【文章內(nèi)容簡介】 重要里程碑”。 可惜該書的作者恐怕沒想到這一天竟還要再等 30 年之久 [1]。 當時開發(fā)剎車防抱死裝置的技術(shù)瓶頸是什么？首先該裝置需要一套系統(tǒng)實時監(jiān)測輪胎速度變化量并立即通過液壓系統(tǒng)調(diào)整剎車壓力大小，在那個沒有集成電路與計算機的年代，沒有任何機械裝置能夠達到如此敏捷的反應！等到 ABS 系統(tǒng)的誕生露出一線曙光時，已經(jīng)是半導體技術(shù)有了初步規(guī)模的 60 年代早期。 精于汽車電子系統(tǒng)的德國公司 Bosch（博世）研發(fā) ABS 系統(tǒng)的起源要追溯到 1936年，當年 Bosch 申請“機動車輛防止剎車抱死裝置”的專利。 1964 年（也是集成電路誕生的一年） Bosch 公司再度開始 ABS 的研發(fā)計劃，最后有了“通過電子裝置控制來防止車輪抱死是可行的”結(jié)論，這是 ABS 名詞在歷史上第一次出現(xiàn)！世界上第一具 ABS 原型機于 1966 年出現(xiàn)，向世人證明“縮短剎車距離”并非不可能完成的任務。因為投入的資金過于龐大， ABS 初期的應用僅限于鐵路車輛或航空器。 Teldix GmbH 公司從 1970年和奔馳車廠合作開發(fā)出第一具用于道路車輛的原型機 —— ABS 1，該系統(tǒng)已具備量產(chǎn)基礎，但可靠性 不足，而且控制單元內(nèi)的組件超過 1000 個，不但成本過高也很容易發(fā)生故障。 1973 年 Bosch 公司購得 50％的 Teldix Gmbh 和 公司股權(quán)及 ABS 領域的研發(fā)成果，1975 年 AEG、 Teldix Gmbh 與 Bosch 達成協(xié)議，將 ABS 系統(tǒng)的開發(fā)計劃完全委托 Bosch公司整合執(zhí)行。“ ABS 2”在 3 年的努力后誕生！有別于 ABS 1 采用模擬式電子組件，ABS 2 系統(tǒng)完全以數(shù)字式組件進行設計，不但控制單元內(nèi)組件數(shù)目從 1000 個銳減到 140個，而且有造價降低、可靠性大幅提升與運算速度明顯加快的三大優(yōu)勢 。 進入 70 年代后期，數(shù)字式電子技術(shù)和大規(guī)模集成電路的迅速發(fā)展，為 ABS 系統(tǒng)向湖 北 汽 車 工 業(yè) 學 院 畢 業(yè) 論 文 6 實用化發(fā)展奠定了技術(shù)基礎。 Bosch 公司在 1978 年首先推出了采用數(shù)字式電子控制裝置的制動防抱死系統(tǒng) —— Bosch ABS 2，并且裝置在奔馳轎車上，由此揭開了現(xiàn)代 ABS 系統(tǒng)發(fā)展的序幕。盡管 ABS 2 的電子控制裝置仍然是由分離元件組成的控制裝置，但由于數(shù)字式電子控制裝置與模擬式 電子控制裝置相比，其反應速度、控制精度和可靠性都顯著提高，因此， ABS2 的控制效果已經(jīng)相當理想。從此之后，歐、美、日的許多制動器專業(yè)公司和汽車公司相繼研制了形式多樣的 ABS 系統(tǒng)。以及 Bosch 公司 1986 年推出的具有防抱死制動和驅(qū)動防滑功能的 ABS／ ASR 2U 型。機械與電子元件持續(xù)不斷的發(fā)展和改進使 ABS 的優(yōu)越性越來越明顯，隨著激烈的競爭，技術(shù)的日趨成熟， ABS 變得更精密更可靠，價格也在下降。 1987 年歐共體頒布一項法規(guī)：要求從 1991 年起，歐共體所有成員國生產(chǎn)的所有新車型均需裝備防抱死制動裝置。同時規(guī)定凡載重 1 6t 以上的貨車必須裝備 ABS 并且禁止無此裝置的汽車進口。