第六节 防抱死制动系统的控制过程
一、ABS的控制方式
ABS无论采用哪种控制方式，其目的都是根据轮速、减速度、车速等信号，判断制动时车轮的运动状态，并通过调节车轮制动器轮缸的制动压力，将车轮滑移率控制在10%～30%之间，从而获得最佳制动性能。
目前ABS的控制方式有车轮滑移率控制方式、逻辑门限值控制方式、最优化控制方式、滑模动态变结构控制方式和模糊控制方式等。其中车轮滑移率控制方式和模糊控制方式需要使用成本较高的多普勒雷达检测车速，因此采用较少。在剩下的3种控制方式中，逻辑门限值控制方式由于实时响应好，执行机构比较容易实现而被广泛应用。
逻辑门限值控制方式通常是将车轮的减速度（或角减速度）和加速度（或角加速度）作为主要控制门限，而将车轮滑移率作为辅助控制门限。通过检测车轮的角速度来计算车轮速度和加、减速度，再利用车轮速度和存储在存储器内的制动开始时的汽车速度计算车轮的参考滑移率。ABS系统工作时，将这些控制参数与预先设定的门限值进行比较，根据比较结果控制制动压力调节器的电磁阀动作来改变制动力的大小，并在控制过程中记录前一控制周期（在制动过程中，从制动减压、保压到增压为一个控制周期）的各个控制参数，再根据这些参数值确定下一个控制周期的控制条件。
电子控制防抱死制动系统是根据车轮减速度和滑移率是否达到某一设定值来判定车轮是工作在附着系数-滑移率曲线（见图1-46所示φB—S曲线）的稳定区域还是工作在非稳定区域，并通过调节制动轮缸的制动液压力，充分利用轮胎与道路接触面之间的附着力将车轮滑移率控制在10%～30%的稳定区域内，从而获得最佳制动性能。
轮胎与道路接触面之间的附着系数和车轮滑移率是影响制动效果的重要参数。现有ABS实用技术还不能直接测量轮胎与道路接触面之间的附着系数和车轮滑移率，这是因为测量过程中需要使用五轮仪，测量汽车实际速度需要使用价格昂贵的多普勒雷达或加速度传感器，因此防抱死制动普遍采用自适应控制方式来实现近似理想的控制过程。
自适应控制方式的控制方法是预先设定车轮加、减速度以及滑移率门限值，通过检测车轮的角速度来计算车轮速度和加、减速度，再利用车轮速度和存储在存储器中的制动开始时的汽车速度计算车轮的参考滑移率。ABS系统工作时，将这些控制参数与预先设定的门限值进行比较，根据比较结果控制制动压力调节器的电磁阀动作来改变制动压力大小，并在控制过程中记录前一控制周期的各个控制参数，再根据这些参数值确定下一个控制周期的控制条件。
汽车在行驶过程中，车轮速度传感器不断向ABS ECU输入车轮速度信号。ABS ECU根据轮速信号计算车轮圆周速度，再对车轮圆周速度进行微分计算即可得到车轮的加、减速度。
当踩下制动踏板时，制动灯开关接通，并向ABS ECU输入一个高电平（电源电压）信号，ABS开始投入工作。因为在制动条件相同的情况下，轮胎与道路接触面之间的附着系数不同，制动效果也不相同，所以ABS一般都将制动控制过程分为高附着系数、低附着系数和附着系数由高到低三种情况分别进行控制。ABS工作时，ABS ECU首先根据减速度信号判定路面状况，减速度大于一定值为高附着系数路面，减速度小于一定值为低附着系数路面，然后根据判定结果调用相应的控制程序，通过控制电磁阀阀门的打开与关闭，使电磁阀处于“降压”、“保压”或“升压”状态来改变车轮制动轮缸的压力，从而实现防抱死制动。
二、ABS的控制过程
虽然轮胎与道路接触面之间的附着系数不同，路面上的控制过程也有所不同，但其控制原理基本相同，下面以图1-46所示的高附着系数路面的制动控制过程为例说明ABS的控制原理。
