汽車(chē)防滑控制系統ABS/ASR基本原理及發(fā)展趨勢

1 ABS/ASR的基本原理

1.1 ABS的基本原理

ABS（Anti-lock Braking System，即防抱死制動(dòng)系統）是在制動(dòng)期間控制和監視汽車(chē)速度的電子控制系統。在汽車(chē)制動(dòng)的過(guò)程中，它通過(guò)常規制動(dòng)系統起作用，能夠自動(dòng)地控制車(chē)輪在旋轉方向上的打滑，并把相應的滑移率控制在最佳范圍之內，可提高汽車(chē)的主動(dòng)安全性。

在汽車(chē)的制動(dòng)過(guò)程中，使汽車(chē)制動(dòng)而減速行駛的外力是路面作用于輪胎胎面上的地面制動(dòng)力。但地面制動(dòng)力取決于兩個(gè)摩擦副的摩擦力：一是制動(dòng)裝置對車(chē)輪的摩擦力，即制動(dòng)器制動(dòng)力；另一個(gè)是輪胎與路面間的摩擦力，即地面附著(zhù)力。只有當汽車(chē)有足夠的制動(dòng)器制動(dòng)力及地面附著(zhù)力時(shí)，才能獲得足夠的地面制動(dòng)力。

汽車(chē)制動(dòng)過(guò)程中，車(chē)速和車(chē)輪轉動(dòng)線(xiàn)速度（輪速）之間存在著(zhù)速度差，也就是車(chē)輪與地面之間有滑移現象。一般用滑移率S來(lái)表示滑移的程度

式中：u―車(chē)速；w―輪速。

試驗和理論分析表明：在制動(dòng)過(guò)程中，滑移率S是與制動(dòng)的距離、制動(dòng)時(shí)的方向可控性和制動(dòng)的平穩性密切相關(guān)的可控制的量。其原因在于滑移率與汽車(chē)和地面間的縱向附著(zhù)系數μB及側向附著(zhù)系數μS的關(guān)系呈一定的非線(xiàn)性曲線(xiàn)關(guān)系，見(jiàn)圖1制動(dòng)控制區?；坡蔛=0時(shí)，汽車(chē)處于非制動(dòng)狀態(tài)，縱向附著(zhù)系數μB=0，側向附著(zhù)系數μS處于最大值；汽車(chē)處于制動(dòng)狀態(tài)時(shí)，μB隨滑移率S的增大而增大，μS隨滑移率S的增大而減小，當滑移率S達到某個(gè)數值時(shí)，μB達到最大，這時(shí)的滑移率稱(chēng)為最佳滑移率（用SK表示）；之后隨著(zhù)滑移率的增大，μB和μS不斷減小，滑移率S=100%時(shí)，車(chē)輪完全抱死，μB降到一數值，μS≈0縱向附著(zhù)力不大，側向附著(zhù)能力幾乎盡失，汽車(chē)的制動(dòng)穩定性、方向穩定性和轉向能力將完全喪失。

滑移率S在0～Sk區間，可保證穩定制動(dòng)，稱(chēng)為穩定區；在Sk至100%區間為不穩定區，當滑移率S超過(guò)Sk后，車(chē)輪很快就會(huì )進(jìn)入抱死狀態(tài)。當滑移率S處于10%～30%之間時(shí)，縱向附著(zhù)系數μB處于峰值范圍，側向附著(zhù)系數μS也比較大，可以同時(shí)得到較大的縱向和側向附著(zhù)力，是安全制動(dòng)的理想工作區域。

ABS的基本原理就是通過(guò)調節制動(dòng)管路的壓力，控制車(chē)輪制動(dòng)器的制動(dòng)力，使汽車(chē)在緊急制動(dòng)時(shí)，輪速保持在適當的范圍內，車(chē)輪滑移率控制在10%～30%的穩定制動(dòng)區段上，車(chē)輪不被抱死，既能保持最大的制動(dòng)力，又能充分利用車(chē)輪附著(zhù)力，大大提高制動(dòng)效能。

1.2 ASR的基本原理

ASR（Anti-Slip Regulation，即驅動(dòng)防滑系統）也叫自動(dòng)牽引力控制TCS（Traction Control System），是一套在A(yíng)BS基礎上發(fā)展起來(lái)，與ABS一起對打滑的驅動(dòng)輪進(jìn)行控制的系統。

汽車(chē)的行駛受行駛牽引力和附著(zhù)力的限制，即要滿(mǎn)足

式中：∑Ff――汽車(chē)行駛阻力；F1――汽車(chē)牽引力；Fφ――汽車(chē)附著(zhù)力。

如果路面的附著(zhù)系數很小，容易使汽車(chē)的牽引力超過(guò)輪胎與路面間的附著(zhù)極限（即Ft>Fφ），產(chǎn)生驅動(dòng)輪過(guò)度滑轉，后輪驅動(dòng)的汽車(chē)將可能甩尾，前輪驅動(dòng)的汽車(chē)則容易方向失控，導致汽車(chē)向一側偏移。驅動(dòng)防滑的基本原理與制動(dòng)防滑相似，根據地面附著(zhù)系數和車(chē)輪滑移率的關(guān)系曲線(xiàn)（見(jiàn)圖1驅動(dòng)控制區），把車(chē)輪滑移率控制在一定范圍內，提高地面附著(zhù)力的利用率，改善驅動(dòng)性能。

目前，ASR常用的控制方法有種：一是調整發(fā)動(dòng)機加在驅動(dòng)輪上的轉矩的發(fā)動(dòng)機控制。汽油機常通過(guò)控制燃油噴射量、點(diǎn)火時(shí)間、節氣門(mén)開(kāi)度來(lái)減低其輸出轉矩；柴油機常通過(guò)控制燃油噴射量來(lái)減低其輸出轉矩。二是對發(fā)生打滑的驅動(dòng)輪直接施加制動(dòng)的制動(dòng)控制。如果驅動(dòng)輪在不同附著(zhù)系數的路面上，通過(guò)對打滑的驅動(dòng)輪實(shí)施制動(dòng)，降低滑移率，提高驅動(dòng)力。對于附著(zhù)系數相同的路面，可通過(guò)發(fā)動(dòng)機控制來(lái)實(shí)現防驅動(dòng)輪打滑，也可對打滑的兩驅動(dòng)輪實(shí)施制動(dòng)；為防止制動(dòng)蹄過(guò)熱，當車(chē)速高于一定值時(shí)，制動(dòng)控制將不起作用，要依靠發(fā)動(dòng)機控制。

ASR與ABS有十分密切的聯(lián)系，是ABS的自然延伸。二者在技術(shù)上比較接近，部分軟、硬件可以共用。ABS所用的傳感器和壓力調節器均可為ASR所利用，ABS的電子控制裝置只需要在功能上進(jìn)行相應的擴展即可用于A(yíng)SR裝置。在 ABS的基礎上，只需添加ASR電磁閥，即可對過(guò)分滑轉的車(chē)輪實(shí)施制動(dòng)。對電控發(fā)動(dòng)機來(lái)說(shuō)，通過(guò)總線(xiàn)就可控制發(fā)動(dòng)機的輸出力矩。非電控發(fā)動(dòng)機，只需增加一些傳感器和執行機構，就可控制發(fā)動(dòng)機的輸出力矩?；诖?，通常把二者有機地結合起來(lái)，形成汽車(chē)ABS/ASR防滑控制系統。