第一章 防抱死制动系统
第一节 汽车防抱死制动系统概述
一、汽车防抱死制动系统的发展历程
防抱死制动系统（ABS）的发展可以追溯到20世纪初期，早在1928年制动防抱死理论就被提出，在30年代机械式制动防抱死系统就开始在火车和飞机上获得应用，博世（BOSCH）公司在1936年第一个获得了用电磁式车轮轮速传感器获取车轮转速的制动防抱死系统的专利权。
进入50年代，汽车制动防抱死系统开始受到较为广泛的关注。福特（FORD）公司曾于1954年将飞机的制动防抱死系统移置在林肯（LINCOIN）轿车上；凯尔塞·海伊斯（KELSE-HAYES）公司在1957年对称为“AUTOMATIC”的制动防抱死系统进行了试验研究，研究结果表明制动防抱死系统确实可以在制动过程中防止汽车失去方向控制，并且能够缩短制动距离；克莱斯勒（CHRYSLER）公司在这一时期也对称为“SKIDCONTROL”的制动防抱死系统进行了试验研究。由于这一时期的各种制动防抱死系统采用的都是机械式车轮轮速传感器的机械式制动压力调节装置，因此，获取的车轮转速信号不够精确，制动压力调节的适时性和精确性也难于保证，控制效果并不理想。
随着电子技术的发展，电子控制制动防抱死系统的发展成为可能。在60年代后期和70年代初期，一些电子控制的制动防抱死系统开始进入产品化阶段。凯尔塞·海伊斯公司在1968年研制生产了称为“SURETRACK”的两轮制动防抱死系统，该系统由电子控制装置根据电磁式轮速传感器输入的后轮转速信号，对制动过程中后轮的运动状态进行判定，通过控制由真空驱动的制动压力调节装置对后制动轮缸的制动压力进行调节，并在1969年被福特公司装备在雷鸟（THUNDERBIRD）和大陆·马克Ⅲ（CONTINENTAL MKⅢ）轿车上。
克莱斯勒公司与本迪克斯（BENDIX）公司合作研制的称为“SURE-TRACK”的能防止4个车轮被制动抱死的系统，在1971年开始装备在帝国（IMPERIAL）轿车上，其结构原理与凯尔塞·海伊斯的“SURETRACK”基本相同，两者不同之处，只是在于两个还是四个车轮有防抱死制动。博世（BOSCH）公司和戴维斯（TEVES）公司在这一时期也都研制了各自的第一代电子控制制动防抱死系统，这两种制动防抱死系统都是由电子控制装置对设置在制动管路中的电磁阀进行控制，直接对各制动轮以电子控制压力进行调节。
别克（BUICK）公司在1971年研制了由电子控制装置自动中断发动机点火，以减小发动机输出转矩，防止驱动车轮发生滑转的驱动防抱死系统。
瓦布科（WABCO）公司与奔驰（BENZ）公司合作，在1975年首次将制动防抱死系统装备在气压制动的载货汽车上。
第一台防抱死制动系统于1950年问世，首先被应用在航空领域的飞机上，1968年开始研究在汽车上应用。70年代，由于欧美七国生产的新型轿车的前轮或前后轮开始采用盘式制动器，促使了ABS在汽车上的应用。1980年后，电脑控制的ABS逐渐在欧洲、美国及日本的汽车上迅速普及。到目前为止，一些中高级豪华轿车，如德国的奔驰、宝马、保时捷、欧宝等系列，英国的劳斯莱斯、路虎、宾利等系列，意大利的法拉利、领先、快意等系列，法国的波尔舍系列，美国福特的TX3、30X及克莱斯勒的帝王、纽约豪客、男爵、道奇、顺风等系列，日本的思域、雷克萨斯、豪华本田、俊朗等系列，均采用了先进的ABS。现今在世界各国生产的轿车中有近75%的轿车应用ABS。
目前全世界已有本迪克斯、博世、戴维斯、海斯·凯尔西、苏麦汤姆、本田、日本无限等许多公司生产ABS。预计随着轿车的迅速发展，将会有更多的厂家生产ABS。
