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速度、激情,都離不開ABS?

當賽車手們在賽道上風馳電掣,當人們為賽道上的激情與速度傾倒陶醉、歡呼雀躍時,不知他們是否知道賽車運動其實更是科技的競爭。這背後不為多數人所知的、又是最重要的一環是車手的安全保障。可能已沒有多少人還記得巴西車手塞納的喪生,更別提其他很多致命的事故,但是發生重大事故,往往也會推動安全技術的進一步發展。一方面人們不會因為危險就放棄追求速度所帶來的刺激、激情和快感,另一方面,大量資金被用於安全方面的研發與應用。隨著科技的進步,車手在極端情況下生還的概率在不斷提升。


日常工作生活中,汽車在速度、靈活性方面擁有巨大優勢,大大擴展了人們的生活半徑,對工作、生活效率和質量的提高無疑是全方位的。這也催生了一大批汽車企業,並使得汽車產業順理成章地成為我國的支柱產業。中國自2007年以來迅速進入汽車時代,這種跨越似乎在一夜之間完成。2007年中國 汽車市場產銷量888萬輛,其中乘用車630萬輛,到2010年已突破 1800萬輛,去年1900萬,今年破2000萬輛已成定局,其中乘用車會超過1600萬輛。


隨著汽車的日益普及,安全問題也日益凸顯。為了提高駕駛的安全性,除了大力建設道路基礎設施、推行相關道路安全駕駛的法律法規,汽車企業也運用科技手段推出各種安全技術解決方案。主動安全技術就是在汽車行業被廣泛採用的一系列提高車輛行駛安全的技術。所謂主動安全,是指在車輛行駛過程中,車輛搭載的控制系統根據實時的道路交通狀況,主動干預車輛的行駛參數,譬如牽引、傳動或制動的參數,以達到避免失控,提高行駛安全的目的。而汽車制動系的防抱死制動系統ABS(Antilock Braking System)就是一種經典的主動安全技術。

ABS是制動系統中的閉環控制裝置,是汽車行駛穩定系統的一部分,是繼安全帶之後又一重要安全措施。它可防止制動時車輪抱死,保持汽車的操控性和行駛的穩定性。


ABS系統的批量生產始於1978年末,到目前為止在歐洲和北美的配備率超過90%,在世界範圍內超過80%。在很多國家,ABS已成為標準配置。在歐洲, 對ABS的要求被寫入相關法規中。


速度、激情,都離不開ABS?ABS由輪速感測器和ECU液壓模塊組成


速度、激情,都離不開ABS?ABS零部件在汽車中的布局示意圖

有時面對突發交通狀況,例如急彎處的會車或突然出現的前方障礙物,避讓已經來不及,緊急剎車往往是唯一規避事故的辦法。車輛在緊急制動情形下,來自司機的制動力有可能超過輪胎能夠處理的範圍:車輪鎖死,車輪不再能夠傳遞任何的側向附著力。車輛無法對駕駛員的操縱企圖做出反應,行駛中的車輛將變得不穩定甚至無法控制。這種情形通常發生在濕滑、冰雪,不均勻、坑窪、急彎、沙石等路面的制動過程中。如果前輪抱死而後輪還在滾動,汽車將因失去轉向力而跑偏,無法避讓前方障礙;如果後輪抱死而前輪還在轉動,汽車將很容易失去控制而出現側滑(甩尾)現象;因為車輪抱死,制動距離會更長,因為抱死失控,輪胎更易損壞。這些都可以造成嚴重的交通事故。因此我們不希望車輛制動過程中車輪抱死滑移,而是希望車輪進入邊滾邊滑的滑轉狀態。


在配備了ABS系統的車輛中,如果電控單元發現來自車輪轉速感測器的一個或多個車輪的減速度急劇增加——趨於抱死,亦即輪胎滑移率大於演算法設定值時,ABS系統會在毫秒級範圍內通過調整施加在每個車輪上的制動壓力進行干預,防止抱死,確保安全制動——車輛維持可操縱並保持穩定。滑移率設定門限由基本量和偏移量組成,偏移量根據車輛狀態、車輪和車軸的動態特性,偵測到的路面狀態等參數來確定。與車輪全抱死的制動相比,ABS通常可縮短制動距離,特別是在濕滑的路面。視路面濕度、輪胎與路面的附著係數情況,制動距離可縮短約10%。特殊情形下,制動距離可能會增加少許,但汽車的穩定性和操控性會得到提高。


