浅谈半挂汽车列车ABS制动原理及组成

故里

做一个帅气的卡友很累，这点我真的深有体会。

    为使用户对防抱死制动系统进一步了解，本文主要介绍半挂汽车列车ABS（防抱制动系统）的原理、组成、分类及注意事项，以帮助用户按厂家要求使用、保养车辆ABS，消除发生交通事故的隐患。

    近年来，为适应经济的快速发展，满足物流需求，我国公路网络建设和公路运输得到突飞猛进的发展。因为半挂列车具有甩挂运输、适应性强、购置成本低、门对门零距离运输等特点，得到了广泛应用。因此我国先后出台各种关于半挂列车制动性能的法律法规。为使用户对防抱制动系统有进一步了解，本文特介绍相关的基础知识，仅供参考。

●  防抱制动系统定义及基本原理

    防抱制动系统是在制动过程中，能自动控制车辆的一个或几个车轮在其旋转方向上滑移程度的系统。防抱制动系统即Anti-skid Brake System，简称ABS。

    当半挂列车紧急制动时，会出现折叠或甩尾现象。而ABS的作用是防止由于制动力过大而造成的车轮抱死（尤其在光滑的路面上），从而使得全制动也能维持横向牵引力，保证驾驶稳定性和车辆的转向控制性以及主、挂车制动协调性的最佳效果。同时保证可利用的轮胎和路面之间的制动摩擦力以及车辆减速度和停车距离的最优化。

图1 车速和轮速图

    根据常识，半挂列车是利用地面与轮胎之间的摩擦力来减速的。当制动的时候，受制动力作用的车轮速度减小，而由于惯性的原因，车辆会在短时间内保持原来的速度继续行驶，因此在车速与轮速之间产生一个速度差轮速之间存在的速度差即称之为滑移现象（如图1所示）。滑移程度可用滑移率来表示：即滑移率=［（车速－轮速）/车速］x100%。

    由公式得知，当车速等于轮速时滑移率为0，此时车轮处于纯滚动状态。当列车制动时，车速由于惯性保持原来速度，而轮速阻力加大，速度递减，因此车速与轮速差别逐渐加大，滑移率随之增大。停车之前车轮抱死时，轮速为0，滑移率达到100%，这时虽然轮速为0，但车速不为0，车辆就会出现跑偏、甩尾、丧失转向能力等现象。通过科学分析和研究发现，当车轮在半滚半滑状态时，路面对车轮的摩擦力最佳，制动效果最好，其滑移率约在10%-30%之间。ABS正是按照这个原理而进行工作的。

    首先通过安装在车轴上检测车速的装置将信号传送到ABS的“大脑”中，“大脑”经过分析后发出控制指令，当它发现某个车轮要抱死时，立即让ABS的“执行机构”执行，排放制动空气，减少制动毂与制动蹄片间的摩擦力，使轮速适当上升；当“大脑”发现轮速上升过快时，又会让“执行机构”停止放气，让轮速下降。周而复始，通过“抱死-松开-抱死-松开”这样循环调整控制动压力，使得车轮滑移率始终保持在侧向附着系数较大、纵向附着系数最大的滑移率区域内，从而获得最佳制动效果，保证车辆行驶性能和获取更大安全保障。

●  防抱制动系统（ABS）构成

    半挂列车安装的ABS一般由轮速传感器（sensor）、电子控制器（ECU）和压力调节器（modulator）、线束以及ABS故障指示灯等几大部分组成。

    1、轮速传感器结构及原理

    用于感受车辆的运动状态或车轮的旋转状态，并将这些信息传递给控制器的部件，称为传感器。安装在半挂列车上的轮速传感器一般为磁电式传感器，是由绕有线圈的永久磁铁的传感器和与安装在车轮上并与其一起旋转的齿圈组成（如图2所示）。其基本原理是利用电磁感应原理，将输入的机械位移速度转换成线圈中的感应电势输出。

