汽车工程师的必看的ABS滑移率闭环控制：七阶段压力调制过程弄懂ABS控制逻辑

智驾社 · 小明师兄

ABS不是“点刹器”，本质上是一个快速的车轮滑移闭环控制系统

很多人第一次真正观察ABS，记住的往往只有一个感觉：急刹时，制动踏板在脚下快速抖动。

但从工程角度看，这个现象只是结果，不是ABS本身。

ABS真正控制的是车轮的滑移状态。它持续监测车轮转速及其变化趋势，判断车轮是否正在接近抱死，再通过液压调节器反复执行减压、保压和增压，使轮胎尽量工作在能够兼顾纵向制动力和横向侧向力的区域。

所以，ABS并不是传统意义上的“自动点刹”。更准确地说，它是一个以车轮运动状态为反馈、以制动压力为操纵量的闭环控制系统。

下面不从“ABS是什么”开始，而是直接看制动曲线。把曲线看明白，ABS的工作逻辑基本就清楚了。

01 没有ABS时，车轮经历了什么

先看没有ABS时的紧急制动。

下面这张图给出了三个典型信号：

无ABS制动：车轮抱死后，车轮失去正常滚动，车辆转向能力明显下降

从上到下看：

车辆纵向速度(v_F)：随着制动进行持续下降。只要车辆还在向前运动，这条曲线总体就是向下的。

车轮线速度(v_R)：开始阶段与车身速度比较接近；随着制动压力继续升高，轮胎纵向滑移增大。车轮一旦进入严重滑移并最终抱死，车轮线速度会快速下降并接近0。

制动压力(p)：驾驶员持续施加制动后，如果系统没有主动调压，压力可以继续维持在较高水平。

真正的问题，不是“车轮速度变成0”这一个数值本身，而是轮胎从滚动状态进入了严重滑移甚至完全抱死。

制动滑移率通常可写成：

λ =（v_ref − v_w）/ v_ref

其中：

λ：车轮制动滑移率v_w：车轮周向线速度v_ref：车辆参考速度

在纯滚动附近，(lambda) 接近0；车轮完全抱死时，(lambda) 接近1，也就是100%。

但这里有一个容易被文章写错的地方：

车轮抱死并不意味着轮胎的横向力“绝对等于0”。

更准确的说法是，随着纵向滑移接近100%，轮胎的可用侧向附着能力通常会明显下降，车辆对转向输入的响应会变差。此时前轮一旦同时抱死，驾驶员即使继续转动方向盘，也很难让车辆按预期改变方向。

这也是ABS存在的核心价值之一：

不要让车轮长时间进入完全抱死状态，在强制动过程中尽可能保留轮胎的侧向力能力。

所以，ABS真正要避免的，不是“轮速曲线绝对不能到0”，而是持续、不可控的车轮抱死。

02 ABS到底是什么闭环

ABS基本控制环：轮速测量 → 状态判断 → 压力调制 → 轮速再次变化

把这张图按照控制系统的语言重新拆一下。

1. 被控对象

传统液压制动系统可以简化成：

制动踏板 → 助力机构 → 制动主缸 → 制动管路 → 轮缸/制动器 → 车轮 → 轮胎

驾驶员踩下制动踏板，建立制动压力；制动器产生制动力矩 (T_b)；制动力矩进一步改变车轮角速度。

真正被ABS“盯住”的，是最后这个结果：车轮到底是不是在正常滚动，还是已经开始快速失速。

现代车辆已经不一定采用传统真空助力器。电助力制动器、电子液压制动系统以及集成式制动控制器都可能承担压力建立和调制功能。

因此，把“真空助力器”当成ABS的固定组成并不准确。

2. 反馈信号

ABS最核心的输入仍然是各车轮的轮速信号。

轮速传感器实时测量车轮的角速度，控制器根据轮速及其变化率判断车轮是否接近抱死。NHTSA对ABS的定义同样强调了“感知车轮角速度—控制器处理—调节制动力”的闭环过程。

但需要把一个常见说法改掉：

“ABS只有轮速传感器，没有方向盘转角、横摆角速度等其他信号”并不适合描述今天的整车制动控制系统。

对于单纯的ABS功能，轮速确实是最关键的反馈量；但现代ABS通常已经和ESC、TCS等功能集成在同一个制动控制系统中，可以共享方向盘转角、横摆角速度、纵向/横向加速度等车辆动态信息。

