黃智釗

(北汽福田汽車股份有限公司歐輝客車廣東工廠,廣東佛山 528244)

防抱死技術(shù)ABS在客車上的應(yīng)用

黃智釗

(北汽福田汽車股份有限公司歐輝客車廣東工廠,廣東佛山 528244)

解析ABS技術(shù)及其發(fā)展，分析ABS的工作原理及其主要作用；介紹ABS在客車上的具體應(yīng)用及相關(guān)的注意事項(xiàng)。

ABS；客車；工作原理；制動(dòng)系統(tǒng)

0 引言

制動(dòng)性能是汽車的主要性能之一，直接關(guān)系到人民的生命財(cái)產(chǎn)安全。根據(jù)汽車交通事故分析，應(yīng)急制動(dòng)時(shí)喪失穩(wěn)定性和操縱性是事故的主要原因之一，特別在濕滑路面更為嚴(yán)重[1]。防抱死制動(dòng)系統(tǒng)就是為提高這種工況下制動(dòng)安全性的最新措施，它簡(jiǎn)稱ABS(Antilock Braking System),是基于汽車輪胎與路面之間的附著特性而開發(fā)的高技術(shù)制動(dòng)系統(tǒng)，從防止應(yīng)急制動(dòng)過程中車輪“抱死”(此處所謂“抱死”是指制動(dòng)時(shí)車輪已經(jīng)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，而車輛因慣性使車輪仍在路面上滑移)而造成側(cè)滑出發(fā)，來達(dá)到提高汽車行駛穩(wěn)定性和方向操縱性為目的的主動(dòng)安全性裝置。1974年威伯科和梅賽德斯-奔馳公司聯(lián)合推出了商用車第一套ABS,通過不斷完善車輛上的應(yīng)用，目前該系統(tǒng)在車輛上大面積使用[2]，尤其在車長度大于9 m客車上，我國已經(jīng)在國標(biāo)GB7258-2012《機(jī)動(dòng)車運(yùn)行安全技術(shù)條件》上強(qiáng)制要求作為基本配置。

1 ABS的工作原理

1.1 ABS的工作情況和作用簡(jiǎn)介

ABS系統(tǒng)主要由控制器(ECU)、壓力調(diào)節(jié)器、ABS齒圈、傳感器、ABS指示燈組成。當(dāng)操作制動(dòng)裝置對(duì)車輛進(jìn)行減速時(shí)，ABS系統(tǒng)可有效利用輪胎和路面之間的摩擦力并保持車輛的穩(wěn)定。在濕滑路面上進(jìn)行緊急制動(dòng)時(shí)，由于制動(dòng)力過大會(huì)使車輪抱死，抱死的車輪失去側(cè)向力，從而使車輛失去穩(wěn)定性。除此之外，如果前輪抱死，將使車輛失去轉(zhuǎn)向控制能力；如果后輪抱死，車輛后部會(huì)發(fā)生擺尾現(xiàn)象。而且，當(dāng)車輪抱死時(shí)，將不能有效利用輪胎和路面之間的摩擦力，從而導(dǎo)致制動(dòng)距離增加。ABS通過安裝在車橋上的車輪傳感器時(shí)刻監(jiān)測(cè)車輪的轉(zhuǎn)動(dòng)情況，如果任何車輪開始抱死，ABS控制器就會(huì)給ABS壓力調(diào)節(jié)器發(fā)送信號(hào)，并立即調(diào)整制動(dòng)壓力，以防車輪抱死，這樣，ABS通過有效利用輪胎和路面之間的摩擦力，保持車輛在制動(dòng)時(shí)的穩(wěn)定性。傳統(tǒng)的汽車制動(dòng)系統(tǒng)的功能是使行駛的汽車車輪受制動(dòng)力矩的作用使車輛停止，在多數(shù)工況下會(huì)出現(xiàn)車輪抱死的情況，在這種狀態(tài)下會(huì)造成車輪輪胎的嚴(yán)重磨損。

如圖1所示，在濕滑的彎道上制動(dòng)情況：如果在濕滑的彎道上制動(dòng)時(shí)車輪抱死，這時(shí)即使司機(jī)試圖使用方向盤來進(jìn)行控制，車輛也有可能失去方向穩(wěn)定性而滑離行駛路線。

如圖2所示，在左、右側(cè)摩擦因數(shù)不同的路面上制動(dòng)(路面一側(cè)濕滑，另一側(cè)不打滑)：在使用制動(dòng)時(shí)，在濕滑路面?zhèn)鹊能囕啽仍诜菨窕访鎮(zhèn)鹊能囕喯缺?，抱死的車輪打滑，制?dòng)效能降低，情況類似車輛一側(cè)的制動(dòng)失效，這會(huì)導(dǎo)致方向盤不能繼續(xù)進(jìn)行控制，并可能導(dǎo)致制動(dòng)拖延。

