什麼是汽車的ASR系統?它有什麼作用?

anti-skid brake system. 防滑煞車系統
“ABS”中文譯為“防鎖死?車系統”.它是一種具有防滑、防鎖死等優點的汽車安全控制系統。ABS是常規?車裝置基礎上的改進型技術,可分機械式和電子式兩種。
現代汽車上大量安裝防抱死制動系統,ABS既有普通制動系統的制動功能,又能防止車輪鎖死,使汽車在制動狀態下仍能轉向,保證汽車的制動方向穩定性,防止產生側滑和跑偏,是目前汽車上最先進、制動效果最佳的制動裝置。
普通制動系統在濕滑路面上制動,或在緊急制動的時候,車輪容易因制動力超過輪胎與地面的摩擦力而安全抱死。

ABS(自動防抱死?車系統)可說是行車安全歷史上最重要的三大發明(另外兩個是安全氣囊與安全帶),ABS也是其它安全裝置(如ESP行車動態穩定系統與EBD?車力分配系統)的基礎。今年是ABS系統誕生25周年紀念。過去的二十五年中,ABS系統拯救了近15000名北美地區駕駛者的寶 貴生命。
在1941年出版的《汽車科技手冊》中寫到:“到現在為止,任何通過機械裝置防止車輪抱死危險的嘗試皆尚未成功,當這項裝置成功的一天,也代表交通安全史上的一個重要里程碑”
根據ACEA(歐洲車輛製造協會)的調查,今天每一輛歐洲生產的新車都搭載了ABS系統,全世界有超過60%的新車擁有此項裝置
2004年是歷史上第一部量產的民用型ABS(Antilock Braking System,自動防抱死?車系統)誕生的第25周年紀念。在過去的四分之一世紀中,ABS系統不但持續進步、精益求精,也幫助許多車主從鬼門關前逃過一劫。在介紹ABS系統過去25年的巨大貢獻之外,我們還要回顧ABS的發展史。

“自動防抱死?車”的原理並不難懂,在遭遇緊急情況時,未安裝ABS系統的車輛來不及分段緩?只能立刻踩死。由於車輛衝刺慣性,瞬間可能發生側滑、行駛軌跡偏移與車身方向不受控制等危險狀況!而裝有ABS系統的車輛在車輪即將達到抱死臨界點時,?車在一秒內可作用60至120次,相當於不停地?車、放鬆,即相似於機械自動化的“點?”動作。此舉可避免緊急?車時方向失控與車輪側滑,同時加大輪胎摩擦力,使?車效率達到90%以上。

從微觀上分析,在輪胎從滾動變為滑動的臨界點時輪胎與地面的摩擦力達到最大。在汽車起步時可充分發揮引擎動力輸出(縮短加速時間),如果在?車時則減速效果最大(?車距離最短)。ABS系統內控制器利用液壓裝置控制?車壓力在輪胎發生滑動的臨界點反復擺動,使在?車盤不斷重複接觸、離開的過程而保持輪胎抓地力最接近最大理論值,達到最佳?車效果。



ABS的運作原理看來簡單,但從無到有的過程卻經歷過不少挫折(中間缺乏關鍵技術)!1908年英國工程師J. E. Francis提出了“鐵路車輛車輪抱死滑動控制器”理論,但卻無法將它實用化。接下來的30年中,包括Karl Wessel的“?車力控制器”、Werner M?l的“液壓?車安全裝置”與Richard Trappe的“車輪抱死防止器”等嘗試都宣告失敗。在1941年出版的《汽車科技手冊》中寫到:“到現在為止,任何通過機械裝置防止車輪抱死危險的嘗試皆尚未成功,當這項裝置成功的那一天,即是交通安全史上的一個重要里程碑”,可惜該書的作者恐怕沒想到這一天竟還要再等30年之久。