图2 电磁式传感器结构原理图

    由图2看出，中间是永久磁铁，外面是线圈。永久磁铁产生一定强度的磁场，工作时，轮速传感器相对车轴固定不动，而齿圈受热后安装在旋转的轮毂上，当齿圈在磁场中随旋转的车轮转动时，齿圈上的齿和齿槽交替通过轮速传感器，其齿顶与电极之间的间隙便以一定的速率变化，从而导致磁阻发生变化，使磁通量周期性增减，在线圈两端便产生正比子磁通量增减速度的感应电压（感应电压正比于车轮的转速），并将交流电压信号输送给电子控制器。

    2、控制器结构及原理

    用于处理传感器供给的信息，并发出指令给调节器的部件，被称为控制器，简称ECU。ECU一般由轮速信号放大器、2个微处理器（运算电路）以及输入、输出电路和其他控制电路等组成。它是ABS的“大脑”，通过接受来自于传感器的感应电压信号计算出各个车轮的转速、加速度、减速度以及车辆行驶速度等运动参数，得出各车轮的滑移率状况，并对这些信号进行分析后，通过压力调节器对制动管路发出控制命令。

    轮速信号放大器是将轮速传感器传来的轮速交流信号放大成矩形波并整形后输送到运算电路的微处理器；运算电路进行车轮转速和线速度、初始速度、滑移率、加减速度的运算，以及电磁阀的开启控制的运算和监控运算；压力调节器控制电路接受来自运算电路的增压、减压或保压信号，控制压力调节器的电流；电源监控电路不仅监控着系统的电压及ECU的电压是否在规定范围以外，还对传感器输入放大电路、运算电路和压力调节器控制电路的故障信号进行监视，并控制继动电动机和继动阀门。在出现故障信号时，关闭继动阀门，停止ABS工作，返回常规制动状态，同时使ABS报警灯点亮，通报驾驶员有异常情况发生。

    3、压力调节器结构及原理

    压力调节器是用于按收到的控制器指令调节产生制动力的制动压力部件。压力调节器有很多结构形式，但半挂列车一般采用的为气压调节器。压力调节器是ABS的“执行机构”，接受来自控制器的控制指令，控制制动压力的增、减以及保持。气压调节器是一个三位三通阀（如图3所示）。它串联在制动气室前面的制动管路中，当汽车在正常行驶时它不参与制动，处于常通状态（即进气口与出气口相通，而出气口与排气口不相通）。当紧急制动时，调节器电磁阀会接收到控制器根据车轮不同的运动状态所发出的指令，它将自动调节制动气室的压力使之增加、减少或者保持。

    （1）增压过程

    列车在开始制动时，调节器无电信号输入，进气先导阀常闭，进气阀处于开启状态，排气先导阀常开，先导气使排气阀产生背压处于关闭状态，此时进气口与出气口相通而出气口与排气口不相通。压缩空气通过进气口-出气口进入制动气室使制动气室内的压力迅速增加从而开始制动，这就是增压过程。

    （2）保压过程

    当车轮的制动趋于抱死时，控制器发出指令让调节器的进气电磁阀通电，进气先导阀由关闭状态转换为开启状态，先导气进入使进气阀产生背压后关闭进气阀，隔断压缩空气进入制动气室，由于此时出气口与排气口不相通，而进气口与出气口也不相通， 因此制动气室内的压力保持不变，这就是保压过程。

    （3）减压过程

    当车轮抱死时，控制器同时发出信号给调节器的进、排气电磁阀，使之同时通电以打开进气先导阀和关闭排气先导阀，使进气阀关闭和排气阀打开，此时进气口与出气口不相通，而出气口和排气口相通，制动气室内的压力通过排气口直接排入大气后使制动气室内的压力减少，这就是减压过程。