以上清楚地表示出ABS在安全行車過程中的巨大作用，進(jìn)一步減少了事故發(fā)生的可能性。采用ABS系統(tǒng)時(shí),客車在緊急制動(dòng)過程中，甚至在附著系數(shù)小于0.1的冰雪路面上都不會(huì)產(chǎn)生車輪抱死，并使車輪處于最佳的制動(dòng)狀態(tài)，縮短制動(dòng)距離，獲得穩(wěn)定的制動(dòng)性能，提高車輛行駛的安全性；反應(yīng)迅速的調(diào)節(jié)裝置提高了制動(dòng)的舒適性,防止由于在高附著系數(shù)路面制動(dòng)而引起的輪胎磨損，降低了車輛的使用費(fèi)用。

1.2 ABS的控制原理

基本原理：通過車輪轉(zhuǎn)速和車輛速度可得到滑動(dòng)率，ABS系統(tǒng)根據(jù)制動(dòng)力和滑動(dòng)率之間的關(guān)系來控制制動(dòng)力，使制動(dòng)最有效。當(dāng)駕駛員使用制動(dòng)時(shí)，車輪轉(zhuǎn)動(dòng)被阻止，車速降低，然而，即使車輪轉(zhuǎn)動(dòng)被阻止，車輛慣性也會(huì)繼續(xù)向前推動(dòng)車輛。這時(shí)，如果車輪轉(zhuǎn)速和車輛速度之間存在差距，將會(huì)發(fā)生滑動(dòng)。

滑動(dòng)率用來表達(dá)滑動(dòng)程度的大小：滑動(dòng)率為0%，車輪和路面之間沒有滑動(dòng);滑動(dòng)率為100%，車輪抱死,車輛容易出現(xiàn)跑偏、甩尾、喪失轉(zhuǎn)向能力等現(xiàn)象;當(dāng)車輪為半滾半滑狀態(tài)時(shí)，路面對(duì)車輪的摩擦力最佳，制動(dòng)效果最好，最佳滑移率在10%～30%之間。

如圖3所示，顯示了輪胎和路面之間的摩擦因數(shù)和滑移率之間的關(guān)系。

在裝配ABS的車輛上，制動(dòng)力得到控制，以確保它在高摩擦因數(shù)區(qū)域(圖3中陰影部分)內(nèi)，并且不發(fā)生車輪抱死現(xiàn)象，這就保證了有效的制動(dòng)。

工作過程：如圖4所示，ABS控制特性曲線圖顯示了在使用制動(dòng)之后，車輛速度、車輪轉(zhuǎn)速、車輪加速度/減速度和ABS壓力調(diào)節(jié)器出口空氣壓力隨時(shí)間的變化情況。

當(dāng)使用制動(dòng)之后，車輛速度和車輪轉(zhuǎn)速降低，同時(shí)，車輪加速度/減速度也下降。在點(diǎn)t1，車輪轉(zhuǎn)速和車輛速度之間開始產(chǎn)生差距。點(diǎn)t2之后，ABS控制器檢測(cè)到車輪開始抱死，并降低ABS壓力調(diào)節(jié)器的出口氣壓，防止發(fā)生車輪抱死。在點(diǎn)t3，車輪加速度/減速度開始返回正常，ABS控制器停止降低ABS壓力調(diào)節(jié)器的出口氣壓，并使其保持常量。在點(diǎn)t5，車輪轉(zhuǎn)速和車速基本相同，ABS控制器檢測(cè)到車輪沒有將抱死的趨勢(shì)，并增加ABS壓力調(diào)節(jié)器的出口氣壓。上述過程不斷地重復(fù)直到車輛完全停止。

2 ABS在客車上的具體應(yīng)用

目前客車上采用的主要是雙管路氣制動(dòng)系統(tǒng)，隨著客車性能進(jìn)一步提升和法律法規(guī)要求進(jìn)一步提高，大部分客車上都裝配了性能可靠的ABS防抱死系統(tǒng)。以前的老司機(jī)深有體會(huì)：駕駛無ABS的客車為防止車輪抱死，提高其穩(wěn)定性，在制動(dòng)時(shí)需要通過點(diǎn)剎車來控制，駕駛難度大，容易疲勞；而加裝ABS系統(tǒng)的客車制動(dòng)時(shí)只要常規(guī)操作，通過系統(tǒng)控制器(ECU)控制實(shí)現(xiàn)防抱死功能。相對(duì)于常規(guī)制動(dòng)系統(tǒng)，加裝ABS系統(tǒng)增加了控制器(ECU)、壓力調(diào)節(jié)器、ABS齒圈、傳感器、ABS指示燈、線束等部件。