日本規(guī)定，從 1991 年起，總質(zhì)量超過 13t 的牽引車、總質(zhì)量超過 1 0t 的運送危險品的拖車，在高速公路 上行駛的大客車都必須安裝 ABS。目前，國際上 ABS 在汽車上的應用越來越廣泛，已成為絕大多數(shù)汽車的標準裝備。北美和西歐的各類客車和輕型貨車 ABS 的裝備率已達 90％以上，轎車 ABS 的裝備率在 60％左右，運送危險品的貨車 ABS 的裝備率為 100％ 。 國外 ABS 的發(fā)展狀況 ABS 理論的提出，是在 1928 年，最早應用在火車上，上世紀 40 年代末 50 年代初民航飛機開始采用 ABS[3]。 1936 年 Bosch 公司第一個獲得了用電磁式車輪轉(zhuǎn)速傳感器獲取車輪轉(zhuǎn)速的制動防抱死系統(tǒng)的專利權(quán)。 1954 年， Ford 公司將飛 機的制動防抱死系統(tǒng)移置在林肯（ Lincoln）轎車上，從而揭開了汽車應用 ABS 的序幕 。 1973 年，美國國家公路交通安全局（ NHTSA）頒布了 FMVSS121 法規(guī)，規(guī)定采用空氣制動的載貨車，必須安裝 ABS 裝置。法規(guī)迫使大量的汽車裝上了 ABS，但是 ABS 的故障帶來了大量的使用問題，相繼發(fā)生了一些制動事故，從而迫使 NHTSA 不到一年就撤消了 FMVSSI21中關(guān)于制動距離和車輪不得抱死的要求。上世紀 70 年代早期和中期，數(shù)字式電子技術(shù)和大規(guī)模集成電路的迅速發(fā)展，微處理器向數(shù)控電路方向轉(zhuǎn)變，為 ABS 系統(tǒng)向?qū)嵱没l(fā)展奠 定了技術(shù)基礎。在計算機技術(shù)高速發(fā)展的推動下，歐洲研制成由數(shù)字計算機與電湖 北 汽 車 工 業(yè) 學 院 畢 業(yè) 論 文 7 磁閥調(diào)節(jié)器組成的、較為現(xiàn)代型的電控防抱死制動系統(tǒng)。數(shù)字計算機不易受干擾，響應速度快，可以把制動液壓循環(huán)的次數(shù)增加到 10 余次／ S，用以調(diào)節(jié)制動液壓的電磁閥的開啟、關(guān)閉時間只需要 0． 004 S，其速度完全可以與數(shù)字計算機處理數(shù)據(jù)的速度相匹配。這種較為現(xiàn)代型的 ABS 裝置，體積小，質(zhì)量輕，動作更快，控制更準確。 1978 年， ABS有了突破性的發(fā)展， Bosch 公司與奔馳公司合作研制出三通道四輪帶有數(shù)字式控制器的ABS—— Bosch ABS 2，并批量 裝于奔馳轎車上。緊接著， 在寶馬 7 系列轎車上，也采用了這套系統(tǒng)，這是世界上第一次批量生產(chǎn)四輪控制 ABS 系統(tǒng)的生產(chǎn)廠家。由于微處理器的引入，使 ABS 開始具有了智能，從而奠定了 ABS 的基礎和基本模式。 Bosch 公司在 1983 年將 ABS 2 型改進為 ABS 2S 型，用大規(guī)模集成電路替代分離元件，使 ECU中的元器件數(shù)量減少到 60個； 1985年又將 ABS 2S型的結(jié)構(gòu)簡化，推出經(jīng)濟型 Bosch ABS 2E； 1986 年 Bosch 公司先推出了 Bosch ABS／ ASR 2U型，安裝在許多高級轎車上（如寶馬、凌馬、皇冠、凱迪 拉克）。上世紀 90 年代以后， ABS 技術(shù)已日趨成熟，制造成本不斷降低， ABS 迅速普及。目前，最著名的 ABS 公司有 Bosch， Wabco， Delphi 和 Lucas等 [4]。 