汽車防抱死制動(dòng)系統(tǒng)(簡(jiǎn)稱ABS)是提高和改善汽車制動(dòng)性能的重要途徑，它能充分發(fā)揮輪胎與路面的潛在附著力，最大限度地改善汽車的制動(dòng)性能，以滿足行車安全的需要，它一直是人們追求的目標(biāo)。雖然ABS的理論基礎(chǔ)早已確立，但鑒于相關(guān)工業(yè)如電子技術(shù)水平的限制，使可靠性、價(jià)格效益比成為ABS發(fā)展道路上的兩大障礙。20世紀(jì)80年代以來(lái)，由于電子技術(shù)的發(fā)展，ABS可靠性得以完善，加之汽車行駛速度的提高，致使制動(dòng)時(shí)車輪抱死拖滑成為行車安全的重大隱患之一，為了改善制動(dòng)性能，保障行車安全，促進(jìn)了ABS的使用日益廣泛。
2005年國(guó)內(nèi)ABS需求126萬(wàn)套
世界各發(fā)達(dá)國(guó)家都對(duì)汽車安全性提出了強(qiáng)制性要求，20世紀(jì)90年代，歐、美、日等發(fā)達(dá)國(guó)家為了提高汽車安全性，制定了嚴(yán)格的法規(guī)。事實(shí)證明，ABS的發(fā)展和國(guó)家的汽車安全法規(guī)密切相關(guān)。1995年，北美產(chǎn)轎車ABS的裝用率達(dá)70%，歐洲轎車ABS裝用率約為40%。目前，ABS已成為這些國(guó)家生產(chǎn)轎車的標(biāo)準(zhǔn)裝備。
1999年我國(guó)制定的國(guó)家強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)GB-12676《汽車制動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、性能和試驗(yàn)方法》中已把裝用ABS作為強(qiáng)制性法規(guī)。到2005年，國(guó)產(chǎn)
車輛ABS裝車率將達(dá)到50%。微車、客車的裝車率為20%，也就是說(shuō)液壓制動(dòng)ABS的需求量將達(dá)到75萬(wàn)-81萬(wàn)套；而中、重型載貨車，大、中型客車ABS的裝車率為100%；氣制動(dòng)ABS需求量為35萬(wàn)-45萬(wàn)套；這樣，到2005年國(guó)內(nèi)ABS總需求量為108萬(wàn)-126萬(wàn)套。
我國(guó)ABS產(chǎn)品正處于起步階段，氣動(dòng)ABS相對(duì)液壓ABS的推廣門檻要低一些。一方面氣動(dòng)ABS主要是針對(duì)重型車及大客車，這類車型主要由國(guó)內(nèi)生產(chǎn)，且國(guó)家強(qiáng)制性法規(guī)不是強(qiáng)制要求這部分車輛裝用ABS系統(tǒng)。國(guó)內(nèi)在這方面的研究開(kāi)發(fā)起步較早，具有很好的技術(shù)基礎(chǔ)。液壓ABS主要針對(duì)轎車，而國(guó)內(nèi)的大部分轎車是以合資為主，其技術(shù)話語(yǔ)權(quán)主要由外方控制，所以國(guó)內(nèi)ABS系統(tǒng)進(jìn)入轎車領(lǐng)域難度會(huì)更大些。
國(guó)內(nèi)ABS生產(chǎn)廠家，目前估計(jì)在10家-20家左右，一般都是僅做氣動(dòng)或僅做液壓ABS，很少有氣動(dòng)和液壓ABS同時(shí)開(kāi)發(fā)的。對(duì)氣動(dòng)ABS，國(guó)外廠商主要是德國(guó)WABCO和KNORR兩家公司，他們的市場(chǎng)估計(jì)占到80%左右。國(guó)內(nèi)雖然廠家較多，但形成大批量供貨的還沒(méi)有。液壓ABS主要是德國(guó)大陸公司、Bosch、TRW和德?tīng)柛９荆瑖?guó)內(nèi)廠家勢(shì)力要弱些，基本沒(méi)有形成規(guī)模生產(chǎn)。但近幾年國(guó)內(nèi)企業(yè)看到了很好的市場(chǎng)前景，紛紛投入資金加快開(kāi)發(fā)與生產(chǎn)。
ABS系統(tǒng)技術(shù)逐步升級(jí)