这些信号对于ESC尤其重要。ABS和ESC在现代车辆上往往共用制动控制器与部分传感器资源。

3. ECU到底在算什么

这里也不能简单写成“先算滑移率，再决定增压还是泄压”。

实际量产ABS的控制逻辑通常会同时利用：

执行器

控制器的核心任务可以概括为：

判断车轮是否正在接近抱死 → 决定继续建压、保持当前压力还是减压 → 观察车轮响应 → 再次调整压力。

这就是典型的闭环控制。

4. 执行器

液压ABS中，执行器主要是液压调节器，包括进油阀、出油阀以及液压泵等。

控制器给出指令后，调节器改变轮缸压力，使车轮制动力矩发生变化。

因此整个闭环可以写成：

轮速变化 → 控制器判断 → 阀状态变化 → 轮缸压力变化 → 制动力矩变化 → 轮速再次变化

这条链条才是理解ABS的关键。

至于控制周期，工程上通常是毫秒级快速运算，但不能把“每10 ms一次”写成所有ABS统一的固定值。不同系统的采样、计算和压力调制策略并不完全一样；一些厂商公开资料给出的压力调制频率可以达到每秒数十次的量级。

03 车上的ABS硬件怎么布置

下面还是以典型乘用车液压ABS架构为例。

典型ABS系统：轮速传感器 + 制动控制单元 + 液压调节器

需要重点看的不是“有几个零件”，而是这几个零件分别承担什么任务。

1. 轮速传感器

典型四轮独立控制的乘用车ABS，会在四个车轮分别布置轮速传感器。

传感器输出车轮旋转信息，控制器据此计算车轮的实际运动状态。

需要注意的是，四轮四传感器是典型乘用车方案，并不代表所有ABS在不同车辆和不同年代都必须采用完全相同的传感器布置。

2. 液压调节器

液压调节器是ABS真正“动手”的地方。

它通常包括：

电磁阀

ABS控制器通过这些元件改变各车轮制动回路的压力。

从控制角度看，可以简单理解成三个基本动作：

增压、保压、减压。

这三个动作不断组合，就形成了我们在制动压力曲线上看到的波动。

3. ABS控制单元

控制单元负责信号处理、车轮状态判断、控制逻辑执行以及故障诊断。

在现代车辆上，ABS ECU通常与液压单元高度集成，形成完整的电子液压制动控制模块。

4. ABS故障警告

当控制器检测到关键传感器、执行器或自身存在影响ABS功能的故障时，会通过仪表上的ABS警告灯提示驾驶员。

故障后并不意味着车辆完全没有制动力，而是ABS自动防抱死功能可能被关闭或受到限制，车辆仍然保留基础制动能力，具体取决于故障类型和系统架构。

一个值得补充的历史细节

1978年，Bosch开始量产电子控制的四轮乘用车ABS；同年奔驰S级W116上实现了这一系统的量产应用。

但从1978年到今天，变化其实非常大。

没有变的是控制思想：

测量车轮运动 → 判断抱死趋势 → 调节制动力 → 再观察车轮响应。

变化的是传感器、控制器、液压单元以及与ESC、TCS、AEB、线控制动系统的集成方式。

所以，与其说“ABS架构几十年没有变化”，不如说：

ABS的控制目标没有变，但工程实现一直在升级。

04 压力调节的七个阶段完成一轮ABS压力调制

这一部分是整篇文章最重要的内容。

下面这张图展示的是一个典型ABS控制过程。需要先强调：

图中的Phase 1～7是一种典型的示意性控制过程，不应该理解成所有量产ABS都严格按照七个固定阶段、固定阈值运行。

不同供应商、不同车型以及不同附着条件下，控制逻辑、阈值和压力调制方式都会变化。

典型高附着路面ABS控制过程：轮速、参考速度、车轮加速度和制动压力的联动变化

先看四条曲线。

最上面：车辆参考速度 (v_{ref})

这里更严谨的叫法应该是车辆参考速度，而不是直接把它当成真实车辆速度。

原因很简单：

ABS通常没有一个直接测量整车纵向速度的传感器，它需要根据四个车轮的运动状态，结合历史轮速信息以及必要时的其他车辆动态信息，对车辆参考速度进行估算。

因此，图上的 (v_{ref}) 本质上是一个估计量。

“直接取四轮最高轮速”可以作为某些简化算法的理解方式，但不能把它写成所有ABS统一采用的计算方法。

中上：实际轮速 (v_w)

