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举个栗子:速度、激情,都离不开ABS?

日报 举个栗子 2年前 (2017-11-14) 286次浏览 0个评论 扫描二维码

举个栗子:速度、激情,都离不开 ABS?

当赛车手们在赛道上风驰电掣,当人们为赛道上的激情与速度倾倒陶醉、欢呼雀跃时,不知他们是否知道赛车运动其实更是科技的竞争。这背后不为多数人所知的、又是最重要的一环是车手的安全保障。可能已没有多少人还记得巴西车手塞纳的丧生,更别提其他很多致命的事故,但是发生重大事故,往往也会推动安全技术的进一步发展。一方面人们不会因为危险就放弃追求速度所带来的刺激、激情和快感,另一方面,大量资金被用于安全方面的研发与应用。随着科技的进步,车手在极端情况下生还的概率在不断提升。

日常工作生活中,汽车在速度、灵活性方面拥有巨大优势,大大扩展了人们的生活半径,对工作、生活效率和质量的提高无疑是全方位的。这也催生了一大批汽车企业,并使得汽车产业顺理成章地成为我国的支柱产业。中国自 2007 年以来迅速进入汽车时代,这种跨越似乎在一夜之间完成。2007 年中国 汽车市场产销量 888 万辆,其中乘用车 630 万辆,到 2010 年已突破 1800 万辆,去年 1900 万,今年破 2000 万辆已成定局,其中乘用车会超过 1600 万辆。

随着汽车的日益普及,安全问题也日益凸显。为了提高驾驶的安全性,除了大力建设道路基础设施、推行相关道路安全驾驶的法律法规,汽车企业也运用科技手段推出各种安全技术解决方案。主动安全技术就是在汽车行业被广泛采用的一系列提高车辆行驶安全的技术。所谓主动安全,是指在车辆行驶过程中,车辆搭载的控制系统根据实时的道路交通状况,主动干预车辆的行驶参数,譬如牵引、传动或制动的参数,以达到避免失控,提高行驶安全的目的。而汽车制动系的防抱死制动系统 ABS(Antilock Braking System)就是一种经典的主动安全技术。

ABS 是制动系统中的闭环控制装置,是汽车行驶稳定系统的一部分,是继安全带之后又一重要安全措施。它可防止制动时车轮抱死,保持汽车的操控性和行驶的稳定性。

ABS 系统的批量生产始于 1978 年末,到目前为止在欧洲和北美的配备率超过 90%,在世界范围内超过 80%。在很多国家,ABS 已成为标准配置。在欧洲, 对 ABS 的要求被写入相关法规中。

举个栗子:速度、激情,都离不开 ABS?

举个栗子:速度、激情,都离不开 ABS?

有时面对突发交通状况,例如急弯处的会车或突然出现的前方障碍物,避让已经来不及,紧急刹车往往是唯一规避事故的办法。车辆在紧急制动情形下,来自司机的制动力有可能超过轮胎能够处理的范围:车轮锁死,车轮不再能够传递任何的侧向附着力。车辆无法对驾驶员的操纵企图做出反应,行驶中的车辆将变得不稳定甚至无法控制。这种情形通常发生在湿滑、冰雪,不均匀、坑洼、急弯、沙石等路面的制动过程中。如果前轮抱死而后轮还在滚动,汽车将因失去转向力而跑偏,无法避让前方障碍;如果后轮抱死而前轮还在转动,汽车将很容易失去控制而出现侧滑(甩尾)现象;因为车轮抱死,制动距离会更长,因为抱死失控,轮胎更易损坏。这些都可以造成严重的交通事故。因此我们不希望车辆制动过程中车轮抱死滑移,而是希望车轮进入边滚边滑的滑转状态。

在配备了 ABS 系统的车辆中,如果电控单元发现来自车轮转速传感器的一个或多个车轮的减速度急剧增加——趋于抱死,亦即轮胎滑移率大于算法设定值时,ABS 系统会在毫秒级范围内通过调整施加在每个车轮上的制动压力进行干预,防止抱死,确保安全制动——车辆维持可操纵并保持稳定。滑移率设定门限由基本量和偏移量组成,偏移量根据车辆状态、车轮和车轴的动态特性,侦测到的路面状态等参数来确定。与车轮全抱死的制动相比,ABS 通常可缩短制动距离,特别是在湿滑的路面。视路面湿度、轮胎与路面的附着系数情况,制动距离可缩短约 10%。特殊情形下,制动距离可能会增加少许,但汽车的稳定性和操控性会得到提高。

