汽车的安全性
作者：***
来源：《中国科技纵横》2018年第06期
摘 要：汽车防抱死制动系统的出现，在保障汽车安全行驶方面迈出了一大步。因而，防抱死系统制动也被称为汽车采用安全带以来，在安全性方面所取得的最重要的技术成就。随着社会的发展，电动自行车广泛进入人们的生活，但其安全性却令人堪忧，既然防抱死制动系统在汽车安全领域中能够发挥出巨大作用，那么如果将其运用到电动自行车上，想必会对人们的出行安全带来好处。本文就从这个问题出发，初探汽车防抱死制动系统在电动自行车上的运用。
关键词：汽车防抱死系统（ABS）；电动自行车；安全性
中图分类号：TH13 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2018）06-0085-02
引言
汽车防抱死制动系统，即ABS系统，一般是由传感器、电子控制装置、液压调节器构成。在制动过程中，安装在汽车车轮上的传感器发出汽车车轮将被抱死的信号，信号通过传感器来影响电子调节装置，使车轮处于转动状态而又有最大的制动力矩，避免车轮被抱死，以提高驾驶的安全性。随着防抱死制动系统的广泛使用，其优势被不断体现出来：首先，防抱死制动系统改善了汽车制动时的稳定性，提高汽车制动的效率；其次，防抱死制动系统有效地防止了车辆的甩尾和侧滑，并且在制动时不完全锁死轮胎，加强了车辆行驶的安全性；最后，防抱死制动系统减少了轮胎损耗，节约了轮胎使用成本。那么，如果把这个系统应用到电动自行车上，将会对电动自行车的安全性产生什么影响呢？这便是本文所要阐述的内容。
1 防抱死制动系统应用到电动自行车上的重要性
目前，电动自行车刹车制动方式都脱离不了刹车装置，其使用一段时间后制动性能下降，在制动安全性方面会产生抱死的状况，这就对电动自行车的安全性埋下了隐患。如将汽车防抱死制动系统工程原理应用到电动自行车上，不仅可以提高电动自行车的制动效率，保证骑行者的安全，还能够使得轮胎和刹车装置的损坏问题得到很好解决。
2 防抱死制动系统应用于电动自行车的措施
防抱死制动系统用于电动自行车是可行并具有优势的。但是，由于汽车和电动自行车的结构差异很大，汽车上的防抱死制动系统不能直接应用到电动自行车上，那么，如何将防抱死制动原理应用于电动自行车上呢？
2.1 在汽车防抱死制动基础上改进制动方式以适用于电动自行车
汽车的防抱死制动系统是通过使用油和电力装置（用刹车油来摩擦）来达到工程效果的，电动自行车则要运用点刹防抱死原理，高速点刹，防止轮胎打滑。电动自行车和汽车的构造差别很大，因此汽车上的防抱死制动系统不能直接应用到电动自行车上，并且汽车是用油缸和电力装置同时控制前轮的防抱死，制动效果要求很高，而电动自行车只能使用电力制动，重点制动在前轮，以解决电动自行车前刹车的安全问题，所以电动自行车可以采用高速点刹，加大摩擦力，而又不抱死轮胎的方式达到防抱死制动效果[1]。
另一方面，气压控制单元是汽车防抱死制动系统工作的核心之一，但在电动自行车上却无法直接使用。汽车是通过实时监测四个轮子的时速，来减小制动液压动力的，电动自行车上则要去掉此环节，取而代之的是一个由传感器反应给电源，然后减少电源输出的装置。
最后，汽车防抱死制动系统是自动式的，只要车子安装此系统，在制动时就会自动起作用，但是电动自行车上智能化水平还达不到汽车的程度，其更多的是依靠控制把来控制。
2.2 采用测速仪，使常规刹车和防抱死刹车共同作用
