国内ABS发展现状
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在汽车防抱死制动系统浮现之前，汽车所用的都是开环制动系统。其特点
是制动器制动力矩的大小仅与驾驶员的控制力、制动力的分配调节以及制动器的
尺寸和型式有关。 由于没有车轮运动状态的反馈信号， 无法测知制动过程中车轮
的速度和抱死情况， 汽车就不可能据此调节轮缸或者气室制动压力的大小。 因此在 紧急制动时， 不可避免地浮现车轮在地面上抱死拖滑的现象。 当车轮抱死时，
地 面的侧向附着性能很差， 所能提供的侧向附着力很小， 汽车在受到任何弱小外力 的作用下就会浮现方向失稳问题， 极易发生交通事故。 在潮湿路面或者冰雪路面上 制动时，这种方向失稳的现象会更加严重。汽车防抱死制动系统(Anti-lock Braking System 简称 ABS) 的浮现从根本上解决了汽车在制动过程中的车轮抱死 问题。 它的基本功能就是通过传感器感知车轮每一瞬时的运动状态， 并根据其运 动状态相应地调节制动器制动力矩的大小以避免浮现车轮的抱死现象， 于是是一 个闭环制动系统。
它是电子控制技术在汽车上最有成就的应用项目之一，汽车制动防抱死系
统可使汽车在制动时维持方向稳定性和缩短制动距离，有效提高行车的安全性。
ABS 的基本原理
ABS (Anti-lock Braking System，即防抱死制动系统)是在制动期
间控制和监视汽车速度的电子控制系统。 在汽车制动的过程中， 它通过常规制动
系统起作用， 能够自动地控制车轮在旋转方向上的打滑， 并把相应的滑移率控制
在最佳范围之内，可提高汽车的主动安全性。
在汽车的制动过程中， 使汽车制动而减速行驶的外力是路面作用于轮胎
胎面上的地面制动力。 但地面制动力取决于两个磨擦副的磨擦力： 一是制动装置
对车轮的磨擦力， 即制动器制动力； 另一个是轮胎与路面间的磨擦力， 即地面附
着力。 惟独当汽车有足够的制动器制动力及地面附着力时， 才干获得足够的地面
制动力。
汽车制动过程中，车速和车轮转动线速度(轮速)之间存在着速度差，
也就是车轮与地面之间有滑移现象。普通用滑移率 S 来表示滑移的程
式中： u—车速； w—轮速。
试验和理论分析表明： 在制动过程中， 滑移率 S 是与制动的距离、 制动
时的方向可控性和制动的平稳性密切相关的可控制的量。其原因在于滑移率与汽
车和地面间的纵向附着系数 μB及侧向附着系数 μS 的关系呈一定的非线性曲线
关系，见图 1 制动控制区。滑移率S=0 时，汽车处于非制动状态，纵向附着系数
μB=0，侧向附着系数 μS 处于最大值；汽车处于制动状态时，μB 随滑移率 S
的增大而增大， μS 随滑移率 S 的增大而减小， 当滑移率 S 达到某个数值时， μB
达到最大，这时的滑移率称为最佳滑移率(用 SK 表示)；之后随着滑移率的增
大，μB 和 μS 不断减小，滑移率 S=100%时，车轮彻底抱死，μB 降到一数值，
μS≈0 纵向附着力不大，侧向附着能力几乎尽失，汽车的制动稳定性、方向稳
定性和转向能力将彻底丧失。
滑移率 S 在 0~Sk 区间，可保证稳定制动，称为稳定区；在 Sk 至 100%
区间为不稳定区，当滑移率 S 超过 Sk 后，车轮很快就会进入抱死状态。当滑移
率 S 处于 10%~30%之间时， 纵向附着系数 μB 处于峰值范围， 侧向附着系数 μS
也比较大， 可以同时得到较大的纵向和侧向附着力， 是安全制动的理想工作区域。
ABS 的基本原理就是通过调节制动管路的压力，控制车轮制动器的制动力，使汽
车在紧急制动时，轮速保持在适当的范围内，车轮滑移率控制在 10%~30%的稳 定制动区段上， 车轮不被抱死， 既能保持最大的制动力， 又能充分利用车轮附着
力，大大提高制动效能。
基于制动防抱理论的制动系统首先是应用于火车和飞机上。 1936 年，德国
博世公司(BOSCH)申请一项电液控制的 ABS 装置专利，促进了ABS 技术在汽车
上的应用。汽车上开始使用ABS 始于 1950 年代中期福特汽车公司， 1954 年福特
汽车公司在林肯车上装用法国航空公司的 ABS 装置，这种 ABS 装置控制部份采用
机械式，结构复杂，功能相对单一，惟独在特定车辆和工况下防抱死才有效，因
此制动效果并不理想。 机械结构复杂使 ABS 装置的可靠性差、 控制精度低、 价格
偏高。 ABS 技术在汽车上的推广应用举步艰难。直到 70 年代后期，由于电子技
术迅猛发展，为ABS 技术在汽车上应用提供了可靠的技术支持。 ABS 控制部份采
用了电子控制， 其反应速度、 控制精度和可靠性都显著提高， 制动效果也明显改
善，同时其体积逐步变小，质量逐步减轻，控制与诊断功能不断增强，价格也逐
渐降低。这段时期许多家公司都相继研制了形式多样的 ABS 装置。
进入 90 年代后， ABS 技术不断发展成熟，控制精度、控制功能不断完善。
