制动系统

制动防抱死装置
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防抱死制动系统
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设计背景
这是一项在80年代末才兴起应用的新技术，但发展得很快，已经成为许多轿车的必装件了。据统计，汽车突然遇到情况制动时，百分之九十以上的驾驶者往往会一脚将制动踏板踩到底来个急刹车，这时候的车子十分容易产生纯粹性滑移并发生侧滑，即人们俗称的“甩尾”，这是一种非常容易造成车祸的现象。造成汽车侧滑的原因很多，例如行驶速度，地面状况，轮胎结构等都会造成侧滑，但最根本的原因是汽车在紧急制动时车轮轮胎与地面的滚动摩擦会突然变为滑动摩擦，轮胎的抓地力几乎丧失，此时此刻驾驶者尽管扭动方向盘也会无济于事。针对这种产生侧滑现象的根本原因，汽车专家早在60年代就研制出车用ABS这样一套防滑制动装置。 
系统组成
主要由车速传感器、泵、电磁阀和控制器组成。
车速传感器
防抱死制动系统需通过某种途径来了解轮胎将何时抱死。安装在每个轮胎上（在某些情况下安装在差速器中）的车速传感器可以提供此信息。
电磁阀
由ABS控制的每个制动系统的制动管路中都有一个电磁阀。对于某些制动系统而言，电磁阀可处于三个位置：
在位置1，电磁阀处于打开状态；来自总泵的压力直接传递到制动系统。
在位置2，电磁阀阻断管路，将制动系统与总泵隔离。 如果驾驶员用力踩下制动踏板，这将防止压力继续升高。
在位置3，电磁阀释放制动系统的部分压力。
泵
既然电磁阀可以释放制动系统的压力，那就必需有办法恢复压力。泵正是在这时发挥作用。如果电磁阀降低了管路中的压力，泵可以恢复压力。
控制器
控制器是汽车中的计算机。 它可以监视车速传感器并控制电磁阀。
工作原理
控制器时刻监视着车速传感器。它查找不正常的车轮减速情况。车轮即将抱死之前，其速度将骤减。如果放任不管，那么在汽车停驶之前，车轮就早已停止转动（抱死）了。对于时速达96.6公里的车辆而言，理想状况下需5秒钟才能停下来，而抱死的车轮不到1秒即可停止转动。
ABS控制器知道这样急促的减速是不可能的，因此它会不断降低制动系统的压力，直到监测到车轮加速。然后，它将提升压力，直到再次监测到车轮减速。 控制器可以在轮胎实际大幅变速之前非常迅速地完成上述过程。这样，制动系统使轮胎始终保持在接近抱死的边缘状态，最终达成轮胎与汽车的同步减速。制动系统由此可以发挥出最佳制动效果。
在ABS系统工作时，您会感觉到制动踏板在不断地抖动。这是由电磁阀的频繁开关造成的。某些ABS系统每秒最多可以开关阀15次。
控制策略
目前有三种常用的ABS控制策略用于控制车轮制动压力，分别是单轮控制、低选控制和高选控制。具体介绍如下。
单轮控制
要使车辆实现最大的制动强度，首先需保证每个车轮都最大程度地利用了可用的附着系数。针对每个车轮的独立控制策略可以实现这一目标。为此，每个车轮都有一套传感器用于信号测量及其参数计算，都有各自的制动管路以实现对每个车轮制动压力的独立控制，而与其他车轮的工作情况无关。
缺点：在左右车轮附着系数岸不同的路面上，如单侧光滑的路面，由于左右制动力差别较大，会产生很大的横摆力矩，使车辆运动不稳定，一定程度上使得单轮独立控制可获得最大制动强度的优势被削减。
低选控制
所谓低选控制就是对同一车轴两侧车轮同时施加制动压力控制，大小由附着系数低的那侧车轮来决定。
这种控制策略可以通过安装于每个车轮上的传感器或安装于差速器驱动齿轮上的传感器完成。
采用低选控制策略，虽不能充分发挥行驶于高附着系数路面上的那侧车轮的附着能力，但却能获得较大的转弯侧向力。并且由于左右车轮的制动力相差不多，车辆不会产生横摆，保证了车辆的稳定性。由于上述优点，低选控制广泛适用于后轴车轮的制动控制。
高选控制
高选控制是由高附着系数路面上的那侧车轮来决定车桥两侧车轮的制动压力，因此每个车轮上均需分别安装传感器。
优点：与低选控制相比，高选控制可获得更高的制动强度。
