【正文】 技術(shù)，大規(guī)模集成電路的發(fā)展和微型計(jì)算機(jī)的應(yīng)用，ABS 的控制技術(shù)日趨成熟。 1978年德國(guó)的 Bosch 公司與 MercedesBenz 公司合作，將處理器引入到 ABS 的控制中，開(kāi)發(fā)了 MercedesBenz/BoscABS2B 型三通道防抱死制動(dòng)系統(tǒng)，并批量裝于奔馳小汽車上。此后，ABS 技術(shù)得到快速發(fā)展，發(fā)達(dá)國(guó)家汽車裝備 ABS 的數(shù)量逐步增加。據(jù)估計(jì)，20 世紀(jì)初美國(guó)的汽車基本裝備了該系統(tǒng)，全世界汽車 ABS 裝備的比率將達(dá)到 90%以上。 為了改善交通安全狀況，各國(guó)還紛紛通過(guò)立法和采用其他行政措施促進(jìn)ABS 的應(yīng)用。1987 年前歐洲體共同頒布的法規(guī)規(guī)定，自 1989年起，歐洲體成員國(guó)汽車廠凡申請(qǐng)新車型許可證時(shí)，所有新車必須裝備 ABS；同時(shí)規(guī)定：自1991年開(kāi)始，歐洲體成員國(guó)凡 16t上的載重汽車也必須裝備 ABS，并禁止進(jìn)口未裝備 ABS 的汽車。日本從 1991年 10月起規(guī)定，對(duì)總質(zhì)量超過(guò) 13 t的牽引車和總質(zhì)量超過(guò) 10t的運(yùn)輸危險(xiǎn)品的拖車以及在高速公路上行駛的大客車均須裝備 ABS。美國(guó) 1994年 8月頒布的商用汽車 ABS 法規(guī)規(guī)定：截止到 1996年，全國(guó)新出廠的氣壓制動(dòng)在貨車和氣壓制動(dòng)公共汽車均應(yīng)安裝 ABS；采用液壓制動(dòng)系統(tǒng)的整體式載貨車和公共汽車，規(guī)定在 1998年必須安裝 ABS。美國(guó)的保險(xiǎn)公司宣布，凡裝備 ABS 的汽車可以減收保險(xiǎn)費(fèi)。目前，汽車 ABS 仍需進(jìn)一步提高系統(tǒng)的技術(shù)性能，提高系統(tǒng)元件的可靠性，其發(fā)展趨勢(shì)為：（1）ABS/ASR 一體化 ASR 是驅(qū)動(dòng)力防滑轉(zhuǎn)系統(tǒng)的英文縮寫，其英文全稱為 AntiSlip Regulation。有時(shí)也稱為驅(qū)動(dòng)力控制系統(tǒng)，其英文全稱為 Traction Control System，簡(jiǎn)稱為 TRC。ASR 也是典型的機(jī)電一體化控制系統(tǒng)，其作用是在汽車的啟動(dòng)和加速過(guò)程中，控制傳遞到驅(qū)動(dòng)輪上的驅(qū)動(dòng)力矩，防止車輪空轉(zhuǎn)，從而使啟動(dòng)和加速過(guò)程快速而穩(wěn)定，ABS 制造公司常將二者集成為一體，實(shí)現(xiàn)信息與資源的共享。（2）減小體積，降低重量 現(xiàn)代汽車裝備的輔助裝置越來(lái)越多，一方面汽車的重量隨之增加，能耗與運(yùn)行成本也相應(yīng)地增加；另一方面，可供這些裝置布置的空間受到限制，因此，減小 ABS 的體積，降低系統(tǒng)的總重量一直是ABS 的生產(chǎn)公司追求的目標(biāo)。（3）基于 CAN 總線的多控制集成網(wǎng)絡(luò)控制 由于汽車上采用的機(jī)電一體化控制裝置越來(lái)越多，每個(gè)系統(tǒng)都有自己的 ECU 和傳感器，裝置和信息不能共享。采用基于 CAN 總線的多控制系統(tǒng)集成網(wǎng)絡(luò)控制，將 ABS 與其他系統(tǒng)集成控制，可以節(jié)約成本，提高控制效率. 小結(jié)機(jī)電一體化在汽車上的成功應(yīng)用，明顯地提高了汽車的經(jīng)濟(jì)性、安全性、可靠性和舒適性，減少了汽車有害尾氣的排放，減低了汽車的環(huán)境噪聲污染。