shí)現的，這也正是彎道制動(dòng)控制所要解決的問(wèn)題。

　　汽車(chē)在彎道行駛時(shí)，由于離心力的作用和車(chē)身的側傾，使外側車(chē)輪受到的垂直載荷比內側車(chē)輪的大，要獲得較大的制動(dòng)力，就需要對兩側輪缸的制動(dòng)力進(jìn)行調整。因此，CBC就是借助于A(yíng)BS對兩側輪缸壓力的調整 來(lái)實(shí)現轉彎制動(dòng)控制的。為實(shí)現上述制動(dòng)力的調節，在原有ABS硬件基礎上．增加4個(gè)輪缸壓力傳感器，一個(gè)橫擺角速度傳感器，一個(gè)車(chē)輛加速度傳感器及一個(gè)轉向角傳感器。CBC實(shí)現了對每個(gè)車(chē)輪的獨立控制，既保證了制動(dòng)過(guò)程的穩定性，又保證了具有足夠的制動(dòng)強度，使汽車(chē)在彎道上的制動(dòng)性能和在直線(xiàn)道路上一樣。2001年寶馬公司推出的X54.6is型SUV車(chē)上就裝備了CBC，使其在彎道上行駛時(shí)同樣具有優(yōu)良的制動(dòng)控制性能，它是一款性能優(yōu)良的運動(dòng)型多用途車(chē)。

　　七、ESS

　　電子控制懸架系統ESS，英文全稱(chēng)Electronic Suspension System。

　　普通的懸架系統必須在舒適性和操縱性中進(jìn)行折衷。緩沖性能越好，車(chē)輛的減振性能越好，但操控性越差，自然也會(huì )影響到制動(dòng)距離。

　　電子控制懸架系統利用電子技術(shù)來(lái)提高底盤(pán)懸架的技術(shù)水平，與一般懸架系統相比，車(chē)輛的安全性和舒適性大大提高。電子控制懸架系統能根據不斷變化的道路狀況對·阻尼系數和車(chē)身高度進(jìn)行調整。在顛簸不平的道路上，電子控制懸架系統可以通過(guò)升高車(chē)身和采用自動(dòng)電子阻尼控制技術(shù)，明顯地提高駕乘人員的舒適性。而在高速公路上它會(huì )自動(dòng)降低車(chē)身高度，減小風(fēng)阻系數，同時(shí)在必要時(shí)通過(guò)調整阻尼系數來(lái)改善汽車(chē)的操縱穩定性。如果轉向穩定性提高，后輪將傳遞更大的制動(dòng)力，從而縮短制動(dòng)距離。

　　據德國保險業(yè)協(xié)會(huì )、汽車(chē)安全學(xué)會(huì )分析了導致嚴重傷亡交通事故的原因后的研究顯示，60%的死亡交通事故是由于側面撞車(chē)引起的，30％～40％是由于超速行駛、突然轉向或操作不當引發(fā)的。我們有理由相信ABS及其衍生的ASR、ESP等電子控制主動(dòng)安全系統能大幅度降低緊急狀況發(fā)生車(chē)輛失去控制的機率，保證乘員的安全。