第六節(jié) 防抱死制動系統(tǒng)的控制過程

一、ABS的控制方式

ABS無論采用哪種控制方式，其目的都是根據(jù)輪速、減速度、車速等信號，判斷制動時車輪的運(yùn)動狀態(tài)，并通過調(diào)節(jié)車輪制動器輪缸的制動壓力，將車輪滑移率控制在10%～30%之間，從而獲得最佳制動性能。

目前ABS的控制方式有車輪滑移率控制方式、邏輯門限值控制方式、最優(yōu)化控制方式、滑模動態(tài)變結(jié)構(gòu)控制方式和模糊控制方式等。其中車輪滑移率控制方式和模糊控制方式需要使用成本較高的多普勒雷達(dá)檢測車速，因此采用較少。在剩下的3種控制方式中，邏輯門限值控制方式由于實時響應(yīng)好，執(zhí)行機(jī)構(gòu)比較容易實現(xiàn)而被廣泛應(yīng)用。

邏輯門限值控制方式通常是將車輪的減速度（或角減速度）和加速度（或角加速度）作為主要控制門限，而將車輪滑移率作為輔助控制門限。通過檢測車輪的角速度來計算車輪速度和加、減速度，再利用車輪速度和存儲在存儲器內(nèi)的制動開始時的汽車速度計算車輪的參考滑移率。ABS系統(tǒng)工作時，將這些控制參數(shù)與預(yù)先設(shè)定的門限值進(jìn)行比較，根據(jù)比較結(jié)果控制制動壓力調(diào)節(jié)器的電磁閥動作來改變制動力的大小，并在控制過程中記錄前一控制周期（在制動過程中，從制動減壓、保壓到增壓為一個控制周期）的各個控制參數(shù)，再根據(jù)這些參數(shù)值確定下一個控制周期的控制條件。

電子控制防抱死制動系統(tǒng)是根據(jù)車輪減速度和滑移率是否達(dá)到某一設(shè)定值來判定車輪是工作在附著系數(shù)-滑移率曲線（見圖1-46所示φ_B—S曲線）的穩(wěn)定區(qū)域還是工作在非穩(wěn)定區(qū)域，并通過調(diào)節(jié)制動輪缸的制動液壓力，充分利用輪胎與道路接觸面之間的附著力將車輪滑移率控制在10%～30%的穩(wěn)定區(qū)域內(nèi)，從而獲得最佳制動性能。

輪胎與道路接觸面之間的附著系數(shù)和車輪滑移率是影響制動效果的重要參數(shù)。現(xiàn)有ABS實用技術(shù)還不能直接測量輪胎與道路接觸面之間的附著系數(shù)和車輪滑移率，這是因為測量過程中需要使用五輪儀，測量汽車實際速度需要使用價格昂貴的多普勒雷達(dá)或加速度傳感器，因此防抱死制動普遍采用自適應(yīng)控制方式來實現(xiàn)近似理想的控制過程。

自適應(yīng)控制方式的控制方法是預(yù)先設(shè)定車輪加、減速度以及滑移率門限值，通過檢測車輪的角速度來計算車輪速度和加、減速度，再利用車輪速度和存儲在存儲器中的制動開始時的汽車速度計算車輪的參考滑移率。ABS系統(tǒng)工作時，將這些控制參數(shù)與預(yù)先設(shè)定的門限值進(jìn)行比較，根據(jù)比較結(jié)果控制制動壓力調(diào)節(jié)器的電磁閥動作來改變制動壓力大小，并在控制過程中記錄前一控制周期的各個控制參數(shù)，再根據(jù)這些參數(shù)值確定下一個控制周期的控制條件。

汽車在行駛過程中，車輪速度傳感器不斷向ABS ECU輸入車輪速度信號。ABS ECU根據(jù)輪速信號計算車輪圓周速度，再對車輪圓周速度進(jìn)行微分計算即可得到車輪的加、減速度。