ABS 系統(tǒng)在歐美日等汽車強國，得到了廣泛的應用，已經(jīng)成為轎車的標準設備，裝車率達到 100％。 1992 年，歐洲 EEC 指令委員會規(guī)定了汽車裝用 ABS 的時間表，要求大貨車、大客車和掛車在 1998 年之后必須裝用 ABS 系統(tǒng)； 1992 年，日本規(guī)定所有觀光客車必須安裝 ABS 系統(tǒng)；美國則因為 1973 年 FMVSS121 法規(guī)的失敗，對再次強制安裝 ABS 系統(tǒng)表示慎 重，但是政府加強了對安裝 ABS 系統(tǒng)義務化的宣傳；另外，大多數(shù)美國保險公司宣布：凡裝備 ABS 系統(tǒng)的車輛可減收保險費。隨著車輛動力學、計算機技術(shù)和電子技術(shù)的發(fā)展， ABS 除本身朝著集成化、低價格、大批量的方向發(fā)展外，還在原有系統(tǒng)上進行了擴展?？梢詫崿F(xiàn)防滑控制功能（包括制動防滑和牽引控制），并與一體化、主動懸架、電子轉(zhuǎn)向控制等系統(tǒng)，構(gòu)成綜合控制裝置等方向發(fā)展。 國內(nèi) ABS 的研究和應用概況 近年來， ABS 技術(shù)在我國也正在推廣和應用， 1999 年我國制定的國家強制性標準GB 12676l999《汽車制動系 統(tǒng)結(jié)構(gòu)、性能和試驗方法 》中已把裝用 ABS 作為強制性法規(guī)。此后一汽大眾、二汽富康 、上海大眾、重慶長安、上海通用等均開始采用 ABS 技術(shù)，但這些 ABS 裝置我國均沒有自主的知識產(chǎn)權(quán)。 湖 北 汽 車 工 業(yè) 學 院 畢 業(yè) 論 文 8 國內(nèi)研究 ABS 主要有東風汽車公司，交通部重慶公路研究所、濟南捷特汽車電 子研究所、清華大學、西安交通大學、吉林大學、華南理工大學、合肥工業(yè)大學等單位，雖然起步較晚，也取得了一些成果。在氣壓 ABS 方面，國內(nèi)企業(yè)包括東風電子科技股份有限公司、重慶聚能、廣東科密等都已形成了一定的生產(chǎn)規(guī)模。液壓 ABS 由于技術(shù)難度大，國外技術(shù)封鎖嚴密，國內(nèi)企 業(yè)暫時不能獨立生產(chǎn)，但在液壓 ABS 方面也在做自主研發(fā)，力圖突破國外跨國公司的技術(shù)壁壘，已經(jīng)取得了一些新的進展和突破。如清華大學和浙江亞太等承擔的汽車液壓防抱死制動系統(tǒng)（ ABS）“九五”國家科技攻關(guān)課題，在 ABS 控制理論與方法、電子控制單元、液壓控制單元、開發(fā)裝置和匹配方法等關(guān)鍵技術(shù)方面均取得了重大成果。采用的耗散功率理論，避免了傳統(tǒng)的邏輯門限值研究方法的局限性，取得了理論上的突破，研發(fā) ABS 成功且進入產(chǎn)業(yè)化、批量生產(chǎn)階段。其試樣在南京 IVECO 輕型客車上匹配使用全面達到了國家標準 GB 126761999 和 歐洲法規(guī) EEC R13 的要求。這對振興我國汽車工業(yè)與汽車零部件業(yè)具有劃時代意義，標志著我國汽車液壓 ABS 國產(chǎn)化已邁出堅實的一步。同時合肥工業(yè)大學也研制出國內(nèi)具有自主知識產(chǎn)權(quán)的液壓制動電子防抱死系統(tǒng)，率先在 HF6700 輕型汽車上匹配使用獲得成功。 國內(nèi)液壓 ABS 技術(shù)含量與國外雖有一定的差距，但在政府的大力支持和國內(nèi)豐富的人力資源配合下，我相信國內(nèi)可以在較短的時間內(nèi)在 ABS 技術(shù)某些領域趕超國際水平。 