最新ABS詳細敘述 提高安全意識

2021-06-18

ABS全稱是Anti-lock Brake System。它的作用就是防止在濕滑天氣緊急制動造成的車輪抱死現象。有人走入誤區,認為制動時,把四個車輪剎死才能獲得最大的制動力,這是錯誤的。根據物理中最大靜摩擦力要大於滑動摩擦力的原理,理論上的最大制動力,應當出現在車輪達到最大靜摩擦力的時候。也就是車輪即將抱死但未完全抱死的時候。

為什麼不能讓車輪抱死呢?因為車輪抱死以後,方向會失靈;而且通常前置發動機前輪驅動的轎車由於前輪負載大,制動時重心前移,使得後輪附著力很小,一但接近制動極限,通常情況下是後輪先抱死,而前輪未抱死。如果此時汽車正在轉彎,這就意味著前輪繼續按規定轉向角度轉彎,後輪由於抱死,失去附著力而保持原由運動狀態繼續向前運動。這就會使前後輪對車身產生的力矩方向不一致,使車很容易在兩個力矩的作用下側滑,如果車速過快,甚至會失控沖出彎道。所以防止車輪抱死就顯得非常重要瞭。不管是為瞭縮短制動距離提高制動性能,還是為瞭提高車身穩定性,提高主動安全性,我們都需要一套系統,能自動減小即將抱死車輪的制動力,從而達到防抱死的目的。

其實ABS的原理很簡單。早期的ABS主要由機械來控制,通過機械傳感器來感知載荷的變化從而控制制動液壓的大小。事實上這種純機械的壓力感應式ABS還不能完全算得上真正意義的ABS,它雖然也有防抱死功能,但是是一種被動的工作方式。我們知道,在同樣制動力度的情況下,汽車越輕,那麼發生抱死的機會越大(因為輪胎與路面的最大靜摩擦力小),如果越重,情況則相反。而汽車的重量是隨載荷的不同而變化的。我們知道汽車滿載的時候肯定比空載的時候要重,所以如果給於完全相同的制動力度,那麼勢必在空載的時候會更容易發生抱死。這種機械減壓裝置就是通過一個完全機械的閥門來感知載荷的多少,並根據載荷的增加減小制動液壓管路中的阻力從而增大總體的制動力。相反,空載的時候用同樣的原理減小總體制動力。這就是ABS的雛形。現在獵豹的帕傑羅V31和V33仍然使用這套機械系統。不過主要是用來改變後輪的液壓制動情況。因為在制動時後輪的附著力會降低,後輪比前輪更容易抱死,而後輪抱死帶來的危險性比前輪抱死更大,所以盡在後輪的制動管路上安裝瞭這套系統。事實上,這樣的制動防抱死裝置在轎車上幾乎已經淘汰瞭,仍然在用的主要是越野車和大貨車。因為早期的ABS由於電子設備太多,越野車的工作環境惡劣,所以早期的越野車仍然相信這種純機械的東西。這就是為什麼我們還能在市售的獵豹上見到它。

即便是電子控制的ABS根據其配置的不同種類也有很多。

現在轎車上所普及的ABS基本上都是電液一體式控制的。也就是把機械的感應裝置,控制裝置全部變成瞭電子來控制。總的原理就是通過車輪轉速傳感器來檢測車輪的運轉情況,然後把車輪轉速傳感器測得的轉速信號通過放大以後傳遞給ECU車載電腦(有些車的ABS電腦是跟發動機管理電腦等集成在一起的)。然後電腦通過傳感器測得的數據判斷車輪是否抱死,如果車輪運轉不正常(有可能抱死或已經抱死)那麼電腦會立即發出指令給電磁閥,讓電磁閥處於減壓狀態,從而達到降低制動力的目的,直到抱死解除,如果此時駕駛員仍然在大力剎車,那麼ABS解除控制後車輪又會回到抱死狀態,那麼ABS再次接入知道抱死再次解除。這就是為什麼我們在駕駛ABS車大力制動的時候剎車踏板會產生強烈的抖動,這就是ABS的三位電磁閥在工作,液壓油路時而增壓時而減壓,所以造成剎車踏板的脈沖抖動現象。

