作者 | 磐匠
随着汽车工业的发展，汽车越来越重，车速越来越高，这些变化除了对汽车的基础制动能力提出了更高要求外，也对车辆的稳定性提出了更高挑战。根据对汽车安全性研究显示，在道路交通事故中，大约 10％的事故是由于车辆在制动瞬间偏离预定轨道或甩尾造成的。众所周知，完善底盘的制动性能是减少交通事故的重要措施，而对制动进行主动干预是完善制动性能的关键。
虽然对制动系统进行主动干预以提高车辆稳定性的理论研究很早就已经展开，但是真正落地却要依赖技术上的天时地利，液压制动替代传统的机械制动的广泛应用以及机电技术的发展给实现制动主动干预提供了技术基础，并为实现驱动主动干预甚至悬架主动干预提供了可能。自此，从最开始的制动防抱死系统 (Anti-lock Brake System, ABS) 到今天的车辆动态控制系统 (Vehicle Dynamic Control, VDC)，底盘电子稳定性系统 (ESC, Electric Stability Controller) 开始了华丽的进化之路。
然而底盘电子稳定性系统的进化还没有停止。智能底盘新的 E/E 架构又给底盘电子稳定性系统带来了新优化方向，比如在底盘域控制器的控制下各个子系统协同工作可以实现更快速的稳定性控制。智能底盘与电子稳定性系统这一话题正在成为主流主机厂和供应商的研究热点。
在这样的背景下，接下来几期将基于以下架构探讨电子稳定性系统的进化之路以及智能底盘给电子稳定性系统带来的新方向。
- Part1：ABS: 制动防抱死系统的工作原理
- Part2：TCS: 牵引力控制系统的工作原理
- Part3：ESP: 划时代的产品
- Part4：展望：智能底盘与电子稳定性系统发展
制动防抱死系统 ABS
在日常驾驶中有时候紧急制动来避险，但是紧急制动下制动卡钳对制动盘作用力过大，会导致车轮抱死。车轮抱死引起的车辆表现不当往往带来严重的交通事故，典型的问题和原因总结如下：
早在上世纪 30 年代，汽车工程师就开始研究制动防抱死系统 ABS (Anti-lock Brake System, ABS) 来解决紧急制动时车轮抱死问题。ABS 是制动系统中的一种闭环控制装置，在制动时它可以防止车轮抱死，保证车辆的制动性和稳定性。
到了 60 年代末 70 年代初，第一代实用的车用 ABS 系统在美国面世，它们的典型代表是 Ford 的 Sure-Track 和 Chrysler 的 Sure-Brake。其特点是控制单元采用模拟计算机，由真空压力调节器调节制动压力，但控制效果不是很好，没有推广开来。
到了 70 年代后期，由于数字电子计算机技术的发展，同时也得益于液压控制技术的进步，德国博世公司推出基于液压控制的 ABS，控制效果相当理想，于是博世在 1978 年正式量产 ABS 产品。博世 ABS 的问世正式拉开了底盘电子稳定性系统发展的序幕，在这以后，Bosch、ITT Automotive、Kelesy-Hayes、Wabco 等许多公司不断加强对 ABS 的研究，各种新型的 ABS 层出不穷，性能不断优化而价格逐渐降低，如今 ABS 已经成为了轿车和商用车的标配。
ABS 控制的核心是滑移率控制。滑移率又称为滑动率，当轮胎端作用制动力时，在轮胎与地面之间都会发生相对运动，车轮中滑动成分所占的比例称为滑移率，用 S 表示。
滑移率对汽车车轮制动的附着系数影响很大。由下图可以看出，当地面对车轮法向反作用力一定时，滑移率大约在 20% 左右时制动纵向附着系数最大，车轮与路面之间的能产生的附着力就最大，此时的地面制动力也就最大，制动效果最佳，而当车轮完全抱死拖滑时，汽车制动稳定性最差。
ABS 系统正是利用了滑移率和附着系统的关系。当驾驶员遇到需要深踩制动的工况时，ABS 通过主动对轮缸制动压力进行干预，将车轮的滑移率保持在 10%～30% 的范围内，从而保证了车轮与路面有良好的纵向、侧向附着力，有效地防止制动时汽车侧滑、甩尾、失去转向等现象发生，大大提高了汽车制动时的方向稳定性。
而 ABS 实现这一控制的核心部件主要是轮速传感器和液压控制单元。
四个轮速传感器实时监控四个车轮轮速并提供给液压控制单元 ECU, 用以估算当前车速和各个车轮的滑移率。液压控制单元基于轮速信息判断当前车速和车轮滑移率，实时计算对轮缸的目标压力，并通过对液压马达和电磁阀的控制实现轮缸压力控制。
ABS 的闭环控制可概括如下：
- 驾驶员踩制动，建立制动压力
- 轮速传感器向 ABS ECU 提供轮速信息，ECU 计算滑移率，如果超过设定的稳定滑移率门限，ABS 介入对轮缸压力进行主动干预
- ECU 通过控制液压模块的电磁阀和液压马达调节轮缸液压，避免车轮抱死
搭载了 ABS 系统的汽车会在以下几个方面展现其优越性：
- 能有效地利用轮胎与路面间的附着能力，缩短制动距离，尤其是在冰雪路面上可缩短 10%-15%；
- 制动过程中，车轮仍然可以滚动，保持了前轮的可操纵性，防止后轮的侧滑，维持了行车方向的稳定性；
- 由于制动防抱，车轮不会抱死拖滑，减少了轮胎的磨损，可以提高轮胎的使用寿命，减少空气中的污染。
