汽車(chē)線控制動(dòng)技術(shù)分析

1、汽車(chē)線控制動(dòng)技術(shù)的發(fā)展簡(jiǎn)介展摘 要:線控制動(dòng)系統(tǒng)是未來(lái)汽車(chē)制動(dòng)系統(tǒng)發(fā)展的方向，相比于傳統(tǒng)制動(dòng)系統(tǒng)，它具有制動(dòng)響應(yīng)速度快、制動(dòng)性能高和制動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化等優(yōu)點(diǎn)。本文介紹了汽車(chē)線控制動(dòng)技術(shù)的研究現(xiàn)狀，對(duì)電子液壓制動(dòng)系統(tǒng)和電子機(jī)械制動(dòng)系統(tǒng)的工作原理及特點(diǎn)進(jìn)行了介紹和比較，論述了線控制動(dòng)系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)和發(fā)展趨勢(shì)。關(guān)鍵詞：線控制動(dòng)系統(tǒng)；電子液壓制動(dòng)；電子機(jī)械制動(dòng)Abstract: The wire braking system is the future direction of the development of automotive braking systems, compared to trad

2、itional braking system, it has a brake fast response, high braking performance, and simplify the structure of the brake system, etc. This article describes the e-wire braking technology of vehicle status, the electronic hydraulic brake system and electronic mechanical braking system works and featur

3、es are introduced and compared, wire braking system discussed key technologies and trends.Keywords: by-wire brake system; electronic hydraulic brake; electro-mechanical brake 1線控制動(dòng)系統(tǒng)的概述1.1制動(dòng)系統(tǒng)的發(fā)展?fàn)顩r隨著消費(fèi)者對(duì)車(chē)輛安全性日益提高的重視，車(chē)輛制動(dòng)系統(tǒng)也歷經(jīng)了數(shù)次變遷和改進(jìn)。從最初的皮革摩擦制動(dòng)，到后來(lái)出現(xiàn)鼓式、盤(pán)式制動(dòng)器，再到后來(lái)出現(xiàn) 機(jī)械式ABS制動(dòng)系統(tǒng)，緊接著伴隨電子技術(shù)的發(fā)展又出現(xiàn)了模擬電子ABS

4、制動(dòng)系統(tǒng)、數(shù)字式電控ABS制動(dòng)系統(tǒng)等等。近10年來(lái)西方發(fā)達(dá)國(guó)家又興起了對(duì)車(chē)輛線控系統(tǒng)（x-by-wire）的研究，線控制動(dòng)系統(tǒng)（brake-by-wire）應(yīng)運(yùn)而生，由此展開(kāi)了對(duì)電子機(jī)械制動(dòng)器（Electromechanical Brake）的研究，簡(jiǎn)單的來(lái)說(shuō)電子機(jī)械制動(dòng)器就是把原來(lái)由液壓或者壓縮空氣驅(qū)動(dòng)的部分改為由電動(dòng)機(jī)來(lái)驅(qū)動(dòng)，借以提高響應(yīng)速度、增加制動(dòng)效能等，同時(shí)也大大簡(jiǎn)化了結(jié)構(gòu)、降低了裝配和維護(hù)的難度。因此結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單、功能集成可靠的電子機(jī)械制動(dòng)系統(tǒng)越來(lái)越受到青睞，可以預(yù)見(jiàn)線控系統(tǒng)將最終取代傳統(tǒng)的液壓（空氣）制動(dòng)器，成為未來(lái)車(chē)輛的發(fā)展方向。1.2 brake-by-wire的簡(jiǎn)介brak

5、e-by-wire是指一系列智能制動(dòng)控制系統(tǒng)的集成，它提供諸如ABS,車(chē)輛穩(wěn)定性控制、助力制動(dòng)、牽引力控制等等現(xiàn)有制動(dòng)系統(tǒng)的功能，并通過(guò) 車(chē)載有線網(wǎng)絡(luò)把各個(gè)系統(tǒng)有機(jī)的結(jié)合成一個(gè)完整的功能體系。原有的制動(dòng)踏板采用了一個(gè)模擬發(fā)生器替代，用以接受駕駛員的制動(dòng)意圖，產(chǎn)生、傳遞制動(dòng)信號(hào)給控制 和執(zhí)行機(jī)構(gòu)，并根據(jù)一定的算法模擬反饋給駕駛員。顯而易見(jiàn)，它需要非常安全可靠的結(jié)構(gòu)，用以正常的工作。其工作原理如圖1-1所示：圖1-1 brake-by-wire工作原理由于技術(shù)發(fā)展程度的局限，目前出現(xiàn)了兩種形式的brake-by-wire系統(tǒng)：一種是線控液壓制動(dòng)系統(tǒng)EHB（Electro-hydraulic Bra