當時開發?車防抱死裝置的技術瓶頸是什麼?首先該裝置需要一套系統即時監測輪胎速度變化量並立即通過液壓系統調整?車壓力大小,在那個沒有積體電路與電腦的年代,沒有任何機械裝置能夠達成如此敏捷的反應!等到ABS系統的誕生露出一線曙光時,已經是半導體技術有了初步規模的1960年代早期。

精於汽車電子系統的德國公司Bosch(博世)研發ABS系統的起源要追溯到1936年,當年Bosch申請“機動車輛防止?車抱死裝置”的專利。1964年(也是積體電路誕生的一年)Bosch公司再度開始ABS的研發計畫,最後有了“通過電子裝置控制來防止車輪抱死是可行的”結論,這是ABS(Antilock Braking System)名詞在歷史上第一次出現!世界上第一具ABS原型機於1966年出現,向世人證明“縮短?車距離”並非不可能完成的任務。因為投入的資金過於龐大,ABS初期的應用僅限於鐵路車輛或航空器。Teldix GmbH公司從1970年和賓士車廠合作開發出第一具用於道路車輛的原型機——ABS 1, 該系統已具備量產基礎,但可靠性不足,而且控制單元內的元件超過1000個,不但成本過高也很容易發生故障。

1973年Bosch公司購得50%的Teldix GmbH公司股權及ABS領域的研發成果,1975年AEG、Teldix與Bosch達成協議,將ABS系統的開發計畫完全委託Bosch公司整合執行。“ABS 2”在3年的努力後誕生!有別於ABS 1採用類比式電子元件, ABS 2系統完全以數位式元件進行設計,不但控制單元內元件數目從1000個銳減到140個,而且有造價降低、可靠性大幅提升與運算速度明顯加快的三大優勢。兩家德國車廠賓士與寶馬於1978年底決定將ABS 2這項高科技系統裝置在S級及7系列車款上。

在誕生的前3年中,ABS系統都苦於成本過於高昂而無法開拓市場。從1978到1980年底,Bosch公司總共才售出24000套ABS系統。所幸第二年即成長到76000套。受到市場上的正面回應,Bosch開始TCS循跡控制系統的研發計畫。1983年推出的ABS 2S系統重量由5.5公斤減輕到4.3公斤,控制組件也減少到70個。到了1985年代中期,全球新出廠車輛安裝ABS系統的比例首次超過1%,通用車廠也決定把ABS列為旗下主力雪佛蘭車系的標準配備。

1986年是另一個值得紀念的年份,除了Bosch公司慶祝售出第100萬套ABS系統外,更重要的是Bosch推出史上第一具供民用車使用的TCS/ ASR循跡控制系統。TCS/ ASR的作用是防止汽車起步與加速過程中發生驅動輪打滑,特別是防止車輛過彎時的驅動輪空轉,並將打滑控制在10%到20%範圍內。由於ASR是通過調整驅動輪的扭矩來控制,因而又叫驅動力控制系統,在日本又稱之為TRC或TRAC。

ASR和ABS的工作原理方面有許多共同之處,兩者合併使用可形成更佳效果,構成具有防車輪抱死和驅動輪防打滑控制(ABS /ASR)系統。這套系統主要由輪速感測器、ABS/ ASR ECU控制器、ABS驅動器、ASR驅動器、副節氣門控制器和主、副節氣門位置感測器等組成。在汽車起步、加速及行進過程中,引擎ECU根據輪速感測器輸入的信號,當判定驅動輪的打滑現象超過上限值時,就進入防空轉程式。首先由引擎ECU降低副節氣門以減少進油量,使引擎動力輸出扭矩減小。當ECU判定需要對驅動輪進行介入時,會將信號傳送到ASR驅動器對驅動輪(一般是前輪)進行控制,以防止驅動輪打滑或使驅動輪的打滑保持在安全範圍內。第一款搭載ASR系統的新車型在1987年出現,賓士S 級再度成為歷史的創造者。

