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为什么制动系统需要防抱死制动系统(ABS)?

为什么制动系统需要防抱死制动系统(ABS)?

想象一下,在紧急制动的同时还需要绕过突然出现的障碍物。听起来似乎可以应对——踩下制动踏板,转动方向盘,修正行驶轨迹。然而,有一个关键时刻:当踏板踩得过猛时,车轮会抱死,从那一刻起,一切都将改变。

车轮抱死时会发生什么?

当紧急制动导致车轮抱死时,可能出现两种截然不同的情况——取决于您的车辆是否配备了防抱死制动系统(ABS)。

无ABS:无论您如何用力转动方向盘,车辆都不会改变行驶方向。抱死、滑行的车轮使驾驶员完全失去操控能力——车辆只会径直向前冲,如同方向盘已断开连接一般。只有经验丰富的驾驶员才能通过短暂松开制动踏板、采用受控的点刹技术来恢复控制。

有ABS:驾驶员只需用力踩下制动踏板并正常转向即可,系统会处理其余一切。

车轮抱死还存在危险,因为可能导致车辆侧滑或横向偏转——尤其是在以下情况下:

  • 不同车轮下方的路面状况不一致
  • 前次操作导致轴荷发生显著转移
  • 前后轴轮胎规格不匹配
  • 路面横坡或碰撞产生的侧向力

在上述任何情况下,车轮一旦抱死,几乎无法修正行驶轨迹。

防抱死制动系统示意图,展示ABS如何防止车轮抱死
防抱死制动系统(ABS)有助于防止车辆在大力制动时车轮抱死,并使驾驶员能够保持转向控制。

ABS如何缩短制动距离

制动距离增加是车轮抱死最严重的后果之一。原因在于基本物理原理:静摩擦力大于滑动摩擦力。为尽可能快地停车,理想的制动压力应使车轮保持在接近抱死的边缘旋转——而非完全抱死。

这通过一个称为相对滑移率的数值来衡量,范围从0%(车轮自由滚动,无滑移)到100%(车轮完全抱死)。研究表明,最佳制动效率出现在15%至20%的滑移率下——即制动车轮的转速比同等车速下自由滚动的车轮慢15%至20%。ABS电子系统通过在制动过程中快速锁定和释放车轮,持续维持这一最优滑移值。

ABS技术简史

车轮抱死的危险性直到20世纪70年代才得到广泛重视。先驱者是梅赛德斯-奔驰,其与博世合作开发了首套量产ABS系统,于1978至1979年间搭载于梅赛德斯S级轿车上正式推出。当时确立的基本工作原理至今基本未变——仅通过现代电子技术加以完善。

防抱死制动系统如何工作?

ABS通过调节制动管路中的压力来控制车轮转速。以下是逐步工作流程:

  1. 每个车轮均配有传感器,以与车轮转速成正比的频率向ABS控制单元发送电脉冲信号。
  2. 若某车轮在制动过程中转速趋近于零,控制单元将向液压调节器发出指令,降低该制动管路中的压力。
  3. 电磁阀释放压力,将多余的制动液导入液压蓄能器。
  4. 压力下降,直至车轮重新获得附着力并恢复转速。
  5. ABS随即迅速再次增加压力,使车轮减速。
  6. 该循环持续重复,直至车辆停止或驾驶员松开踏板。

现代4通道ABS系统可独立监测和调节每个车轮的制动力——相较于早期对所有车轮同步施加制动变化的系统,这是一项重大改进。

手动点刹能替代ABS吗?

有些驾驶员会问:为何不直接手动点刹?对于没有ABS的车辆,有节奏的点刹确实有助于在紧急制动时绕开障碍物——踩刹车直至车轮抱死,短暂松开以转向,再次制动。这是一种有效的技术,但会显著增加制动距离。

问题在于人类的局限性。无论驾驶技术多么娴熟、经验多么丰富,没有任何驾驶员能像ABS电子系统那样快速、精准地点刹。该系统每秒可对每个车轮进行约15次锁定与释放操作,这已远超人类能力极限。

ABS、EBD与制动辅助系统:协同工作原理

在大多数现代车辆中,ABS与多个互补系统协同运作,进一步提升制动安全性:

  • EBD(电子制动力分配系统)——测量并调节每个车轮的制动强度。通过检测车轮转速差异并减小附着力较小车轮的制动力,实现在弯道或混合路面上的安全制动。
  • 制动辅助系统(Brake Assist)——检测到制动踏板被突然用力踩下(紧急制动的信号)时,自动在制动管路中建立最大压力,弥补驾驶员在紧急情况下制动力度不足的问题。正常日常制动时不会介入。

值得注意的是:对于配备ABS的车辆,紧急制动时应将制动踏板用力踩到底。系统专为全力踩踏而设计——请勿有所保留。

沥青路面上的ABS制动痕迹,显示防抱死制动系统正在工作
沥青路面上的制动痕迹——这种特征性痕迹可能表明防抱死制动系统(ABS)正在工作,它可防止车轮完全抱死。

ABS的局限性:何时可能适得其反

ABS并非万能之策。在某些特定条件下,标准ABS的制动距离反而可能比未配备ABS的车辆更长

  • 冰面加装钉型轮胎——钉型轮胎仅在高滑移率下才能发挥最大附着力,此时轮钉像爪子一样深入冰面。ABS会在轮钉咬入冰面之前释放车轮,从而降低其有效性。
  • 积雪路面——在深厚积雪上,抱死的车轮会在前方推起一个压实的雪楔(”犁雪效应”),实际上可以缩短制动距离。ABS通过保持车轮转动,阻止了这种雪堆的形成。
  • 松散路面(沙地、碎石、黏土)——同样的原理:抱死的车轮会深入路面并产生阻力,ABS消除了这一优势。
  • 颠簸或不平路面——若某车轮在制动过程中短暂腾空后抱死,ABS可能误判为打滑并不必要地降低其他制动管路的压力,导致车辆摇摆并增加制动距离。悬架保养良好可将此风险降至最低。

关键结论:在结冰、积雪或非铺装路面上,未配备ABS的车辆有时制动距离反而更短。这也是为什么某些冬季驾驶场景需要采用不同技术或专用ABS标定的原因。

ABS值得吗?数据怎么说

现代ABS技术仍在持续演进。先进系统现已能够读取多传感器输入,适应不同路面类型,并相应地应用不同的制动算法。总体结论依然明确:

在干燥和湿滑路面上,经过精确标定的ABS系统与保养良好的车辆相结合,平均可将制动距离缩短多达20%,同时在整个制动过程中保持驾驶员的转向和操控能力。在紧急情况下,这些多出的距离可能意义重大。

梅赛德斯-奔驰S级轿车有无ABS的对比制动测试
梅赛德斯-奔驰S级轿车对比制动测试。右侧车辆配备防抱死制动器(ABS),防止车轮抱死,使驾驶员能够进行操控。左侧未配备ABS的车辆车轮抱死,径直向前行驶并撞上障碍物。1978年,梅赛德斯-奔驰与博世合作,率先将ABS引入S级轿车的量产车型。

这是一篇译文,您可在此处阅读原文:https://www.drive.ru/technic/4efb331400f11713001e38cb.html

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