隨著汽車工業(yè)的發(fā)展，汽車越來越重，車速越來越高，這些變化除了對(duì)汽車的基礎(chǔ)制動(dòng)能力提出了更高要求外，也對(duì)車輛的穩(wěn)定性提出了更高挑戰(zhàn)。根據(jù)對(duì)汽車安全性研究顯示，在道路交通事故中，大約10％的事故是由于車輛在制動(dòng)瞬間偏離預(yù)定軌道或甩尾造成的。眾所周知，完善底盤的制動(dòng)性能是減少交通事故的重要措施，而對(duì)制動(dòng)進(jìn)行主動(dòng)干預(yù)是完善制動(dòng)性能的關(guān)鍵。
雖然對(duì)制動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行主動(dòng)干預(yù)以提高車輛穩(wěn)定性的理論研究很早就已經(jīng)展開，但是真正落地卻要依賴技術(shù)上的天時(shí)地利，液壓制動(dòng)替代傳統(tǒng)的機(jī)械制動(dòng)的廣泛應(yīng)用以及機(jī)電技術(shù)的發(fā)展給實(shí)現(xiàn)制動(dòng)主動(dòng)干預(yù)提供了技術(shù)基礎(chǔ)，并為實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)主動(dòng)干預(yù)甚至懸架主動(dòng)干預(yù)提供了可能。自此，從最開始的制動(dòng)防抱死系統(tǒng) (Anti-lock Brake System, ABS)到今天的車輛動(dòng)態(tài)控制系統(tǒng) (Vehicle Dynamic Control, VDC)，底盤電子穩(wěn)定性系統(tǒng)(ESC, Electric Stability Controller)開始了華麗的進(jìn)化之路。
然而底盤電子穩(wěn)定性系統(tǒng)的進(jìn)化還沒有停止。智能底盤新的E/E架構(gòu)又給底盤電子穩(wěn)定性系統(tǒng)帶來了新優(yōu)化方向，比如在底盤域控制器的控制下各個(gè)子系統(tǒng)協(xié)同工作可以實(shí)現(xiàn)更快速的穩(wěn)定性控制。智能底盤與電子穩(wěn)定性系統(tǒng)這一話題正在成為主流主機(jī)廠和供應(yīng)商的研究熱點(diǎn)。
在這樣的背景下，接下來幾期將基于以下架構(gòu)探討電子穩(wěn)定性系統(tǒng)的進(jìn)化之路以及智能底盤給電子穩(wěn)定性系統(tǒng)帶來的新方向。
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Part1：ABS: 制動(dòng)防抱死系統(tǒng)的工作原理
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Part2：TCS: 牽引力控制系統(tǒng)的工作原理
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Part3：ESP: 劃時(shí)代的產(chǎn)品
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Part4：展望：智能底盤與電子穩(wěn)定性系統(tǒng)發(fā)展
制動(dòng)防抱死系統(tǒng)ABS
在日常駕駛中有時(shí)候緊急制動(dòng)來避險(xiǎn)，但是緊急制動(dòng)下制動(dòng)卡鉗對(duì)制動(dòng)盤作用力過大，會(huì)導(dǎo)致車輪抱死。車輪抱死引起的車輛表現(xiàn)不當(dāng)往往帶來嚴(yán)重的交通事故，典型的問題和原因總結(jié)如下：
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緊急制動(dòng)時(shí)無法在安全距離內(nèi)剎停
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當(dāng)車輪制動(dòng)抱死時(shí)不能最大地利用地面摩擦力
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緊急制動(dòng)時(shí)無法避讓前方障礙物
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當(dāng)前輪車輪制動(dòng)抱死時(shí)車輛不能轉(zhuǎn)向
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緊急制動(dòng)時(shí)車輛失穩(wěn)甩尾
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當(dāng)后輪車輪制動(dòng)抱死時(shí)車輪無法提供較大的側(cè)向附著力
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早在上世紀(jì)30年代，汽車工程師就開始研究制動(dòng)防抱死系統(tǒng)ABS (Anti-lock Brake System, ABS) 來解決緊急制動(dòng)時(shí)車輪抱死問題。ABS是制動(dòng)系統(tǒng)中的一種閉環(huán)控制裝置，在制動(dòng)時(shí)它可以防止車輪抱死，保證車輛的制動(dòng)性和穩(wěn)定性。
