車輛穩定性系統 ABS發展方向

汽車防抱死制動系統(簡稱ABS)是提高和改善汽車制動性能的重要途徑，它能充分發揮輪胎與路面的潛在附著力，最大限度地改善汽車的制動性能，以滿足行車安全的需要，它一直是人們追求的目標。雖然ABS的理論基礎早已確立，但鑒于相關工業如電子技術水平的限制，使可靠性、價格效益比成為ABS發展道路上的兩大障礙。20世紀80年代以來，由于電子技術的發展，ABS可靠性得以完善，加之汽車行駛速度的提高，致使制動時車輪抱死拖滑成為行車安全的重大隱患之一，為了改善制動性能，保障行車安全，促進了ABS的使用日益廣泛。
2005年國內ABS需求126萬套
世界各發達國家都對汽車安全性提出了強制性要求，20世紀90年代，歐、美、日等發達國家為了提高汽車安全性，制定了嚴格的法規。事實證明，ABS的發展和國家的汽車安全法規密切相關。1995年，北美產轎車ABS的裝用率達70%，歐洲轎車ABS裝用率約為40%。目前，ABS已成為這些國家生產轎車的標準裝備。
1999年我國制定的國家強制性標準GB-12676《汽車制動系統結構、性能和試驗方法》中已把裝用ABS作為強制性法規。到2005年，國產車輛ABS裝車率將達到50%。微車、客車的裝車率為20%，也就是說液壓制動ABS的需求量將達到75萬-81萬套；而中、重型載貨車，大、中型客車ABS的裝車率為100%；氣制動ABS需求量為35萬-45萬套；這樣，到2005年國內ABS總需求量為108萬-126萬套。
我國ABS產品正處于起步階段，氣動ABS相對液壓ABS的推廣門檻要低一些。一方面氣動ABS主要是針對重型車及大客車，這類車型主要由國內生產，且國家強制性法規不是強制要求這部分車輛裝用ABS系統。國內在這方面的研究開發起步較早，具有很好的技術基礎。液壓ABS主要針對轎車，而國內的大部分轎車是以合資為主，其技術話語權主要由外方控制，所以國內ABS系統進入轎車領域難度會更大些。
國內ABS生產廠家，目前估計在10家-20家左右，一般都是僅做氣動或僅做液壓ABS，很少有氣動和液壓ABS同時開發的。對氣動ABS，國外廠商主要是德國WABCO和KNORR兩家公司，他們的市場估計占到80%左右。國內雖然廠家較多，但形成大批量供貨的還沒有。液壓ABS主要是德國大陸公司、Bosch、TRW和德爾福公司，國內廠家勢力要弱些，基本沒有形成規模生產。但近幾年國內企業看到了很好的市場前景，紛紛投入資金加快開發與生產。
ABS系統技術逐步升級
ABS系統中涉及以下幾方面技術：一是傳感器。傳統上ABS傳感器以電磁感應式傳感器為主，目前國內市場90%是以這種傳感器為主，氣動ABS幾乎100%采用這種傳感器。這種傳感器的優點是成本低，抗惡劣環境的能力強，但缺點是要求工作間隙較小，低速時往往沒有信號。近幾年由于半導體技術的發展，霍爾型傳感器逐步在液壓ABS系統中采用，它的特點是體積小，工作間隙大，信號幅度與速度無關，還可以測試間隙及方向，特別是用于ABS升級的產品，所以霍爾型傳感器呈現逐步增多的趨勢。
二是ABS控制器。目前ABS控制器主要以16位單片機為主，一般采用雙CPU，也有采用單CPU的。其所用到各種硬件芯片，國外大的半導體廠商都有成熟的解決方案，所以硬件實現已比較簡單。
ECU硬件的方面主要是朝集成化方向發展，一些公司采用先進的半導體技術試圖將功率驅動芯片與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器件上，大大提高了系統的可靠性。在軟件方面也有人試圖將ABS軟件標準化，軟件開發朝著圖形化及自動代碼生成方向發展，這樣會導致要求更高的CPU計算速度和更大的內存及程序存儲空間。
ABS主要采用CAN作為通信總線
車載網絡主要有A、B、C三個級別，A級主要以本身電子為主，其代表的總線是LIN。C級是以實時控制為主，其代表的總線是CAN。ABS主要采用CAN作為通信總線，氣動ABS主要采用SAEJ1939作為網絡協議，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，所以一般它要將ABS狀態、輪速等信息發送到總線上。帶有ASR的系統還要通過總線進行驅動力的控制。
隨著電制動(Brake-by-wire)的發展，要求總線速度和可靠性方面有大的提高。目前出現了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。目前沒有一種總線進入實用化階段，價格及系統的容錯能力是主要問題。另外，Brake-by-wire系統還沒有開始進入大批量使用階段，所以這類高速總線的出現還需要時間。
