車輛電控主動安全系統(tǒng)

　　車輛在安全方面有兩種要求：第一種是被動安全，要求在發(fā)生碰撞時能夠保護(hù)乘員，而另一種是主動安全，即提高車輛行駛的穩(wěn)定性，要求防范事故于未然。利用電子控制技術(shù)來提高車輛主動安全系統(tǒng)的性能并擴(kuò)展其功能已得到廣泛的應(yīng)用和發(fā)展，現(xiàn)代車輛電子控制主動安全系統(tǒng)主要包括ABS、BAS、ASR（TCS）、ESP等。

　　一、ABS

　　防抱制動系統(tǒng)ABS,英文全稱Anti-lock Braking System。

　　制動時方向的穩(wěn)定性，是指汽車制動時仍能按指定方向的軌跡行駛。當(dāng)汽車高速行駛時，如果因為緊急制動而使車輪完全不能轉(zhuǎn)動（專業(yè)術(shù)語稱之為“車輪抱死”），那是非常危險的。若前輪抱死，將使汽車失去轉(zhuǎn)向能力；若后輪抱死，將會出現(xiàn)跑偏、側(cè)滑甚至甩尾，對行車安全造成極大的危害。

　　汽車的制動力取決于制動器的摩擦力，但能使汽車制動減速的制動力，還受地面附著系數(shù)的制約。當(dāng)制動器產(chǎn)生的制動力增大到一定值時，汽車輪胎將在地面上 出現(xiàn)滑移。據(jù)試驗證實，當(dāng)車輪滑移率為15％～20％時附著系數(shù)達(dá)到最大值（圖1），因此，為了取得最佳的制動效果，一定要將車輪滑移率控制在15％～20％范圍內(nèi)。ABS的工作原理是，依靠裝在各車輪上高靈敏度的車輪轉(zhuǎn)速傳感器（以及車身上的車速傳感器），通過計算機(jī)控制，一旦緊急制動時發(fā)現(xiàn)某個車輪抱死，計算機(jī)立即指令壓力調(diào)節(jié)器使該輪的制動分泵減壓，使車輪恢復(fù)轉(zhuǎn)動（圖2）。ABS的工作過程實際上是抱死→松開→抱死→松開的循環(huán)工作過程，剎車在1s的時間內(nèi)可作用60至120次，即相似于機(jī)械自動化的“點剎”動作，使車輪始終處于臨界抱死的間隙滾動狀態(tài)（車輪滑移率在15%～20％范圍內(nèi)，即圖1陰影部分）。從而提高制動減速度，縮短制動距離，但最重要的還是克服側(cè)滑和跑偏，保證汽車的方向穩(wěn)定性，防止車身失控等情況的發(fā)生。

　　以上介紹的是單參數(shù)（輪速）控制ABS，還有一種雙參數(shù)（輪速、車速）控制ABS，它增加了一個車速傳感器測速雷達(dá)）。這種ABS可保證滑移率的理想控制，防抱制動性能好，但由于增加了一個測速雷達(dá)，因此結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，成本也較高。根據(jù)ACEA（歐洲車輛制造協(xié)會）的調(diào)查，如今每一輛歐洲生產(chǎn)的新車都搭載了ABS系統(tǒng)，全世界有超過60%的新車擁有此項裝置。在我國，2005年頒布的《機(jī)動車運行安全技術(shù)條件》（國家標(biāo)準(zhǔn)）規(guī)定：“從10月1日起，總質(zhì)量大于12000kg的長途客車和旅游客車、總質(zhì)量大于16000kg允許掛接總質(zhì)量大于10000kg的掛車的貨車及總質(zhì)量大于10000kg的掛車必須安裝符合GB/T13594規(guī)定的ABS。”

　　二、BAS

　　制動輔助系統(tǒng)BAS，英文全稱Brake Assistant System。

　　BAS是ABS的有力補充。汽車在緊急情況下，盡管駕駛?cè)藛T做出迅速反應(yīng)，但往往不能對制動踏板施加足夠的壓力，或者因為猶豫而使全力制動過遲，甚至做出錯誤反應(yīng)。如圖3所示，如果一直用很小的力踩下制動踏板，要持續(xù)較長的時間才能完全制動，制動行程較長，稱為制動不足；如果在制動的初期用了一個很小的制動踏板力，且這個力的增加非常緩慢，也使得制動起效滯后，稱為制動猶豫；而由BAS輔助完成的制動效果大不一樣，制動作用迅速起效，大大縮短了制動距離。BAS根據(jù)駕駛?cè)藛T踩下踏板的力度及速度，將制動力適時加大，從而提供了一個有效、可靠、安全的制動。