缺点:低附着路面上的那个车轮可能会抱死，因而导致车辆丧失转向能力。由于作用于两侧的制动力不等，还会产生横摆力矩。但因高选控制能获得较高的制动强度，这种控制方式通常用于前轴车轮的制动控制。
控制方法
防抱死制动系统（ABS）的控制方法有多种，比如PID控制方法、最优控制方法、滑模变结构控制方法、模糊控制方法、鲁棒控制方法等。
有文献研究了其中的4中控制方法，对比发现单一的控制系统很难兼顾鲁棒性和控制精度，同时从实施的角度，难易也各不相同。模糊控制可实施性好，鲁棒性强，但控制精度略差。滑模变结构与模糊控制相类似，精度有所提高，但是以系统的高速切换为代价，对作动系统的要求较高。PID简单实用，精度较好，但鲁棒性要差些，实施成本也高些。传统逻辑门限控制需要较多的经验摸索，算法实施复杂，但硬件成本低。
所以适当结合不同的控制方法应该可以得到比较好的控制效果，如模糊+PID，结合模糊的鲁棒性和PID的控制精度等。
ABS的类型
防抱死制动系统采用不同的方案，具体视使用的制动系统类型而定。我们将按照通道数（即受独立控制的电磁阀的数量）以及车速传感器的数量来对方案进行具体说明。
四通道、四传感器ABS：这是最佳的方案。采用此方案，四个车轮各配有一个车速传感器和一个独立的电磁阀。在这种配置下，控制器分别对各个车轮进行监视，以确保各个车轮均获得最大制动力。三通道、三传感器ABS：配备有四轮ABS的轻型卡车通常采用此方案。采用此方案，每个前轮各配有一个车速传感器和一个电磁阀，两个后轮共用一个传感器和一个电磁阀。后轮的车速传感器位于后轴中。这种ABS系统可以单独控制每个前轮，因此每个前轮都可获得最大制动力。因为对两个后轮一起监测，因此，只有当两个后轮同时临近抱死时，后轮ABS装置才会启动。使用这种系统，在停车过程中可能会出现一个后轮抱死，从而降低制动效果的情况。
单通道、单传感器ABS ：配备了后轮ABS装置的轻型卡车通常采用这种系统。它由一个同时控制两个后轮的电磁阀和一个安装在后轴中的车速传感器组成。此系统的工作原理与三通道ABS系统后部的工作原理相同。它同时监测两个后轮，只有当两个后轮同时临近抱死时，ABS才会启动。使用这种系统，在停车过程中也可能会发生一个后轮抱死而降低制动效果的情况。
这类系统很容易识别。因为这种系统中通常有一个制动管路通过一个T字形装置连接到两个后轮。通过后轴箱上差速器附近的电气连接，即可顺藤摸瓜地找到车速传感器。
常见问题
1.在打滑的路面状况下停车，我该踩制动踏板吗？
对于配备了ABS的汽车而言，绝对不要点刹制动踏板。有时人们在路面打滑的情况下会使用点刹技术，以防止车轮抱死，并使汽车尽量沿直线停车。而在配备了ABS的汽车上，车轮决不会锁死，因此点刹只会让车停得更慢。
对于配备了ABS的汽车，在紧急刹车时，应用力踩下制动踏板，并在ABS起作用的整个过程中踩住踏板不放。您会感觉到踏板在抖动，有时甚至非常剧烈，但这是正常现象，因此不要松开制动踏板。
2.防抱死制动系统真的有效吗？
防抱死制动系统确实可以帮助您更好地停车。它可以防止车轮抱死，如果在打滑的路面上使用，您就可以在最短的距离内停车。但是，ABS真的可以防止交通事故吗？这一点才是衡量ABS系统使用效果的真正标准。为确定汽车在配备ABS装置之后发生重大交通事故的几率是增大还是减小，美国公路安全保险协会（IIHS）展开了几项研究工作。1996年度的研究结果表明，总体来看，配备ABS的汽车发生的重大交通事故并不比未配备ABS的汽车少。而且，尽管配备ABS的汽车在交通事故中确实较少造成其他车辆人员伤亡，但所造成的自身伤亡（尤其是ABS汽车单方事故）却比未配备ABS的汽车更多。
个中缘由众说纷纭。有人认为，配备ABS的汽车的驾驶员使用ABS的方法不对。他们要么是点刹制动踏板，要么是在感到制动踏板抖动时松开了制动踏板。也有人认为，由于ABS允许驾驶员在紧急刹车过程中操控汽车方向，因此导致更多的驾驶员偏离路面，发生撞车。
较新的统计信息表明，ABS汽车在事故发生率方面有所改善，但仍无证据表明ABS提高了整体安全性。