基于ABS系統(tǒng)的新功能拓展技術(shù)研究與探討

　　制動安全系統(tǒng)作為車輛安全系統(tǒng)的重要組成部分，其新技術(shù)發(fā)展較為迅速，尤其是制動系統(tǒng)在電子化技術(shù)方面取得了很大的進(jìn)展和成就。20世紀(jì)80年代末，拓展了ABS的現(xiàn)有功能，開發(fā)出了驅(qū)動防滑系統(tǒng)（ASR），通過對制動過程的調(diào)節(jié)來改善牽引力。由于全球運(yùn)輸業(yè)競爭的加劇和對于制動系統(tǒng)要求的提高，又推出了基于ABS的拓展功能如電子制動力分配鄺艮制系統(tǒng)（EBD/EBL）、輪胎氣壓監(jiān)測系統(tǒng)（TPM）、防側(cè)翻穩(wěn)定性控制（RSC）和電子穩(wěn)定性控制（ESC）等。

　　基于ABS的拓展技術(shù)

　　1.驅(qū)動防滑系統(tǒng)/牽引力控制系統(tǒng)（ASR/TCS）

　　ASR（Anti-SlipRegulation）/TCS（TractionControlSystem）驅(qū)動防滑系統(tǒng)也叫牽引力控制系統(tǒng)，其主要優(yōu)點(diǎn)是維持了車輛的驅(qū)動力和轉(zhuǎn)向力；當(dāng)車輛在濕滑的路面起步、加速和轉(zhuǎn)向時保證了駕駛的穩(wěn)定性；可以通過警告燈提醒駕駛員路面的濕滑（ASR起作用時燈亮）；將輪胎因打滑的磨損減少到最小程度；進(jìn)一步減少了事故的可能性。

　　ASR電控單元通過兩種調(diào)節(jié)功能組合進(jìn)行工作，即一方面進(jìn)行制動調(diào)節(jié)，另一方面通過發(fā)動機(jī)扭矩調(diào)節(jié)來改善牽引性能。當(dāng)有一個驅(qū)動輪發(fā)生滑轉(zhuǎn)，可通過對其與非驅(qū)動輪的轉(zhuǎn)速對比加以識別。ASR制動控制部分對該滑轉(zhuǎn)車輪施加制動壓力。二個車輪均發(fā)生滑轉(zhuǎn)，則ASR的發(fā)動機(jī)控制部分介入工作，降低發(fā)動機(jī)扭矩。ASR通過自動施加制動和自動降低發(fā)動機(jī)扭矩來改善車輛起步和加速行駛工況，提高車輛牽引力。

　　2.越野路面功能

　　越野路面（OFFROAD）模式可以允許在特殊路面上更大的制動滑移率（瞬時抱死）。越野路面ABS在車輛速度小于15km/h時使ABS控制失去作用，并且允許更大的制動滑移率直到40km/h。

　　在故障導(dǎo)致ABS燈常亮的情況之外，選擇的越野路面模式由ABS燈慢閃提示給駕駛員。ECER13系列7要求：當(dāng)點(diǎn)火開關(guān)打開，ABSOFFROAD功能可以自動重設(shè)。目前越野路面功能的輸入通常用一按健式開關(guān)實(shí)現(xiàn)。車輛制造商應(yīng)該在使用說明書中說明在正常路面下不允許使用越野路面功能，因?yàn)樵谶@種條件下車輛可能不能滿足ECERl3一類ABS的要求。

　　3.改善牽引力模式

　　在深雪條件或類似條件下，牽引力可以通過激發(fā)一特殊模塊得到增加，電控單元將根據(jù)不同的臨界值，通過發(fā)動機(jī)控制和差速制動分配來允許更高的滑移率。

　　改善牽引力模式通過ASR燈的慢閃來確認(rèn)，并以此通知駕駛員車輛穩(wěn)定性可能降低。

　　4.輪胎氣壓監(jiān)測系統(tǒng)（TPMS）

　　輪胎氣壓監(jiān)測系統(tǒng)（TPMS：TirePressureMonitoringSystems）可以認(rèn)為是一種簡單的智能輪胎技術(shù)，主要用于對汽車行駛時實(shí)時對輪胎氣壓進(jìn)行自動監(jiān)測，對輪胎漏氣和低氣壓進(jìn)行報警，以保障行車安全。

　　目前，TPMS主要有兩種類型，一種是Wheel-SpeedBasedTPMS（間接式TPMS）。另一種是Pressure-SensorBasedTPMS（直接式TPMS）。