在制动初始阶段，车轮制动轮缸的制动液压力随制动踏板力升高而升高，车轮滚动的圆周速度vω降低，减速度增加，如图1-46第1阶段曲线所示。
当减速度增加到设定门限值（-a）时，ABS ECU发出指令使相应的电磁阀转换到“保持压力”状态，控制过程进入第2阶段，此时制动轮缸压力保持不变。因为减速度刚刚超过设定门限值时，车轮还工作在φB-S曲线的稳定区域，所以滑移率较小，且小于设定门限值（S1）。滑移率利用参考车速vref计算求得，称为参考滑移率。参考车速由ABS ECU根据存储器中存储的制动开始时的车轮速度确定，并按设定的斜率（该斜率略大于纵向附着系数最大值所对应的汽车减速度值）下降。
图1-46 高附着系数路面的制动控制过程
v—车速 S1—滑移率门限值 vref—参考车速 vw—车轮圆周速度 +A、+a—车轮加速度门限值 -a—车轮减速度门限值
在制动过程中，任一时刻的参考滑移率可由参考车速计算得出。在保压过程中，参考滑移率会增大，当参考滑移率大于滑移率门限值时，ABS ECU发出指令使相应的电磁阀转换到“压力降低”状态，控制过程进入第3阶段。
制动压力降低后，汽车在惯性力的作用下车轮减速度开始回升。当减速度回升到高于减速度门限值（-a）时，ABS ECU发出指令使相应的电磁阀转换到“压力保持”状态，控制过程进入第4阶段。在制动部件以及制动液的惯性作用下，车轮开始加速，减速度由负值迅速增加到正值，直到超过加速度门限值（+a）。
在制动压力保持过程中，加速度继续升高。当加速度超过更大的加速度门限值（+A）时，ABS ECU发出指令使相应的电磁阀转换到“压力升高”状态，控制过程进入第5阶段。
制动压力升高后，车轮加速度降低，当加速度降低到低于加速度门限值（+A）时，ABS ECU发出指令使相应的电磁阀转换到“压力保持”状态，控制过程进入第6阶段。因为此时车轮加速度高于设定门限值（+a），说明车轮工作在φB-S曲线的稳定区域，且制动力不足，所以当加速度降低到加速度门限值（+a）时，ABS ECU将发出指令使相应的电磁阀在“压力升高”和“压力保持”状态之间交替转换，控制过程进入第7阶段，使车轮速度降低，加速度减小。当加速度降低到减速度门限值（-a）时，控制过程进入第8阶段，ABS进入第二个控制周期，控制过程与上述相同。
在车轮加速度从设定门限值（+A）减小到（-a）期间，即在第6、7控制阶段，因为制动压力已经降低，所以ABS ECU不再考虑滑移率的变化情况。
在ABS ECU的控制下，制动压力调节器以每秒2～10次的频率调节制动轮缸的压力，将各车轮的滑移率控制在理想滑移率附近，不仅能够缩短制动距离，而且还能最大限度地保证制动时汽车的稳定性和安全性。当驾驶人踩下制动踏板时，制动压力“升高”和“降低”的动作在脚掌上会有抖动的感觉。
三、三位三通电磁阀式ABS的控制过程
在装备三位三通电磁阀式制动压力调节器的防抱死制动系统中，每次接通点火开关时，ABS就会自动进入自检状态。在自检过程中，仪表板上的ABS警告灯发亮约2s后自动熄灭，同时能够听到继电器触点断开与闭合的响声以及回液（油）泵电动机启动时的响声，在制动踏板上也能感觉到轻微的振动。
当ABS在汽车行驶过程中发生故障时，ABS将自动关闭，同时控制仪表板上的ABS警告灯发亮，此时常规制动系统将继续保持正常工作状态。
当控制系统的电源电压低于允许的最低电压值（10.5V）时，ABS也将自动关闭，此时ABS警告灯将发亮指示。一旦电源电压恢复正常值时，ABS将再次启动，指示灯自动熄灭。
当驾驶人踩下制动踏板时，ABS将投入工作，制动压力调节器各执行元件的工作状态如表1-2所示。