在电动自行车上可进一步改进安装速度测量仪，根据电动自行车行驶速度，保证高速刹车使用防抱死，低速使用常规刹车，以便更高效、更便捷地完成刹车。由于电动自行车的速度和汽车的速度相比，存在很大差别，并且电动自行车不是四轮交通工具，这就要求在制动时需考虑电动自行车制动的平稳性。在前车轮使用常规刹车和防抱死刹车两种方式，普通电动自行车采用的常规制动装置，一般都会使车子从高速快速转化为低速，而且会使车子发生前扑现象，但是从轮胎上看抱死刹车的情况是轮胎转速快速降为0的时候，此时检测到的时速很低但最需要防抱刹。因此，电动自行车上可采用常规制动和防抱死制动系统相结合，在高速时常规减速，在车子将要发生抱死时，采用防抱死制动方式，这又涉及到车子速度和最佳制动压力问题，因为电动自行车和汽车的构造不同，可以采用制动压力传感器，笔者认为可以采用一种刹车真空泵储气罐压力传感器，这种传感器可用于电动汽车，传感器为低压常闭开关，当储气罐压力达到设定压力时，传感器开关断开，控制器触发端断开，控制器延时
后真空泵停止工作。当储气罐内压力再次低于设定压力时，传感器闭合，控制器再次触发，真空泵继续工作。在发电机后面的气阀发电机的转动也使它产生气流，然后气流都聚到了储气罐，到刹车使用的时候这些聚在储气罐的气体推向制动阀从而达到刹车的效果。
3 防抱死制动系统在电动自行车上的实际应用效果及使用材料
3.1 “雅迪”电动自行车防抱死柔性制动系统
“雅迪”电动自行车在这方面取得了初步成就，雅迪公司开发出一种类似的能应用于电动自行车上的系统，叫做电子防抱死柔性制动系统，即E-ABS系统。这个系统的优势体现在智能化芯片上，近年来，“雅迪”在智能化的道路上不断进步，用智能化芯片控制车灯颜、喇叭音效，并且匹配手机APP实现手机控制车子，在此，我重点论述智能化芯片在防抱死制动上的功能：“雅迪”柔性制动系统上采用的智能芯片可以实时监控车子的加速度、时速，分析出最佳的制动压力，从而缩短制动距离，减轻浮滑，并且能够使车子在运动和制动过程中产生的多余势能和动能重新转化为电能。“雅迪”采用柔性制动与机械刹并存，雅迪公司初步解决了传统刹车系统的缺陷，减少了刹车材料的磨损[2]。
该系统的核心是电子芯片，系统通过一系列智能运转，提高了电动自行车的制动效率，减少了轮胎和电动自行车刹车片的损耗。
3.2 以“雅迪”为例探究防抱死制动系统所采用的材料
“雅迪”开发的E-ABS系统使用的材料和普通制动系统使用的材料有所不同。在刹车片材料的使用上，“雅迪”刹车片是由无石棉的半金所制，该材料不仅有着良好的耐磨性和摩擦力，刹车效率也高于普通刹车，而且车子制动时，不会产生普通刹车发出的刺耳噪音，更加环保和人性化。最重要也是最关键的是，若遇紧急情况，需要急刹时，这款刹车片还会避免普通刹车片经常出现的刹车失灵状况。
3.3 “博世”高速点刹：有望彻底实现电动自行车防抱死刹车
“博世”同样在电动自行车防抱死制动系统上有所突破。“博世”的eBike Systems部门开发出这套系统，简称为ebike ABS。这套系统在前后轮都安装上了传感器，用来检测前轮被锁住时，后轮的状况。当前轮被锁死，系统检测到后轮离开了地面，就会智能控制前刹，使后轮及时回到地面，这一过程通过不断地重复，不仅缩短了制动距离，也大大提高了安全性。
这套系统的独特之处在于，其防抱死制动装置只安装在了电动自行车的前轮上，这样一来不免使人产生疑惑：当车子制动时，安装传统制动系统的电动自行车因为前轮紧急制动都会出现车子前扑现象，“博世”的这套系统难道不会使车子前扑吗？当体验者体验这款系统时，恰恰因为前轮的制动是防抱死制动那样边制动边松开，后轮使用全制动，才使得前后轮一起制动时，车子并未出现飞扑现象，相反，车子被牢牢地停在原地。
“博世”的这套系统优势体现在：第一，电动自行车用于任何地面时，该系统都有良好的刹车制动效果。第二，这套系统适用于23cm以上宽度的轮胎，这就使得该系统的适用性很广。当然，这套系统也并非完美，它的缺陷在于：电力的使用量很大，体验者体验的车子由一个电池组和辅助电机组成，看上去略显笨重。当然，“博世”还在进一步改进中[3]。
4 试验中的应用效果、改进及评价