當(dāng)踩下制動踏板時，制動燈開關(guān)接通，并向ABS ECU輸入一個高電平（電源電壓）信號，ABS開始投入工作。因為在制動條件相同的情況下，輪胎與道路接觸面之間的附著系數(shù)不同，制動效果也不相同，所以ABS一般都將制動控制過程分為高附著系數(shù)、低附著系數(shù)和附著系數(shù)由高到低三種情況分別進(jìn)行控制。ABS工作時，ABS ECU首先根據(jù)減速度信號判定路面狀況，減速度大于一定值為高附著系數(shù)路面，減速度小于一定值為低附著系數(shù)路面，然后根據(jù)判定結(jié)果調(diào)用相應(yīng)的控制程序，通過控制電磁閥閥門的打開與關(guān)閉，使電磁閥處于“降壓”、“保壓”或“升壓”狀態(tài)來改變車輪制動輪缸的壓力，從而實現(xiàn)防抱死制動。

二、ABS的控制過程

雖然輪胎與道路接觸面之間的附著系數(shù)不同，路面上的控制過程也有所不同，但其控制原理基本相同，下面以圖1-46所示的高附著系數(shù)路面的制動控制過程為例說明ABS的控制原理。

在制動初始階段，車輪制動輪缸的制動液壓力隨制動踏板力升高而升高，車輪滾動的圓周速度vω降低，減速度增加，如圖1-46第1階段曲線所示。

當(dāng)減速度增加到設(shè)定門限值（-a）時，ABS ECU發(fā)出指令使相應(yīng)的電磁閥轉(zhuǎn)換到“保持壓力”狀態(tài)，控制過程進(jìn)入第2階段，此時制動輪缸壓力保持不變。因為減速度剛剛超過設(shè)定門限值時，車輪還工作在φ_B-S曲線的穩(wěn)定區(qū)域，所以滑移率較小，且小于設(shè)定門限值（S₁）。滑移率利用參考車速v_ref計算求得，稱為參考滑移率。參考車速由ABS ECU根據(jù)存儲器中存儲的制動開始時的車輪速度確定，并按設(shè)定的斜率（該斜率略大于縱向附著系數(shù)最大值所對應(yīng)的汽車減速度值）下降。

圖1-46 高附著系數(shù)路面的制動控制過程

v—車速 S₁—滑移率門限值 v_ref—參考車速 v_w—車輪圓周速度 +A、+a—車輪加速度門限值 -a—車輪減速度門限值

在制動過程中，任一時刻的參考滑移率可由參考車速計算得出。在保壓過程中，參考滑移率會增大，當(dāng)參考滑移率大于滑移率門限值時，ABS ECU發(fā)出指令使相應(yīng)的電磁閥轉(zhuǎn)換到“壓力降低”狀態(tài)，控制過程進(jìn)入第3階段。

制動壓力降低后，汽車在慣性力的作用下車輪減速度開始回升。當(dāng)減速度回升到高于減速度門限值（-a）時，ABS ECU發(fā)出指令使相應(yīng)的電磁閥轉(zhuǎn)換到“壓力保持”狀態(tài)，控制過程進(jìn)入第4階段。在制動部件以及制動液的慣性作用下，車輪開始加速，減速度由負(fù)值迅速增加到正值，直到超過加速度門限值（+a）。

在制動壓力保持過程中，加速度繼續(xù)升高。當(dāng)加速度超過更大的加速度門限值（+A）時，ABS ECU發(fā)出指令使相應(yīng)的電磁閥轉(zhuǎn)換到“壓力升高”狀態(tài)，控制過程進(jìn)入第5階段。