ABS系統(tǒng)中涉及以下幾方面技術(shù)：一是傳感器。傳統(tǒng)上ABS傳感器以電磁感應(yīng)式傳感器為主，目前國(guó)內(nèi)市場(chǎng)90%是以這種傳感器為主，氣動(dòng)ABS幾乎100%采用這種傳感器。這種傳感器的優(yōu)點(diǎn)是成本低，抗惡劣環(huán)境的能力強(qiáng)，但缺點(diǎn)是要求工作間隙較小，低速時(shí)往往沒(méi)有信號(hào)。近幾年由于半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展，霍爾型傳感器逐步在液壓ABS系統(tǒng)中采用，它的特點(diǎn)是體積小，工作間隙大，信號(hào)幅度與速度無(wú)關(guān)，還可以測(cè)試間隙及方向，特別是用于ABS升級(jí)的產(chǎn)品，所以霍爾型傳感器呈現(xiàn)逐步增多的趨勢(shì)。
二是ABS控制器。目前ABS控制器主要以16位單片機(jī)為主，一般采用雙CPU，也有采用單CPU的。其所用到各種硬件芯片，國(guó)外大的半導(dǎo)體廠商都有成熟的解決方案，所以硬件實(shí)現(xiàn)已比較簡(jiǎn)單。
ECU硬件的方面主要是朝集成化方向發(fā)展，一些公司采用先進(jìn)的半導(dǎo)體技術(shù)試圖將功率驅(qū)動(dòng)芯片與CPU集成在一起，將各種輔助功能，如電源、通信也集成在一起。這樣芯片就可以集成到一兩個(gè)器件上，大大提高了系統(tǒng)的可靠性。在軟件方面也有人試圖將ABS軟件標(biāo)準(zhǔn)化，軟件開(kāi)發(fā)朝著圖形化及自動(dòng)代碼生成方向發(fā)展，這樣會(huì)導(dǎo)致要求更高的CPU計(jì)算速度和更大的內(nèi)存及程序存儲(chǔ)空間。
ABS主要采用CAN作為通信總線
車載網(wǎng)絡(luò)主要有A、B、C三個(gè)級(jí)別，A級(jí)主要以本身電子為主，其代表的總線是LIN。C級(jí)是以實(shí)時(shí)控制為主，其代表的總線是CAN。ABS主要采用CAN作為通信總線，氣動(dòng)ABS主要采用SAEJ1939作為網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，而液壓ABS一般都是各廠家自己制定。一般ABS通信速率在500波特率。ABS是安全系統(tǒng)，所以一般它要將ABS狀態(tài)、輪速等信息發(fā)送到總線上。帶有ASR的系統(tǒng)還要通過(guò)總線進(jìn)行驅(qū)動(dòng)力的控制。
隨著電制動(dòng)(Brake-by-wire)的發(fā)展，要求總線速度和可靠性方面有大的提高。目前出現(xiàn)了1M波特率至10M波特率的總線，它們分別是：TTP/C、TTCAN、FlexRay，每一種總線都有自己的特點(diǎn)。目前沒(méi)有一種總線進(jìn)入實(shí)用化階段，價(jià)格及系統(tǒng)的容錯(cuò)能力是主要問(wèn)題。另外，Brake-by-wire系統(tǒng)還沒(méi)有開(kāi)始進(jìn)入大批量使用階段，所以這類高速總線的出現(xiàn)還需要時(shí)間。
車載網(wǎng)絡(luò)另一部分是診斷協(xié)議，早期一般采用ISO9141作為硬件標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)用層協(xié)議由廠商自定。目前的趨勢(shì)是延續(xù)ISO9141的硬件接口，應(yīng)用層協(xié)議則是采用ISOKW2000。
電子制動(dòng)將是發(fā)展方向
ABS技術(shù)在20世紀(jì)90年代初期就已成熟，近十年來(lái)沒(méi)有突破性的發(fā)展，但在ABS技術(shù)進(jìn)行的擴(kuò)展，將ABS的內(nèi)涵給予了很大的提升。ABS最初的擴(kuò)展是防滑控制系統(tǒng)，它分為制動(dòng)防滑(EDS)和驅(qū)動(dòng)防滑(TCS)兩部分，有時(shí)統(tǒng)稱為ASR。在此基礎(chǔ)上擴(kuò)展了后軸制動(dòng)力感載控制，即EBD功能，以及電子助力制動(dòng)EBA，這些擴(kuò)展仍是以ABS為主。90年代中期，ABS進(jìn)入了一個(gè)全新的發(fā)展，ABS只是作為全新系統(tǒng)的一個(gè)子系統(tǒng)，而不是一個(gè)主要的系統(tǒng)，但它仍把ABS作為一個(gè)重要組成部分?！?
