ABS的基本原理

#1
汽车在制动时，车速与轮速之间产生速度差，车轮发生滑动现象。滑动率的定义为：

#2

在非制动状态（滑动率为0）下，制动附着系数等于0；在制动状态下，滑动率达到最优滑动率时，制动附着系数最大，在此之前的区域为稳定区域；之后，随着滑动率的增大制动附着系数反而减少，侧向附着系数也下降很快，汽车进入不稳定区域，特别是当滑动率为100%时，侧向附着系数接近于0，也就是汽车不能承受侧向力，这是很危险的。所以应将制动滑动率控制在稳定区域内。附着系数的大小取决于道路的材料、状况以及轮胎的结构、胎面花纹和车速等因素。

#3

汽车的制动过程
在制动时车轮由于制动力矩的作用，地面给车轮一个制动力。随着制动力矩的增大，制动压力增大，车轮速度开始降低，滑动率和车轮转矩增大。可以认为在最优滑动率之前，车轮转矩和制动力矩同步增长，这就是说，在该阶段车轮减速度和制动力矩增大速度成正比且在该区域制动主要是滑转。但是，继续增大制动力矩，滑动率超过最优滑动率后进入不稳定区域，车轮的滑转程度不断增加，制动附着系数将减少，侧向附着系数将迅速降低。最终使车轮速度大幅度减少直至车轮抱死，这期间的车轮减速度非常大。轮胎印迹的变化经历了车轮自由滚动、制动和抱死三个过程。
ABS系统中，能够独立进行制动压力调节的制动管路称为控制通道。
　　如果对某车轮的制动压力可以进行单独调节，这种控制方式称为独立控制；如果对两个(或两个以上)车轮的制动压力一同进行调节，则称这种控制方式为一同控制。在两个车轮的制动压力进行一同控制时，如果以保证附着力较大的车轮不发生制动抱死为原则进行制动压力调节，称这种控制方式为按高选原则一同控制；如果以保证附着力较小的车轮不发生制动抱死为原则进行制动压力调节，则称这种控制方式为按低选原则一同控制。
　　按照控制通道数目的不同，ABS系统分为四通道、三通道、双通道和单通道四种形式，而其布置形式却多种多样。

#4

四通道ABS

四通道ABS
　　对应于双制动管路的H型(前后)或X型(对角)两种布置形式，四通道ABS也有两种布置形式。
为了对四个车轮的制动压力进行独立控制，在每个车轮上各安装一个转速传感器，并在通往各制动轮缸的制动管路中各设置一个制动压力调节分装置(通道)。
　　由于四通道ABS可以最大程度地利用每个车轮的附着力进行制动，因此汽车的制动效能最好。但在附着系数分离(两侧车轮的附着系数不相等)的路面上制动时，由于同一轴上的制动力不相等，使得汽车产生较大的偏转力矩而产生制动跑偏。因此，ABS通常不对四个车轮进行独立的制动压力调节。

#5

三通道ABS

三通道ABS
　　四轮ABS大多为三通道系统，而三通道系统都是对两前轮的制动压力进行单独控制，对两后轮的制动压力按低选原则一同控制。
按对角布置的双管路制动系统中，虽然在通往四个制动轮缸的制动管路中各设置一个制动压力调节
分装置，但两个后制动压力调节分装置却是由电子控制装置一同控制的，实际上仍是三通道ABS。由于三通道ABS对两后轮进行一同控制，对于后轮驱动的汽车可以在变速器或主减速器中只设置一个转速传感器来检测两后轮的平均转速。
　　汽车紧急制动时，会发生很大的轴荷转移(前轴荷增加，后轴荷减小)，使得前轮的附着力比后轮的附着力大很多(前置前驱动汽车的前轮附着力约占汽车总附着力的70%-80%)。对前轮制动压力进行独立控制，可充分利用两前轮的附着力对汽车进行制动，有利于缩短制动距离，并且汽车的方向稳定性却得到很大改善。

#6

双通道ABS

双通道ABS
　　双通道ABS在按前后布置的双管路制动系统的前后制动管路中各设置一个制动压力调节分装置，分别对两前轮和两后轮进行一同控制。两前轮可以根据附着条件进行高选和低选转换，两后轮则按低选原则一同控制。
对于后轮驱动的汽车，可以在两前轮和传动系中各安装一个转速传感器。当在附着系数分离的路面上进行紧急制动时，两前轮的制动力相差很大，为保持汽车的行驶方向，驾驶员会通过转动转向盘使前轮偏转，以求用转向轮产生的横向力与不平衡的制动力相抗衡，保持汽车行驶方向的稳定性。但是在两前轮从附着系数分离路面驶入附着系数均匀路面的瞬间，以前处于低附着系数路面而抱死的前轮的制动力因附着力突然增大而增大，由于驾驶员无法在瞬间将转向轮回正，转向轮上仍然存在的横向力将会使汽车向转向轮偏转方向行驶，这在高速行驶时是一种无法控制的危险状态。
　　双通道ABS多用于制动管路对角布置的汽车上，两前轮独立控制，制动液通过比例阀(P阀)按一定比例减压后传给对角后轮。
　　对于采用此控制方式的前轮驱动汽车，如果在紧急制动时离合器没有及时分离，前轮在制动压力较小时就趋于抱死，而此时后轮的制动力还远未达到其附着力的水平，汽车的制动力会显著减小。而对于采用此控制方式的后轮驱动汽车，如果将比例阀调整到正常制动情况下前轮趋于抱死时，后轮的制动力接近其附着力，则紧急制动时由于离合器往往难以及时分离，导致后轮抱死，使汽车丧失方向稳定性。
　　由于双通道ABS难以在方向稳定性、转向操纵能力和制动距离等方面得到兼顾，因此目前很少被采用。