进入70年代后期，数字式电子技术和大规模集成电路的迅速发展，为ABS向实用化发展奠定了技术基础。博世公司在1978年首先推出了采用数字式电子控制装置的制动防抱死系统——博世ABS2，并且装置在奔驰轿车上，由此揭开了现代ABS发展的序幕。尽管博世ABS2的电子控制装置仍然是由分离元件组成的控制装置，但由于数字式电子控制装置与模拟式电子控制装置相比，其反应速度、控制精度和可靠性都显著提高，因此，博世ABS2的控制效果已相当理想。从此以后，欧、美、日的许多制动器专业公司和汽车公司相继研制了形式多样的ABS。
二、汽车防抱死制动系统的功能
凡驾驶过汽车的人都有这样的经验，在被雨淋湿的柏油路上或在积雪道路上紧急制动时，汽车会发生侧滑，严重时会掉头旋转。如果是在有车辙的雪路上行驶，产生剧烈旋转的危险性就更大。出现上述情况汽车的方向会失去控制。若是弯道，就有可能从路边滑出或驶入对面车道，即使不是弯道，也无法躲避障碍物。防抱死制动系统的作用就是防止这些危险状况的发生。它利用电子电路自动控制车轮制动力，可以充分发挥制动器的效能，提高制动减速度，缩短制动距离，并有效地提高车辆制动时的稳定性，防止车辆侧滑和甩尾，减少车祸，因此被认为是当前提高汽车行驶安全性的有效措施之一。
综上所述，ABS的功用是：在汽车制动时，防止车轮抱死在路面上滑拖（车轮与路面间产生滑移），以提高汽车制动过程中的方向稳定性及转向控制能力，缩短制动距离，使汽车制动更为安全有效。防抱死制动系统的英文名称是Anti-lock Braking System（防抱死制动系统）或Anti-skid Braking System（防滑移制动系统），缩写为ABS。
随着汽车行驶速度的提高、道路行车密度的增大以及人们对汽车行驶安全性的要求越来越高，ABS已经成为汽车上非常重要的主动安全装置，目前在轿车和客车上广泛使用。
三、汽车防抱死制动系统的特点
ABS是在传统制动系统的基础上，增加了一套防止车轮制动抱死的控制系统。该装置在制动过程中，当车轮趋于抱死，即车轮滑移率进入非稳定区时，会迅速降低制动系统的压力，使车轮滑移率恢复到接近理想滑移率的稳定区内，通过自动、高频率地对制动系统压力进行调节（其频率从每秒几次到每秒十多次），使车轮滑移率保持在理想的滑移率范围内，以达到充分利用车轮与路面间最大的纵向峰值附着系数和较高的横向附着系数，实现防止车轮抱死，获得最佳制动性能的目的。
应当指出的是，采用传统的制动系统进行制动时，尽管驾驶人也知道间歇性地踩、放制动踏板，防止车轮抱死，但再有经验的驾驶人也无法精确地做出判断和控制，特别是在紧急制动时，不可能将车轮滑移率控制在理想范围之内，往往会使车轮抱死。在结冰、下雨打滑的路面上制动时，汽车很容易产生侧滑、甩尾和失去转向操纵能力，此时驾驶人会产生紧张情绪，缺乏安全感。而装用ABS后，驾驶人遇到紧急状况需要制动时，只需用力踩下制动踏板即可，许多本来需要驾驶人做决定的事，都交由ABS进行处理，以防止车轮发生抱死时出现的危险状态。
1.ABS的优点
1）增加汽车制动时的方向稳定性。装用ABS的汽车，在紧急制动时能将滑移率控制在理想滑移率的范围内，具有较大的横向附着力，有足够的抵抗横向干扰力的能力，从而提高了汽车制动时的方向稳定性，可以避免汽车侧滑和甩尾。汽车在左右附着系数不同的路面上制动时，有、无ABS对汽车方向稳定性的影响如图1-1所示。
由图1-1可以看出，无ABS时汽车侧滑甚至甩尾，有ABS时方向稳定性得到极明显的改善。
汽车在制动时，四个车轮上的制动力是不一样的，如果汽车的前轮抱死，驾驶人就无法控制汽车的行驶方向，这是非常危险的；倘若汽车的后轮先抱死，则会出现侧滑、甩尾，甚至出现汽车掉头从而造成严重的交通事故。ABS可以防止四个车轮制动时被完全抱死，提高汽车行驶的稳定性。有资料表明，装用ABS的车辆可使因车轮侧滑引起的事故比例下降8%左右。