ABS的作用示意圖，圖片來自網(wǎng)絡(luò)
到了60年代末70年代初，第一代實(shí)用的車用ABS系統(tǒng)在美國面世，它們的典型代表是Ford的Sure-Track和Chrysler的Sure-Brake。其特點(diǎn)是控制單元采用模擬計(jì)算機(jī)，由真空壓力調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)制動(dòng)壓力，但控制效果不是很好，沒有推廣開來。
到了70年代后期，由于數(shù)字電子計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，同時(shí)也得益于液壓控制技術(shù)的進(jìn)步，德國博世公司推出基于液壓控制的ABS，控制效果相當(dāng)理想，于是博世在1978年正式量產(chǎn)ABS產(chǎn)品。博世ABS的問世正式拉開了底盤電子穩(wěn)定性系統(tǒng)發(fā)展的序幕，在這以后，Bosch、ITT Automotive、Kelesy-Hayes、Wabco等許多公司不斷加強(qiáng)對(duì)ABS的研究，各種新型的ABS層出不窮，性能不斷優(yōu)化而價(jià)格逐漸降低，如今ABS已經(jīng)成為了轎車和商用車的標(biāo)配。
ABS控制的核心是滑移率控制。滑移率又稱為滑動(dòng)率，當(dāng)輪胎端作用制動(dòng)力時(shí)，在輪胎與地面之間都會(huì)發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，車輪中滑動(dòng)成分所占的比例稱為滑移率，用S表示。
滑移率對(duì)汽車車輪制動(dòng)的附著系數(shù)影響很大。由下圖可以看出，當(dāng)?shù)孛鎸?duì)車輪法向反作用力一定時(shí)，滑移率大約在20%左右時(shí)制動(dòng)縱向附著系數(shù)最大，車輪與路面之間的能產(chǎn)生的附著力就最大，此時(shí)的地面制動(dòng)力也就最大，制動(dòng)效果最佳，而當(dāng)車輪完全抱死拖滑時(shí)，汽車制動(dòng)穩(wěn)定性最差。
ABS系統(tǒng)正是利用了滑移率和附著系統(tǒng)的關(guān)系。當(dāng)駕駛員遇到需要深踩制動(dòng)的工況時(shí)，ABS通過主動(dòng)對(duì)輪缸制動(dòng)壓力進(jìn)行干預(yù)，將車輪的滑移率保持在10%～30%的范圍內(nèi)，從而保證了車輪與路面有良好的縱向、側(cè)向附著力，有效地防止制動(dòng)時(shí)汽車側(cè)滑、甩尾、失去轉(zhuǎn)向等現(xiàn)象發(fā)生，大大提高了汽車制動(dòng)時(shí)的方向穩(wěn)定性。
而ABS實(shí)現(xiàn)這一控制的核心部件主要是輪速傳感器和液壓控制單元。
四個(gè)輪速傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)控四個(gè)車輪輪速并提供給液壓控制單元ECU, 用以估算當(dāng)前車速和各個(gè)車輪的滑移率。液壓控制單元基于輪速信息判斷當(dāng)前車速和車輪滑移率，實(shí)時(shí)計(jì)算對(duì)輪缸的目標(biāo)壓力，并通過對(duì)液壓馬達(dá)和電磁閥的控制實(shí)現(xiàn)輪缸壓力控制。
1.駕駛員踩制動(dòng)，建立制動(dòng)壓力
2.輪速傳感器向ABS ECU提供輪速信息，ECU計(jì)算滑移率，如果超過設(shè)定的穩(wěn)定滑移率門限，ABS介入對(duì)輪缸壓力進(jìn)行主動(dòng)干預(yù)
3.ECU通過控制液壓模塊的電磁閥和液壓馬達(dá)調(diào)節(jié)輪缸液壓，避免車輪抱死
搭載了ABS系統(tǒng)的汽車會(huì)在以下幾個(gè)方面展現(xiàn)其優(yōu)越性：
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能有效地利用輪胎與路面間的附著能力，縮短制動(dòng)距離，尤其是在冰雪路面上可縮短10%-15%；
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制動(dòng)過程中，車輪仍然可以滾動(dòng)，保持了前輪的可操縱性，防止后輪的側(cè)滑，維持了行車方向的穩(wěn)定性；
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由于制動(dòng)防抱，車輪不會(huì)抱死拖滑，減少了輪胎的磨損，可以提高輪胎的使用壽命，減少空氣中的污染。
焉知智能汽車持續(xù)關(guān)注智能底盤的進(jìn)化，同時(shí)致力于打造系列文章將涵蓋智能底盤的所有領(lǐng)域，推出《智能底盤技術(shù)系列文章》，對(duì)底盤系統(tǒng)的技術(shù)方案及發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行深入的探討。基于這一定位，系列文章將圍繞以下框架展開深入的研究。
制動(dòng)系統(tǒng)篇
轉(zhuǎn)向系統(tǒng)篇
驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)篇
懸架系統(tǒng)篇
