◆文/北京 楊老師

【編者按】車輛穩(wěn)定控制系統(tǒng)，對于一線汽車維修技師來講都應該不陌生，雖然它還未被列為汽車的強制配置，但是目前幾乎在主流廠商的大部分中高端車型都已經配備，甚至一些性價比較高的自主品牌也裝備了車身穩(wěn)定控制系統(tǒng)。

自本期起，我刊特邀楊老師，從一名資深修理人的角度，詳細聊聊與“車輛穩(wěn)定控制系統(tǒng)”有關的話題，從理論到實踐，從原理到案例，以連載的形式深入解剖“車輛穩(wěn)定控制系統(tǒng)”結構、控制原理及常見故障。敬請關注。

楊老師（楊波）

汽車維修高級技師、機動車檢測維修工程師。從事汽車維修工作近20年，先后擔任現(xiàn)代、通用4S店技術總監(jiān)、日德等外資車企的技術培訓講師。具有扎實的理論基礎，在汽車電控診斷領域有著豐富的實戰(zhàn)經驗和獨到的維修見解?，F(xiàn)在某外資車企擔任技術支持工程師。

車輛穩(wěn)定控制系統(tǒng)又叫車身穩(wěn)定控制系統(tǒng)。它是一種提高車輛操控安全性和駕駛機動性的輔助控制系統(tǒng)。當車輛在緊急轉彎、緊急加速和制動等突發(fā)情況時，車輛可以迅速感知并采取相應的制動或限制扭矩等操作，如對每個輪胎進行單獨控制，同時降低發(fā)動機的輸出扭矩，以維持車身的穩(wěn)定性能。

雖然中文名稱大家都叫它車輛穩(wěn)定控制系統(tǒng)，但是全球各汽車生產廠商卻有著不同的叫法，全球主要汽車廠商及對車輛穩(wěn)定控制系統(tǒng)的叫法如表1所示。

表1 全球主要汽車廠商及對車輛穩(wěn)定控制系統(tǒng)的叫法

一、系統(tǒng)控制原理

雖然各個廠商的名稱命名有所不同，但各個車輛穩(wěn)定系統(tǒng)的基本控制邏輯原理卻是完全類似的。因為目前主流的汽車生產廠商都采用外部采購的方式來購買此系統(tǒng)部件，例如一些主流車輛穩(wěn)定系統(tǒng)的供應商有：BOSCH、TRW、DELPHI、DENSO等。

而說到車輛穩(wěn)定控制系統(tǒng)的控制原理，有必要先了解一下制動防抱死控制系統(tǒng)(ABS)。

1.制動防抱死控制系統(tǒng)(ABS)原理

簡單來講，制動防抱死控制系統(tǒng)(ABS)就是在汽車制動時，防止車輪抱死與地面產生純滑動摩擦，而使輪胎與地面保持一種似滾動非滾動、似滑動非滑動的制動輔助系統(tǒng)。ABS控制模塊通過檢測4個輪速傳感器，迅速判斷出每個車輪的抱死狀態(tài)。當某個車輪出現(xiàn)抱死傾向時，就關閉該車輪上面的常開閥，保持制動力不變；如果車輪繼續(xù)抱死，則打開常閉輸出閥，該車輪上的制動壓力直通制動液貯油箱的管路而迅速下降，從而防止因制動力過大而將車輪完全抱死。圖1所示就是我們常見ABS系統(tǒng)的打滑率控制范圍。

圖1 ABS打滑率的控制范圍

從圖1可以看出，輪胎與地面的摩擦力與輪胎與地面的附著系數有關，縱向的附著系數成拋物線狀變化，只有確保打滑率在20%左右，才能實現(xiàn)最大的縱向附著力，也就是此時輪胎與地面的摩擦力才最大。這也表示，此時輪胎能提供給車輛一個最大的縱向制動力。