通過電子設備接入以後ABS的控制能夠更加精確,而且更加主動。不過即便是電子控制的ABS根據其配置的不同種類也有很多。首先從硬件配置來說主要分為:

1 通道1傳感器式

2 通道2傳感器式

3 通道3傳感器式

4 通道4傳感器式

對於第一種方式,可以說是最早最原始的ABS的控制方式。同樣是實現上文說的電腦控制一切,但無論是信息獲取渠道(傳感器)還是控制渠道(通道數)都隻有一條。前文介紹過,對於制動來說最危險的是後輪先抱死的情況。而對於汽車的緊急制動特別是在濕滑路面上的緊急制動,後輪又是最容易抱死的。如果後輪比前輪先抱死,而此時駕駛者又有轉向意圖的話,整個車會產生側滑甩尾的危險。所以對於單通道的ABS來說當然要優先後輪來防抱死。所以這種ABS的傳感器裝在後差速器上,它用來感知後輪的抱死情況;而電磁閥裝在後制動液壓管上,用來解除抱死危機。由於隻有一個傳感器和一個電磁閥來控制後輪的制動力,所以電腦隻能針對後輪整體抱死情況來處理危機。如果左右兩個後輪所處的路面摩擦系數不一致的話,那麼這種系統就很難做到自動調節左右車輪的制動力大小。

對於2通道2傳感器的ABS來說情況會好一些。不過這種硬件配置可以分成兩種解決方案。第一種解決方案是把兩個傳感器和兩個通道分別分配給前輪和後輪,這樣隻能防止前輪的整體抱死又能防止後輪的整體抱死,不過對於左右兩側車輪行駛在不同摩擦系數路面上的情況則無能為力;另一種則是針對X配管方式的設置。所謂X配管就是讓制動液壓成對角線分配。也就是說從制動總泵出來的液壓50%分配給左前輪和右後輪,另外50%則分配給右前輪和左後輪。而僅有的兩個通道則裝配在左右車輪的總管上。所以這種ABS能夠在硬件條件有限的情況下部分解決前後車輪抱死和左右車輪抱死的情況。

不過對於3通道3傳感器的硬件配備來說情況會好很多,這種ABS在前輪使用兩個通道和兩個傳感器,在後輪使用一個通道和一個傳感器(後輪的控制跟單通道單傳感器的設計一樣),所以它除瞭可以自動分配前後總體制動力,還能獨立調節前輪的制動力。不過這還不是最完美的ABS。最完美的ABS是目前最為廣泛采用的4通道4傳感器ABS。這種ABS在硬件上真正滿足瞭對每個車輪進行制動力調節的要求。所以無論是前輪先抱死還是後輪先抱死都能得到有效調節,而且即便四個車輪所處的路面摩擦系數都不同,ABS也能自動調節,讓每個車輪都不會發生抱死。所以這種4通道4傳感器的ABS系統又多瞭一個附帶的功能叫做EBD電子制動力自動分配。其實在購買汽車時,如果廠傢宣傳此車配備瞭EBD電子制動力自動分配,那麼就說明這個車的ABS為4通道4傳感器的設計。不過即便是4通道4傳感器的ABS根據其電磁閥的不同性能上也是又差別的。這種ABS的電磁閥主要分成兩種:一種是3位電磁閥,另一種是2位電磁閥。同樣是電磁閥,實現的功能卻不相同。3位電磁閥能夠把制動液壓控制成三種狀態,分別是:加壓狀態,減壓狀態和平衡狀態。而2位電磁閥則隻能把制動液壓控制成:減壓狀態和平衡狀態兩種情況。雖然少瞭一個加壓功能但實現的性能則大不相同。