隨著ABS系統的單價逐漸降低,搭載ABS系統的新車數目於1988年突破了爆炸性成長的臨界點,開始飛快成長,當年Bosch的ABS系統年度銷售量首次突破300萬套。技術上的突破讓Bosch在1989年推出的ABS 2E系統首次將原先分離於引擎室(液壓驅動元件)與中控台(電子控制元件)內,必須依賴複雜線路連接的設計更改為“兩元件整合為一”設計!ABS 2E系統也是歷史上第一個捨棄積體電路,改以一個8 k位元組運算速度的微處理器(CPU)負責所有控制工作的ABS系統,再度寫下了新的里程碑。該年保時捷車廠正式宣佈全車系都已安裝了ABS,3年後(1992年)賓士車廠也決定緊跟保時捷的腳步。

1990年代前半期ABS系統逐漸開始普及于量產車款。Bosch在1993年推出ABS 2E的改良版:ABS 5.0系統,除了體積更小、重量更輕外,ABS 5.0裝置了運算速度加倍(16 k位元組)的處理器,該公司也在同年年中慶祝售出第1000萬套ABS系統。

ABS與ASR/ TCS系統已受到全世界車主的認同,但Bosch的工程團隊卻並不滿足,反而向下一個更具挑戰性的目標:ESP(Electronic Stabilty Program,行車動態穩定系統)前進!有別於ABS與TCS僅能增加?車與加速時的穩定性,ESP在行車過程中任何時刻都能維持車輛在最佳的動態平衡與行車路線上。ESP系統包括轉向感測器(監測方向盤轉動角度以確定汽車行駛方向是否正確)、車輪感測器(監測每個車輪的速度以確定車輪是否打滑)、搖擺速度感測器(記錄汽車繞垂直軸線的運動以確定汽車是否失去控制)與橫向加速度感測器(測量過彎時的離心加速度以確定汽車是否在過彎時失去抓地力),在此同時、控制單元通過這些感測器的資料對車輛運行狀態進行判斷,進而指示一個或多個車輪?車壓力的建立或釋放,同時對引擎扭矩作最精准的調節,某些情況下甚至以每秒150次的頻率進行反應。整合ABS、EBD、EDL、ASR等系統的ESP讓車主只要專注於行車,讓電腦輕鬆應付各種突發狀況。

延續過去ABS與ASR誕生時的慣例,賓士S 級還是首先使用ESP系統的車型(1995年)。4年後賓士公司就正式宣佈全車系都將ESP列為標準配備。在此同時,Bosch於1998及2001年推出的ABS 5.7、ABS 8.0系統仍精益求精,整套系統總重由2.5公斤降至1.6公斤,處理器的運算速度從48 k位元組升級到128 k位元組,賓士車廠主要競爭對手寶馬與奧迪也於2001年也宣佈全車系都將ESP列為標準配備。Bosch車廠於2003年慶祝售出超過一億套ABS系統及1000萬套ESP系統,根據ACEA(歐洲車輛製造協會)的調查,今天每一輛歐洲大陸境內所生產的新車都搭載了ABS系統,全世界也有超過60%的新車擁有此項裝置。

“ABS系統大幅度提升?車穩定性同時縮短?車所需距離”Robert Bosch GmbH(Bosch公司的全名)董事會成員Wolfgang Drees說。不像安全氣囊與安全帶(可以透過死亡數目除以車禍數目的比例來分析),屬於“防患於未然”的ABS系統較難以真實資料佐證它將多少人從鬼門關前搶回?但據德國保險業協會、汽車安全學會分析了導致嚴重傷亡交通事故的原因後的研究顯示,60%的死亡交通事故是由於側面撞車引起的,30%到40%是由於超速行駛、突然轉向或操作不當引發的。我們有理由相信ABS及其衍生的ASR與ESP系統大幅度降低緊急狀況發生車輛失去控制的機率。NHTSA(北美高速公路安全局)曾估計ABS系統拯救了14563名北美駕駛人的性命!

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