ABS工作以后，轮速通常不会完全贴着参考速度走。

它会在参考速度附近上下变化：

轮速下降过快 → 系统开始减压；轮速恢复 → 系统重新建压；再次出现抱死趋势 → 再次减压。

这就是为什么图上的轮速曲线呈现出周期性的波动。

中下：车轮加速度/减速度

这个信号非常关键。

ABS并不是等车轮已经完全抱死之后才开始动作，而是会根据车轮转速下降速度来提前判断“这个轮子可能要锁住了”。

因此，车轮角速度的一阶变化，也就是车轮角加速度/角减速度，是传统ABS控制中的重要判断依据。

图中的(+A)和(-a)可以理解为控制算法中的典型状态切换阈值。

最下面：制动压力

这条曲线最容易理解。

ABS并不是让制动压力一直下降，而是不断重复：

建压 → 保压 → 减压 → 再建压。

最终形成图中典型的压力波动。

Phase 1：驾驶员开始制动，压力建立

驾驶员快速踩下制动踏板，制动系统建立压力。

随着轮缸压力上升，制动力矩增加，车轮角速度开始下降。

这个阶段，轮胎仍然处于较正常的制动滑移状态，因此ABS一般不会立即介入强烈调压。

换句话说：

ABS不是驾驶员一踩刹车就马上“抢控制权”，而是在检测到车轮出现明显抱死趋势以后才开始主动调压。

Phase 2：检测到抱死趋势，开始保压

随着制动压力继续升高，车轮减速度达到控制阈值。

这时系统认为：

继续增加压力，车轮很可能进一步进入不稳定滑移区。

于是进油阀关闭，暂时停止继续建压。

这就是“保压”。

保压不是一个多余的中间状态。

它实际上是在给系统一个观察窗口：

先别继续加压力，看车轮的运动状态会不会自行稳定下来。

这也是为什么ABS控制并不是简单的“加一点、减一点、再加一点”，而是包含明确的状态保持过程。

Phase 3：车轮仍在失速，开始减压

如果保压以后，车轮减速度继续恶化，同时轮速进一步偏离车辆参考速度，说明抱死趋势没有消失。

这时候系统开始减压。

典型液压ABS会关闭进油通道，同时打开出油阀，使轮缸压力下降。

随着制动压力降低，制动力矩减小，车轮重新开始加速。

这一过程可以概括为：

压力下降 → 制动力矩下降 → 轮速恢复 → 抱死趋势减弱。

Phase 4：车轮开始恢复，短暂保压

减压以后，车轮开始重新加速。

当车轮状态从快速失速转向恢复时，系统不会马上又把压力全部加回去，而是可能先保持当前压力，观察轮速变化。

这个阶段的目的很简单：

先让车轮从严重滑移状态恢复出来，再重新把制动力压上去。

这里也需要避免一个常见表述：

不是“轮速一恢复，抓地力就完全恢复”。

真实轮胎的恢复过程与路面附着、纵向载荷、轮胎特性以及当前滑移状态都有关系。

Phase 5：重新渐进建压

当车轮已经脱离明显的抱死趋势，系统开始重新建立制动压力。

但这次通常不会像最开始那样毫无顾忌地快速加压。

原因很简单：

此时系统已经获得了当前轮胎—路面组合的响应信息。

因此后续建压通常更加谨慎，通过小步调压逐渐寻找当前路面能够承受的制动力水平。

这实际上就是ABS控制的核心：

一边制动，一边根据车轮响应修正压力。

Phase 6：再次接近控制边界，进入保压

重新建压以后，车轮再次出现明显的减速度变化。

当状态再次达到控制阈值，系统停止继续增加压力。

这里要注意，不要把“+A阈值”直接解释成“车轮快撑不住了”。

更准确的说法是：

车轮角速度的动态变化再次进入控制器设定的压力调制区域，因此系统停止继续建压，进入新的调节阶段。

阈值的具体意义取决于控制算法和图中定义，不能脱离图上的坐标和符号单独解释。

Phase 7：进入稳定的循环调压

从这里开始，ABS进入我们最熟悉的工作状态：

增压 → 保压 → 减压 → 再增压 → 再保压……

压力曲线表现为持续波动，轮速曲线则围绕车辆参考速度上下变化。

这并不是ABS“控制得不稳定”。

恰恰相反：

这种受控波动就是ABS在根据当前轮胎—路面响应不断修正制动力。

