車輛電控主動(dòng)安全系統(tǒng)

　　車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(hù)乘員，而另一種是主動(dòng)安全，即提高車輛行駛的穩(wěn)定性，要求防范事故于未然。利用電子控制技術(shù)來(lái)提高車輛主動(dòng)安全系統(tǒng)的性能并擴(kuò)展其功能已得到廣泛的應(yīng)用和發(fā)展，現(xiàn)代車輛電子控制主動(dòng)安全系統(tǒng)主要包括ABS、BAS、ASR（TCS）、ESP等。

　　一、ABS

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

　　制動(dòng)時(shí)方向的穩(wěn)定性，是指汽車制動(dòng)時(shí)仍能按指定方向的軌跡行駛。當(dāng)汽車高速行駛時(shí)，如果因?yàn)榫o急制動(dòng)而使車輪完全不能轉(zhuǎn)動(dòng)（專業(yè)術(shù)語(yǔ)稱之為“車輪抱死”），那是非常危險(xiǎn)的。若前輪抱死，將使汽車失去轉(zhuǎn)向能力；若后輪抱死，將會(huì)出現(xiàn)跑偏、側(cè)滑甚至甩尾，對(duì)行車安全造成極大的危害。

　　汽車的制動(dòng)力取決于制動(dòng)器的摩擦力，但能使汽車制動(dòng)減速的制動(dòng)力，還受地面附著系數(shù)的制約。當(dāng)制動(dòng)器產(chǎn)生的制動(dòng)力增大到一定值時(shí)，汽車輪胎將在地面上 出現(xiàn)滑移。據(jù)試驗(yàn)證實(shí)，當(dāng)車輪滑移率為15％～20％時(shí)附著系數(shù)達(dá)到最大值（圖1），因此，為了取得最佳的制動(dòng)效果，一定要將車輪滑移率控制在15％～20％范圍內(nèi)。ABS的工作原理是，依靠裝在各車輪上高靈敏度的車輪轉(zhuǎn)速傳感器（以及車身上的車速傳感器），通過計(jì)算機(jī)控制，一旦緊急制動(dòng)時(shí)發(fā)現(xiàn)某個(gè)車輪抱死，計(jì)算機(jī)立即指令壓力調(diào)節(jié)器使該輪的制動(dòng)分泵減壓，使車輪恢復(fù)轉(zhuǎn)動(dòng)（圖2）。ABS的工作過程實(shí)際上是抱死→松開→抱死→松開的循環(huán)工作過程，剎車在1s的時(shí)間內(nèi)可作用60至120次，即相似于機(jī)械自動(dòng)化的“點(diǎn)剎”動(dòng)作，使車輪始終處于臨界抱死的間隙滾動(dòng)狀態(tài)（車輪滑移率在15%～20％范圍內(nèi)，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(cè)滑和跑偏，保證汽車的方向穩(wěn)定性，防止車身失控等情況的發(fā)生。

　　以上介紹的是單參數(shù)（輪速）控制ABS，還有一種雙參數(shù)（輪速、車速）控制ABS，它增加了一個(gè)車速傳感器測(cè)速雷達(dá)）。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(cè)速雷達(dá)，因此結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，成本也較高。根據(jù)ACEA（歐洲車輛制造協(xié)會(huì)）的調(diào)查，如今每一輛歐洲生產(chǎn)的新車都搭載了ABS系統(tǒng)，全世界有超過60%的新車擁有此項(xiàng)裝置。在我國(guó)，2005年頒布的《機(jī)動(dòng)車運(yùn)行安全技術(shù)條件》（國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)）規(guī)定：“從10月1日起，總質(zhì)量大于12000kg的長(zhǎng)途客車和旅游客車、總質(zhì)量大于16000kg允許掛接總質(zhì)量大于10000kg的掛車的貨車及總質(zhì)量大于10000kg的掛車必須安裝符合GB/T13594規(guī)定的ABS。”