现在发达国家已广泛采用 ABS 技术， ABS 装置已成为汽车的必要装备。北美和西
欧的各类客车和轻型货车ABS 的装备率已达 90％以上，轿车ABS 的装备率在 60％
摆布，运送危（wei）险品的货车 ABS 的装备率为 100％。 ABS 装置创造商主要有：德国 博世公司(BOSCH)，欧、美、日、韩国车采用最多；美国德科公司(DELCO)， 美国通用及韩国大宇汽车采用；美国本迪克斯公司(BENDIX)，美国克莱斯勒汽 车采用；还有德国戴维斯公司(TEVES)、德国瓦布科(WABCO)、美国凯尔西海 斯公(KELSEYHAYES)等，这些公司的 ABS 产品都在广泛地应用，而且还在不断 发展、更新和换代。
近年来， ABS 技术在我国也正在推广和应用， 1999 年我国制定的国家强制
性标准 GB12676-1999 《汽车制动系统结构、性能和试验方法》中已把装用 ABS
作为强制性法规。此后一汽大众、二汽富康、上海大众、重庆长安、上海通用等
均开始采用 ABS 技术，但这些 ABS 装置我国均没有自主的知识产权。
国内研究 ABS 主要有东风汽车公司、广州市科密汽车制动技术开辟有限公
司、交通部重庆公路研究所、济南捷特汽车电子研究所、长安大学、清华大学、 西安交通大学、 吉林大学、 华南理工大学、 合肥工业大学等单位， 虽然起步较晚，
也取得了一些成果。在气压 ABS 方面，国内企业包括东风电子科技股分有限公司、
重庆聚能、广东科密等都已形成为了一定的生产规模。液压 ABS 由于技术难度大，
国外技术封锁严密， 国内企业暂时不能独立生产， 但在液压 ABS 方面也在做自主
研发， 力图突破国外跨国公司的技术壁垒， 已经取得了一些新的发展和突破。 如
清华大学和浙江亚太等承担的汽车液压防抱死制动系统(ABS)“九五”国家科
技攻关课题，在ABS 控制理论与方法、电子控制单元、液压控制单元、开辟装置
和匹配方法等关键技术方面均取得了重大成果。 采用的耗散功率理论， 避免了传
统的逻辑门限值研究方法的局限性， 取得了理论上的突破， 研发 ABS 成功且进入
产业化、 批量生产阶段。 其试样在南京 IVECO 轻型客车上匹配使用全面达到了国
家标准 GB12676-1999 和欧洲法规EECR13 的要求。这对振兴我国汽车工业与汽车
零部件业具有划时代意义，标志着我国汽车液压 ABS 国产化已迈出坚实的一步。
同时合肥工业大学也研制出国内具有自主知识产权的液压制动电子防抱系统， 率
先在 HF6700 轻型汽车上匹配使用获得成功。国内液压 ABS 技术含量与国外虽有
一定的差距， 但在政府的大力支持和国内丰富的人力资源配合下， 相信国内可以
在较短的时间内在 ABS 技术某些领域赶超国际水平。
ABS 技术的一个核心问题就是控制算法的研究。由于 ABS 系统是非线性系统，
因此探索一种有效的控制方法是 ABS 系统发展的关键。近年来，国内外学者对
ABS 的控制算法进行了不少理论研究，主要有以下几种控制方法。
这种控制方式的特点是不需要建立具体系统的数学模型，并且对系统的非
线性控制很有效， 比较适合用于 ABS 的控制。 当其用于 ABS 的控制时， 可以预选
一个角减速度门限值， 当实测值达到此门限值时， 控制器发出指令， 减小制动力，
使车轮转速提高。 再预选一个角加速度门限值， 当实测值达到此门限值时， 控制
器发出指令，增加制动力，使车轮转速降低。以车轮角速度作为单信号输入，如
上所述， 同时在控制器中设置合理的角加速度、 角减速度门限值， 就可以实现防
抱制动循环。因此整个控制过程比较简单，结构原理上比较容易实现。同时，如
果控制参数选择合理， 则可以达到比较理想的控制效果， 能够满足各种车辆的要 求。但是逻辑门限值控制本身也存在一些不足。 如它的控制逻辑比较复杂、 波动
较大， 而且控制系统中的许多参数都是经过反复试验得出的经验数据， 缺乏严谨
的理论依据，对系统稳定性品质无法评价等。
由汽车防抱死制动的基本原理可知，其制动过程的本质问题是把车轮的滑
移率控制在附着系数的峰值点 Sk，则滑动模态变结构根据系统当时的状态、偏
差及其导数值在不同的控制区域，以理想开关的方式切换控制量的大小和符号，
以保证系统在滑动区域很小的范围内， 状态轨迹 S 沿滑动换节曲线滑向控制目标
(Sk，0)。
通常取制动力矩为控制变量 U，切换条件为：
最优控制方法是基于状态空间法的现代控制理论方法。
它可以根据车辆—地面系统的数学模型，采用状态空间的概念，在时间域
内研究汽车防抱死制动系统。 最优控制方法和门限值控制方法不同， 它是一种基
于模型分析的控制方法。
其思路是根据防抱死制动系统的各项控制要求， 按照最优化的原理来求得制动防
抱死系统的最优控制目标。这种控制方法的优点是考虑了控制过程中状态变化的
历程而使控制过程平稳； 缺点是控制效果的优劣主要依赖于系统的数学模型， 控
制质量难以准确把握。