6、ke），另一種為電子機(jī)械制動(dòng)系統(tǒng)EMB（Electro-mechanical Brake）。2線控液壓制動(dòng)系統(tǒng)EHBEHB是一種線控制動(dòng)(brake-by-wire)系統(tǒng),它以電子元件替代了部分機(jī)械元件,制動(dòng)踏板不再與制動(dòng)缸直接相連,駕駛員操作由傳感器采集作為控制意圖,完全由液壓執(zhí)行器來(lái)完成制動(dòng)操作,彌補(bǔ)了傳統(tǒng)制動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)和原理所導(dǎo)致的不足,使制動(dòng)控制得到最大的自由度,從而充分利用路面附著,提高制動(dòng)效率。2.1 EHB系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀作為一種較為新型的制動(dòng)系統(tǒng),EHB發(fā)展時(shí)間較短,但發(fā)展前景廣闊,各大汽車(chē)廠商和研究機(jī)構(gòu)都在積極的開(kāi)發(fā)這一系統(tǒng)。1994年,Analogy公司用Saber仿真模擬的方

7、法,開(kāi)發(fā)出了一套EHB的控制系統(tǒng)。1996年,博世公司對(duì)其開(kāi)發(fā)的EHB系統(tǒng)進(jìn)行了實(shí)車(chē)試驗(yàn),得到了滿(mǎn)意的效果,該系統(tǒng)后來(lái)在實(shí)際應(yīng)用中也取得了巨大的成功,在縮短制動(dòng)距離以及保證車(chē)輛穩(wěn)定性方面效果明顯。天合、德?tīng)柛?、大陸特威斯等公司也相繼開(kāi)發(fā)出了類(lèi)似的EHB系統(tǒng),并于20002002年前后獲得了一系列的專(zhuān)利。2001年9月,裝備了博世傳感制動(dòng)控制(Sensotronic Brake Control)系統(tǒng)的奔馳SL新型跑車(chē)在法蘭克福國(guó)際汽車(chē)展上首次展出,2002年該系統(tǒng)裝備于新型的奔馳E級(jí)車(chē)上,2003年裝備于Estate型車(chē) 上,同年,博世首次推出了加裝在奔馳E-Class 4matic型車(chē)上的四輪

8、驅(qū)動(dòng)SBC,這也是EHB系統(tǒng)首次應(yīng)用于系列化生產(chǎn)的汽車(chē)。韓國(guó)萬(wàn)都公司、大陸特威斯公司、天合公司等都在EHB系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)中取得進(jìn)展,并開(kāi)始為通用、福特、戴姆勒克萊斯勒公司等汽車(chē)廠家供貨。2.2 EHB系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)傳統(tǒng)制動(dòng)系統(tǒng)如圖2-1所示,制動(dòng)主缸與制動(dòng)輪缸通過(guò)制動(dòng)管路相連,制動(dòng)壓力直接由人力通過(guò)制動(dòng)踏板輸入,而真空助力器作為輔助動(dòng)力源也要受到發(fā)動(dòng)機(jī)真空度的限制。這種結(jié)構(gòu)特點(diǎn)限制了制動(dòng)壓力建立、各輪制動(dòng)力的分配以及與其它系統(tǒng)的集成控制等,在進(jìn)一步提高制動(dòng)效果方面潛力有限。圖2-2為EHB系統(tǒng)的示意圖,EHB系統(tǒng)由于改變了壓力建立方式,踏板力不再影響制動(dòng)力,彌補(bǔ)了傳統(tǒng)制動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)和原理所導(dǎo)致的不足,具