　　BAS電子控制單元從發(fā)動機(jī)電控模塊ME、牽引系統(tǒng)控制模塊、BAS踏板行程傳感器、BAS釋放開關(guān)等接收輸人信號，經(jīng)轉(zhuǎn)換處理后輸出到BAS電磁閥、BAS指示燈。電子控制單元根據(jù)輸人信號決定其控制模式：①若駕駛員踩制動踏板的速度未達(dá)到啟動BAS的規(guī)定值，則BAS制動調(diào)壓器中的電磁閥處于一個基礎(chǔ)的位置，此時為常規(guī)操作模式；②當(dāng)行駛速度高于8km/hld制動踏板速度滿足激活系統(tǒng)的條件時，電子控制單元激活電磁閥，電磁閥立刻對壓力室和真空室加壓，從而施加最大制動壓力，即使駕駛員只稍稍踩一下制動踏板或未能給其施加最大壓力，這一過程仍可產(chǎn)生（圖4）。由于防抱制動系統(tǒng)根據(jù)滑動系數(shù)繼續(xù)精確地校準(zhǔn)制動力，從而使駕駛員仍可控制汽車駕駛，因此，在自動緊急制動過程中，車輪不會抱死；③當(dāng)行駛速度小于3km/h或BAS持續(xù)工作時間大于20s時，BAS壓力減弱。如果駕駛員把腳從制動踏板上挪開，專用減壓裝置會關(guān)閉電磁閥，并立刻中止自動助力作用。

　　在2000年生產(chǎn)的凌志LS400上開始將BAS列為標(biāo)準(zhǔn)配備，它和ABS配合．工作，在緊急制動的狀況下系統(tǒng)如感應(yīng)到制動踏板力不足時，BAS會自動補償對制動系統(tǒng)的施力，讓車輪盡早達(dá)到抱死狀態(tài)，以便激活A(yù)BS，使制動距離達(dá)到最短。

　　在干燥路面上，由于駕駛員對踏板加壓不足，大多數(shù)駕駛員需要長達(dá)73m的制動距離才能使速度為100km/h的汽車停下來。相比之下，帶有BAS的汽車僅需40m即可停下來，即制動距離縮短了45％。即使駕駛員稍有延誤后才施以最大制動力，制動輔助系統(tǒng)仍可使制動距離縮短6m。

　　三、ASR（TCS）

　　牽引力控制系統(tǒng)TCS，英文全稱Traction Control System，又叫做加速防滑系統(tǒng)ASR（Acceleration Slip Regulation）。

　　ASR和ABS的工作原理方面有許多共同之處，兩者合并使用可形成更佳效果，構(gòu)成具有防車輪抱死和防驅(qū)動輪打滑控制(ABS/ASR)系統(tǒng)。這套系統(tǒng)主要由輪速傳感器、ABS/ASR ECU控制器、ABS驅(qū)動器、ASR驅(qū)動器、副；節(jié)氣門控制器和主、副節(jié)氣門位置傳感器等組成。

　　在汽車起步、加速及行進(jìn)過程中，ECU根據(jù)輪速傳感器輸入的信號，當(dāng)判定驅(qū)動輪的打滑現(xiàn)象超過上限值時，就進(jìn)入防滑程序。首先控制發(fā)動機(jī)動力輸出，通過調(diào)整點火正時或節(jié)氣門開度，來調(diào)節(jié)發(fā)動機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩。當(dāng)ECU判定需要對驅(qū)動輪進(jìn)行介人時，會將信號傳送到ASR驅(qū)動器對驅(qū)動輪（一般是前輪）進(jìn)行控制，以防止驅(qū)動輪打滑或使驅(qū)動輪的滑轉(zhuǎn)率保持在安全范圍內(nèi)。通常是根據(jù)汽車的行駛和車輪的滑轉(zhuǎn)狀況，對發(fā)動機(jī)輸出功率和驅(qū)動車輪制動綜合協(xié)調(diào)控制，使驅(qū)動車輪的滑轉(zhuǎn)率保持在理想的范圍之內(nèi)，實現(xiàn)對驅(qū)動輪牽引力的控制，以確保汽車在起步、加速及滑溜路面行駛時有良好的牽引性和行駛穩(wěn)定性。第一款搭載ASR系統(tǒng)的新車型在1987年出現(xiàn)，奔馳S級轎車再度成為歷史的創(chuàng)造者。

