汽车防滑控制系统ABS/ASR基本原理及发展趋势

1 ABS/ASR的基本原理

1.1 ABS的基本原理

ABS（Anti-lock Braking System，即防抱死制动系统）是在制动期间控制和监视汽车速度的电子控制系统。在汽车制动的过程中，它通过常规制动系统起作用，能够自动地控制车轮在旋转方向上的打滑，并把相应的滑移率控制在最佳范围之内，可提高汽车的主动安全性。

在汽车的制动过程中，使汽车制动而减速行驶的外力是路面作用于轮胎胎面上的地面制动力。但地面制动力取决于两个摩擦副的摩擦力：一是制动装置对车轮的摩擦力，即制动器制动力；另一个是轮胎与路面间的摩擦力，即地面附着力。只有当汽车有足够的制动器制动力及地面附着力时，才能获得足够的地面制动力。

汽车制动过程中，车速和车轮转动线速度（轮速）之间存在着速度差，也就是车轮与地面之间有滑移现象。一般用滑移率S来表示滑移的程度

式中：u-车速；w-轮速。

试验和理论分析表明：在制动过程中，滑移率S是与制动的距离、制动时的方向可控性和制动的平稳性密切相关的可控制的量。其原因在于滑移率与汽车和地面间的纵向附着系数μB及侧向附着系数μS的关系呈一定的非线性曲线关系，见图1制动控制区。滑移率S=0时，汽车处于非制动状态，纵向附着系数μB=0，侧向附着系数μS处于最大值；汽车处于制动状态时，μB随滑移率S的增大而增大，μS随滑移率S的增大而减小，当滑移率S达到某个数值时，μB达到最大，这时的滑移率称为最佳滑移率（用SK表示）；之后随着滑移率的增大，μB和μS不断减小，滑移率S=100%时，车轮完全抱死，μB降到一数值，μS≈0纵向附着力不大，侧向附着能力几乎尽失，汽车的制动稳定性、方向稳定性和转向能力将完全丧失。

滑移率S在0～Sk区间，可保证稳定制动，称为稳定区；在Sk至100%区间为不稳定区，当滑移率S超过Sk后，车轮很快就会进入抱死状态。当滑移率S处于10%～30%之间时，纵向附着系数μB处于峰值范围，侧向附着系数μS也比较大，可以同时得到较大的纵向和侧向附着力，是安全制动的理想工作区域。

ABS的基本原理就是通过调节制动管路的压力，控制车轮制动器的制动力，使汽车在紧急制动时，轮速保持在适当的范围内，车轮滑移率控制在10%～30%的稳定制动区段上，车轮不被抱死，既能保持最大的制动力，又能充分利用车轮附着力，大大提高制动效能。

1.2 ASR的基本原理

ASR（Anti-Slip Regulation，即驱动防滑系统）也叫自动牵引力控制TCS（Traction Control System），是一套在ABS基础上发展起来，与ABS一起对打滑的驱动轮进行控制的系统。

汽车的行驶受行驶牵引力和附着力的限制，即要满足

式中：∑Ff--汽车行驶阻力；F1--汽车牵引力；Fφ--汽车附着力。

如果路面的附着系数很小，容易使汽车的牵引力超过轮胎与路面间的附着极限（即Ft>Fφ），产生驱动轮过度滑转，后轮驱动的汽车将可能甩尾，前轮驱动的汽车则容易方向失控，导致汽车向一侧偏移。驱动防滑的基本原理与制动防滑相似，根据地面附着系数和车轮滑移率的关系曲线（见图1驱动控制区），把车轮滑移率控制在一定范围内，提高地面附着力的利用率，改善驱动性能。

目前，ASR常用的控制方法有种：一是调整发动机加在驱动轮上的转矩的发动机控制。汽油机常通过控制燃油喷射量、点火时间、节气门开度来减低其输出转矩；柴油机常通过控制燃油喷射量来减低其输出转矩。二是对发生打滑的驱动轮直接施加制动的制动控制。如果驱动轮在不同附着系数的路面上，通过对打滑的驱动轮实施制动，降低滑移率，提高驱动力。对于附着系数相同的路面，可通过发动机控制来实现防驱动轮打滑，也可对打滑的两驱动轮实施制动；为防止制动蹄过热，当车速高于一定值时，制动控制将不起作用，要依靠发动机控制。

ASR与ABS有十分密切的联系，是ABS的自然延伸。二者在技术上比较接近，部分软、硬件可以共用。ABS所用的传感器和压力调节器均可为ASR所利用，ABS的电子控制装置只需要在功能上进行相应的扩展即可用于ASR装置。在 ABS的基础上，只需添加ASR电磁阀，即可对过分滑转的车轮实施制动。对电控发动机来说，通过总线就可控制发动机的输出力矩。非电控发动机，只需增加一些传感器和执行机构，就可控制发动机的输出力矩。基于此，通常把二者有机地结合起来，形成汽车ABS/ASR防滑控制系统。

2 ABS/ASR的国内外发展状况

2.1 国外发展状况

早在1928年防抱死制动理论就被提出。BOSCH公司在1936年第一个获得了防抱死制动系统的专利权。1954年，FORD公司将ABS装在林肯轿车上。这一时期的各种