同時我們也看到，車輛在制動過程中的橫向(側向)附著系數也是隨著車輪的打滑而降低的。在制動過程中，如果車輪完全抱死，那么車輛橫向附著系數會下降到最低，車輛的橫向就沒有摩擦力，就會出現(xiàn)原地掉頭、甩尾等極為不可控、不穩(wěn)定的情況。

因此，ABS的功能不僅僅是控制縱向的摩擦力，以縮短制動時間和制動距離，更為關鍵的作用是控制確保車輛具有一定的橫向穩(wěn)定性，防止車輛在緊急制動時方向失控及車輪側滑。

2.加速防滑控制系統(tǒng)(ASR)原理

加速防滑系統(tǒng)簡稱ASR，有些廠商也把該系統(tǒng)稱為牽引力控制系統(tǒng)TCS、發(fā)動機驅動防滑系統(tǒng)MASR等。

同ABS的控制原理類似，當車輛加速時，如果驅動力過大，輪胎與地面之間出現(xiàn)打滑現(xiàn)象，附著力偏小，因此引入了加速防滑控制(ASR)系統(tǒng)。

加速防滑牽引力控制系統(tǒng)也是一種縱向的打滑率控制，只不過制動時是減速，現(xiàn)在是加速。加速時如果驅動力過大，輪胎在地面上空轉，此時輪胎與地面之間的附著系數會降低，使得車輛無法獲得最大的地面摩擦力。

帶有ASR功能的車輛都會有一個ASR開關，一般在中央控制臺附近。

3.打滑率

前面我們多次提到“打滑率”。其實ABS或ASR控制的策略就是以控制車輪打滑率為目標的。那么什么是打滑率？它又是如何計算出來的？

打滑率的定義是：輪胎的滾轉力矩小于滾阻力矩而出現(xiàn)的相對地面滑動的現(xiàn)象叫打滑，又稱為車輪卡滯或拖胎；而打滑率是指車體速度與車輪速度之差再除以車體速度，并乘以100%，即：

車體速度是指整個車輛的移動速度，車輪速度則是指輪胎在地面上的滾動速度。當一輛沒有ABS功能的汽車，在車體速度40 km/h時，如果在路面光滑附著力較低的冰雪路面上緊急大力制動，那么車輪就會立即抱死，而抱死的車輪轉動速度為0，也就是車輪輪速為0，此時該輪胎的打滑率則為：(40-0)/40=100%。

所以我們說：車體速度是車輛的整體移動速度，而車輪輪速是指輪胎與地面之間的滾動速度，而在輪胎完全抱死滑動時，打滑率達到最大為100%。

如果此時制動系統(tǒng)施加的是較小的制動力或無制動的滾動，車輛輪胎沒有任何抱死傾向，輪胎與地面純滾動旋轉時，車輪的輪速等于車體速度，此時的輪胎打滑率則為：(40-40)/40=0,也就是說打滑率是0，即輪胎與地面沒有任何打滑。

當然，車輛的實際運動過程中，從無打滑到徹底打滑的打滑率是一個變化的過程，其數值是可以從0～100%連續(xù)變化的，具體的打滑情況與車輛輪胎與地面的實際運動狀態(tài)有關。

4.車體速度的來源

汽車上的控制模塊通過安裝在輪轂軸承上的車輪轉速傳感器，可以很容易獲得車輪速度信號。之前講過，車體速度不能等同于車輪輪速，那么汽車上有專門的車體速度傳感器嗎？車體速度是依靠變速器輸出軸轉速傳感器、后差速器減速比、輪胎半徑等信號推算出來的嗎？

其實，汽車上既沒有專門用來監(jiān)測車體速度的傳感器，也不是通過輪速、減速比等參數計算而來，而是由控制模塊通過輪速推算而來。一般主流的車體速度預估推理算法有五種：最大輪速法；斜率法；綜合法；基于車輛動力學模型的參考車速算法；多傳感器數據融合估算法。下面解釋以上幾種算法。