從 1932年發(fā)展至今的汽車防抱死制動(dòng)系統(tǒng)是汽車上應(yīng)用最為廣泛和成功的機(jī)電一體化系統(tǒng)之一，其英文名稱為 Antilock Braking System，簡(jiǎn)稱 ABS，它是汽車上的一種主動(dòng)安全裝置，用于防止汽車制動(dòng)時(shí)車輪抱死，以獲得最佳效果。該系統(tǒng)主要由輪速傳感器、電子控制單元（Electrical Control Unit，簡(jiǎn)稱 ECU）和 ABS 執(zhí)行器等組成：其工作原理為，車輪輪速傳感器測(cè)取車輪的輪速，并將信號(hào)輸入控制器，控制器計(jì)算出車速、輪速、滑移率和車輪的減速度、加速度，并對(duì)這些信號(hào)進(jìn)行分析和判斷，根據(jù)分析和判斷的結(jié)果控制 ABS 執(zhí)行器的動(dòng)作。而執(zhí)行器則根據(jù)電子控制單元的指令“降低” 、 “增大”或“保持”各車輪制動(dòng)輪缸的制動(dòng)液壓，進(jìn)行制動(dòng)壓力的調(diào)節(jié)，將車輪的滑移率始終控制在最佳滑移率范圍內(nèi)，從而保證在制動(dòng)過(guò)程中車輪與路面之間的地面制動(dòng)力和側(cè)向力最大，縮短制動(dòng)距離，最大限制地保證制動(dòng)時(shí)車輪的穩(wěn)定性，提高安全性。在造成交通事故中，制動(dòng)跑偏，側(cè)滑和失去轉(zhuǎn)向能力是主要原因之一。而造成制動(dòng)跑偏、側(cè)滑和失去轉(zhuǎn)向能力的原因是汽車與路面之間的側(cè)向力太小。從維持汽車制動(dòng)時(shí)方向穩(wěn)定性出發(fā)，希望汽車與路面之間的側(cè)向力越大越好。ABS這種汽車防抱死裝置最大的優(yōu)點(diǎn)就是根據(jù)車輪的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)自動(dòng)調(diào)節(jié)作用在制動(dòng)盤或制動(dòng)輪鼓上的制動(dòng)力，防止制動(dòng)輪抱死，使車輪與道路路面之間的制動(dòng)力和側(cè)向力盡可能達(dá)到最大，從而減小制動(dòng)距離，提高制動(dòng)時(shí)汽車行駛方向穩(wěn)定性，而這一過(guò)程的完成不需要我們?nèi)藶榈倪M(jìn)行“點(diǎn)剎” 。2 ABS 理論基礎(chǔ) 制動(dòng)過(guò)程中車輪的受力及運(yùn)動(dòng)分析汽車的制動(dòng)效果與制動(dòng)過(guò)程中車輪的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)及車輪與路面之間的作用力密切相關(guān)。為了研究車輪的運(yùn)動(dòng)及車輪和路面之間的作用力，建立如圖 示的輪胎坐標(biāo)系（為簡(jiǎn)化起見(jiàn)，車輪的內(nèi)外傾角沒(méi)有參考） 。坐標(biāo)系的原點(diǎn)位于輪胎與路面接觸（簡(jiǎn)稱輪胎接地區(qū)）的中心，x 軸位于地平面上，正向指向車輪的前進(jìn)方向；y 軸在地平面上且垂直于 x軸，正向指向車輪的左側(cè)；z 軸與地面垂直，正方向向上。圖中車輪的滾動(dòng)方向與車輪前進(jìn)方向之間的夾角 α 稱為側(cè)偏角。圖 輪胎坐標(biāo)系 [12]制動(dòng)過(guò)程中路面對(duì)輪胎的作用力可分解為三個(gè)坐標(biāo)軸方向的分力：沿 x軸方向的分力為 Fx，即為地面制動(dòng)力，又稱縱向力；沿 y 軸方向的分力為 Fy，稱之為側(cè)向力，或稱橫向力；研 z 軸方向的分力為 Fz，為路面對(duì)輪胎的法向反作用力。