9、有許多傳統(tǒng)制動(dòng)系統(tǒng)無(wú)法比擬的優(yōu)越性： 圖2-1 傳統(tǒng)制動(dòng)系統(tǒng) 圖2-2電子液壓制動(dòng)系統(tǒng)（EHB）示意圖1在傳統(tǒng)制動(dòng)系統(tǒng)中,在緊急制動(dòng)或長(zhǎng)時(shí)間制動(dòng)后,系統(tǒng)部件特性可能發(fā)生變化,進(jìn)而影響制動(dòng)性能,采用EHB控制系統(tǒng),部件機(jī)械特性的變化可由控制算法進(jìn)行補(bǔ)償,使制動(dòng)壓力等級(jí)和踏板行程始終保持一致。2由于蓄能器壓力等級(jí)很高,高壓制動(dòng)液通過(guò)高速開(kāi)關(guān)閥的控制進(jìn)入制動(dòng)輪缸,制動(dòng)過(guò)程平順柔和。在緊急制動(dòng)工況下,制動(dòng)壓力上升梯度大,能達(dá)到的制動(dòng)壓力也更高。制動(dòng)蹄(鉗)對(duì)制動(dòng)鼓(盤(pán))的制動(dòng)壓力通過(guò)輪缸壓力傳感器的反饋進(jìn)行精確調(diào)節(jié),消除制動(dòng)噪聲。3傳統(tǒng)制動(dòng)系統(tǒng)的制動(dòng)特性無(wú)法隨意改變,而EHB系統(tǒng)通過(guò)分析駕駛員意圖,判

10、斷不同的制動(dòng)行為,并提供最合理的壓力變化特性。4傳統(tǒng)制動(dòng)系統(tǒng)只能在一定程度上實(shí)現(xiàn)前后制動(dòng)壓力的分配,而EHB系統(tǒng)在四輪壓力分配方面有很大的自由度,這在左右附著系數(shù)不同的路面上制動(dòng)時(shí)效果顯著。5傳統(tǒng)的采用真空助力器的制動(dòng)系統(tǒng)助力能力受發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和負(fù)荷的影響,而EHB系統(tǒng)的制動(dòng)能力不受發(fā)動(dòng)機(jī)真空度影響。6由于制動(dòng)傳感器探測(cè)的是踏板的運(yùn)動(dòng)速度和踏板的行程,電控單元據(jù)此進(jìn)行制動(dòng)壓力調(diào)節(jié),制造商可以根據(jù)不同的車(chē)型以及對(duì)駕駛者駕駛習(xí)慣的統(tǒng)計(jì),僅僅通過(guò)更改控制算法和踏板感覺(jué)模擬器提供給駕駛者不同的踏板感覺(jué),使得EHB的可移植性好。7傳統(tǒng)制動(dòng)系統(tǒng)在進(jìn)行ABS工作時(shí),制動(dòng)管路內(nèi)的壓力波動(dòng),使制動(dòng)踏板出現(xiàn)振動(dòng)現(xiàn)象

11、,缺少經(jīng)驗(yàn)的駕駛者往往會(huì)因此而不自覺(jué)的減少踏板力,從而影響制動(dòng)效 果。EHB由于踏板與制動(dòng)管路不直接相連而徹底解決了這一問(wèn)題,不但可以保證各個(gè)車(chē)輪不會(huì)抱死,而且解除制動(dòng)迅速,制動(dòng)過(guò)程安全、高效,對(duì)動(dòng)力損失影響極 小。除了能夠?qū)崿F(xiàn)傳統(tǒng)制動(dòng)系統(tǒng)所能實(shí)現(xiàn)的基本制動(dòng)、ABS等基本功能外,EHB還能實(shí)現(xiàn)其他更為優(yōu)秀的輔助功能。8當(dāng)車(chē)輛在雨天或濕滑路面上行駛時(shí),根據(jù)風(fēng)窗玻璃刮水器的動(dòng)作,EHB系統(tǒng)可以在固定間隔時(shí)間發(fā)出微弱的制動(dòng)脈沖,清干制動(dòng)摩擦片上的水膜,以消除制動(dòng)器的水衰退現(xiàn)象,保證可靠的制動(dòng)。9大部分駕駛員在遇到緊急情況時(shí),在施加制動(dòng)力時(shí)會(huì)出現(xiàn)猶豫、施加踏板力不足,導(dǎo)致危險(xiǎn)情況的發(fā)生。EHB通過(guò)正確