(1)最大輪速法

依據最大輪速為主要依據，通過綜合計算得出的一個車體速度信號。系統(tǒng)將最大的輪速默認為基本的車速信號，然后再進行一些修正。舉個例子：某一制動時刻，四個車輪的輪速信號分別為：FL35km/h、FR32km/h、RL28km/h、RR 25km/h；雖然實際車速不一定就是35km/h，但是左前側的35km/h，卻是最接近真實車速的。

但是，這種算法在一些特定時刻的偏差過大，假如四個車輪都處于抱死狀態(tài)，所有的輪速都是0，但實際車速肯定不是0。所以這種估算法在附著系數較大、車輛沒有發(fā)生較大的打滑抱死時或者重型載重車輛上還是可用的，但對于在北方冬季冰雪或雨雪路面上的小型車輛制動時，這種算法誤差明顯太大。

(2)斜率法

顧名思義，斜率法就是按照速度下降的斜率來推算車速。

我們都知道速度公式：V=V1+a t，即：速度等于初始速度加上加速度乘以時間。據此，如果我們知道制動前的初始速度V 1、減速度a以及制動時間，就能推算到車體速度。而具體的初始速度是車輪發(fā)生抱死前一刻的車體速度，但減速度的確定卻是難點。

首先研發(fā)人員通過大量的試驗數據進行分析處理，可以確定具體車型在不同的路面工況上所能達到的平均減速度。在ABS的控制中，根據輪速的變化規(guī)律可判斷路面狀況與制動工況，選擇合適的減速度。

斜率法優(yōu)點是計算方法簡單，最大缺點是適應性較差。因為車輛在不同的附著力的路面，制動時產生的減速度不同。即使在同一路面上，有的車輪接觸冰面、有的卻是干燥的，前后側或者左右側不同、其制動力也不同且是在不斷變化的。因此，按照某一固定的斜率去推算車速，也存在局限性。

(3)綜合法

綜合法就是集成了最大輪速法和斜率法來推算車體的速度。綜合法的計算流程如圖2所示。

(4)基于車輛動力學模型的參考車速算法

基于車輛動力學模型的參考車速推算方法，是建立在研發(fā)人員對整車以及輪胎的建?；A上的。筆者認為：這個方法是研發(fā)工程師在根據車重、輪胎性能、制動系統(tǒng)效能等指標，通過不斷測試、評價車輛的制動性能，從而得出車輛的制動力性能模型，合理推算減速度的計算方法。

這種算法的優(yōu)點是車體速度是實時更新變化的，推算出來的車速更逼近實際值，缺點是所建的動力學模型準確性難以保證，對于摩擦力不同的路面，其適應性較差。

(5)多傳感器數據融合估算法

這種算法有多種定義，并且還在不斷的發(fā)展和完善過程中。簡單來講就是控制模塊多組信息數據來推算車速，其計算結果比依靠單個傳感器或單個信息算出的更準確。

舉個例子：帶有慣性G傳感器、制動壓力傳感器的車型，會根據輪速傳感器、車輛重心加速度G傳感器和制動壓力傳感器信號的變化，通過微分方法來計算車體速度。圖3為帶有G傳感器的預估車體速度與不帶G傳感器預估的車體速度對比。

以上就是筆者對于車輛參考車體速度各個推算方法的理解。由于筆者未從事專業(yè)的汽車研發(fā)工作，只能從維修的角度與大家聊一聊車體速度和輪速的區(qū)別，以便于大家理解打滑率概念、理解ABS的控制邏輯。車體速度、車輪速度、打滑率與制動壓力、制動扭矩的運行規(guī)律如圖4所示。

圖2 綜合法的計算流程

圖3 帶G傳感器與不帶G傳感器預估出的車體速度對比

圖4 車體速度、車輪速度、打滑率與制動壓力、制動扭矩的運行規(guī)律