表1-2 三位三通电磁阀式制动压力调节器工作状态
1.常规制动时制动系统工作情况
汽车正常行驶或常规制动（ABS未投入工作）时，制动压力调节器的工作状态如图1-47所示。在防抱死制动电控单元的控制下，电磁阀和电动泵均不通电，三位三通电磁阀在回位弹簧的作用下，进液阀打开、回液阀关闭。进液阀打开将制动主缸与制动轮缸之间的油液管路接通，回液阀关闭将制动轮缸与储液器之间的油液管路关闭，各执行元件的工作状态见表1-2。
当踩下制动踏板时，制动主缸中制动液压力升高，制动液从制动主缸流入制动轮缸，制动液通道为：制动主缸→三位三通电磁阀进液口→电磁阀腔室→出液口→制动轮缸。制动轮缸制动液的压力随制动主缸制动液的压力升高而升高。
当放松制动踏板时，制动轮缸中具有一定压力的制动液通过两条通道流回制动主缸。一条通道为：制动轮缸→三位三通电磁阀出液口→电磁阀腔室→进液口→制动主缸。另一条通道为：制动轮缸→三位三通电磁阀出液口→电磁阀腔室→3号单向阀→制动主缸。
位于回液泵管路中的2号单向阀的功用是防止制动液流入回液泵。
图1-47 常规制动时三位三通电磁阀式ABS工作情况
2.制动压力保持时制动系统工作情况
ECU在汽车制动过程中，当4个车轮中的任意一个趋于抱死时，制动压力调节器就会根据ABS系统的控制指令，通过调节该车轮制动轮缸的制动液压力“降压”、“保压”或“升压”来达到防抱死制动的目的。
图1-48 “保压”时三位三通电磁阀式ABS工作情况
当车轮制动轮缸管路中的制动液压力升高或降低、传感器信号表明车轮减速度或滑移率达到设定门限值需要保持制动压力时，ABS ECU便控制电磁阀线圈接通较小电流（约2A），使电磁阀的阀芯克服回位弹簧弹力移动较小间隙，从而使进液阀和回液阀均处于关闭状态，制动液在管路中不能流动，如图1-48所示，压力处于“保持”状态。“保压”时各执行元件的工作状态如表1-2所列，此时回液泵电机运转将储液器中剩余的制动液泵回制动主缸。
3.制动压力降低时制动系统工作情况
当ABS ECU判定某个车轮制动趋于抱死需要降低制动压力时，ABS ECU便控制电磁阀线圈接通较大电流（约5A），产生较强电磁吸力使三位三通电磁阀的阀芯移动较大间隙，从而使进液阀关闭、回液阀打开，如图1-49所示，制动轮缸中的制动液便从出液口、回液口流入储液器。与此同时，ABS ECU还将接通回液泵电动机电源，电机和回液泵运转将储液器中的制动液泵回制动主缸，各执行元件的工作状态见表1-2。回液通道为：制动轮缸→出液口→电磁阀腔室→回液阀→储液器→2号单向阀→电动回液泵→1号单向阀→制动主缸。
图1-49 “降压”时三位三通电磁阀式ABS工作情况
随着制动轮缸中的制动液流回制动主缸，其制动管路中制动液的压力随之降低，从而达到防止车轮抱死之目的。
4.制动压力升高时制动系统工作情况
当需要升高车轮制动轮缸制动液压力时，ABS ECU将切断三位三通电磁阀线圈电流（0A），电磁阀在回位弹簧的作用下复位，进液阀打开、回液阀关闭，如图1-50所示。进液阀打开将制动主缸与制动轮缸之间的管路构成通路。回液阀关闭将制动轮缸与储液器之间的油液管路关闭。
制动液从制动主缸流入制动轮缸，制动液通道为：制动主缸→三位三通电磁阀进液口→电磁阀腔室→出液口→制动轮缸。制动轮缸的压力随制动主缸制动液压力升高而升高，各执行元件的工作状态见表1-2。泵电机运转将储液器中剩余的制动液泵回制动主缸。
当驾驶人踩下制动踏板时，制动压力升高和降低的作用力在脚掌上会有抖动的感觉，这种感觉在装备三位三通电磁阀ABS的奥迪轿车上为每秒钟4～10次。
图1-50 “升压”时三位三通电磁阀式ABS工作情况