汽車(chē)防滑控制系統(tǒng)ABS/ASR基本原理及發(fā)展趨勢(shì)

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(tǒng)）是在制動(dòng)期間控制和監(jiān)視汽車(chē)速度的電子控制系統(tǒng)。在汽車(chē)制動(dòng)的過(guò)程中，它通過(guò)常規(guī)制動(dòng)系統(tǒng)起作用，能夠自動(dòng)地控制車(chē)輪在旋轉(zhuǎn)方向上的打滑，并把相應(yīng)的滑移率控制在最佳范圍之內(nèi)，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(duì)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，即地面附著力。只有當(dāng)汽車(chē)有足夠的制動(dòng)器制動(dòng)力及地面附著力時(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(zhuǎn)動(dòng)線速度（輪速）之間存在著速度差，也就是車(chē)輪與地面之間有滑移現(xiàn)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(yàn)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(wěn)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系數(shù)μB及側(cè)向附著系數(shù)μS的關(guān)系呈一定的非線性曲線關(guān)系，見(jiàn)圖1制動(dòng)控制區(qū)?；坡蔛=0時(shí)，汽車(chē)處于非制動(dòng)狀態(tài)，縱向附著系數(shù)μB=0，側(cè)向附著系數(shù)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(dāng)滑移率S達(dá)到某個(gè)數(shù)值時(shí)，μB達(dá)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(shù)值，μS≈0縱向附著力不大，側(cè)向附著能力幾乎盡失，汽車(chē)的制動(dòng)穩(wěn)定性、方向穩(wěn)定性和轉(zhuǎn)向能力將完全喪失。

滑移率S在0～Sk區(qū)間，可保證穩(wěn)定制動(dòng)，稱(chēng)為穩(wěn)定區(qū)；在Sk至100%區(qū)間為不穩(wěn)定區(qū)，當(dāng)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(dāng)滑移率S處于10%～30%之間時(shí)，縱向附著系數(shù)μB處于峰值范圍，側(cè)向附著系數(shù)μS也比較大，可以同時(shí)得到較大的縱向和側(cè)向附著力，是安全制動(dòng)的理想工作區(qū)域。

ABS的基本原理就是通過(guò)調(diào)節(jié)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(dāng)?shù)姆秶鷥?nèi)，車(chē)輪滑移率控制在10%～30%的穩(wěn)定制動(dòng)區(qū)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)輪附著力，大大提高制動(dòng)效能。

1.2 ASR的基本原理

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

汽車(chē)的行駛受行駛牽引力和附著力的限制，即要滿足

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

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

目前，ASR常用的控制方法有種：一是調(diào)整發(fā)動(dòng)機(jī)加在驅(qū)動(dòng)輪上的轉(zhuǎn)矩的發(fā)動(dòng)機(jī)控制。汽油機(jī)常通過(guò)控制燃油噴射量、點(diǎn)火時(shí)間、節(jié)氣門(mén)開(kāi)度來(lái)減低其輸出轉(zhuǎn)矩；柴油機(jī)常通過(guò)控制燃油噴射量來(lái)減低其輸出轉(zhuǎn)矩。二是對(duì)發(fā)生打滑的驅(qū)動(dòng)輪直接施加制動(dòng)的制動(dòng)控制。如果驅(qū)動(dòng)輪在不同附著系數(shù)的路面上，通過(guò)對(duì)打滑的驅(qū)動(dòng)輪實(shí)施制動(dòng)，降低滑移率，提高驅(qū)動(dòng)力。對(duì)于附著系數(shù)相同的路面，可通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)控制來(lái)實(shí)現(xiàn)防驅(qū)動(dòng)輪打滑，也可對(duì)打滑的兩驅(qū)動(dòng)輪實(shí)施制動(dòng)；為防止制動(dòng)蹄過(guò)熱，當(dāng)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(jī)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(diào)節(jié)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(yīng)的擴(kuò)展即可用于ASR裝置。在 ABS的基礎(chǔ)上，只需添加ASR電磁閥，即可對(duì)過(guò)分滑轉(zhuǎn)的車(chē)輪實(shí)施制動(dòng)。對(duì)電控發(fā)動(dòng)機(jī)來(lái)說(shuō)，通過(guò)總線就可控制發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出力矩。非電控發(fā)動(dòng)機(jī)，只需增加一些傳感器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)，就可控制發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出力矩?；诖耍ǔ０讯哂袡C(jī)地結(jié)合起來(lái)，形成汽車(chē)ABS/ASR防滑控制系統(tǒng)。