#7

单通道ABS

单通道ABS
　　所有单通道ABS都是在前后布置的双管路制动系统的后制动管路中设置一个制动压力调节装置，对于后轮驱动的汽车只需在传动系中安装一个转速传感器。
对于后轮驱动的汽车，可以在两前轮和传动系中各安装一个转速传感器。当在附着系数分离的路面上进行紧急制动时，两前轮的制动力相差很大，为保持汽车的行驶方向，驾驶员会通过转动转向盘使前轮偏转，以求用转向轮产生的横向力与不平衡的制动力相抗衡，保持汽车行驶方向的稳定性。
在两前轮从附着系数分离路面驶入附着系数均匀路面的瞬间，以前处于低附着系数路面而抱死的前轮的制动力因附着力突然增大而增大，由于驾驶员无法在瞬间将转向轮回正，转向轮上仍然存在的横向力将会使汽车向转向轮偏转方向行驶，这在高速行驶时是一种无法控制的危险状态。

#8

在制动时轮速传感器测量车轮的速度，如果一个车轮有抱死的可能时，车轮减速度增加很快，车轮开始滑转。如果该减速度超过设定的值，控制器就会发出指令，让电磁阀停止或减少车轮的制动压力，直到抱死的可能消失为止。为防止车轮制动力不足，必须再次增加制动压力。在自动制动控制过程中，必须连续测量车轮运动是否稳定，应通过调节制动压力（加压、减压和保压）使车轮保持在制动力最大的滑转范围内。
　　制动控制的参数一般为车轮的减速度、加速度以及滑动率的三者综合。
在制动开始时，制动压力和车轮角减速度增加，在阶段1末，即轮减速度达到设定的门限值-a，（这里指绝对值），相应的电磁阀转换到“压力保持”状态，同时形成参考车速并在给定的斜率下作相应递减，滑动率的值是由参考车速计算得出，如果滑动率小于门限值，系统则进行一段保压（阶段2），当滑动率大于门限值，电磁阀转换到“压力下降”的状态，即阶段3，由于制动压力下降，车轮的角减速度回升，当达到-a值时，制动压力开始保持（第4阶段），当轮角减速度随着车轮的回升达到加速，达到门限值＋a，这时压力仍然保持，让车轮进一步回升到门限值＋Ak（表明是高附着系数路面），这时使制动压力再次增加（第5阶段），使车轮角加速度下降，；当车轮角加速度再回到+Ak时，进行保压（第6阶段）；车轮角加速度值回落到＋a值，此时车轮已进入稳定制动区域，并且稍有制动不足，这一区域的制动时间要尽可能延长，因此，阶段7的制动压力采用小的阶梯上升，一般较初始压力梯度小得多，直到车轮减速度再次超过门限值-a值，以后的控制循环过程就和前面一样了。

#9

驾驶汽车在潮湿的沥青路面上或是有积雪的道路上进行紧急制动时，车辆尾部会翘起，严重时车辆会打转。在积雪的路面上，由于出现行驶轮迹，以及部分路面从积雪中露出，这时如果车辆的左右车轮中的一个在无雪的道路上，而另一个在有雪的路面上行驶时，就极有可能发生车辆打转的现象。如果在这样的条件下进行紧急制动，就很难掌握住方向盘。有可能闯入其它车道或无法避开道路上的障碍物。车辆在紧急情况发生时需要刹车时，很容易发生车轮抱死的情况，制动时前轮抱死会丧失转向能力；而制动时后轮抱死会产生侧滑现象，从而容易导致交通事故的发生。防抱制动装置(Antilock Braking System，简称ABS)就是为了防止这种危险状况而开发的装置。没有装设ABS防抱死装置的汽车，如果在行驶中用力踩踏制动踏板，车轮会急速降低转速，最后车轮停止，但车身依然保持惯性向前滑动。这种现象在车轮与路面之间会发生较大的滑移，当出现这种状况时，汽车车胎对路面的侧滑摩擦力几乎消失，于是就会出现下述几种情况:
(1) 转向盘操纵不灵，严重时出现车辆打转现象。
(2) 操纵性下降，达不到转向要求。
(3) 制动距离延长，超过一般的制动器制动距离 。
以上几种情况是很容易发生交通事故的。防抱制动装置与原来的制动系统（制动总泵、盘式制动器、鼓式制动器、压力限制阀等）共同构成汽车的主动安全装置。ABS的基本原理是，根据行驶中的车胎与路面间的摩擦对各车轮给予不同的最佳的制动力，通常采用控制车轮的制动液压的方法。其基本是可感知制动轮每一瞬间的运动状态，并根据其运动状态相应地调节制动力的大小，避免出现车轮的抱死现象，可使汽车在制动时维持方向稳定性和缩短制动距离，有效的提高行车的安全性。通俗地讲就是当车轮制动时，安装在车轮上的传感器立即能感知车轮是否抱死，并将信号传给电脑，对抱死的车轮，电脑马上降低该车轮的制动力，车轮又继续转动，转动到一定程度，电脑又驿其施加制动，保证车轮既受到制动又不致抱死，这样不断重复，直至汽车完全停下来。装有ABS的车辆在积雪或冰冻的路面上、下雨天的打滑路面，以及在多弯道的各种状况中，可以放心的操纵方向盘进行制动。在未装ABS的车辆上，很难做到这一点。