12、識(shí)別駕駛員意圖,對(duì)制動(dòng)力(由踏板行程以及踏板加速度來(lái)辨別計(jì)算)加以調(diào)整,以避免制動(dòng)力不足。10在需要保持駐車(chē)狀態(tài)時(shí),可以使系統(tǒng)對(duì)車(chē)輪施加一定的制動(dòng)力,即使駕駛者松開(kāi)制動(dòng)踏板依然能對(duì)車(chē)輪產(chǎn)生一定的制動(dòng)壓力,減輕駕駛者的負(fù)擔(dān),提高駕駛舒適性,實(shí)現(xiàn)電子駐車(chē)控制EPB(Electric Parking Brake)。11在發(fā)生交通擁擠的情況下,系統(tǒng)與加速踏板單元傳感器相互配合,通過(guò)電控單元的分析計(jì)算做出判斷,駕駛者只需控制油門(mén)踏板,一旦把腳從油門(mén)踏板上挪開(kāi),EHB系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)施加一定的制動(dòng)力以減速停車(chē)。這樣,駕駛者就不需要在油門(mén)踏板和制動(dòng)踏板之間頻繁的轉(zhuǎn)換。2.3 EHB系統(tǒng)的組成及工作原理如圖2-3所

13、示,EHB系統(tǒng)主要由制動(dòng)踏板單元、電子控制單元(ECU)、液壓控制單元(HCU)以及一系列的傳感器組成。圖2-3 EHB原理圖1制動(dòng)踏板單元包括踏板感覺(jué)模擬器、踏板力傳感器和踏板行程傳感器以及制動(dòng)踏板。踏板感覺(jué)模擬器是EHB系統(tǒng)的重要組成部分,為駕駛員提供與傳統(tǒng)制動(dòng)系統(tǒng)相似的踏板 感覺(jué)(踏板反力和踏板行程),使其能夠按照自己的習(xí)慣和經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行制動(dòng)操作。踏板傳感器用于監(jiān)測(cè)駕駛員的操縱意圖,一般采用踏板行程傳感器,采用踏板力傳感 器的較少,也有二者同時(shí)應(yīng)用,以提供冗余傳感器且可用于故障診斷。圖3為大陸特威斯生產(chǎn)電子制動(dòng)踏板單元。2液壓控制單元(HCU)制動(dòng)壓力調(diào)節(jié)裝置用于實(shí)現(xiàn)車(chē)輪增減壓操作,圖4為大

14、陸特威斯帶ECU的EHB的液壓控制單元(HCU)。HCU中一般包括如下幾個(gè)部分：獨(dú)立于制動(dòng)踏板的液壓控制系統(tǒng)該系統(tǒng)帶有由電機(jī)、泵和高壓蓄能器組成的供能系統(tǒng),經(jīng)制動(dòng)管路和方向控制閥與制動(dòng)輪缸相連,控制制動(dòng)液流入流出制動(dòng)輪缸,從而實(shí)現(xiàn)制動(dòng)壓力控制。人力驅(qū)動(dòng)的應(yīng)急制動(dòng)系統(tǒng)當(dāng)伺服系統(tǒng)出現(xiàn)嚴(yán)重故障時(shí),制動(dòng)液由人力驅(qū)動(dòng)的主缸進(jìn)入制動(dòng)輪缸,保證最基本的制動(dòng)力使車(chē)輛減速停車(chē)。平衡閥同軸的兩個(gè)制動(dòng)輪缸之間設(shè)置有平衡閥,除需對(duì)車(chē)輪進(jìn)行獨(dú)立制動(dòng)控制的工況之外,平衡閥均處于斷電開(kāi)啟狀態(tài),以保證同軸兩側(cè)車(chē)輪制動(dòng)力的平衡。3傳感器包括輪速傳感器、壓力傳感器和溫度傳感器,用于監(jiān)測(cè)車(chē)輪運(yùn)動(dòng)狀態(tài)、輪缸壓力的反饋控制以及不同溫度