　　二、BAS

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

　　BAS是ABS的有力補(bǔ)充。汽車在緊急情況下，盡管駕駛?cè)藛T做出迅速反應(yīng)，但往往不能對(duì)制動(dòng)踏板施加足夠的壓力，或者因?yàn)楠q豫而使全力制動(dòng)過遲，甚至做出錯(cuò)誤反應(yīng)。如圖3所示，如果一直用很小的力踩下制動(dòng)踏板，要持續(xù)較長(zhǎng)的時(shí)間才能完全制動(dòng)，制動(dòng)行程較長(zhǎng)，稱為制動(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(jù)駕駛?cè)藛T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(jī)電控模塊ME、牽引系統(tǒng)控制模塊、BAS踏板行程傳感器、BAS釋放開關(guān)等接收輸人信號(hào)，經(jīng)轉(zhuǎn)換處理后輸出到BAS電磁閥、BAS指示燈。電子控制單元根據(jù)輸人信號(hào)決定其控制模式：①若駕駛員踩制動(dòng)踏板的速度未達(dá)到啟動(dòng)BAS的規(guī)定值，則BAS制動(dòng)調(diào)壓器中的電磁閥處于一個(gè)基礎(chǔ)的位置，此時(shí)為常規(guī)操作模式；②當(dāng)行駛速度高于8km/hld制動(dòng)踏板速度滿足激活系統(tǒng)的條件時(shí)，電子控制單元激活電磁閥，電磁閥立刻對(duì)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，這一過程仍可產(chǎn)生（圖4）。由于防抱制動(dòng)系統(tǒng)根據(jù)滑動(dòng)系數(shù)繼續(xù)精確地校準(zhǔn)制動(dòng)力，從而使駕駛員仍可控制汽車駕駛，因此，在自動(dòng)緊急制動(dòng)過程中，車輪不會(huì)抱死；③當(dāng)行駛速度小于3km/h或BAS持續(xù)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，專用減壓裝置會(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上開始將BAS列為標(biāo)準(zhǔn)配備，它和ABS配合．工作，在緊急制動(dòng)的狀況下系統(tǒng)如感應(yīng)到制動(dòng)踏板力不足時(shí)，BAS會(huì)自動(dòng)補(bǔ)償對(duì)制動(dòng)系統(tǒng)的施力，讓車輪盡早達(dá)到抱死狀態(tài)，以便激活A(yù)BS，使制動(dòng)距離達(dá)到最短。

　　在干燥路面上，由于駕駛員對(duì)踏板加壓不足，大多數(shù)駕駛員需要長(zhǎng)達(dá)73m的制動(dòng)距離才能使速度為100km/h的汽車停下來(lái)。相比之下，帶有BAS的汽車僅需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(tǒng)仍可使制動(dòng)距離縮短6m。

　　三、ASR（TCS）

　　牽引力控制系統(tǒng)TCS，英文全稱Traction Control System，又叫做加速防滑系統(tǒng)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(gòu)成具有防車輪抱死和防驅(qū)動(dòng)輪打滑控制(ABS/ASR)系統(tǒng)。這套系統(tǒng)主要由輪速傳感器、ABS/ASR ECU控制器、ABS驅(qū)動(dòng)器、ASR驅(qū)動(dòng)器、副；節(jié)氣門控制器和主、副節(jié)氣門位置傳感器等組成。

　　在汽車起步、加速及行進(jìn)過程中，ECU根據(jù)輪速傳感器輸入的信號(hào)，當(dāng)判定驅(qū)動(dòng)輪的打滑現(xiàn)象超過上限值時(shí)，就進(jìn)入防滑程序。首先控制發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力輸出，通過調(diào)整點(diǎn)火正時(shí)或節(jié)氣門開度，來(lái)調(diào)節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩。當(dāng)ECU判定需要對(duì)驅(qū)動(dòng)輪進(jìn)行介人時(shí)，會(huì)將信號(hào)傳送到ASR驅(qū)動(dòng)器對(duì)驅(qū)動(dòng)輪（一般是前輪）進(jìn)行控制，以防止驅(qū)動(dòng)輪打滑或使驅(qū)動(dòng)輪的滑轉(zhuǎn)率保持在安全范圍內(nèi)。通常是根據(jù)汽車的行駛和車輪的滑轉(zhuǎn)狀況，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)輸出功率和驅(qū)動(dòng)車輪制動(dòng)綜合協(xié)調(diào)控制，使驅(qū)動(dòng)車輪的滑轉(zhuǎn)率保持在理想的范圍之內(nèi)，實(shí)現(xiàn)對(duì)驅(qū)動(dòng)輪牽引力的控制，以確保汽車在起步、加速及滑溜路面行駛時(shí)有良好的牽引性和行駛穩(wěn)定性。第一款搭載ASR系統(tǒng)的新車型在1987年出現(xiàn)，奔馳S級(jí)轎車再度成為歷史的創(chuàng)造者。