當某個車輪有抱死傾向時,該輪的減速度超過臨界值,ABS控制器發出指令,讓電磁閥停止或減小車輪制動壓力,隨後檢測到車輪制動力不足,又再次增加制動壓力。通過加壓、減壓和保持,達到連續的制動壓力調節,使車輪保持在制動力最大的滑轉範圍內。ABS控制器根據不同的路面附著係數最終決定製動的強度。當參考車速低於預設值時,ABS自動退出。


ABS必須能夠應對以下變化因素:


◆不同路面和車輪載荷變化(如彎道行駛時)導致輪胎附著係數的變化;

◆不平、跳變路面造成的振動;


◆車輪不圓,制動滯後或衰退;


◆駕駛員操縱制動踏板引起的制動壓力不同;


◆輪胎變異,如使用備胎。


ABS自動控制系統必須滿足:

◆為後輪提供足夠的側嚮導向力,保證行駛穩定性;


◆為前輪提供足夠的側嚮導向力,保證可操控性;


◆縮短制動距離 (相對車輪制動抱死時而言);


◆制動壓力調節適應不同路面,如積水、冰雪及沙石等;

◆較低的制動控制幅度,防止傳動系振動;


◆制動雜訊小,對制動踏板的反作用低,以提高駕駛員舒適性。


這些都可以通過將相關參數事先輸入或實時採集到ABS電控單元,使用電子制動分配程序,彎道穩定性控制程序,輪胎誤差補償和小備胎識別程序,輪速處理演算法,增壓演算法來一一實現。隨著電子技術的巨大進步,ABS技術也得到了飛速的發展。第一代ABS有超過一千個零部件,現在則是應用大規模集成各種功能的高性能微控制器,混合電控單元工藝和汽車區域網匯流排通信技術,並採用軟體實現控制演算法。


速度、激情,都離不開ABS?ABS的好處(與沒有啟動ABS時相比)


汽車配備ABS與未配備ABS的對比:


◆在緊急制動時保持車輛的操縱性(方向控制);


◆在制動過程中確保車輛減速穩定;


◆減少制動距離;


◆改善在不均勻路面(譬如一側干瀝青路面,另一側濕滑或沙石路面)制動時車輛的橫擺幅度,使之仍在駕駛員可控範圍內;


◆防止緊急制動造成輪胎損壞。


雖然ABS通常會縮短制動距離,但有一種例外情形:在非常鬆軟的路面,譬如沙灘或碎石。在此情形下,如果沒有配備ABS,抱死滑移的車輪會使其下的路面形成楔堆,該楔堆會導致制動距離縮短。但是,此時車輛也不再具備操控性。


對於配備了ABS系統的車輛,安全的剎車方式是什麼呢?在緊急情況中,用力快速將剎車踩到底,來自剎車踏板的顫動表明ABS正在工作,駕駛員會感到來自踏板的阻力要比平時大,持續踩住踏板直到汽車完全停止。如果剎車的同時要避讓前方障礙物,則同時用方向盤操控車輛方向。


我曾親身體驗過一回ABS對緊急制動的影響。那是在專門設計的測試道路上,為不均勻路面。測試員首先讓我們感受ABS激活時在左右不均路面緊急制動時的情形,倒沒覺得什麼,反正就是輕晃了一下然後車停。第二次,同樣的過程,不過這回測試員先關閉了ABS系統,當他剎車時,車輛近360度的失控旋擺令我印象至深,忍不住暗自慶幸車並沒有翻滾。


ABS技術也被逐步地應用在了摩托車上。由於摩托車固有的不穩定性,車輪抱死會導致非常危險的跌倒,摩托車手通常會避免大力的緊急制動。在歐洲和巴西,接近六分之一的道路死亡是騎摩托車的人,這一比例在中國和印度還要高很多。同樣的行駛距離,騎摩托車的致命風險是駕駛轎車的二十倍。ABS技術在摩托車上的應用能夠有效地改善安全水準,但目前世界範圍只有百分之一的摩托車配置了ABS防抱死裝置。


基於ABS技術的其它應用,例如牽引力控制系統(TCS), 電子穩定性程序(ESP)會在更廣泛的範圍,甚至在物理極限的驅動狀態下對車輛施加控制,保證車輛行駛的穩定性和可操控性,進一步提升了車輛行駛的安全水平。


有些人喜歡不時炫耀下自己的駕駛技術,急停、即轉,輕鬆搞定。殊不知很多時候是因為現代科技的發展和應用,幫助車輛在極限情況下也能保持操控性和穩定性,未必是駕駛員的技術有多高超。對車輛駕駛來說,安全離不開良好的駕駛習慣,更離不開科學技術成果的應用。可能將來有那麼一天,人的駕駛會變得可有可無,安全徹底交給科技來保證。這將會是更加舒適和安全的駕駛體驗。


作者:Liuhan看看想想




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