首发于EVA-ADAS

ABS简介——草稿1.1

谨以此文献给培养我成为一名汽车工程师的博世。

ABS是一种主动安全系统,中文:防抱死制动系统。

博世是一家严谨的企业,而写文章呢,尤其是长篇大论,如果语气太严谨,估计没人看得完,所以,现在将从严(zhuang)谨(bi)模式切换为科(dou)普(bi)模式。当然,我将尽我所能保证文章内容没有错误。如果真的有错,你来砍我啊!

注意:本文内容来源皆为公开资料,如教材、网络图片等,本文目的在于传播科学知识,无意涉及任何公司的任何商业秘密。如有侵权,立即删除相关部分。而且我家水表在外面。

1. 预备知识

现代传统乘用车的制动系统为液压系统,其原理与液压千斤顶类似,小横截面油缸(制动主缸)推动大截面油缸(制动轮缸)。当然,由于汽车所需制动力非常大(制动功率为兆瓦级别),为了保证驾驶员能够踩动刹车,省力措施还包括制动踏板杠杆比,真空助力器等,鉴于和本文主角无关,先不展开。总之,都是初中物理水平,看不懂回去问你们体育老师。为了保证看图长大的孩子能看下去,上图。纯手绘,Windows自带绘图工具,累死。。。


上图为正常现代乘用车使用的X型回路。鉴于和本文主角无关,先不展开。


如果你的车真的只是如上图所示这样设计的,你就可以开心的去找车企退车了,因为这样的车上路。。。啧啧,会死人的。一脚下去,轴荷前移,后轴先抱死,车就甩起来了,“老司机”也救不回来。

没有ABS之前,威武的工程师们设计了一系列玩死现在的车辆工程学生的各种精妙无比的考试题,哦不,比例阀,来解决这一问题,鉴于与本文主角无关,先不展开。

But,比例阀可以部分解决轴间制动力分配问题,还是无法控制车轮的制动力大小,一脚下去太猛,四个车轮都抱死,这时候请随意打方向,反正都没有用,你就像个第一次踩上滑雪板的菜鸟,不停的喊:爸爸去哪儿?

所以工程师决定要解救你们这些可怜的羔羊,以及“老司机”不断点刹的右脚。说多一句,ABS这玩意其实最初是为飞机设计的。

2. ABS

废话一大通,主角登场。

实现ABS核心功能的组件,其本质是一组电控阀。

先上图先上图。ABS本尊。图片来自百度,侵立删。

白色大铝块,阀板,里面各种我搞不懂的流道和阀体;阀板背面黑色看不清,ECU,一块大绿板,上面一堆我搞不懂的小片片;灰色大圆坨,电机,用于驱动回流泵,图中这个是个铁马达,我也不懂,也不解释;深绿色的管子,前面两根分别接上上图的主缸1腔和2腔,后面四根分别接到4个轮缸。

再上个原理图,这个真心不想手绘了,累,随手找了公开资料拍了一个,侵立删。图中只画出一个轮缸,其余请自行脑补。

3. 工作过程

如果说具体工作原理,懂的人不用听,不懂的人听了也不懂,而且我还有被请喝茶的危险,所以就只说说工作过程吧。(其实主要是实在懒得写了,太多,够写个博士论文了)

首先,ABS工作需要你踩制动,并且得踩得足够狠。一般来说,正常的小型乘用车制动系统,在干燥沥青路面上,你大约得将制动主缸压力提升至100bar以上,才能保证ABS正常工作,此时踏板力约为50kg左右。正常男人应该毫无压力。我认识一个德国男人,他踩出过200kg+,踏板力计爆表,制动踏板侧弯了。。。

在踏板力逐渐增加的过程中,首先工作的是ABS装置的EBD功能,对,EBD是ABS那一大坨的一项子功能,并没有另一坨叫做EBD的东西。鉴于和本文主角无关,先不展开。

随着踏板力继续增加,ABS闪亮登场,此处应有掌声。。。哦不,踏板弹脚。

第一件事,也是贯穿整个过程的事,ABS通过轮速传感器检测车轮轮速,由此计算得到车辆参考车速、车辆减速度、车轮滑移率和车轮减速度等等。

(主要)根据以上值,ABS计算得到此时的滑移率门限值。那就好办了,超过门限值减压,低于门限值增压,基本就是水多加面,面多加水那一套;为了防止系统振荡,同时尽力将车轮保持在最佳滑移率区域,增压门限低于减压门限,形成一个中间带,当滑移率位于中间带时,压力保持不变。这一切都通过上图中的7、8两个电磁阀实现。当然,实际控制过程非常复杂,我知道很多,但暂时不能告诉你们,因为今天时间太晚了。


