【正文】 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。該系統(tǒng)主要由輪速傳感器、電子控制單元（Electrical Control Unit，簡稱 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。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。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。2 ABS 理論基礎(chǔ) 制動(dòng)過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)。坐標(biāo)系的原點(diǎn)位于輪胎與路面接觸（簡稱輪胎接地區(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 輪胎坐標(biāo)系 [12]制動(dòng)過程中路面對(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。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)過程中是動(dòng)態(tài)變化的。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)。一般用制動(dòng)滑移率來描述制動(dòng)過程中的滑移程度，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。以上討論的是汽車在直線路面上行駛的情形。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。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。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。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=。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)過程是穩(wěn)定的。圖 。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。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 。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。在干燥的瀝青路面上，車速從 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。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。由圖 ，隨著滑移率的增加，輪胎的側(cè)向附著性能降低。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。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)逐漸減小。圖 不同側(cè)偏角時(shí)側(cè)向力系數(shù)隨滑移率變化曲線 [12] 最佳滑移率范圍綜合縱向及側(cè)向附著系數(shù)與滑移率的特性曲線分析，可以得出如下結(jié)論：輪胎的附著性能與輪胎的滑移率密切相關(guān)?；坡食鲞@個(gè)范圍后，特別是車輪抱死后，縱向附著系數(shù)下降，而側(cè)向附著系數(shù)將為零。圖 移率范圍。圖 最佳滑移率范圍 [12] 小結(jié)我們知道汽車的制動(dòng)效果與制動(dòng)過程中車輪的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)及車輪與路面之間的作用力密切相關(guān)。而輪胎的制動(dòng)力系數(shù)與側(cè)向力系數(shù)反映了輪胎的附著性能，輪胎的附著性能與又輪胎的滑移率密切相關(guān)?；坡食鲞@個(gè)范圍后，特別是車輪抱死后，縱向附著系數(shù)下降，而側(cè)向附著系數(shù)將為零。 