　　四、ESP

　　電子穩(wěn)定程序ESP，英文全稱Electronic Stability Program。

　　ESP是現(xiàn)代汽車主動安全性技術(shù)發(fā)展的里程碑，它綜合ABS、BAS和ASR3個系統(tǒng)的功能，讓駕駛員只要專 注于行車，讓計算機(jī)輕松應(yīng)付各種突發(fā)狀況。ESP有別于ABS與ASR僅能增加制動與加速時的穩(wěn)定性，ESP在行車過程中任何時刻都能將車輛在維持最佳的動態(tài)平衡與行車路線上。

　　ESP系統(tǒng)的傳感器主要有轉(zhuǎn)向傳感器（監(jiān)測方向盤轉(zhuǎn)動角度以確定汽車行駛方向是否正確）、輪速傳感器（監(jiān)測每個車輪的速度以確定車輪是否打滑）、搖擺速度傳感器（記錄汽車?yán)@垂直軸線的運動以確定汽車是否失去控制）與橫向加速度傳感器（測量過彎時的離心加速度以確定汽車是否在過彎時失去地面附著力）?？刂茊卧獙鞲衅鳒y量的相關(guān)數(shù)據(jù)與預(yù)先儲存在控制程序中的標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，確定轎車行駛狀態(tài)不穩(wěn)定的程度及其原因，進(jìn)而控制一個或多個車輪制動壓力的施加或釋放，必要時還對發(fā)動機(jī)輸出扭矩作精準(zhǔn)的調(diào)節(jié)，采取最有利的安全措施使汽車始終保持安全穩(wěn)定的行駛狀態(tài)。

　　ESP的特點：①實時監(jiān)控：ABS系統(tǒng)一般是在車輛制動時發(fā)揮作用，ASR系統(tǒng)主要是在車輛起步和加速時發(fā)揮作用。而ESP則不同，它始終處于．工作狀態(tài)，能夠?qū)崟r監(jiān)控駕駛者的操控動作、路面反應(yīng)、汽車運動狀態(tài)，并不斷向發(fā)動機(jī)和制動系統(tǒng)發(fā)出指令。②事先提醒：當(dāng)駕駛者操作不當(dāng)或路面異常時，ESP會用警告燈警示駕駛者。

　　延續(xù)過去ABS與ASR誕生時的慣例，奔馳S級轎車還是首先使用ESP系統(tǒng)的轎車型（1995年），4年后梅賽德斯—奔馳公司就正式宣布全車系都將ESP列為標(biāo)準(zhǔn)配備。寶馬與奧迪也于2001年也宣布全車系都將ESP列為標(biāo)準(zhǔn)配備。梅賽德斯—奔馳公司根據(jù)德國聯(lián)邦統(tǒng)計局(SBA)的交通事故統(tǒng)計數(shù)據(jù)指出，梅賽德斯—奔馳牌轎車安裝上ESP系統(tǒng)后，明顯地降低了事故發(fā)生率。在2000/2001統(tǒng)計年度新登記注冊的梅賽德斯—奔馳牌轎車與1999/2000年度登記注冊的沒有安裝ESP系統(tǒng)的同類轎車相比較，事故率降低了15%而在同一時期，其他世界著名汽車制造商轎車事故率平均降低了11%。顯然ESP系統(tǒng)使梅賽德斯—奔馳牌轎車的事故率的降低程度比其他品牌轎車低了4%。

　　目前ESM3種類型：①能向4個車輪獨立施加制動力的四通道系統(tǒng)；②對兩個前輪獨立施加制動力的雙通道系統(tǒng)；③能對兩個前輪獨立施加制動力和對后輪同時施加制動力的三通道系統(tǒng)。每種系統(tǒng)的成本不同，雖然四通道的系統(tǒng)要貴一些，但效果較好，所以現(xiàn)在的中高級車多采用的是四通道的系統(tǒng)。

　　2004年，中國新車的ESP系統(tǒng)裝備率還只有3%，而同期，歐盟地區(qū)的新車ESP裝備率已達(dá)35%，隨著人們對車輛安全性的要求日益提高，相信ESP將如同今日的ABS系統(tǒng)一樣，成為車輛的標(biāo)準(zhǔn)裝備。

