防抱死制动系统

背景

安全停车是机动车辆可以执行的最重要的功能之一。制动系统的故障几乎总是会导致财产损失、人身伤害甚至死亡。因此，在过去的九年里，人们对改进卡车和乘用车的制动系统给予了大量的考虑。最新的改进之一是防抱死制动系统，顾名思义，它可以防止车辆在潮湿或结冰的道路上急刹车时抱死和打滑。

打滑问题揭示了所有机动车辆制动系统的一个压倒性弱点：它们在很大程度上取决于轮胎和道路之间的静摩擦系数。如果由于某种原因轮胎在制动时暂时失去对道路的附着力，则制动器与鼓或转子的摩擦会牢固地锁定车轮，轮胎开始在道路上打滑。在这种情况下，该车轮的制动力取决于轮胎与道路之间的滑动摩擦力，该摩擦力远小于静摩擦力。在潮湿或结冰的条件下，滑动摩擦会进一步降低，从而显着延长制动距离。此外，当前轮处于这种状态时，它们不能用于车辆转向；无论前轮的角度如何，车辆都会继续向其动量发送的任何方向打滑，直到驾驶员松开制动器或车辆与足够坚固的物体发生碰撞以使其停下来。

一代又一代的驾驶员被教导通过在打滑期间快速踩下和松开或踩下刹车来处理这种情况。然而，这种训练经常在恐慌情况下丢失。此外，即使是最冷静和训练有素的驾驶员也无法以每秒 2 或 3 次的速度踩下刹车，这限制了该技术的有效性。

在地面车辆中引入之前，在飞机上使用了一种更好的制动时打滑方法已经使用了几十年。飞机与汽车和卡车一样，都面临着同样的低牵引力条件，而打滑的飞机——已经只能勉强操纵——对它的乘员和周围的人来说确实是一种危险。为了解决这个问题，许多飞机都配备了防抱死制动系统，称为 ABS，可防止制动轮在湿滑的跑道上抱死和打滑。

起初，这是通过复杂且昂贵的液压控制装置来实现的，该控制装置可以快速打开和关闭制动器，使飞机能够在湿滑条件下转向，同时仍然具有很大的停止能力。后来，电子控制允许对实际地面条件更敏感的防抱死动作。

随着飞机 ABS 的电子和液压部分变得更小、更便宜，卡车和汽车制造商开始产生兴趣。起初，防抱死制动系统仅适用于重型卡车。大型半卡车——重达 80,000 磅（36,364 公斤）的卡车牵引车-拖车组合——在打滑时对周围的交通尤其危险，因为它们不仅脱离了驾驶员的控制，而且还铰接式或千斤顶，并且经常翻身。今天，防抱死制动系统是许多汽车和卡车的标准配置。

无论制造商或车辆类型如何，所有防抱死制动系统都以类似的方式运行。车轮速度传感器安装在每个要控制的车轮上。每个速度传感器通常都有一个齿轮，如齿轮，以与车轮或车轴相同的速度旋转。安装在靠近但不接触这个齿轮的永久 磁铁 用线圈缠绕，称为拾波线圈（见图）。当每个齿旋转经过永磁体时，它会导致磁场集中并略微增加。反过来，这会在线圈中感应出一个小的电流脉冲。每秒的脉冲数与车轮的速度成正比。轮子转得越快，齿通过磁铁的速度就越快，脉冲率就越高。

车轮速度传感器的脉冲输出进入电子控制器，该控制器监控每个车轮相对于其他车轮速度的速度。只要没有刹车并且所有受监控的车轮都以大致相同的速度旋转，系统就不会采取任何行动。但是，如果正在使用制动器并且一个或多个受监控的车轮突然开始以比其他车轮更高的速率降低速度——表明路面牵引力丧失，车轮即将抱死和打滑——控制器然后激活防锁系统。

任何车辆上的防抱死制动系统只是叠加在现有车辆制动系统上的附加监控和控制功能。 ABS 不是第二个制动系统，也不是取代车辆制动系统。当汽车上的所有四个车轮都被监视和控制时，该系统称为四通道 ABS。如果要控制前两个车轮和后轴（但不是每个后轮单独控制），则该系统称为三通道 ABS。在带有两个后驱动桥的重型卡车上，ABS 通常是一个四通道系统，它控制前轮和四个后轮中的两个。重型卡车牵引车牵引的拖车也可能有自己独立的 ABS，必须与牵引车上的 ABS 互连。

在汽车中，制动器由液压驱动。 ABS 控制器操作内置于主制动缸高压侧的电磁阀。这些阀门通常是打开的，不会干扰制动。当控制器检测到车轮在制动时抱死时，它首先激活一个电磁阀来关闭受影响车轮制动管路中的阀门，以防止压力进一步增加。如果锁定的车轮继续失速，控制器会激活第二个电磁阀，释放受影响的制动管路的压力，实际上释放该车轮的制动器，无论驾驶员是否仍在踩下制动踏板。一旦车轮恢复牵引力且速度增加，电磁阀就会停用，并恢复正常制动。当然，如果出现车轮再次打滑的情况，制动器会立即开始锁止，ABS 将接管。这个循环每秒重复 12 到 15 次，直到路况发生变化或驾驶员松开刹车。驾驶员将能够通过制动踏板感觉到的振动检测到这种快速循环，但不必采取任何行动。 ABS 将最大限度地减少打滑并允许驾驶员保持对车辆的方向控制。

重型卡车的制动器由气压而非液压驱动。卡车上的防抱死制动系统的工作方式类似于汽车上的 ABS，不同之处在于防抱死气压控制阀位于车架导轨上，靠近每个车轮。

设计

防抱死制动系统专为特定的车辆应用而设计。不牵引拖车的卡车（如水泥搅拌机）的 ABS 与牵引一辆或多辆拖车的卡车牵引车的 ABS 略有不同。同样，拖车的防抱死制动系统也有不同的设计。