ABS 系統(tǒng)的作用，就是在制動(dòng)時(shí)，通過控制車輪的速度，將滑移率范圍控制在 ，從而縮短制動(dòng)距離，獲得較高的附著利用率來提高車輪制動(dòng)時(shí)的方向穩(wěn)定性。這里，傳感器主要指車輪輪速傳感器，其功能是檢測(cè)車輪轉(zhuǎn)速，并將信號(hào)輸入控制器；執(zhí)行器實(shí)際上是一個(gè)附加在普通液壓力調(diào)節(jié)裝置，其功能是自動(dòng)調(diào)節(jié)制動(dòng)輪缸的液壓；控制器即前述的 ABS ECU，其作用是接收車速、輪速和減速度等傳感器的信號(hào)，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。常見的傳感器轉(zhuǎn)子是一個(gè)帶齒的圓環(huán)，由磁阻較小的鐵磁性材料制成，一般安裝在隨車輪一起轉(zhuǎn)動(dòng)的部件上，如半軸、輪轂或制動(dòng)盤等，與車輪同步轉(zhuǎn)動(dòng)。傳感頭直接安裝在車輪附近不隨車輪轉(zhuǎn)動(dòng)的部件上，如半軸套管、轉(zhuǎn)向節(jié)、制動(dòng)底板等，極軸端部與傳感器轉(zhuǎn)子的輪齒之間保持一定的間隙。當(dāng)轉(zhuǎn)子的齒隙與傳感頭的極軸端部想對(duì)應(yīng)時(shí)，極軸端部與齒圈之間的空氣隙最大，永磁體磁芯產(chǎn)生的磁力線就不容易通過齒圈，傳感線圈周圍的磁線就較弱；而當(dāng)轉(zhuǎn)子上的齒頂與傳感頭的極軸端部相對(duì)應(yīng)時(shí)，極軸端部與齒圈之間的空氣隙最小，永磁體磁芯所產(chǎn)生的磁力線就容易通過齒圈，感應(yīng)線圈周圍的磁場(chǎng)就較強(qiáng)。交變電壓的頻率與齒圈的齒數(shù)成正比。通過計(jì)算感應(yīng)線圈感應(yīng)交變電壓的頻率即可確定車輪的轉(zhuǎn)速和角加速度。ABS 執(zhí)行器通常集成為一個(gè)整體，安裝在制動(dòng)主缸和制動(dòng)輪缸之間。電磁閥是 ABS 執(zhí)行器的核心部件，其作用是控制制動(dòng)輪缸的進(jìn)油和出油。早期的 ABS 執(zhí)行器有的采用二位三通或三位三通電磁閥，現(xiàn)代汽車防抱死制動(dòng)系統(tǒng)采用二位二通電磁閥的居多，每個(gè)制動(dòng)輪一般對(duì)應(yīng)兩個(gè)二位二通電磁閥，一個(gè)常開吸入電磁閥，簡稱進(jìn)油閥，控制制動(dòng)主缸到制動(dòng)輪缸的進(jìn)油，另一個(gè)常閉排出電磁閥，簡稱出油閥，控制從制動(dòng)輪缸到電動(dòng)液壓泵和低壓儲(chǔ)液器的出油。當(dāng)電磁線11上沒有端電壓時(shí)，閥芯 7的錐形頂部在彈簧 6預(yù)緊力的作用下脫離閥座 4，進(jìn)油口和出油口接通，進(jìn)油閥處于開啟狀態(tài)，來自制動(dòng)主缸的制動(dòng)液經(jīng)進(jìn)油管濾清器 1進(jìn)入閥座 4內(nèi)的通道，并經(jīng)出油口進(jìn)入制動(dòng)輪缸；當(dāng)向電磁線圈 11提供端電壓時(shí)，電磁線圈對(duì)銜鐵 9產(chǎn)生電磁吸引力，閥芯在電磁吸引力的作用下克服彈簧張力向下移動(dòng)，直至閥芯錐形頂部緊壓靠在錐形閥座上，進(jìn)油口和出油口的通道被斷開，制動(dòng)液不能從制動(dòng)輪缸進(jìn)入制動(dòng)主缸，制動(dòng)主缸中的制動(dòng)液也不能流入制動(dòng)輪缸。當(dāng)電磁線圈 10不通點(diǎn)時(shí)，閥芯 6的錐形頂部在彈簧 7預(yù)緊力的作用下緊壓靠在閥座 1上，進(jìn)油口和出油口的通道斷開，出油閥處于關(guān)閉狀態(tài)；向電磁線圈施加端電壓后，電磁線圈對(duì)銜鐵 9產(chǎn)生電磁吸引力，閥芯在電磁吸引力的作用下克服彈簧張力向上移動(dòng)，閥芯錐形頂部與閥座之間產(chǎn)生間隙，進(jìn)油口和出油口的通道被接通，出油閥處于開啟狀態(tài)。低壓儲(chǔ)液器和電動(dòng)液壓泵是執(zhí)行器的壓力降低裝置。電動(dòng)液壓泵由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，并根據(jù) ECU的指令運(yùn)轉(zhuǎn)和停止。 （1）常規(guī)制動(dòng)時(shí)（ABS 不工作）：常規(guī)制動(dòng)過程中，ABS 不起作用，ECU 也不向電磁閥輸出電壓。