当某个车轮有抱死倾向时,该轮的减速度超过临界值,ABS 控制器发出指令,让电磁阀停止或减小车轮制动压力,随后检测到车轮制动力不足,又再次增加制动压力。通过加压、减压和保持,达到连续的制动压力调节,使车轮保持在制动力最大的滑转范围内。ABS 控制器根据不同的路面附着系数最终决定制动的强度。当参考车速低于预设值时,ABS 自动退出。

ABS 必须能够应对以下变化因素:

◆不同路面和车轮载荷变化(如弯道行驶时)导致轮胎附着系数的变化;

◆不平、跳变路面造成的振动;

◆车轮不圆,制动滞后或衰退;

◆驾驶员操纵制动踏板引起的制动压力不同;

◆轮胎变异,如使用备胎。

ABS 自动控制系统必须满足:

◆为后轮提供足够的侧向导向力,保证行驶稳定性;

◆为前轮提供足够的侧向导向力,保证可操控性;

◆缩短制动距离 (相对车轮制动抱死时而言);

◆制动压力调节适应不同路面,如积水、冰雪及沙石等;

◆较低的制动控制幅度,防止传动系振动;

◆制动噪声小,对制动踏板的反作用低,以提高驾驶员舒适性。

这些都可以通过将相关参数事先输入或实时采集到 ABS 电控单元,使用电子制动分配程序,弯道稳定性控制程序,轮胎误差补偿和小备胎识别程序,轮速处理算法,增压算法来一一实现。随着电子技术的巨大进步,ABS 技术也得到了飞速的发展。第一代 ABS 有超过一千个零部件,现在则是应用大规模集成各种功能的高性能微控制器,混合电控单元工艺和汽车局域网总线通信技术,并采用软件实现控制算法。

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汽车配备 ABS 与未配备 ABS 的对比:

◆在紧急制动时保持车辆的操纵性(方向控制);

◆在制动过程中确保车辆减速稳定;

◆减少制动距离;

◆改善在不均匀路面(譬如一侧干沥青路面,另一侧湿滑或沙石路面)制动时车辆的横摆幅度,使之仍在驾驶员可控范围内;

◆防止紧急制动造成轮胎损坏。

虽然 ABS 通常会缩短制动距离,但有一种例外情形:在非常松软的路面,譬如沙滩或碎石。在此情形下,如果没有配备 ABS,抱死滑移的车轮会使其下的路面形成楔堆,该楔堆会导致制动距离缩短。但是,此时车辆也不再具备操控性。

对于配备了 ABS 系统的车辆,安全的刹车方式是什么呢?在紧急情况中,用力快速将刹车踩到底,来自刹车踏板的颤动表明 ABS 正在工作,驾驶员会感到来自踏板的阻力要比平时大,持续踩住踏板直到汽车完全停止。如果刹车的同时要避让前方障碍物,则同时用方向盘操控车辆方向。

我曾亲身体验过一回 ABS 对紧急制动的影响。那是在专门设计的测试道路上,为不均匀路面。测试员首先让我们感受 ABS 激活时在左右不均路面紧急制动时的情形,倒没觉得什么,反正就是轻晃了一下然后车停。第二次,同样的过程,不过这回测试员先关闭了 ABS 系统,当他刹车时,车辆近 360 度的失控旋摆令我印象至深,忍不住暗自庆幸车并没有翻滚。

ABS 技术也被逐步地应用在了摩托车上。由于摩托车固有的不稳定性,车轮抱死会导致非常危险的跌倒,摩托车手通常会避免大力的紧急制动。在欧洲和巴西,接近六分之一的道路死亡是骑摩托车的人,这一比例在中国和印度还要高很多。同样的行驶距离,骑摩托车的致命风险是驾驶轿车的二十倍。ABS 技术在摩托车上的应用能够有效地改善安全水准,但目前世界范围只有百分之一的摩托车配置了 ABS 防抱死装置。

基于 ABS 技术的其它应用,例如牵引力控制系统(TCS), 电子稳定性程序(ESP)会在更广泛的范围,甚至在物理极限的驱动状态下对车辆施加控制,保证车辆行驶的稳定性和可操控性,进一步提升了车辆行驶的安全水平。

有些人喜欢不时炫耀下自己的驾驶技术,急停、即转,轻松搞定。殊不知很多时候是因为现代科技的发展和应用,帮助车辆在极限情况下也能保持操控性和稳定性,未必是驾驶员的技术有多高超。对车辆驾驶来说,安全离不开良好的驾驶习惯,更离不开科学技术成果的应用。可能将来有那么一天,人的驾驶会变得可有可无,安全彻底交给科技来保证。这将会是更加舒适和安全的驾驶体验。

(作者:Liuhan 看看想想)


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