如圖5是客車常用的4通道(4S/4M)防抱死控制系統(tǒng)的原理圖，當(dāng)緊急制動(dòng)時(shí)，控制端7根據(jù)其從輪速傳感器2獲得的信號(hào)，當(dāng)發(fā)現(xiàn)有一個(gè)或一個(gè)以上的車輪有抱死傾向時(shí)，會(huì)啟動(dòng)壓力調(diào)節(jié)器4，控制調(diào)節(jié)每個(gè)通道中制動(dòng)管路的壓縮空氣壓力，使其增大、減小或者保持不變，以使制動(dòng)力相對(duì)于車輪的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)、輪胎和道路間的附著條件保持在一個(gè)平均的最佳水平。其中4通道(4S/4M)表示4個(gè)傳感器和4個(gè)壓力調(diào)節(jié)器，適用于常用的2軸客車上。3軸客車使用的是6通道(6S/6M)，即6個(gè)傳感器和6個(gè)壓力調(diào)節(jié)器，相對(duì)于4通道而言多了一軸控制，布置方式和原理同4通道結(jié)構(gòu)。

客車上一般都加裝有排氣制動(dòng)和緩速器輔助制動(dòng)系統(tǒng)，當(dāng)ABS系統(tǒng)正常工作時(shí)，此車的ABS系統(tǒng)需控制排氣制動(dòng)和緩速器制動(dòng)功能。因?yàn)樵谀Σ烈驍?shù)較低的路面，如果單獨(dú)使用排氣制動(dòng)和緩速器制動(dòng)，或者與主制動(dòng)一起使用，驅(qū)動(dòng)輪可能會(huì)抱死。在ABS正常工作過程中，當(dāng)發(fā)生這種情況時(shí)，此ABS系統(tǒng)根據(jù)情況自動(dòng)釋放排氣制動(dòng)和緩速器制動(dòng)，以防止驅(qū)動(dòng)輪拖死。如圖6所示，24 V的排氣制動(dòng)電磁閥受制動(dòng)開關(guān)、離合器開關(guān)、踏板開關(guān)以及排氣制動(dòng)繼電器控制。正常情況下，排氣制動(dòng)繼電器是斷開的，此時(shí)排氣制動(dòng)電磁閥吸合。當(dāng)排氣制動(dòng)和緩速器制動(dòng)與主制動(dòng)一起使用時(shí)，為防止驅(qū)動(dòng)輪抱死，此時(shí)ABS通過控制制動(dòng)繼電器吸合，使排氣制動(dòng)電磁閥斷電，從而釋放排氣制動(dòng)，可以避免此時(shí)驅(qū)動(dòng)輪拖死。ABS就是通過不停地控制制動(dòng)繼電器，來控制排氣制動(dòng)和緩速器制動(dòng)。

同時(shí)在ABS發(fā)生故障時(shí)，儀表板上的ABS警告燈發(fā)亮，并恢復(fù)到常規(guī)(不帶ABS)制動(dòng)系統(tǒng)。實(shí)際應(yīng)用過程中，電氣設(shè)計(jì)的控制電路可以很好地實(shí)現(xiàn)該工況。

在底盤布置和使用ABS系統(tǒng)需注意幾項(xiàng)：

(1)傳感器和齒圈應(yīng)垂直對(duì)中，間隙小于0.7 mm；

(2)壓力控制器安裝在車架上，與制動(dòng)氣室連接管長度不超過1.5 m，要求閥體排氣口朝下；

(3)控制器必須安裝在密封艙內(nèi)，防水、防撞、遠(yuǎn)離熱源；

(4)如果客車在行駛過程中ABS燈亮，說明ABS系統(tǒng)出現(xiàn)故障，但常規(guī)制動(dòng)仍然起作用，可以繼續(xù)安全駕駛，但對(duì)于這樣的客車，應(yīng)盡快維修，讓ABS系統(tǒng)功能恢復(fù)正常。

3 結(jié)束語

ABS系統(tǒng)在客車上的應(yīng)用普及程度越來越廣，加上其在技術(shù)及零部件制造質(zhì)量上的不斷完善和提升，進(jìn)一步提高了客車的主動(dòng)安全性，為乘客的出行保駕護(hù)航。

【1】劉惟信.汽車設(shè)計(jì)[M].北京：清華大學(xué)出版社，2001.

【2】公安部道路交通管理標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì).GB7258-2012 機(jī)動(dòng)車運(yùn)行安全技術(shù)條件[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社,2012.

ABSSpecificApplicationsontheBuses

HUANG Zhizhao

(Beijing AUV Guangdong Factory, Beiqi Foton Motor Co.,Ltd.,Foshan Guangdong 528244,China)

ABS technology and development were introduced briefly. Its working principle and main role were analyzed. Specific application on the buses was illustrated as well as correlative notices.

ABS；Buses；Working principle；Braking system

2015-02-05

黃智釗(1980—)，男，助理工程師，主要從事客車底盤制動(dòng)系統(tǒng)、車橋、懸架、底盤總布置等方面的設(shè)計(jì)工作。E-mail:27420535@qq.com。