　　五、ESD

　　電子制動力分配系統(tǒng)EBD，英文全稱Electronic Brake Distribution。

　　EBD的工作原理是用高速計算機(jī)在汽車制動的瞬間，利用傳感器分別對4只輪胎附著的不同地面進(jìn)行感應(yīng)、計算，得出不同的附著力數(shù)值，進(jìn)而控制4只輪胎制動裝置以不同的方式和力量實施制動，并在運動中快速調(diào)整，使制動力與附著力相匹配，從而保證車輛的平穩(wěn)、安全。EBD通常是防抱死制動系統(tǒng)ABS的附加裝置，在汽車緊急制動、車輪將抱死的情況下，EBD在ABS動作之前就已經(jīng)平衡了每一只輪胎的有效地面附著力，防止出現(xiàn)甩尾和側(cè)滑。配備EBD的ABS,各車輪由于有最理想的制動力分配，可進(jìn)一步縮短汽車緊急制動時的制動距離。

　　六、CBC

　　彎道制動控制系統(tǒng)CBC，英文全稱Curving Braking Control System。

　　輪胎是車輛與地面作用的物質(zhì)承擔(dān)者，所以輪胎 與地面的接觸力學(xué)特性決定了汽車動力學(xué)特性。根據(jù)庫侖摩擦定律，對于特定的路面條件和輪胎，地面的附著力是一定的，為縱向附著力與橫向附著力的矢量和?？v向附著力影響制動距離，而橫向附著力決定了制動過程的穩(wěn)定性，很顯然兩者是互相制約的。汽車在彎道上制動時，由于有離心力的作用，制動過程的穩(wěn)定性間題顯得更突出。如何使車輛在轉(zhuǎn)向制動時在橫向穩(wěn)定性和制動效能之間有較好的平衡，傳統(tǒng)的ABS是無法實現(xiàn)的，這也正是彎道制動控制所要解決的問題。

　　汽車在彎道行駛時，由于離心力的作用和車身的側(cè)傾，使外側(cè)車輪受到的垂直載荷比內(nèi)側(cè)車輪的大，要獲得較大的制動力，就需要對兩側(cè)輪缸的制動力進(jìn)行調(diào)整。因此，CBC就是借助于ABS對兩側(cè)輪缸壓力的調(diào)整 來實現(xiàn)轉(zhuǎn)彎制動控制的。為實現(xiàn)上述制動力的調(diào)節(jié)，在原有ABS硬件基礎(chǔ)上．增加4個輪缸壓力傳感器，一個橫擺角速度傳感器，一個車輛加速度傳感器及一個轉(zhuǎn)向角傳感器。CBC實現(xiàn)了對每個車輪的獨立控制，既保證了制動過程的穩(wěn)定性，又保證了具有足夠的制動強度，使汽車在彎道上的制動性能和在直線道路上一樣。2001年寶馬公司推出的X54.6is型SUV車上就裝備了CBC，使其在彎道上行駛時同樣具有優(yōu)良的制動控制性能，它是一款性能優(yōu)良的運動型多用途車。

　　七、ESS

　　電子控制懸架系統(tǒng)ESS，英文全稱Electronic Suspension System。

　　普通的懸架系統(tǒng)必須在舒適性和操縱性中進(jìn)行折衷。緩沖性能越好，車輛的減振性能越好，但操控性越差，自然也會影響到制動距離。

　　電子控制懸架系統(tǒng)利用電子技術(shù)來提高底盤懸架的技術(shù)水平，與一般懸架系統(tǒng)相比，車輛的安全性和舒適性大大提高。電子控制懸架系統(tǒng)能根據(jù)不斷變化的道路狀況對·阻尼系數(shù)和車身高度進(jìn)行調(diào)整。在顛簸不平的道路上，電子控制懸架系統(tǒng)可以通過升高車身和采用自動電子阻尼控制技術(shù)，明顯地提高駕乘人員的舒適性。而在高速公路上它會自動降低車身高度，減小風(fēng)阻系數(shù)，同時在必要時通過調(diào)整阻尼系數(shù)來改善汽車的操縱穩(wěn)定性。如果轉(zhuǎn)向穩(wěn)定性提高，后輪將傳遞更大的制動力，從而縮短制動距離。

　　據(jù)德國保險業(yè)協(xié)會、汽車安全學(xué)會分析了導(dǎo)致嚴(yán)重傷亡交通事故的原因后的研究顯示，60%的死亡交通事故是由于側(cè)面撞車引起的，30％～40％是由于超速行駛、突然轉(zhuǎn)向或操作不當(dāng)引發(fā)的。我們有理由相信ABS及其衍生的ASR、ESP等電子控制主動安全系統(tǒng)能大幅度降低緊急狀況發(fā)生車輛失去控制的機(jī)率，保證乘員的安全。