因为路面附着在变化，轮胎载荷也在变化，所以最合适的制动压力本身就是一个动态量。

05 为什么驾驶员会感觉“弹脚”？

看到上面的压力曲线以后，“弹脚”就很好理解了。

当ABS进入减压阶段，液压调节器会快速动作；随后又重新建压。

压力变化会通过制动液、管路以及制动器机械连接传递到踏板，因此驾驶员会感受到明显的脉冲、振动或者“顶脚”。

这就是我们平时说的：

ABS弹脚感。

但这里也要修正一个常见的说法：

不是每一次踏板振动，都严格对应“一次车轮抱死”。

更准确地说，它反映的是ABS执行器正在进行快速压力调制。

不同的液压结构、踏板隔离方式、助力器以及线控制动架构，驾驶员感受到的反馈程度并不一样。

现代线控制动系统尤其如此。

所以：

脚下有明显振动，通常说明ABS正在工作；没有明显振动，也不能反过来说明ABS没有工作。

06 为什么ABS不直接“把滑移率锁死在20%”？

这是很多ABS文章最容易写成一句错误结论的地方。

经常能看到这样的说法：

“ABS的目标就是把滑移率控制在10%～20%。”

这句话可以作为轮胎力学的粗略认识，但不能直接当成量产ABS统一控制目标。

从轮胎纵向力特性来看，在很多典型路面和轮胎条件下，纵向附着峰值确实往往出现在一个有限的滑移率范围内，工程文献中经常用约10%～20%的量级作为示例。

但这个峰值并不是一个永远固定的常数。

它会受到很多因素影响：

路面附着系数；路面湿滑程度；轮胎型号和配方；轮胎温度；轮胎垂向载荷；纵向滑移与侧偏角的组合状态；车速及路面激励。

因此量产ABS并不是拿着一个固定的“20%”去控制所有工况。

更加准确的理解是：

ABS试图让车轮保持在具有较高纵向制动力、同时又不进入持续抱死的滑移区域。

当车辆还需要转向时，还要考虑轮胎有限的总附着能力。

这也是为什么ABS的价值并不只是“缩短制动距离”。

07 ABS到底解决了什么问题？

把整篇文章压缩成工程语言，其实就是三个问题。

第一，防止车轮持续抱死

这是ABS最基本的功能。

轮胎一旦完全抱死，车轮从滚动进入滑动，车辆的可控性会明显下降。

第二，在强制动时尽可能保留转向能力

ABS并不能让车辆“想怎么拐就怎么拐”。

它做的是尽量避免车轮长期处于完全抱死状态，使轮胎保留一定的侧向力能力，从而让驾驶员在紧急制动过程中仍然有机会进行转向避障。

第三，适应不断变化的路面附着

雨天、冰雪、砂石、左右车轮附着不同的分离路面，都会改变轮胎能够承受的最大制动力。

ABS之所以采用闭环控制，就是因为：

系统不知道路面到底有多滑，只能通过车轮的实际响应不断修正制动力。

写在最后

ABS最值得理解的，并不是“它会点刹”，而是下面这条控制链：

轮速测量 → 车辆参考速度估计 → 判断车轮滑移状态 → 判断抱死趋势 → 减压/保压/增压 → 再次观察车轮响应。

这就是一个完整的闭环。

所以，ABS真正控制的不是“刹车踏板”，也不是一个固定的“20%滑移率”。

它控制的是：

轮胎在当前路面、当前载荷和当前制动工况下的工作状态。

从1978年奔驰S级与Bosch实现电子控制ABS量产，到今天ABS与ESC、TCS、AEB以及线控制动深度融合，系统的硬件和软件已经发生了很大变化。

但最底层的工程逻辑始终没有变：

发现车轮快要锁住了，就别再继续加制动力；
如果已经开始锁，就把压力降下来；
车轮恢复以后，再把压力一点一点加回来。

真正理解这条逻辑，也就真正看懂了ABS的制动压力曲线。

技术参考

Robert Bosch GmbH，《Driving Stability Systems》NHTSA，FMVSS No. 121及相关ABS技术解释Bosch Mobility，Antilock Braking SystemContinental Automotive，Wheel Speed SensorMercedes-Benz，1978年S级W116 ABS历史资料

智驾社｜车辆动力学与智能底盘