用于汽车的 ABS 可能更加具体，并且可能是为特定的 无论制造商或车辆类型如何，所有防抱死制动系统都以类似的方式运行。车轮速度传感器安装在每个要控制的车轮上。每个速度传感器通常都有一个齿轮，它以与车轮或车轴相同的速度旋转。如果踩下制动器并且一个或多个受监控的车轮突然开始以比其他车轮更高的速率降低速度，则控制器会激活防抱死系统。汽车的品牌名称和型号。由于 ABS 部件必须与每种型号的现有车辆部件配合并发挥作用，因此新的防抱死制动系统的设计和制造过程是由汽车制造商和 ABS 供应商合作进行的。

原材料

速度传感器中的齿轮或齿轮由软铁制成， 通常投。选择铁是因为它具有高磁导率和低磁阻。磁阻大致相当于电阻，有时将齿轮称为磁阻。齿轮的作用是让永磁体的磁场很容易地通过每个齿，引起场强的瞬时集中，从而在拾波线圈中感应出电流。拾音线圈的磁芯中有一个永磁体，用一圈铜线包裹。

控制器通常使用被称为热侧驱动器的晶体管，它控制电路的电源侧而不是接地侧。这些晶体管产生的热量比电子电路中通常的要多。它们不是放置在塑料或冲压钢外壳中，而是连接到带有翅片散热器的铸铝外壳上以散热。

汽车中使用的液压制动压力电磁阀采用标准结构的铜线圈元件，带有钢阀和阀体。它们与通常由铝铸造的制动系统主缸安装​​在同一外壳中。

电线是铜的，通常带有交联聚乙烯绝缘层。为防止射频干扰 (RFI)，其中可能通过布线接收高功率无线电信号并导致系统启动，所有布线要么被屏蔽，要么以双绞线形式布线，以消除无线电波的影响.连接器是塑料的，带有内部铜触点。

制造
过程

防抱死制动系统的制造过程包括制造零部件，然后将这些零部件安装到车辆上。零件在一个工厂制造，然后包装并运送到车辆装配厂进行安装。这是汽车防抱死制动系统的典型流程。

制作主制动缸

• 1 主缸，包括电磁阀体的底座，铸造为一个整体。阀座和密封面加工光滑，连接口带有螺纹。
• 2 安装了单独的初级和次级活塞、电磁线圈、储液罐盖和密封件、蓄压器以及任何计量和比例阀。螺线管本体有一个盖子，用四个或更多螺丝固定在主缸上，并用垫圈密封。

制作轮速传感器

• 3 齿轮由铸铁制成。安装点可能需要进行少量加工。
• 4 拾波线圈在称为绕线机的机器中缠绕在永磁铁芯上。整个组件封装或封装在塑料树脂中，并附有电连接器。

制作控制器

• 5 电子控制器组件焊接到 印刷电路板上。
• 6 电路板连接在保护外壳内并安装到铸铝散热器底座上。为每个速度传感器的输入接线和到主制动缸中电磁阀的输出接线提供了外部电气连接。

安装 ABS

• 7 在汽车总装厂，钢管刹车线安装在车身骨架上。它们从发动机舱和乘员舱之间的隔板（称为防火墙）延伸到每个车轮的附近。 ABS 的电线也从每个车轮附近连接到控制器位置，从控制器连接到防火墙。
• 8 制动主缸用螺栓固定在发动机舱制动踏板附近的防火墙上。制动管路连接到电磁阀体上的相应端口，并连接电线。
• 9 带齿的传感器轮压在外部等速万向节或轴心轴的末端上，以便它们正好位于轮子内部。一旦车轴连接到车架上，就连接制动管路并安装拾波线圈，使线圈的末端靠近齿轮。然后将拾波线圈电连接到控制器的电线。
• 10 控制器安装在仪表板下方或车辆后备箱中。进行电气连接，包括通过保险丝盒从车辆电池连接电源。

质量控制

电子系统能够接管车辆刹车操作的想法让一些人感到不安。为此，事先对系统的运行进行了彻底的测试，并不断审查安装质量。

此外，所有防抱死制动系统都设计为故障安全——也就是说，任何部件的任何故障都将导致系统故障，但仍允许制动器整体安全操作。

未来

在不久的将来，联邦政府很有可能会强制要求在某些车辆上使用防抱死制动器。 ABS 已经使用了好几年，并且越来越多的证据表明它的好处——特别是它能够在极其光滑的道路条件下提高车辆制动距离和保持车辆方向控制。

然而，这些发现并非没有争议。最初声称 ABS 的好处被大大夸大了，许多司机发现 ABS 在他们的特定情况下几乎没有或没有提供任何优势。在这方面，争议有点像围绕安全带的争议。

已经开发了其他系统来增强基本 ABS 的优势。这些系统之一是自动牵引力控制，称为 ATC。 ATC 使用与 ABS 相同的组件，但在速度范围的另一端工作——让车辆在湿滑条件下启动。在操作中，它会感应每个车轮的速度，以检测一个或多个车轮何时“松动”并开始旋转。发生这种情况时，它会每秒对该车轮施加 12 到 15 次制动，使其减速并重新获得牵引力。在示威活动中，车辆被挡在冰雪覆盖的斜坡上。当车辆启动并拉开挡块时，没有 ATC 的车辆会旋转车轮并缓慢地向后滑下坡度，而配备 ATC 的车辆则在冰面上行驶。

预计随着价格的下降，优势更加明显，ABS等新车产品将继续受到欢迎。