(20150802更新)评论里有人说还是看不懂,于是我克服懒魔,下午4点钟离开我的午睡被窝,来补一张图。Windows绘图出品,谁能画得更好?!握鼠标的手好酸。下图基本是一个真实情况下完整的ABS一脚闷制动过程。如任何匹配工程师发现有缺陷请提出,毕竟不是实测。但我相信应该问题不大。


如果这个都上了还是看不懂,那我就要放大招了。。。给你们再手绘个轮速图!但尽量别逼我,那个太复杂了。。。

4. 一些关于ABS的技术细节(20150802更新)

以下皆为正确描述!

a. 在一次制动过程中,ABS的滑移率门限是动态变化的,并不是固定值;ABS不仅仅依靠滑移率来控制制动压力,还要通过监测车辆减速度、车轮减速度和当前参考车速,以及识别一些特殊的工况(例如车辆右侧处于冰面,左侧处于沥青路面上;车辆位于砂石路面;车辆行驶在搓板路上)来确定每个车轮的滑移率门限。

b. ABS不仅能够控制每个车轮不抱死,还能够保证车辆不受到过大的横摆力矩,而这一切都是通过算法实现的,ABS并不需要横摆角速度传感器和加速度传感器。

c. 在现代乘用车上,ABS通常独立控制四个车轮,即四通道ABS;但有些低价车为了降低成本,会使用三通道版本的ABS,刹车回路为II型,后轴上的两个车轮由一组电磁阀控制,理论上会损失一部分减速度,因为此时始终要保持附着力相对更差的那个车轮不抱死。

d. 目前乘用车上ABS使用的轮速传感器多为霍尔式;电磁感应式的问题在于电磁兼容性不好,容易受到外界强电磁场的干扰。

e. 参考车速计算和路面识别是ABS的核心问题,但对于三大巨头而言,目前已经不是技术难点了。所以高校里搞这类研究的可以考虑换个课题。特别是某位院长。

f. 在车速低于一定值的时候(约8kph),ABS将退出工作,所以在车辆停止的最后一瞬间,其实车轮是抱死的。

g. 100-0kph全力制动其实无法充分体现车辆制动能力,实际生活中,更多的紧急工况是先部分制动,再全力制动,这个也是测试条目之一,看似简单,却对系统的反应提出了更高的要求,但某些工程师并未重视起来。

h. ABS的参数是根据每个具体车型通过大量试验确定的,并不是标准化程序。匹配工程师的工作就是为每个车型确定最合适的参数,并保证ABS不会在特殊工况下产生误触发或者制动力不足。

i. 某些匹配不好的ABS确实会发生在雪地或者砂石路面停不住的情况,在这种情况下,你要做的是部分松开刹车,使ABS退出工作,然后再次踩到底。但千万别点刹。

j. ABS确实是5ms一个循环,但这并不是通常理解中的每秒200次点刹,而是CPU每5ms运行一遍部分算法,实际上,在一次完整的100-0kph制动中,ABS大约会进行8到10次“增压-保压-减压”工作循环。

k. 这条送给主机厂的工程师,请不要太纠结于制动距离、横摆角速度这类数据。多去试试那些“好车”(这里打引号的意思是,不一定要很贵的车,而是一些工作超过8年的一线ABS工程师的作品,虽然这类工程师越来越少),用你的屁股去感受ABS性能,而不是用眼睛盯着数据看。

l. 这条送给匹配工程师,更是送给自己,虽然暂时离开了匹配岗位。ABS是最基础的主动安全装备,但其复杂程度远超一些看起来更高大上的电子设备。8年是达到精通所必须的时间,不管你是不是智商逼人,因为需要积累大量的失败经验以及无数的试验小时数。很遗憾,没能坚持。但所幸一切为时未晚。

j. ABS开始工作后,除了极个别的情况(目前我也只是听说过,从没遇见过),VDC不会介入,因为此时轮胎的纵向附着力已经被用到极限,VDC也无法做更多的事情了。而且匹配合理的ABS在该情况下也可以保证普通司机能够接受的稳定性。不过需要指出的是,此时轮胎离抱死(滑移率100%)还远着呢,此时的真实滑移率主要在5%到15%之间波动。(20150805更新,回复评论里某位知友的评论)



5. 我最喜欢的环节,打各种半瓶水的“老司机”和“汽车爱好者”的脸,对,就是这么傲娇!不服来战!因为我认为,传播错误的知识不如闭嘴不说话。

以下标题皆为错误观点!!!

a. 紧急情况下冰雪路面应点刹

现在甚至还有交警的官微宣传这个,实在是让人咬牙切齿。首先,长时间连续快速大力点刹会耗尽你的真空泵的真空度,结果是你踩不动刹车,当然,冰雪路面时候情况还不至于太糟,但湿沥青路面问题会比较严重,因为其实湿沥青没有想象中那么滑;其次,ABS在点刹时无法正常工作,大概意思就是你正吃饭,刚把勺儿含嘴里就挨一个耳光,刚含嘴里就挨一耳光,你倒是吃啊你,咋停了不吃了呢?饭菜不合口味么?