地面制動(dòng)力和側(cè)動(dòng)力實(shí)質(zhì)上是輪胎與路面之間的“摩擦力” ，與汽車輪胎上所受的法向反作用力 Fz 成正比，即Fx=fxFz Fy=fyFz 式中，比例系數(shù) fx 和 fy 分別為稱為制動(dòng)力系數(shù)和側(cè)向力系數(shù)。在后面的分析中我們將會(huì)看到，制動(dòng)力系數(shù)和側(cè)向力系數(shù)與車輪的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)有關(guān)，在制動(dòng)過(guò)程中是動(dòng)態(tài)變化的。制動(dòng)過(guò)程中車輪的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)分為純滾動(dòng)、純滑動(dòng)和邊滾邊滑。如果汽車的行駛速度，即車輪中心的運(yùn)動(dòng)速度與車輪滾動(dòng)的圓周速度相同，則車輪在路面作純滾動(dòng)；如果駕駛員通過(guò)制動(dòng)控制裝置向制動(dòng)輪施加的作用力足夠大，將制動(dòng)輪抱死，此時(shí)汽車在自身慣性力的推動(dòng)下繼續(xù)向前運(yùn)動(dòng)，則車輪在路面上做純滑動(dòng)；當(dāng)制動(dòng)輪受到制動(dòng)器制動(dòng)力的作用而又沒(méi)有抱死時(shí)，一方面，由于制動(dòng)器制動(dòng)力的作用，車輪滾動(dòng)的圓周速度降低；另一方面，在汽車自身慣性力的作用下，汽車?yán)^續(xù)前運(yùn)動(dòng)，且行駛速度大于車輪滾動(dòng)的圓周速度，輪胎與路面之間產(chǎn)生的滑移，車輪處于邊滾邊滑的狀態(tài)。作用在制動(dòng)輪上的制動(dòng)器制動(dòng)力越大，車輪滾動(dòng)的成分越少，而滑動(dòng)的成分越多。一般用制動(dòng)滑移率來(lái)描述制動(dòng)過(guò)程中的滑移程度，其定義為（圖 ）：圖 制動(dòng)滑移率 [12]S=（vvr）/v Vr=rw式中 S制動(dòng)滑移速度 V汽車形式速度 Vr車輪圓周速度 R車輪動(dòng)力半徑 W車輪角速度顯然，車輪做純滾動(dòng)時(shí)，車輪實(shí)際行駛速度與車輪滾動(dòng)的圓周速度相等，即 v=vr，制動(dòng)滑移率為 0；車輪做純滑動(dòng)，即車輪抱死時(shí)，車輪的圓周速度為零，即 vr=0，制動(dòng)滑移率為 1；車輪既滾動(dòng)又滑動(dòng)時(shí)，制動(dòng)滑移率在 01之間?？梢?jiàn)滑移率描述了制動(dòng)過(guò)程中車輪滑移的程度，滑移率越大，表面滑移越嚴(yán)重。以上討論的是汽車在直線路面上行駛的情形。當(dāng)汽車轉(zhuǎn)向或行駛在彎曲的道路上時(shí)，由于慣性等因素的作用，車輪受到側(cè)向力的作用。此時(shí)車輪的滾動(dòng)方向與汽車的行駛方向不一致，兩者之間的夾角稱為側(cè)偏角。有側(cè)偏角時(shí)的車輪滑移率定義如下（圖 ）：圖 滑移率制動(dòng)力系數(shù)特性曲線 [12]絕對(duì)滑移率 S=（vvr）/v 縱向滑移率 Sbx=（vvrcosα）/v 側(cè)向滑移率 Sby=（vrsin α）/v 式中 α—側(cè)偏角 制動(dòng)力系數(shù)與側(cè)向力系數(shù)特性曲線制動(dòng)過(guò)程中的地面制動(dòng)力和轉(zhuǎn)向力都是通過(guò)車輪與道路接地面之間的摩擦產(chǎn)生的。汽車道路試驗(yàn)表明，輪胎的制動(dòng)力與側(cè)向力，只有當(dāng)車輪滾動(dòng)的圓周速度與車輪的行駛速度之間存在差異時(shí)才會(huì)產(chǎn)生。