　　間接式TPMS是借用ABS中的輪速傳感器測量4個車輪的轉(zhuǎn)速。當(dāng)某只輪胎的氣壓下降時，輪胎滾動半徑減小，車輪轉(zhuǎn)速相應(yīng)增大，系統(tǒng)主要通過比較兩條對角線上車輪轉(zhuǎn)速的總和判斷壓力是否下降。間接式TPMS主要缺點(diǎn)是無法對兩個以上輪胎同時缺氣的狀況和速度超過100km/h的情況進(jìn)行判斷。

　　直接式TPMS技術(shù)又分為主動式（Active）和被動式（Passive）兩種。主動式TPMS利用安裝在每一個輪胎上的以鋰離子蓄電池為電源的壓力傳感器來直接測量輪胎的氣壓，并通過射頻RF（RadioFrequency）信號發(fā)射到中央接收單元進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，再通過監(jiān)視器隨時顯示各輪胎氣壓，當(dāng)輪胎氣壓太低或有滲漏時，系統(tǒng)就會自動報警。被動式TPMS，也叫無蓄電池TPMS，用一個中央收發(fā)器（CentralTransceiver）代替了一般直接式TPMS中的中央接收器。這個收發(fā)器不但要接收信號而且要發(fā)射信號，安裝在輪胎中的轉(zhuǎn)發(fā)器（Transponder）（代替了發(fā)射器）接收來自中央收發(fā)器的信號，同時使用這個信號的能量來發(fā)射一個反饋信號到中央收發(fā)器上進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，處理結(jié)果顯示在監(jiān)視器上。雖然此技術(shù)不用蓄電池供電，但是它需要將轉(zhuǎn)發(fā)器整合至輪胎中，這牽涉到各輪胎制造商需建立共同的標(biāo)準(zhǔn)才有可能。因此，無蓄電池TPMS短期內(nèi)還難以廣泛使用。

　　5.制動性能監(jiān)控系統(tǒng)（BPM）

　　基于ABS輪速監(jiān)控的原理開發(fā)出了車輛制動性能監(jiān)控系統(tǒng)（BPM：BrakingPerformanceMonitoring），其主要功能為制動期間主動監(jiān)控不同車輪的制動性能，一旦有車輪制動性能異常，該系統(tǒng)會發(fā)出警告信息。

在制動效能不良的情況下，大約3km以后發(fā)出警告信息；在制動能力完全失去的情況下，系統(tǒng) 將快速報警；信號通過CAN網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳輸，另外信號也可以作為ABS當(dāng)前故障在CAN網(wǎng)絡(luò)終端顯示。

　　工作原理與TPMS類似，根據(jù)輪胎轉(zhuǎn)動圈數(shù)及ABS齒圈齒數(shù)，ABS傳感器產(chǎn)生相應(yīng)的信號脈沖，電控單元累計每個車輪的信號脈沖數(shù)量，同時計算對角線間車輪的脈沖數(shù)量總和的差別（在制動工況下，大約1km的范圍內(nèi)累計一次）。并且考慮轉(zhuǎn)向、對稱載荷及滑移變化等的影響，對計算結(jié)果有一定的補(bǔ)償。如果差別超出了預(yù)先設(shè)定的限值一次或多次，電控單元通過顯示終端通知駕駛員制動能力降低。

　　系統(tǒng)在以下情況停止計數(shù)：滑移不穩(wěn)定、ABS/ASR開始工作、高的減速度、急轉(zhuǎn)彎、橫向加速度達(dá)到某一特定的值、發(fā)動機(jī)輸出扭矩快速變化以及其他不穩(wěn)定工況。

　　6.電子制動力分配/限制系統(tǒng)（EBD/EBL）

　　電子制動力分配系統(tǒng)（ElectronicBrakeforceDistribution，簡稱EBD）是在汽車防抱制動系統(tǒng)的基礎(chǔ)上拓展的制動力調(diào)節(jié)功能，此功能與傳統(tǒng)的感載閥裝置相似，并且優(yōu)化了車輛的制動性能。

　　EBL的工作原理：威伯科公司目前在ABS基礎(chǔ)上集成的電子制動力限制 EBL（ElectronicBrakeforceLimitation）功能與EBD功能相似，傳統(tǒng)的EBD功能只有在車輛減速度大于0.25g時才開始工作，而EBL功能安裝有壓力傳感器，車輛在制動過程中ABS能監(jiān)測出后橋的制動壓力，能使EBL功能在更低的車輛減速度下實(shí)現(xiàn)壓力的調(diào)整，最低允許車輛的制動減速度在0.1g時工作，這樣幾乎在所有的制動過程中，EBL都可以作用，因此EBL功能是更加優(yōu)化的一種功能。

　　7.防側(cè)翻穩(wěn)定性控制（RSC）

　　防側(cè)翻穩(wěn)定性控制（RollStabilityControl，簡稱RSC），相對于ESC/ESP而言，它主要應(yīng)用于高附著系數(shù)路面，相對成本較低，而且也較容易實(shí)現(xiàn)。