制動壓力升高后，車輪加速度降低，當(dāng)加速度降低到低于加速度門限值（+A）時，ABS ECU發(fā)出指令使相應(yīng)的電磁閥轉(zhuǎn)換到“壓力保持”狀態(tài)，控制過程進(jìn)入第6階段。因為此時車輪加速度高于設(shè)定門限值（+a），說明車輪工作在φ_B-S曲線的穩(wěn)定區(qū)域，且制動力不足，所以當(dāng)加速度降低到加速度門限值（+a）時，ABS ECU將發(fā)出指令使相應(yīng)的電磁閥在“壓力升高”和“壓力保持”狀態(tài)之間交替轉(zhuǎn)換，控制過程進(jìn)入第7階段，使車輪速度降低，加速度減小。當(dāng)加速度降低到減速度門限值（-a）時，控制過程進(jìn)入第8階段，ABS進(jìn)入第二個控制周期，控制過程與上述相同。

在車輪加速度從設(shè)定門限值（+A）減小到（-a）期間，即在第6、7控制階段，因為制動壓力已經(jīng)降低，所以ABS ECU不再考慮滑移率的變化情況。

在ABS ECU的控制下，制動壓力調(diào)節(jié)器以每秒2～10次的頻率調(diào)節(jié)制動輪缸的壓力，將各車輪的滑移率控制在理想滑移率附近，不僅能夠縮短制動距離，而且還能最大限度地保證制動時汽車的穩(wěn)定性和安全性。當(dāng)駕駛?cè)瞬认轮苿犹ぐ鍟r，制動壓力“升高”和“降低”的動作在腳掌上會有抖動的感覺。

三、三位三通電磁閥式ABS的控制過程

在裝備三位三通電磁閥式制動壓力調(diào)節(jié)器的防抱死制動系統(tǒng)中，每次接通點(diǎn)火開關(guān)時，ABS就會自動進(jìn)入自檢狀態(tài)。在自檢過程中，儀表板上的ABS警告燈發(fā)亮約2s后自動熄滅，同時能夠聽到繼電器觸點(diǎn)斷開與閉合的響聲以及回液（油）泵電動機(jī)啟動時的響聲，在制動踏板上也能感覺到輕微的振動。

當(dāng)ABS在汽車行駛過程中發(fā)生故障時，ABS將自動關(guān)閉，同時控制儀表板上的ABS警告燈發(fā)亮，此時常規(guī)制動系統(tǒng)將繼續(xù)保持正常工作狀態(tài)。

當(dāng)控制系統(tǒng)的電源電壓低于允許的最低電壓值（10.5V）時，ABS也將自動關(guān)閉，此時ABS警告燈將發(fā)亮指示。一旦電源電壓恢復(fù)正常值時，ABS將再次啟動，指示燈自動熄滅。

當(dāng)駕駛?cè)瞬认轮苿犹ぐ鍟r，ABS將投入工作，制動壓力調(diào)節(jié)器各執(zhí)行元件的工作狀態(tài)如表1-2所示。

表1-2 三位三通電磁閥式制動壓力調(diào)節(jié)器工作狀態(tài)

1.常規(guī)制動時制動系統(tǒng)工作情況

汽車正常行駛或常規(guī)制動（ABS未投入工作）時，制動壓力調(diào)節(jié)器的工作狀態(tài)如圖1-47所示。在防抱死制動電控單元的控制下，電磁閥和電動泵均不通電，三位三通電磁閥在回位彈簧的作用下，進(jìn)液閥打開、回液閥關(guān)閉。進(jìn)液閥打開將制動主缸與制動輪缸之間的油液管路接通，回液閥關(guān)閉將制動輪缸與儲液器之間的油液管路關(guān)閉，各執(zhí)行元件的工作狀態(tài)見表1-2。

當(dāng)踩下制動踏板時，制動主缸中制動液壓力升高，制動液從制動主缸流入制動輪缸，制動液通道為：制動主缸→三位三通電磁閥進(jìn)液口→電磁閥腔室→出液口→制動輪缸。制動輪缸制動液的壓力隨制動主缸制動液的壓力升高而升高。

當(dāng)放松制動踏板時，制動輪缸中具有一定壓力的制動液通過兩條通道流回制動主缸。一條通道為：制動輪缸→三位三通電磁閥出液口→電磁閥腔室→進(jìn)液口→制動主缸。另一條通道為：制動輪缸→三位三通電磁閥出液口→電磁閥腔室→3號單向閥→制動主缸。