    4、线束和ABS故障指示灯

    线束一般由ABS厂家配套而来，安装时应注意是波纹管外套上的标志环，环上字母“L”表示左侧传感器或调节器，“R”表示右侧传感器或调节器。左右接头绝对不允许插错。如果ABS出现了系统故障，接通电源，ABS指示灯将会自动闪烁，闪烁频率称为故障代码，不同的闪烁频率代表不同的故障类型和位置。如果同时出现了多处故障，指示灯将只显示一个故障代码；在断开电源的情况下，排除该故障，然后接通电源，ABS指示灯会显示下一个故障。以此类推，直至系统故障全部排除。

●  ABS通道分类情况

    ABS的分类一般按控制通道分类。可分为一通道、两通道、三通道、四通道等形式。一般半挂车上常用的是2S/1M、2S/2M、4S/2M和4S/4M的结构形式（S表示传感器，M表示调节器）。

    一般半挂列车安装4S/4M的ABS，会有比较好的制动效果。由于四通道ABS是根据各车轮轮速传感器输入的信号，分别对各个车轮进行独立控制的，因此附着系数利用率高，制动时可以最大程度的利用每个车轮的最大附着力。四通道控制方式特别适用于列车左右两侧车轮附着系数接近的路面，不仅可以获得良好的方向稳定性和方向控制能力，而且可以得到最短的制动距离。但是如果汽车左右2个车轮的附着系数相差较大（如路面部分积水或结冰），制动时2个车轮的地面制动力就相差较大，因此会产生横摆力矩，使车身向制动力较大的一侧跑偏，不能保持列车按预定方向行驶，会影响制动方向稳定性。因此，驾驶员在部分结冰或积水等湿滑的路面行车时，应降低车速，不可盲目迷信ABS装置。

●  ABS忧缺点及使用注意事项

    1、ABS优点

    （1）在紧急制动时较好地保持车辆横向稳定性；

    （2）改善制动时的方向操纵性；

    （3）改善制动效能；

    （4）减少轮胎局部过度磨损；

    （5）使用方便，工作可靠。

    2、ABS缺点

    在2种情况下，ABS不能提供最短的制动距离。一种是在平滑的干路上，由有经验的驾驶员直接进行制动；另一种情况是在松散的硕石路面、松土路面或积雪很深的路面上制动。

    3、ABS使用注意事项

    （1）ABS只是在紧急制动或低系数路面减速制动时，车轮趋向抱死时发挥作用。

    （2）ABS是一个主动安全系统，可以提高原车的制动性能，但该系统发挥作用的前提条件是车辆的常规制动性能良好。驾驶员应定期对传感器间隙进行检查，检查时只需将传感器向里推紧即可。

    （3）ABS不能检测车辆的常规制动系统是否存在故障，所以常规制动系统的检查、保养应定期进行。

    （4）ABS故障改善了车辆主动安全性，但不能防止高速行驶或紧急制动时带来的所有后果。

    （5）在车辆行驶期间，ABS出现故障，但仍可安全驾驶车辆，此时ECU已将ABS切除，车辆已恢复到常规制动状态。但是为了确保安全，必须尽快将故障排除，以便减少故障以及由此所带来的不良后果。

    （6）在紧急制动时，应尽可能的踩下制动踏板，使ABS发挥作用，而不需要驾驶员进行所谓的“点”刹车制动。

    （7）装有ABS的车辆，遇有险情紧急制动时，猛踩制动，同时可转动方向盘避开障碍物，但是最初2s内不得超过120°，总转角不应超过240°。

    （8）在ABS接通后，严禁拔插控制器连接器及导线插头。

    （9）对汽车进行电焊等操作时，应先断开蓄电池负极并搭铁。

    （10）防止水、油污及其它导电及磁性材料进入控制器（ECU），防止硬物碰撞ECU。

●  总结

    以上介绍关于防抱制动系统的有关知识，虽然ABS对制动有很大益处，但在驾驶汽车列车时还应注意安全，按厂家要求使用、保养，消除发生交通事故的隐患，这不仅是对自身的利益负责，同时也会为快速建设和谐社会做出贡献。

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