氣動(dòng)ABS演化為EBS，即電子制動(dòng)系統(tǒng)，在此基礎(chǔ)上發(fā)展為穩(wěn)定性控制系統(tǒng)ESP，穩(wěn)定性控制系統(tǒng)主要利用車輛加速度傳感器和橫擺角速度傳感器，對(duì)車輛橫向穩(wěn)定性進(jìn)行控制，如對(duì)過(guò)度轉(zhuǎn)向及不足轉(zhuǎn)向進(jìn)行糾正，防止車輛失去穩(wěn)定性。還有一些系統(tǒng)將傾翻警告集成到這類系統(tǒng)中，這種系統(tǒng)的控制主要以制動(dòng)為主，所以ABS是其重要的組成部分。
液壓ABS目前演化成穩(wěn)定性控制，即ESP系統(tǒng)。它是控制操作過(guò)程中的橫向穩(wěn)定性，通用制動(dòng)成驅(qū)動(dòng)力的調(diào)節(jié)來(lái)調(diào)整整車的橫向穩(wěn)定性，目前這種系統(tǒng)已批量裝車，國(guó)內(nèi)中高檔轎車已開(kāi)始裝車，在此基礎(chǔ)進(jìn)行擴(kuò)展的功能有：將助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)與ESP相結(jié)合，更好地控制車輛穩(wěn)定性。下一代產(chǎn)品已進(jìn)行了批量生產(chǎn)，即電子制動(dòng)系統(tǒng)，將傳統(tǒng)的制動(dòng)液壓傳動(dòng)部分改為電傳動(dòng)，但制動(dòng)力仍靠液壓及主缸分泵產(chǎn)生，這樣可以提高制動(dòng)的響應(yīng)速度，減小制動(dòng)距離，同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)Brake-by-wire的功能。未來(lái)液壓ABS系統(tǒng)將向全電子系統(tǒng)過(guò)渡，但可靠性及成本是一個(gè)非常大的障礙，全電子制動(dòng)要求制動(dòng)電機(jī)有足夠的制動(dòng)力，但目前的12伏電源很難滿足要求，要求未來(lái)的42伏電源系統(tǒng)的實(shí)施后才可能變成現(xiàn)實(shí)。
總之，現(xiàn)代汽車制動(dòng)控制技術(shù)正朝著電子制動(dòng)控制方向發(fā)展。全電制動(dòng)控制因其巨大的優(yōu)越性，將取代傳統(tǒng)的以液壓為主的傳統(tǒng)制動(dòng)控制系統(tǒng)而占據(jù)下一代制動(dòng)控制系統(tǒng)統(tǒng)治地位。同時(shí)，隨著其他汽車電子技術(shù)特別是超大規(guī)模集成電路的發(fā)展，電子元件的成本及尺寸不斷下降。汽車電子制動(dòng)控制系統(tǒng)將與其他汽車電子系統(tǒng)如汽車電子懸架系統(tǒng)、汽車主動(dòng)式方向擺動(dòng)穩(wěn)定系統(tǒng)、電子導(dǎo)航系統(tǒng)、無(wú)人駕駛系統(tǒng)等融合在一起成為綜合的汽車電子控制系統(tǒng)，未來(lái)的汽車中就不存在孤立的制動(dòng)控制系統(tǒng)，各種控制單元集中在較少的ECU中，并將逐漸代替常規(guī)的控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)車輛控制的智能化。
國(guó)內(nèi)汽車安全應(yīng)從ABS做起
汽車制動(dòng)控制技術(shù)的發(fā)展受整個(gè)汽車工業(yè)發(fā)展的制約。有一個(gè)巨大的汽車市場(chǎng)的吸引，各種先進(jìn)的電子技術(shù)、生物技術(shù)、信息技術(shù)以及各種智能技術(shù)才會(huì)陸續(xù)應(yīng)用到汽車制動(dòng)控制系統(tǒng)中來(lái)。