2）改善汽车制动时的转向操纵能力。未装ABS的汽车在紧急制动时，如果前轮抱死，因横向（侧向）附着力几乎为零，汽车就丧失了转向操纵能力，此时即使转动转向盘，汽车也不能转向，只能沿原惯性力运动方向前进，最后撞到障碍物上。当装用ABS后，因汽车仍有足够的转向操纵能力，可以通过转向对障碍物进行避让。汽车制动时有、无ABS对汽车转向操纵能力的影响如图1-2所示。
图1-1 装用ABS增加了汽车制动时的方向稳定性
a）无ABS b）有ABS
图1-2 装用ABS汽车制动时仍具有转向操纵能力
a）无ABS b）有ABS
由图1-2可以看出，无ABS的车辆紧急制动时，即使转动转向盘，车辆也不会转向，而是沿原运动方向前进；有ABS的车辆紧急制动时，车辆仍具有转向能力。
3）缩短制动距离。装用ABS后，汽车在制动过程中，始终保持车轮和路面间附着系数的最佳利用，有效地利用最大纵向附着力，因而能在最短的距离内制动停车。通常情况下，驾驶人操作时制动距离比无ABS时可以缩短，特别是在湿滑和冰雪路面上，制动距离可以明显缩短，一般可缩短10%～20%。汽车制动时有、无ABS对汽车制动距离的影响如图1-3所示。
图1-3 装用ABS可以缩短制动距离
a）无ABS b）有ABS
由图1-3可以看出，无ABS的车辆制动距离明显较长，有ABS的车辆制动距离缩短。
应当指出的是，在松散的路面上，如松散的沙土和积雪较深的路面上，当汽车制动抱死时，其表面物质如积雪会被铲起并堆在车轮前面，形成楔形物，从而构成一种阻力，有利于汽车制动，会使制动距离变短。而在装用ABS的汽车上，由于车轮不会抱死，反而没有这种效果。
4）减少轮胎磨损。在未装ABS的汽车上，当汽车制动抱死时，由于车轮在路面上滑拖，会造成轮胎局部严重磨损，特别是在高附着系数的路面上。装用ABS的汽车制动时，车轮处于边滚边滑移状态，可以减少轮胎局部磨损，从而延长轮胎使用寿命，一般可延长6%～10%。车轮抱死会造成轮胎杯形磨损，轮胎胎面磨损也不均匀，使轮胎磨损消耗费用增加。经测定，在汽车全寿命费用中，汽车实施紧急制动车轮抱死所造成的轮胎累加磨损费用，已超过一套ABS的造价。因此，装用ABS具有一定的经济效益。
5）ABS使用方便，工作可靠。ABS的使用与普通制动系统的使用几乎没有区别。制动时，只要把脚踩在制动踏板上，ABS就会根据情况自动进入工作状态，如遇雨雪路滑，驾驶人也没有必要用一连串的点制动进行制动，ABS会使制动状态保持在最佳点。ABS工作十分可靠，并有自诊断能力。如果它发现系统内部有故障，就会自动记录，以故障码的形式存储，并使ABS警告灯点亮，同时终止ABS控制，使普通制动系统继续工作。维修人员可以根据ABS电控系统记录的故障码进行维修。
6）减轻驾驶人紧张情绪。装用ABS的汽车进行制动时，驾驶人只要把脚尽力踩在制动踏板上，ABS就会代替驾驶人自动进入最佳制动的状态，驾驶人可以比较放心地操纵转向盘。习惯驾驶装用ABS汽车的驾驶人，如果驾驶未装ABS的汽车进行制动时，尤其在湿滑和冰雪路面上紧急制动时，会有一种不安全的感觉，特别是缺乏驾驶经验的驾驶人，会产生紧张情绪。
7）由于ABS制动性能的提高，汽车的安全性也得到改善，所以装用ABS后，在同样条件下可使驾驶人提高车速。据统计，装用ABS的车辆行驶时可提高车速约15%。
2.ABS的缺点
1）ABS不能提供超越车轮与路面所能承受的制动效果。
2）ABS不能代替驾驶人的制动操纵，只能在驾驶人制动时，帮助驾驶人达到较好的制动效果。
3）ABS性能的好坏受整车制动状况的影响。
4）在平滑的干燥路面上制动，技术熟练的驾驶人操作常规制动系统，其制动距离要比ABS工作的制动距离短，这是因为ABS允许滑移率降低到8%左右所致。