15、范圍的修正控制等。圖2-4所示為博世公司發(fā)布的一種關(guān)于EHB系統(tǒng)的專(zhuān)利,系統(tǒng)帶有踏板感覺(jué)模擬裝置,一套采用液壓伺服控制的行車(chē)制動(dòng)系統(tǒng)和一套人力操縱的應(yīng)急制動(dòng)系統(tǒng),其中,液壓伺服系統(tǒng)控制四個(gè)車(chē)輪的壓力,而人力應(yīng)急制動(dòng)系統(tǒng)只能控制兩個(gè)前輪。系統(tǒng)共有14個(gè)電磁閥,均為二位二通閥。正常的行車(chē)制動(dòng)中,當(dāng)制動(dòng)燈開(kāi)關(guān)被觸發(fā)時(shí),電控單元判定制動(dòng)發(fā)生,由踏板行程傳感器感知駕駛員制動(dòng)意圖,進(jìn)而通電關(guān)閉隔離閥,在人力作用下從制動(dòng)主缸輸出的制動(dòng)液進(jìn)入踏板感覺(jué)模擬器,使駕駛員產(chǎn)生與操作傳統(tǒng)制動(dòng)系統(tǒng)時(shí)相同的感覺(jué)。車(chē)輪制動(dòng)所需的能源由動(dòng)力源提供,經(jīng)主供油管路送往各輪缸,輪缸進(jìn)油閥和出油閥可以實(shí)現(xiàn)各輪缸壓力控制。同軸兩輪缸間

16、各設(shè)有一個(gè)平衡閥,用于在常規(guī)制動(dòng)時(shí)保持兩側(cè)車(chē)輪制動(dòng)力的協(xié)調(diào)。圖2-4 博世公司的EHB系統(tǒng)1.液壓調(diào)節(jié)裝置；2.制動(dòng)輪缸；3.動(dòng)力源；4.泵；5.電機(jī)；6.高壓蓄能器；7.主供油管路；8.主供油管壓力傳感器；9.輪缸進(jìn)油閥；10.液壓隔離活塞；11.儲(chǔ)液罐；12.前、后軸平衡閥13.輪缸壓力傳感器；14.輪缸出油閥；15.回油管；16.制動(dòng)踏板；17.制動(dòng)主缸；18.制動(dòng)燈開(kāi)關(guān)；19.踏板行程傳感器；20.隔離法；21.模擬器泄油閥；22.模擬器進(jìn)油閥；23.踏板感覺(jué)模擬器；24.氣源；25.ECU；26.回油管壓力傳感器2.4 EHB的控制EHB所要實(shí)現(xiàn)的制動(dòng)動(dòng)作分為基本制動(dòng)和控制制動(dòng)。所謂

17、基本制動(dòng)，是指駕駛者根據(jù)自己的意圖，施加或大或小的踏板力，控制車(chē)輛的減速度并保證他所期望的行駛方向，踏板力的值還達(dá)不到使車(chē)輪抱死的程度。而此時(shí)的EHB系統(tǒng)要充分反應(yīng)駕駛者的意圖，給予車(chē)輪駕駛者所期望的制動(dòng)力。控制制動(dòng)則指在必要的附加干預(yù)下施行的制動(dòng)。即當(dāng)駕駛者欲對(duì)車(chē)輛采取緊急的全力制動(dòng)，而大力并快速地踩下制動(dòng)踏板時(shí)，EHB系統(tǒng)就應(yīng)該識(shí)別出這一要求，在給予車(chē)輪足夠大的制動(dòng)壓力的同時(shí)，對(duì)車(chē)輪上的制動(dòng)壓力進(jìn)行控制以防止車(chē)輪抱死、車(chē)輛的制動(dòng)穩(wěn)定性下降等情況的出現(xiàn)。EHB系統(tǒng)還可以融合多種車(chē)輛控制系統(tǒng)：當(dāng)車(chē)輛在低附著路面起步或加速時(shí)以及車(chē)輛從高附著路面行駛到低附著路面時(shí)，系統(tǒng)集成驅(qū)動(dòng)防滑功能；在車(chē)輛轉(zhuǎn)彎