車載網絡另一部分是診斷協議，早期一般采用ISO9141作為硬件標準，應用層協議由廠商自定。目前的趨勢是延續ISO9141的硬件接口，應用層協議則是采用ISOKW2000。
電子制動將是發展方向
ABS技術在20世紀90年代初期就已成熟，近十年來沒有突破性的發展，但在ABS技術進行的擴展，將ABS的內涵給予了很大的提升。ABS最初的擴展是防滑控制系統，它分為制動防滑(EDS)和驅動防滑(TCS)兩部分，有時統稱為ASR。在此基礎上擴展了后軸制動力感載控制，即EBD功能，以及電子助力制動EBA，這些擴展仍是以ABS為主。90年代中期，ABS進入了一個全新的發展，ABS只是作為全新系統的一個子系統，而不是一個主要的系統，但它仍把ABS作為一個重要組成部分?！?BR>氣動ABS演化為EBS，即電子制動系統，在此基礎上發展為穩定性控制系統ESP，穩定性控制系統主要利用車輛加速度傳感器和橫擺角速度傳感器，對車輛橫向穩定性進行控制，如對過度轉向及不足轉向進行糾正，防止車輛失去穩定性。還有一些系統將傾翻警告集成到這類系統中，這種系統的控制主要以制動為主，所以ABS是其重要的組成部分。
液壓ABS目前演化成穩定性控制，即ESP系統。它是控制操作過程中的橫向穩定性，通用制動成驅動力的調節來調整整車的橫向穩定性，目前這種系統已批量裝車，國內中高檔轎車已開始裝車，在此基礎進行擴展的功能有：將助力轉向系統與ESP相結合，更好地控制車輛穩定性。下一代產品已進行了批量生產，即電子制動系統，將傳統的制動液壓傳動部分改為電傳動，但制動力仍靠液壓及主缸分泵產生，這樣可以提高制動的響應速度，減小制動距離，同時可以實現Brake-by-wire的功能。未來液壓ABS系統將向全電子系統過渡，但可靠性及成本是一個非常大的障礙，全電子制動要求制動電機有足夠的制動力，但目前的12伏電源很難滿足要求，要求未來的42伏電源系統的實施后才可能變成現實。
總之，現代汽車制動控制技術正朝著電子制動控制方向發展。全電制動控制因其巨大的優越性，將取代傳統的以液壓為主的傳統制動控制系統而占據下一代制動控制系統統治地位。同時，隨著其他汽車電子技術特別是超大規模集成電路的發展，電子元件的成本及尺寸不斷下降。汽車電子制動控制系統將與其他汽車電子系統如汽車電子懸架系統、汽車主動式方向擺動穩定系統、電子導航系統、無人駕駛系統等融合在一起成為綜合的汽車電子控制系統，未來的汽車中就不存在孤立的制動控制系統，各種控制單元集中在較少的ECU中，并將逐漸代替常規的控制系統，實現車輛控制的智能化。
國內汽車安全應從ABS做起
汽車制動控制技術的發展受整個汽車工業發展的制約。有一個巨大的汽車市場的吸引，各種先進的電子技術、生物技術、信息技術以及各種智能技術才會陸續應用到汽車制動控制系統中來。
國內外在此領域內的差距還是比較大的，國外ABS技術早已成熟，目前主要集中在ESP及電子制動領域的研究方面。國內還主要集中在ABS方面的研究，一些高校已開始介入ESP等領域的研究，但僅僅偏重于理論，缺少實用化方面的工作。國內外在這方面另一大不同是，國外在ABS領域的研發是以企業為主進行的，主要發表的論文也是以企業為主，高校僅是做一些理論研究工作。而國內幾乎是高校來做研發，企業只是待產品成熟后再來生產，企業缺少自己的開發能力。而高校由于有較好的人力資源及國家政策的支持，往往能很好地進行研發，但又缺少產業化生產基礎與能力，導致我們的技術進步緩慢。
圍繞著汽車安全產品，除大家熟知的ABS安全氣囊外。近幾年在ABS基礎擴展的系統有ESP穩定系統、EBS電子制動系統、ACC自動巡航系統、抗傾翻系統、自動防撞系統，這些都與ABS有關。另外還有輪胎壓力監測系統TMPS、夜視系統。這些系統絕大部分都已進入商業化及批量生產階段。但ABS可以說是一個最基礎的系統，如果ABS不能開發成功，其他更高級的系統則無法進入，要么不完善。但有些系統與ABS關系小些，如TMPS(汽車輪胎氣壓報警技術)，由于它比較簡單，目前國內很多企業都在開發和生產TMPS系統，這也不一定是十分好的事情?！?BR> 另一方面國內介入ABS研發及生產的企業逐步增多，已開始導致市場混亂，使國內ABS的聲譽受到很大的影響。國內進入安全領域應該從ABS作起，否則，更高端的產品很難切入。國外ESP等系統的廠商都是從ABS產品開始，而且經歷了十幾年的奮斗，才達到今天的輝煌。國內企業雖然面臨著很大的市場壓力，但由于技術的進步、開發能力的提高及政府的大力支持，加之國內豐富的人力資源，相信國內可以經過較短的時間走完國外十幾年的發展歷程，并盡快切入到ESP、EBS等系統的研發中去。