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汽车安全系统ABS,ESC,EBS的区别

发表于 Valine：
本文字数： 2.5k 阅读时长 ≈ 2 分钟

了解汽车安全系统的原理及区别

ABS（防抱死制动系统，Anti-lock Braking System）

原理：
ABS的核心是防止车轮在制动时完全抱死（锁死），从而保持轮胎与地面之间的纵向附着力，同时保留足够的侧向附着力以维持转向能力。

系统主要部件：

  • 轮速传感器（每个车轮一个，通常为霍尔式或电磁式）
  • 电子控制单元（ECU）
  • 液压调节器（包含电磁阀、泵电机、蓄能器）

工作过程（典型循环频率10–20Hz）：

  1. 驾驶员踩下刹车踏板，主缸产生液压传到各轮缸。
  2. 轮速传感器实时监测轮速，ECU计算各轮的滑移率（滑移率 = (车速 - 轮速)/车速 × 100%）。
  3. 当滑移率超过设定阈值（通常15%–25%，对应最大纵向摩擦系数附近），ECU判断该轮即将抱死。
  4. ECU控制液压调节器执行“三段式”调节：
    • 减压：打开泄压阀，刹车油流回蓄能器或低压腔，轮缸压力迅速下降，车轮恢复转动。
    • 保压：关闭所有阀门，保持当前压力。
    • 增压：打开增压阀，泵电机或主缸压力重新建立轮缸压力。
  5. 循环上述过程，直到滑移率回到最佳范围或驾驶员松开刹车。

优势与局限：

  • 缩短制动距离（干燥路面约5%–10%，湿滑路面更明显）
  • 保持转向能力，避免侧滑
  • 局限：低附着路面（如冰雪）制动距离可能略长于熟练点刹；早期ABS有明显“刹车踏板抖动”反馈（现代已优化）。

ESC（电子稳定性控制，Electronic Stability Control，也称ESP/VDC/DSC）

原理：
ESC是ABS和ASR的综合升级，被视为车辆主动安全的里程碑。

额外传感器：

  • 横摆率传感器（ yaw rate sensor，测量车辆绕垂直轴转动角速度）
  • 侧向加速度传感器（lateral acceleration）
  • 方向盘转角传感器（steering wheel angle）
  • 部分车型还有纵向加速度传感器

工作过程：

  1. ECU实时计算“理想横摆率”：根据方向盘转角和车速推算车辆应有的转向响应。
  2. 与实际横摆率（传感器测量）比较：
    • 若实际横摆率 < 理想值 → 转向不足（推头/understeer）
    • 若实际横摆率 > 理想值 → 转向过度（甩尾/oversteer）
  3. 干预方式：
    • 转向不足时：对内侧后轮单独制动，产生向外的横摆力矩，帮助车辆“转弯”。
    • 转向过度时：对外侧前轮单独制动，产生向内的横摆力矩，抑制甩尾。
    • 同时可通过发动机管理系统降低扭矩输出（减小驱动力）。
  4. 极端情况下可对多个车轮同时干预。

优势：
大幅降低单车事故（侧翻、甩尾）概率，据NHTSA数据可减少约30%–50%的致命侧滑事故。

EBS（电子制动系统，Electronic Braking System）

原理：
EBS主要应用于商用车（卡车、客车），用电子控制取代传统气压制动的机械/气动延迟。

核心特点：

  • 刹车踏板装有电子行程传感器，直接输出电信号给ECU。
  • ECU根据踏板行程、车速、载重、挂车状态等快速计算各轴理想制动力分配。
  • 通过电磁阀直接控制气室压力（气压制动）或液压（部分液压制动系统）。

附加功能（相比传统气压制动）：

  • 制动力比例分配（EBD类似，但更精准）
  • 主挂车制动协调（防止折刀）
  • 摩擦片磨损均衡控制（延长寿命）
  • 坡道防溜车（Hill Hold）
  • 作为平台集成ABS、ESC、ASR、AEBS等

优势：

  • 制动响应时间从传统气压制动的0.6–1s缩短至0.3–0.4s
  • 制动距离缩短10%–20%（重载车辆更明显）
  • 欧盟法规要求重型商用车强制配备EBS。

ASR（驱动防滑系统，Anti-Slip Regulation，也称TCS）

原理：
ASR防止驱动轮在起步或加速时空转打滑，确保动力有效传递到地面。

干预方式（两种并用）：

  1. 制动干预（低速更常用）：
    • 检测到驱动轮转速明显高于非驱动轮 → 判断打滑。
    • 通过ABS液压单元对打滑轮施加制动力，使差速器将扭矩转移到有附着力的驱动轮（开式差速器）。
  2. 发动机干预（高速更常用）：
    • 通过CAN总线向发动机ECU发送请求：延迟点火、减少喷油、关闭部分气缸、降低节气门开度。

滑移率控制：与ABS类似，保持驱动轮滑移率在10%–30%最佳范围。

常见实现：乘用车中ASR通常作为ESC的一个子模块存在，几乎所有ESC都包含ASR功能。

AEBS（高级紧急制动系统，Advanced Emergency Braking System，也称AEB）

原理：
AEBS属于主动安全系统，分阶段干预以避免或减轻正面碰撞。

传感器：

  • 前向毫米波雷达（77GHz，长距探测，穿雨雾能力强）
  • 前向摄像头（视觉识别行人、车辆、车道线）
  • 部分高端车型融合激光雷达

工作阶段（联合国ECE R131法规定义）：

  1. 前方碰撞预警（FCW）：TTC（碰撞时间）< 3–4s时声光报警。
  2. 轻制动提醒：TTC < 2s左右，自动轻刹（0.3–0.5g），提醒驾驶员。
  3. 紧急自动制动（AEB）：
    • 若驾驶员无反应，TTC < 1.2–1.5s时全力制动（可达1g）。
    • 城市工况（<60km/h）需能完全避免追尾或撞行人。
    • 高速工况（>80km/h）至少降低碰撞速度30km/h以上。

分级：

  • AEBS-1：仅预警
  • AEBS-2：预警 + 部分制动
  • AEBS-3：预警 + 全力自动紧急制动（当前主流）

法规要求：欧盟自2022年起新车强制AEBS，商用车更早强制。

区别对比表

系统 触发条件 主要传感器 干预对象 控制目标 适用车型 是否主动安全
ABS 制动时轮速减速度异常大/滑移率高 4个轮速传感器 各轮缸液压（减/保/增压循环） 防止抱死，保持转向能力 几乎所有现代车 被动
ESC 实际横摆率与理想值偏差 轮速 + 横摆率 + 侧向加速度 + 方向盘转角 单个/多个车轮制动 + 发动机扭矩 维持侧向稳定性 乘用车主流标配，商用车可选 被动
EBS 任何刹车踏板动作 踏板行程 + 轮速 + 载重传感器 各轴气室/液压整体分配 快速、精准制动力分配 重型商用车强制 被动
ASR 加速时驱动轮转速异常快 轮速传感器 打滑轮制动 + 发动机扭矩减小 防止驱动轮空转 与ESC集成，乘用车常见 被动
AEBS 前方障碍物TTC过小 前向雷达 + 摄像头（+激光雷达） 整体全力制动（依赖ABS/EBS） 避免/减轻正面碰撞 新车/商用车法规强制 主动

这些系统高度集成：现代乘用车通常一个ECU控制ABS+ESC+ASR，商用车EBS作为底盘集成ABS+ESC+AEBS。保持所有系统开启是最佳安全实践，只有专业赛道驾驶才可能关闭部分功能。