　　四、ESP

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

　　ESP是現(xiàn)代汽車主動(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(tǒng)的功能，讓駕駛員只要專 注于行車，讓計(jì)算機(jī)輕松應(yīng)付各種突發(fā)狀況。ESP有別于ABS與ASR僅能增加制動(dòng)與加速時(shí)的穩(wěn)定性，ESP在行車過程中任何時(shí)刻都能將車輛在維持最佳的動(dòng)態(tài)平衡與行車路線上。

　　ESP系統(tǒng)的傳感器主要有轉(zhuǎn)向傳感器（監(jiān)測(cè)方向盤轉(zhuǎn)動(dòng)角度以確定汽車行駛方向是否正確）、輪速傳感器（監(jiān)測(cè)每個(gè)車輪的速度以確定車輪是否打滑）、搖擺速度傳感器（記錄汽車?yán)@垂直軸線的運(yùn)動(dòng)以確定汽車是否失去控制）與橫向加速度傳感器（測(cè)量過彎時(shí)的離心加速度以確定汽車是否在過彎時(shí)失去地面附著力）?？刂茊卧獙鞲衅鳒y(cè)量的相關(guān)數(shù)據(jù)與預(yù)先儲(chǔ)存在控制程序中的標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，確定轎車行駛狀態(tài)不穩(wěn)定的程度及其原因，進(jìn)而控制一個(gè)或多個(gè)車輪制動(dòng)壓力的施加或釋放，必要時(shí)還對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)輸出扭矩作精準(zhǔn)的調(diào)節(jié)，采取最有利的安全措施使汽車始終保持安全穩(wěn)定的行駛狀態(tài)。

　　ESP的特點(diǎn)：①實(shí)時(shí)監(jiān)控：ABS系統(tǒng)一般是在車輛制動(dòng)時(shí)發(fā)揮作用，ASR系統(tǒng)主要是在車輛起步和加速時(shí)發(fā)揮作用。而ESP則不同，它始終處于．工作狀態(tài)，能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)控駕駛者的操控動(dòng)作、路面反應(yīng)、汽車運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，并不斷向發(fā)動(dòng)機(jī)和制動(dòng)系統(tǒng)發(fā)出指令。②事先提醒：當(dāng)駕駛者操作不當(dāng)或路面異常時(shí)，ESP會(huì)用警告燈警示駕駛者。

　　延續(xù)過去ABS與ASR誕生時(shí)的慣例，奔馳S級(jí)轎車還是首先使用ESP系統(tǒng)的轎車型（1995年），4年后梅賽德斯—奔馳公司就正式宣布全車系都將ESP列為標(biāo)準(zhǔn)配備。寶馬與奧迪也于2001年也宣布全車系都將ESP列為標(biāo)準(zhǔn)配備。梅賽德斯—奔馳公司根據(jù)德國(guó)聯(lián)邦統(tǒng)計(jì)局(SBA)的交通事故統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)指出，梅賽德斯—奔馳牌轎車安裝上ESP系統(tǒng)后，明顯地降低了事故發(fā)生率。在2000/2001統(tǒng)計(jì)年度新登記注冊(cè)的梅賽德斯—奔馳牌轎車與1999/2000年度登記注冊(cè)的沒有安裝ESP系統(tǒng)的同類轎車相比較，事故率降低了15%而在同一時(shí)期，其他世界著名汽車制造商轎車事故率平均降低了11%。顯然ESP系統(tǒng)使梅賽德斯—奔馳牌轎車的事故率的降低程度比其他品牌轎車低了4%。

　　目前ESM3種類型：①能向4個(gè)車輪獨(dú)立施加制動(dòng)力的四通道系統(tǒng)；②對(duì)兩個(gè)前輪獨(dú)立施加制動(dòng)力的雙通道系統(tǒng)；③能對(duì)兩個(gè)前輪獨(dú)立施加制動(dòng)力和對(duì)后輪同時(shí)施加制動(dòng)力的三通道系統(tǒng)。每種系統(tǒng)的成本不同，雖然四通道的系統(tǒng)要貴一些，但效果較好，所以現(xiàn)在的中高級(jí)車多采用的是四通道的系統(tǒng)。

　　2004年，中國(guó)新車的ESP系統(tǒng)裝備率還只有3%，而同期，歐盟地區(qū)的新車ESP裝備率已達(dá)35%，隨著人們對(duì)車輛安全性的要求日益提高，相信ESP將如同今日的ABS系統(tǒng)一樣，成為車輛的標(biāo)準(zhǔn)裝備。