國(guó)內(nèi)外在此領(lǐng)域內(nèi)的差距還是比較大的，國(guó)外ABS技術(shù)早已成熟，目前主要集中在ESP及電子制動(dòng)領(lǐng)域的研究方面。國(guó)內(nèi)還主要集中在ABS方面的研究，一些高校已開(kāi)始介入ESP等領(lǐng)域的研究，但僅僅偏重于理論，缺少實(shí)用化方面的工作。國(guó)內(nèi)外在這方面另一大不同是，國(guó)外在ABS領(lǐng)域的研發(fā)是以企業(yè)為主進(jìn)行的，主要發(fā)表的論文也是以企業(yè)為主，高校僅是做一些理論研究工作。而國(guó)內(nèi)幾乎是高校來(lái)做研發(fā)，企業(yè)只是待產(chǎn)品成熟后再來(lái)生產(chǎn)，企業(yè)缺少自己的開(kāi)發(fā)能力。而高校由于有較好的人力資源及國(guó)家政策的支持，往往能很好地進(jìn)行研發(fā)，但又缺少產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)基礎(chǔ)與能力，導(dǎo)致我們的技術(shù)進(jìn)步緩慢。
圍繞著汽車安全產(chǎn)品，除大家熟知的ABS安全氣囊外。近幾年在ABS基礎(chǔ)擴(kuò)展的系統(tǒng)有ESP穩(wěn)定系統(tǒng)、EBS電子制動(dòng)系統(tǒng)、ACC自動(dòng)巡航系統(tǒng)、抗傾翻系統(tǒng)、自動(dòng)防撞系統(tǒng)，這些都與ABS有關(guān)。另外還有輪胎壓力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)TMPS、夜視系統(tǒng)。這些系統(tǒng)絕大部分都已進(jìn)入商業(yè)化及批量生產(chǎn)階段。但ABS可以說(shuō)是一個(gè)最基礎(chǔ)的系統(tǒng)，如果ABS不能開(kāi)發(fā)成功，其他更高級(jí)的系統(tǒng)則無(wú)法進(jìn)入，要么不完善。但有些系統(tǒng)與ABS關(guān)系小些，如TMPS(汽車輪胎氣壓報(bào)警技術(shù))，由于它比較簡(jiǎn)單，目前國(guó)內(nèi)很多企業(yè)都在開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)TMPS系統(tǒng)，這也不一定是十分好的事情。
另一方面國(guó)內(nèi)介入ABS研發(fā)及生產(chǎn)的企業(yè)逐步增多，已開(kāi)始導(dǎo)致市場(chǎng)混亂，使國(guó)內(nèi)ABS的聲譽(yù)受到很大的影響。國(guó)內(nèi)進(jìn)入安全領(lǐng)域應(yīng)該從ABS作起，否則，更高端的產(chǎn)品很難切入。國(guó)外ESP等系統(tǒng)的廠商都是從ABS產(chǎn)品開(kāi)始，而且經(jīng)歷了十幾年的奮斗，才達(dá)到今天的輝煌。國(guó)內(nèi)企業(yè)雖然面臨著很大的市場(chǎng)壓力，但由于技術(shù)的進(jìn)步、開(kāi)發(fā)能力的提高及政府的大力支持，加之國(guó)內(nèi)豐富的人力資源，相信國(guó)內(nèi)可以經(jīng)過(guò)較短的時(shí)間走完國(guó)外十幾年的發(fā)展歷程，并盡快切入到ESP、EBS等系統(tǒng)的研發(fā)中去。