對於配備的是2位電磁閥的ABS來說,它僅僅隻能起到防止剎車抱死的作用。因為隻能減小或保持制動液壓,也就是說隻有踩下瞭制動踏板以後他才能起作用。所以即便是4傳感器4個通道,最多也隻能實現EBD電子制動力自動分配功能。而對於配備瞭三位電磁閥的ABS來說,從硬件上它就滿足瞭ESP電子穩定系統,TCS循跡控制系統和EDL電子差速制動的要求。之所以叫3電磁閥,就是跟2位電磁閥相比增加瞭一個加壓功能。也就是說即使駕駛者沒有踩下制動踏板,電腦也可以自動控制某一個車輪單獨制動。那麼這樣的硬件配備有什麼好處呢?我們先單純從制動的功能來看。如果電腦能夠自動控制液壓的增加,那麼我們在高速大力制動的時候就會獲得更安全的性能。因為汽車在高速制動特別是高速緊急制動的時候,制動系統的負荷是很大的,制動碟由於高溫會產生熱衰減現象。所謂熱衰減其實就是由於剎車碟和剎車蹄片的溫度過高,導致表面或局部瀕臨融化,工程強度降低,所以制動力會減弱。同樣的道理,當我們以時速120,甚至160的速度高速行駛是,如果需要緊急的把速度降到20甚至靜止剎車系統的負荷是非常大的。由於駕駛者的習慣是保持剎車踏板的形成不變所以卡鉗提供的制動力是恒定不變的,那麼當到瞭後階段剎車由於高溫開始衰減時,駕駛員往往很難發現制動力的減弱,所以並不會主動的繼續加大剎車力度。那麼由於三位電磁閥又控制制動油路加壓的功能,所以它能自動增大剎車力度,讓高速制動保持線性,即便到瞭制動末端又熱衰減,也能把由於剎車力度不線性的安全風險降低。不過這僅僅隻是三位電磁閥對制動方面的貢獻,其實三位電磁閥的貢獻遠不止於此。它最大的作用就是可以實現電腦自動對單個車輪進行制動,這樣ESP也好EDL也好才能得以實現。

我們知道ESP是BOSCH開發的一套電子穩定程序,要實現這樣的電子穩定,必須要有4通道4傳感器和3位電磁閥的硬件配備才行。ESP之所以能夠讓前驅車減小轉向不足,後驅車減小轉向過度,就是因為它能對滑移率超過臨界值的車輪(即將打滑的車輪)單獨進行制動,從而擺脫失控的局面,這一切都不需要人為的介入,而是在很短的時間內通過電腦的控制來完成的。簡單的說,其原理就是電腦通過四個車輪轉速傳感器檢測到每個車輪的轉速值,然後通過安裝在變速箱(或傳動軸)上的汽車速度傳感器以及轉向角度傳感器計算出某個車輪的理論轉速。如果四個車輪的實際轉速與理論轉速不匹配電腦則會判斷該車輪有打滑失控的危險,那麼ECU則會立即通知三位電磁閥給這個車輪進行制動,讓他在制動力的限制下恢復到正常的轉速。所以他能在很大程度上提高汽車的主動安全性能,讓汽車擁有更好的循跡性。

對於EDL,其工作原理跟ESP也很類似。也是通過車輪轉速傳感器檢測主動車輪的轉速值,如果左右兩個主動車輪的轉速差在正常范圍(通過轉向角度傳感器判斷,因為在轉彎的時候驅動輪產生轉速差是正常的),那麼ABS不工作;如果檢測到左右兩個驅動輪的轉速差過大,電腦則會判斷出轉速過高的車輪正在打滑,那麼在三位電磁閥的作用下給這個正在打滑的車輪施加額外的制動力,讓動力能夠傳遞到沒有打滑的車輪那邊去,使得汽車仍然能夠擁有正常牽引力。當然,對於四輪驅動的汽車這種電子差速制動顯得更加重要,因為它可以通過對單個車輪的制動來調節動力分配情況。設置可以讓動力對任何一個車輪從0%-100%的調節。所以它在不需要增加其他硬件設備的情況下能夠實現這樣多的衍生功能。也就是說4通道4傳感器並且配備瞭4個三位電磁閥的ABS是目前市場上最高規格的ABS,隻要程序支持,就能實現上面所說的所有功能。

瞭解瞭ABS的控制原理以後,我們在日常駕駛裝有ABS系統的車輛時就能更好的發揮ABS的制動性能。在雨天,我們可以放心大膽的大腳踩剎車而不用擔心車輛會失控。這裡要提醒大傢一點,當ABS開始工作時,制動踏板會產生強烈的震動,這是因為三位電磁開始工作造成瞭制動液壓力的變化。這種情況是正常的,不用擔心,駕駛者需要做的就是把腳放在制動踏板上,信心十足的減速。

還有就是多把自己安全意識提高,沒有絕對安全的車。