正确做法:如果你不是专业车手或我的靠谱同行,请踩死,同时逐渐修正方向,动作别太大,不然容易甩;但也不能太慢,不然就撞上了。

b. ABS会延长制动距离

在干燥沥青路面或者湿沥青路面,对于坐在电脑屏幕前面的你,我只有一个字:醒醒!别睡了!

保守估计,99%的正常司机无法比ABS系统获得更短的制动距离。实际情况,我认为可能只有专业车手能做到这一点。别和我提那些半夜扰民的刷大街的,那不是专业车手。我一直认为,凡是在赛道之外的进行的以娱乐为目的的竞速都是脑残行为。

在未压实的雪面,你非常可能比ABS系统获得更短的制动距离,但代价是你很难进行转向,并且非常可能失控,其风险远大于制动距离缩短带来的收益。你是愿意直挺挺的冲过去,停不停地住全看你之前开得是不是够慢,还是愿意马上就要撞上千钧一发之际一把方向避开?自己决定。

c. 冰雪路面应降档,应通过发动机制动,不能踩死刹车

发动机制动只会降低你的驱动轮轮速,并且期间基本无法将你的车轮滑移率控制在合理范围,也就是说,不怎么刹得住。刹不住也倒好说,如果你碰巧开了个后驱,降挡油门丢得又比较猛,还直接车速100时5挡干到3挡,那么恭喜你,你掌握了一种漂移方式,什么?你不会漂移,那你保险公司电话是多少?

踩死刹车吧少年,把活儿交给ABS,漂移没那么简单,至少不是极品飞车上那么简单。

d. 改装刹车,一定要爆改,活塞8个起,刹车盘恨不得比轮圈还大,抵抗热衰退,为祖国健康工作50年(此条仅针对各种买菜车,性能车项目没做过,不知道)

行,你改吧,反正我就不告诉你ABS的工作与基础制动系有关,所有匹配工作都是基于原厂制动系进行。改完刹不住请不要找我。要是主缸推不动轮缸,连ABS都触发不了,就更不关我事了。我就静静地坐在旁边看你撞壁。另外,某4万块小车,连续10次100—0kph全力制动,无任何热衰退,而且随着制动温度和轮胎温度提升,制动距离反而有所下降。你自己看着办吧。你要说你天天都在秋名山从上冲到下卖豆腐,当我没说。

e. 马上12点了,不想写了。明天再说。先发了吧,万一等下点了关闭,全文都没了咋办。所以可能有错,但不会有原则性错误,请放心。

<20150809>终于找到可以写进e条的实质性内容了,同样来自评论内容。

“高速状态,如果同时踩下制动踏板和离合踏板,发动机制动不起作用,制动距离明显变长。”

前提,对于正常设计的乘用车。

首先,ABS作为一个控制系统,当然希望干扰越少越好,这样控制才能更完美。发动机的力矩,不管是拖滞还是增扭,都是干扰。我们想做漂亮的制动距离数据的时候,一定会踩下离合器的。

其次,一个不是那么常识的常识,制动系统的功率是以MW为单位的,而发动机功率呢,单位是KW,而且发动机反拖功率更小。不然你以为手动挡不踩离合器发动机是怎么被憋熄火的?

或者你想想,在最好的干沥青路面,决定制动力的也是路面附着系数,而不是刹车盘能够产生的最大制动力矩。为什么?你记得ABS的来历么?防抱死哎,因为刹车盘产生的最大力矩能直接让轮子直接停转,顺便把发动机憋熄火。所以制动力矩完完全全够用了,简直都要溢出来了,那为啥还要在乎发动机那一点点反拖力矩呢?我核武器都扔下去了,你再对敌人补一弹弓,是在逗我么?

最后,发动机在制动中一定时段(车速下降到一定程度,为避免熄火开始补油)也会起驱动作用的啊少年,你忘记是谁驱动你的车轮了么?为什么你会相信你依然挂着前进挡,发动机会瞬间变身制动器呢?

最最后,请参考d条,正常设计的乘用车,制动力完全够用的,主缸压力基本轻松130bar以上,没有ABS车轮分分钟抱死,你就买个菜,刹车要能被你搞过热了,那你一定是忘松手刹了。

另外请各位同行提提意见,看看该咋样能更好的普及一点ABS相关知识。

还有,啥时候ABS能成强制标准啊,这才是治病救人的良方啊。ESC就先不提了。

编辑于 2015-08-09 15:33