　　在RSC系統(tǒng)的電控單元中集成了一個橫向加速度傳感器，這個傳感器實(shí)時測量車輛相應(yīng)的橫向加速度，并計算臨界加速度限制，當(dāng)橫向加速度接近這一臨界點(diǎn)時，系統(tǒng)就會激活原有的ASR電磁閥和驅(qū)動橋的ABS電磁閥，從而對驅(qū)動橋進(jìn)行制動，以使車輛減速，同時對于帶掛車的牽引車，系統(tǒng)將激活額外的一個電磁閥，對掛車控制閥輸出制動信號，從而對掛車進(jìn)行制動。

　　在RSC工作的過程中，系統(tǒng)對相應(yīng)的車輪進(jìn)行制動，進(jìn)而控制車輛的行駛穩(wěn)定性，同時，RSC系統(tǒng)還會通過SAEJ1939CAN總線控制發(fā)動機(jī)和緩速器的輸出扭矩，從而有效的避免翻車事故的發(fā)生。

　　8.電子穩(wěn)定性控制（ESC/ESP）

　　電子穩(wěn)定控制系統(tǒng)（Electronicstabilitycontrol，簡稱ESC或者 Electronicstabilityprogram,簡稱ESP）是一種全功能的電子穩(wěn)定控制系統(tǒng)，不僅包含防側(cè)翻電子穩(wěn)定系統(tǒng)，還具備了糾正車輛轉(zhuǎn)向的能力，覆蓋了低附著系數(shù)路面的工作情況，是一個閉環(huán)控制系統(tǒng)，當(dāng)車輛在轉(zhuǎn)向、制動或打滑時，通過對制動、動力系統(tǒng)的干涉，穩(wěn)定車輛的行駛，讓車輛更安全也更穩(wěn)定。

　　ESC的工作過程見上圖，當(dāng)車輛在低附著系數(shù)路面上避讓障礙物時，不帶穩(wěn)定性控制系統(tǒng)轉(zhuǎn)向輪角度調(diào)整非常大，但仍然無法避免車輛滑出車道，而且整個過程中車輛也有折疊的危險。當(dāng)穩(wěn)定性控制系統(tǒng)激活時，轉(zhuǎn)向輪角度調(diào)整不大，和在正常道路上避讓障礙物的調(diào)整情況類似。

　　整個過程中，首先當(dāng)車輪轉(zhuǎn)向變道時，系統(tǒng)監(jiān)測橫向加速度，對車輛所有車輪進(jìn)行制動，以降低車輛橫向加速度，防止翻車，接著當(dāng)駕駛員向左轉(zhuǎn)向時，由于路面附著系數(shù)低，車輛出現(xiàn)過度轉(zhuǎn)向，系統(tǒng)對左側(cè)轉(zhuǎn)向輪進(jìn)行制動，以糾正車輛的過度轉(zhuǎn)向，幫助車輛進(jìn)入正確行駛車道，防止車輛滑出車道，出現(xiàn)危險。當(dāng)車輛進(jìn)入車道后，由于路面附著力不夠，而導(dǎo)致了車輛向左過度轉(zhuǎn)向，這時根據(jù)ESC電控單元中的橫向角速度傳感器和轉(zhuǎn)向管柱內(nèi)的轉(zhuǎn)向角度傳感器測得的差異進(jìn)行計算，對車輛右側(cè)轉(zhuǎn)向輪進(jìn)行制動，使車輛完成整個避讓過程，回復(fù)到直線行駛狀態(tài)。

　　從圖中所示的兩個相同的避讓過程中，顯而易見的，由于電子穩(wěn)定控制系統(tǒng)的介入，在這種濕滑道路情況下，讓駕駛員對車輛的操縱變得更容易，也讓整個過程更安全。

　　ESC和RSC性能比較：ESC控制策略的適用范圍覆蓋了RSC的范圍，RSC系統(tǒng)適用于在高附著系數(shù)路面對車輛的側(cè)翻控制，而ESC系統(tǒng)適用于在高、低附著系數(shù)路面上對側(cè)翻控制、偏航控制和側(cè)向滑移的控制，從偏航控制和側(cè)翻控制兩個角度進(jìn)行對比，表2列出了它們的區(qū)別。

　　RSC/ESC是基于整車CAN線系統(tǒng)并通過其與各總成進(jìn)行數(shù)據(jù)交流，來實(shí)現(xiàn)對整車行駛的穩(wěn)定控制。對于不同的車型都要進(jìn)行單獨(dú)的試驗(yàn)匹配，以達(dá)到理想的穩(wěn)定性能控制效果。該試驗(yàn)耗時長、費(fèi)用高、需要有大批量的生產(chǎn)來支撐。