位于回液泵管路中的2號單向閥的功用是防止制動液流入回液泵。

圖1-47 常規(guī)制動時三位三通電磁閥式ABS工作情況

2.制動壓力保持時制動系統(tǒng)工作情況

ECU在汽車制動過程中，當(dāng)4個車輪中的任意一個趨于抱死時，制動壓力調(diào)節(jié)器就會根據(jù)ABS系統(tǒng)的控制指令，通過調(diào)節(jié)該車輪制動輪缸的制動液壓力“降壓”、“保壓”或“升壓”來達(dá)到防抱死制動的目的。

圖1-48 “保壓”時三位三通電磁閥式ABS工作情況

當(dāng)車輪制動輪缸管路中的制動液壓力升高或降低、傳感器信號表明車輪減速度或滑移率達(dá)到設(shè)定門限值需要保持制動壓力時，ABS ECU便控制電磁閥線圈接通較小電流（約2A），使電磁閥的閥芯克服回位彈簧彈力移動較小間隙，從而使進(jìn)液閥和回液閥均處于關(guān)閉狀態(tài)，制動液在管路中不能流動，如圖1-48所示，壓力處于“保持”狀態(tài)。“保壓”時各執(zhí)行元件的工作狀態(tài)如表1-2所列，此時回液泵電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)將儲液器中剩余的制動液泵回制動主缸。

3.制動壓力降低時制動系統(tǒng)工作情況

當(dāng)ABS ECU判定某個車輪制動趨于抱死需要降低制動壓力時，ABS ECU便控制電磁閥線圈接通較大電流（約5A），產(chǎn)生較強(qiáng)電磁吸力使三位三通電磁閥的閥芯移動較大間隙，從而使進(jìn)液閥關(guān)閉、回液閥打開，如圖1-49所示，制動輪缸中的制動液便從出液口、回液口流入儲液器。與此同時，ABS ECU還將接通回液泵電動機(jī)電源，電機(jī)和回液泵運(yùn)轉(zhuǎn)將儲液器中的制動液泵回制動主缸，各執(zhí)行元件的工作狀態(tài)見表1-2。回液通道為：制動輪缸→出液口→電磁閥腔室→回液閥→儲液器→2號單向閥→電動回液泵→1號單向閥→制動主缸。

圖1-49 “降壓”時三位三通電磁閥式ABS工作情況

隨著制動輪缸中的制動液流回制動主缸，其制動管路中制動液的壓力隨之降低，從而達(dá)到防止車輪抱死之目的。

4.制動壓力升高時制動系統(tǒng)工作情況

當(dāng)需要升高車輪制動輪缸制動液壓力時，ABS ECU將切斷三位三通電磁閥線圈電流（0A），電磁閥在回位彈簧的作用下復(fù)位，進(jìn)液閥打開、回液閥關(guān)閉，如圖1-50所示。進(jìn)液閥打開將制動主缸與制動輪缸之間的管路構(gòu)成通路。回液閥關(guān)閉將制動輪缸與儲液器之間的油液管路關(guān)閉。

制動液從制動主缸流入制動輪缸，制動液通道為：制動主缸→三位三通電磁閥進(jìn)液口→電磁閥腔室→出液口→制動輪缸。制動輪缸的壓力隨制動主缸制動液壓力升高而升高，各執(zhí)行元件的工作狀態(tài)見表1-2。泵電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)將儲液器中剩余的制動液泵回制動主缸。

當(dāng)駕駛?cè)瞬认轮苿犹ぐ鍟r，制動壓力升高和降低的作用力在腳掌上會有抖動的感覺，這種感覺在裝備三位三通電磁閥ABS的奧迪轎車上為每秒鐘4～10次。

圖1-50 “升壓”時三位三通電磁閥式ABS工作情況