換言之，制動(dòng)時(shí)輪胎與路面之間的制動(dòng)力系數(shù)與滑移率有著密切的關(guān)系，這種函數(shù)關(guān)系通常用滑移率—制動(dòng)力系數(shù)特性曲線來(lái)描述。圖 滑移率—制動(dòng)力系數(shù)特性曲線 [12]圖 —制動(dòng)力系數(shù)特性曲線。在制動(dòng)的初始階段，隨著滑移率的增加，制動(dòng)力系數(shù)急劇增加，滑移率增大到最優(yōu)滑移率 Sm 時(shí)，制動(dòng)力系數(shù)達(dá)到最大值 fm。此時(shí)的制動(dòng)力系數(shù) fm稱之為峰值附著系數(shù)，一般出現(xiàn)在 S=。此后，隨著滑移率的繼續(xù)增加，制動(dòng)力系數(shù)逐漸減小，直至車輪完全抱死，滑移率為 1時(shí)，制動(dòng)力系數(shù)減小到一個(gè)穩(wěn)定值 fs，該值稱之為滑移附著系數(shù)。由圖 ，只有在曲線上峰值附著系數(shù)出現(xiàn)之前的各點(diǎn)（包括峰值附著系數(shù)點(diǎn)） （OA 段）以及滑移率為 1的那一點(diǎn)，制動(dòng)過(guò)程是穩(wěn)定的。在不穩(wěn)定區(qū) AB 段，滑移率對(duì)制動(dòng)力矩十分敏感，很快滑移到抱死狀態(tài)。圖 。由圖 ，當(dāng)側(cè)偏角不超過(guò) 5176。時(shí)，側(cè)向附著系數(shù)隨著側(cè)偏角的增大近似性地增大；當(dāng)側(cè)偏角范圍達(dá)到 5176。10176。時(shí)，側(cè)向力系數(shù)繼續(xù)增大并達(dá)到最大值；當(dāng)側(cè)偏角再增大時(shí)，側(cè)向力系數(shù)反而有所下降。圖 側(cè)向力系數(shù)隨側(cè)偏角變化曲線 [12]輪胎的制動(dòng)力系數(shù)與側(cè)向力系數(shù)反映了輪胎的附著性能，主要受路面種類（路面材料、有無(wú)冰雪等） 、路面狀況（干燥或潮濕） 、輪胎型號(hào)、輪胎槽紋形狀及深度、胎冠的橡膠成分、輪胎充氣壓力及汽車行駛速度等因素的影響。圖 。從圖 以看出，路面種類及 lumina 狀況對(duì)制動(dòng)力系數(shù)的的影響很大。其中干燥水泥路面的附著性能最好，峰值附著系數(shù)達(dá)到 ，而結(jié)冰路面的峰值附著系數(shù)僅為。圖 路面狀態(tài)對(duì)制動(dòng)力系數(shù)特性曲線的影響 [12]圖 。在干燥的瀝青路面上，車速?gòu)?10km/h 變?yōu)?40km/h，特性曲線變化較小，表明在干燥的路面 汽車行駛速度對(duì)制動(dòng)力系數(shù)的影響很小。而在潮濕的瀝青路面上，隨著車速的增加，制動(dòng)力系數(shù)下降，對(duì)應(yīng)著峰值附著系數(shù) fm 和滑移附著系數(shù) fs 下降，尤其是滑移附著系數(shù)的下降更為顯著，導(dǎo)致車輪抱死狀態(tài)下的制動(dòng)距離較最優(yōu)滑移率時(shí)的要長(zhǎng)。圖 制動(dòng)力系數(shù)特性特性曲線與車速的關(guān)系 [12]輪胎的側(cè)向附著性能除受側(cè)偏角的影響外，還與輪胎的滑移率有著密切的關(guān)系。圖 （從 ）時(shí)的側(cè)向力系數(shù)特性曲線。由圖 ，隨著滑移率的增加，輪胎的側(cè)向附著性能降低。這一變化趨勢(shì)從圖 。圖 不同滑移率時(shí)側(cè)向力系數(shù)隨側(cè)偏角變化的曲線 [12]圖 ，側(cè)向力系數(shù)隨滑移率變化的規(guī)律。對(duì)給定的側(cè)偏角，在不制動(dòng)的時(shí)候，輪胎的滑移率為零，這時(shí)輪胎的側(cè)向力系數(shù)最大。司機(jī)踩下制動(dòng)踏板隨著制動(dòng)力的加大，輪胎的滑移率增加，側(cè)向力系數(shù)