4.1 普通电动自行车改装实验
为了验证电动自行车上使用防抱死制动系统的优越性，我和几个同兴趣同学专门进行了实验。实验材料：普通电动自行车一辆、速度传感器一个、警告灯一个、小型蓄电池一块、
制动压力调节器一个等，其中最为重要的是汽车上的气压控制单元。但是由于大多数的该装置与油缸有关，电动自行车上不能使用，因此，我使用材料自己组装了适用于电动自行车的电控单元，去掉了与汽车油缸有关的部分，采用电控形式，主要保留输入和输出电路，传感器。制动时，制动踏板位置信号传给电控单元，同时各个传感器把载荷、地面附着力和制动气压信号传给电控单元，由电控单元自动调节制动压力，形成闭环控制。该系统用电子控制取代机械传动，减少制动系统机械传动滞后的同时，缩短制动距离，在低强度时，使摩擦片磨损最小；中等强度时，利用ABS达到最佳的道路附着系数利用率；高强度时，施加最大的制动压力，从而获得最佳的控制制动力。
在做这个实验时，我们有专门的自行车维修人员指导电动自行车的改装，否则会对实验产生很大的影响。改装时，由于后轮的结构相对复杂，我们采用的是前轮的防抱死制动和普通制动结合的方案。刹车片采用无石棉的半金材料。我们将这个刹车片与传感器的电路相连，速度传感器安装在前轮上，并且与测速发电机相结合。输入接口电路是整个改装的关键，此电路连接驱动电路，驱动电路又连接电动自行车的控制把。普通电动自行车制动都是靠简单的控制把，但是我们所做实验的控制把是连接着两个电路的，一个与普通制动电路相连，一个与防抱死制动的电控单元相连，并且小型蓄电池作为ABS防抱死系统控制电路的电
源。
4.2 实验的结果、不足以及对实验的评价
在实验中，我们采用分组对照的方式。总体分为5次实验，第3次为常规制动实验，是参照实验；第1次和第2次是探究车子速度对制动效果影响的实验；第4次和第5次是探究制动压力对防抱死制动影响的实验。
实验采用的是模拟实验，非真人实验，这样就会带来一个问题，我们进行的实验是将电动自行车倒过来放置于地面，因此在监控车胎速度与抱死情况时，无法涉及路面情况和车辆惯性的移速，因此，实验之后笔者将会谈及并考虑这方面的影响。
首先进行的是常规制动实验，我们选用的是市场上较为普遍的电动自行车，实验开始后，同时按下前后轮胎的刹车控制器，车轮状态由快到慢，前后轮胎制动所需时间不同。接下来进行是第1次和第2次实验，第1次采用和常规实验相同的速度，使用防抱死制动装置；第2次采用比第1次0的速度进行实验，实验表明，速度高的制动所需时间长，同时，由测试器检测到轮胎从被抱死的转态到制停，与第1次常规制动实验相比，第2次的实验效果并没
有达到预期期望，在制动时间和效果上没有明显的进步，这就可能涉及到制动压力问题。于是，我们进行了第4次和第5次实验，第4次实验在第1次实验的基础上，加大了制动压力，效果比第1次实验更加明显，制动所需时间相对缩短，效果有所提升。第5次实验在第3次实验的基础上加大制动压力，制动时间更短，但是轮胎被快速制停，车轮被抱死情况严重，相比第4次，第5次实验也验证防抱死制动确实存在优越性。
上文提到，本次实验无法涉及路面情况和车辆惯性的移速，这会对实验产生很大的影响，目前实验没有做到，笔者认为可以加入到改进方案中，进一步研究实验。
通过市场上的一些厂商的开发和本文中的实验，说明防抱死制动系统运用在电动自行车上是有很强的可行性和很大的市场前景的。但是在实验中，存在很多的不足，并没有达到完全预期效果。控制把有待改进，应该更加智能化，应该能够自动切换两种制动的电路。另外，这个实验对于制动上的损耗能否得到了改善，还有待进一步研究和探索。但是，通过雅迪和博世以及笔者的实验中，防抱死制动系统应用于电动自行车是具有可行性和优越性的，相信随着技术的进步，防抱死制动的电动自行车也会变得越来越普及。
发布评论