湖 北 汽 車 工 業(yè) 學 院 畢 業(yè) 論 文 9 2 ABS 基本結(jié)構(gòu)和工作原理 ABS 基本組成及工作過程 組成 圖 1 ABS 系統(tǒng)的組成 見圖 1， ABS 是在液壓雙回路制動系統(tǒng)的基礎上加裝上輪速傳感器、 ABS 電控單元（ ECU）和制動壓力調(diào)節(jié)器而構(gòu)成的。輪速傳感器及制動壓力調(diào)節(jié)器與電控單元相連，控制單元從輪速傳感器接收輪速信號，經(jīng)分析處理后判斷是否有車輪即將被抱死滑移，若有車輪被抱死滑移，即刻向制動壓力調(diào)節(jié)器發(fā)出調(diào)節(jié)指令，調(diào)節(jié)器對制動器進行調(diào)節(jié)控制。 工作過程 湖 北 汽 車 工 業(yè) 學 院 畢 業(yè) 論 文 10 圖 2 ABS 系統(tǒng)的工作原理 見圖 2，制動時，電控單元（ ECU）從傳感器獲取車輪轉(zhuǎn)速信息，判斷車輪有無抱死滑移狀態(tài)。 輪缸升壓過程：制動時車輪沒有處于抱死滑 移時， ABS 不工作，壓力調(diào)節(jié)器電磁閥不通電，柱塞處于下方，主缸與輪缸接通，由主缸控制制動油壓的增減，隨時可對輪缸進行升壓以產(chǎn)生制動作用。 輪缸減壓過程：當傳感器檢測到車輪有抱死滑移時，控制單元向調(diào)節(jié)器發(fā)出指令，使電磁閥活塞運動到最上方，主缸與相關(guān)輪缸通道被截斷，同時，輪缸和儲液器接通，輪缸壓力下降，且電機啟動使液壓泵工作，把從輪缸流回儲液器的制動液加壓后送入主缸。 輪缸保壓過程：當制動壓力回到制動穩(wěn)定區(qū)時， ECU 發(fā)出指令使電磁閥活塞處于中間位置，關(guān)閉主缸與輪缸及輪缸與儲 液器之間的通道，使輪缸的壓力處于穩(wěn)定狀態(tài)。輪缸增壓過程，經(jīng)過短暫保壓過程后，電磁閥斷電，柱塞下降，使主缸與輪缸通道再次接通，輪缸壓力再次回升。上述過程反復進行，反映到踏板上，引起反彈，駕駛員可以感覺到 ABS 進入工作狀態(tài)。 ABS 的主要裝置 湖 北 汽 車 工 業(yè) 學 院 畢 業(yè) 論 文 11 輪速傳感器 作用：檢測車輪速度，并將速度信號輸入 ABS 的電控單元。 （ a） 電磁式 結(jié)構(gòu)簡單、成本低，但車速過快和過慢時測不出或誤檢，抗干擾能力差。 感應頭 由磁體、線圈組成， 通過固定在車身上的支架安裝在齒圈附近。 齒圈 安裝在 車 輪上與車輪一同旋轉(zhuǎn)。 齒圈在磁場旋轉(zhuǎn)，齒圈與感應頭之間的間隙以一定速度變化，磁通的增減變成交流電信號輸入 ECU 以獲得輪速信號。 （ b） 霍爾式 與電磁式相比，霍爾式抗干擾能力強，檢測準確性高，被廣泛采用。 傳感頭 由磁體、霍爾元件、電子電路組成。齒 圈 安裝在 車 輪上與車輪一同旋轉(zhuǎn)。 當齒圈轉(zhuǎn)過傳感頭時，不同的位置磁力線強弱不同，引起霍爾元件中電壓的周期性變化，將該信號輸入 ECU 而檢測到車輪速度。 電控單元 電控單元一般由輸入電路、運算電路、輸出級電路及安全保護電路等構(gòu)成。 接收輪速傳感器及其它傳感器輸送的信號，進行測量、比 較、分析、放大和判斷處理，通過精確計算獲知制動時車輪的滑移率、車輪的加減速度，以判斷車輪是否有抱死趨勢，再上輸出級電路發(fā)出控制命令，控制制動壓力調(diào)節(jié)器去執(zhí)行調(diào)壓任務。 壓力調(diào)節(jié)器 ABS 制動壓力調(diào)節(jié)器 串接于制動主缸和輪缸之間。分為可變?nèi)莘e式壓力調(diào)節(jié)器和循環(huán)式壓 力調(diào)節(jié) 器。 （ a） 可變?nèi)莘e式：利用總泵和分泵間容積的改變來調(diào)節(jié)控制制動壓力，是由電磁閥間接控制制動