此時(shí)電動(dòng)液壓泵 10不工作，位于出油路中的單向閥 11防止制動(dòng)液流到液壓泵中。以上過程如圖 所示。 “壓力降低”狀態(tài)：當(dāng)車輪即將抱死時(shí)，ECU 向進(jìn)油閥和出油閥電磁線圈施加 12V的端電壓，進(jìn)油閥關(guān)閉，出油閥打開，來自制動(dòng)主缸的制動(dòng)液不能流進(jìn)制動(dòng)輪缸，制動(dòng)輪缸中的制動(dòng)液通過出油閥送至儲(chǔ)液罐 8中。與此同時(shí)，ECU 傳送信號(hào)給電動(dòng)液壓泵，使之開始工作，將儲(chǔ)液罐中的制動(dòng)液送至制動(dòng)主缸中。圖 壓力降低時(shí)，液壓制動(dòng)系統(tǒng)原理圖 [15] 10.電動(dòng)液壓泵 “壓力保持”狀態(tài)：當(dāng)制動(dòng)輪缸中的制動(dòng)壓力降低或升高且輪速已達(dá)到預(yù)定值時(shí)，ECU 給進(jìn)油閥電磁線圈提供 12V 的端電壓，給出油閥電磁線圈提供0V 的端電壓，進(jìn)油閥和除頭發(fā)都關(guān)閉，制動(dòng)液在回路中不流動(dòng)，制動(dòng)輪缸中的制動(dòng)壓力保持在該水平上。圖 壓力保持時(shí)，液壓制動(dòng)系統(tǒng)原理圖 [15] 10.電動(dòng)液壓泵 “壓力升高”狀態(tài)：當(dāng)車輪制動(dòng)輪缸中的制動(dòng)管路壓力需要升高以提供更大的制動(dòng)力時(shí)，ECU 將進(jìn)油閥和出油閥電磁線圈的端電壓均置為 0V，進(jìn)油閥打開，出油閥關(guān)閉，制動(dòng)主缸中的制動(dòng)液經(jīng)進(jìn)油閥流至制動(dòng)輪缸中。制動(dòng)管路壓力升高的速率是由“壓力升高”和“壓力保持”兩種狀態(tài)的交替進(jìn)行來調(diào)節(jié)的。圖 壓力升高時(shí)，液壓制動(dòng)系統(tǒng)原理圖 [15] ABS ECUABS ECU 的主要功能是接收輪速傳感器和其他傳感器輸入的信號(hào)，進(jìn)行放大，轉(zhuǎn)換，計(jì)算，比較和判斷，談后根據(jù)判斷的結(jié)果控制電磁閥的開關(guān)和電動(dòng)液壓泵的運(yùn)轉(zhuǎn)，以控制制動(dòng)器制動(dòng)壓力。ECU 硬件由輸入處理電路，單片計(jì)算機(jī)，輸出處理電路和安全保護(hù)電路組成，各組成部分集中安裝在一塊印刷電路板上，并封裝在金屬殼體內(nèi)。圖 ABS 電子控制單元 ECU[15]1. 輸入處理電路 輸入 ABS ECU 的信號(hào)主要有：1 輪速傳感器信號(hào)。按照輸入信號(hào)的形態(tài)可以將其分為三種類型：模擬信號(hào)，通斷二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)和連續(xù)脈沖數(shù)字信號(hào)。對(duì)于點(diǎn)火開關(guān)，制動(dòng)開關(guān)，液位開關(guān)這樣的通斷二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)和電磁閥繼電器監(jiān)測(cè)信號(hào)等這樣的連續(xù)脈沖數(shù)字信號(hào)，盡管他們本身是數(shù)字信號(hào)，但由于各種各樣的原因洗腦的幅值不適合單片計(jì)算機(jī) CPU 直接進(jìn)行處理（CPU 的工作電壓為 5V） ，必須經(jīng)過輸入處理電路的處理，變成計(jì)算機(jī)能處理的數(shù)字信號(hào)形式后在輸入控制器的計(jì)算機(jī)中，進(jìn)行進(jìn)一步的分析處理。早期的 ABS ECU 采用 8位單片機(jī)，目前采用 16位單片機(jī)的居多，也有的開始采用 32位單片機(jī)。ABS ECU 一般由兩個(gè)單片機(jī)組成，以保證系統(tǒng)工作安全可靠。單片機(jī)不僅能檢測(cè) ECU 內(nèi)部的工作過程，還能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中有關(guān)部件，如輪速傳感器，泵電動(dòng)機(jī)工作電路，電磁閥繼電器工作電路等的工作狀況。