　　五、ESD

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

　　EBD的工作原理是用高速計(jì)算機(jī)在汽車制動(dòng)的瞬間，利用傳感器分別對(duì)4只輪胎附著的不同地面進(jìn)行感應(yīng)、計(jì)算，得出不同的附著力數(shù)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(yùn)動(dòng)中快速調(diào)整，使制動(dòng)力與附著力相匹配，從而保證車輛的平穩(wěn)、安全。EBD通常是防抱死制動(dòng)系統(tǒng)ABS的附加裝置，在汽車緊急制動(dòng)、車輪將抱死的情況下，EBD在ABS動(dòng)作之前就已經(jīng)平衡了每一只輪胎的有效地面附著力，防止出現(xiàn)甩尾和側(cè)滑。配備EBD的ABS,各車輪由于有最理想的制動(dòng)力分配，可進(jìn)一步縮短汽車緊急制動(dòng)時(shí)的制動(dòng)距離。

　　六、CBC

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

　　輪胎是車輛與地面作用的物質(zhì)承擔(dān)者，所以輪胎 與地面的接觸力學(xué)特性決定了汽車動(dòng)力學(xué)特性。根據(jù)庫(kù)侖摩擦定律，對(duì)于特定的路面條件和輪胎，地面的附著力是一定的，為縱向附著力與橫向附著力的矢量和。縱向附著力影響制動(dòng)距離，而橫向附著力決定了制動(dòng)過程的穩(wěn)定性，很顯然兩者是互相制約的。汽車在彎道上制動(dòng)時(shí)，由于有離心力的作用，制動(dòng)過程的穩(wěn)定性間題顯得更突出。如何使車輛在轉(zhuǎn)向制動(dòng)時(shí)在橫向穩(wěn)定性和制動(dòng)效能之間有較好的平衡，傳統(tǒng)的ABS是無(wú)法實(shí)現(xiàn)的，這也正是彎道制動(dòng)控制所要解決的問題。

　　汽車在彎道行駛時(shí)，由于離心力的作用和車身的側(cè)傾，使外側(cè)車輪受到的垂直載荷比內(nèi)側(cè)車輪的大，要獲得較大的制動(dòng)力，就需要對(duì)兩側(cè)輪缸的制動(dòng)力進(jìn)行調(diào)整。因此，CBC就是借助于ABS對(duì)兩側(cè)輪缸壓力的調(diào)整 來(lái)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)彎制動(dòng)控制的。為實(shí)現(xiàn)上述制動(dòng)力的調(diào)節(jié)，在原有ABS硬件基礎(chǔ)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)車輛加速度傳感器及一個(gè)轉(zhuǎn)向角傳感器。CBC實(shí)現(xiàn)了對(duì)每個(gè)車輪的獨(dú)立控制，既保證了制動(dòng)過程的穩(wěn)定性，又保證了具有足夠的制動(dòng)強(qiáng)度，使汽車在彎道上的制動(dòng)性能和在直線道路上一樣。2001年寶馬公司推出的X54.6is型SUV車上就裝備了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(yùn)動(dòng)型多用途車。

　　七、ESS

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

　　普通的懸架系統(tǒng)必須在舒適性和操縱性中進(jìn)行折衷。緩沖性能越好，車輛的減振性能越好，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(tǒng)利用電子技術(shù)來(lái)提高底盤懸架的技術(shù)水平，與一般懸架系統(tǒng)相比，車輛的安全性和舒適性大大提高。電子控制懸架系統(tǒng)能根據(jù)不斷變化的道路狀況對(duì)·阻尼系數(shù)和車身高度進(jìn)行調(diào)整。在顛簸不平的道路上，電子控制懸架系統(tǒng)可以通過升高車身和采用自動(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)降低車身高度，減小風(fēng)阻系數(shù)，同時(shí)在必要時(shí)通過調(diào)整阻尼系數(shù)來(lái)改善汽車的操縱穩(wěn)定性。如果轉(zhuǎn)向穩(wěn)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(jù)德國(guó)保險(xiǎn)業(yè)協(xié)會(huì)、汽車安全學(xué)會(huì)分析了導(dǎo)致嚴(yán)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(cè)面撞車引起的，30％～40％是由于超速行駛、突然轉(zhuǎn)向或操作不當(dāng)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(tǒng)能大幅度降低緊急狀況發(fā)生車輛失去控制的機(jī)率，保證乘員的安全。