18、時(shí)，EHB系統(tǒng)通過(guò)車(chē)輪制動(dòng)實(shí)現(xiàn)車(chē)輛穩(wěn)定性控制；此外，前述的自動(dòng)清水功能、電子輔助制動(dòng)功能、電子駐車(chē)制動(dòng)功能等均屬于控制制動(dòng)。EHB系統(tǒng)具有傳統(tǒng)制動(dòng)系統(tǒng)無(wú)法比擬的優(yōu)越性，但EHB系統(tǒng)仍然采用電液控制方式，嚴(yán)格意義上說(shuō)并不是純粹的線控制動(dòng)系統(tǒng)，與電子機(jī)械制動(dòng)系統(tǒng)EMB相比，EHB系統(tǒng)在當(dāng)前技術(shù)更加成熟，因而在短期內(nèi)有極佳的發(fā)展前景。3電子機(jī)械制動(dòng)系統(tǒng)EMB3.1 EMB的發(fā)展現(xiàn)狀EMB最早是應(yīng)用在飛機(jī)上的，如美國(guó)的F-15戰(zhàn)斗機(jī)就采用了EMB制動(dòng)器，后來(lái)才慢慢轉(zhuǎn)化運(yùn)用到汽車(chē)上來(lái)。EMB與傳統(tǒng)的制動(dòng)系統(tǒng)有著極大的差別，其執(zhí)行和控制機(jī)構(gòu)需要完全的重新設(shè)計(jì)。其執(zhí)行機(jī)構(gòu)需要能夠把電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)平穩(wěn)轉(zhuǎn)化為制動(dòng)

19、蹄塊的平動(dòng)、需要能夠減速增矩、需要能夠自動(dòng)補(bǔ)償由于長(zhǎng)期工作而產(chǎn)生的制動(dòng)間隙等，而且由于體積的限制其結(jié)構(gòu)也必須巧妙和緊湊，是整個(gè)EMB系統(tǒng)中非常重要的組成部分；其控制部分也要求能精確控制電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)角從而防止制動(dòng)抱死，EMB原理如圖3-1所示。最近幾年一些國(guó)際大型汽車(chē)零配件廠商和汽車(chē)廠進(jìn)行了一些對(duì)于EMB制動(dòng)系統(tǒng)的研究工作，也申請(qǐng)了一部分專(zhuān)利，主要參與競(jìng)爭(zhēng)的公司有：Conti-nental Teves、Siemens、Bosch、Eaton、Allied Signal、Delphi,Varity Lucas、Hayes等等，而國(guó)內(nèi)在此項(xiàng)目上的研究基本為空白，僅有二汽、清華大學(xué)和南京航空航天大

20、學(xué)進(jìn)行了一些相關(guān)的研究工作。圖3-1 EMB原理圖3.2 EMB系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和分類(lèi)對(duì)于EMB系統(tǒng)的機(jī)械執(zhí)行機(jī)構(gòu)，它直接接受電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的力矩，并放大作用到制動(dòng)盤(pán)上，其結(jié)構(gòu)應(yīng)該滿(mǎn)足如下幾個(gè)基本的要求：1）結(jié)構(gòu)緊湊，便于布置；2）能夠把轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為平動(dòng)；3）有減速增矩、自增力機(jī)構(gòu)；4）能夠自動(dòng)補(bǔ)償制動(dòng)間隙；5）能夠提供停車(chē)時(shí)的駐車(chē)制動(dòng)；6)安全可靠、工作時(shí)間長(zhǎng)。如前所述的各家公司都取得了各自的研究成果并成功申請(qǐng)了部分專(zhuān)利保護(hù)?？偟膩?lái)說(shuō)，EMB制動(dòng)系統(tǒng)從節(jié)省能量的角度來(lái)說(shuō)可以分為2種：第1種是電動(dòng)機(jī)直接帶動(dòng)機(jī)械執(zhí)行機(jī)構(gòu)然后作用到制動(dòng)盤(pán)上，其典型是Continental Teves公司研制的制動(dòng)器；第2種是

21、電動(dòng)機(jī)通過(guò)一個(gè)自增力機(jī)構(gòu)，間接作用到制動(dòng)盤(pán)上，可以大大降低系統(tǒng)所消耗的能量，German Aerospace Center (DLR)內(nèi)部資料顯示其公司研制的EMB制動(dòng)系統(tǒng)E-Brake比第1種結(jié)構(gòu)節(jié)省了約83的能量。第1種 圖3-2 2種EMB制動(dòng)器的原理圖結(jié)構(gòu)形式的制動(dòng)器的特點(diǎn)是控制簡(jiǎn)單、制動(dòng)過(guò)程穩(wěn)定，但是由于電機(jī)提供所有推動(dòng)制動(dòng)塊所需的推力，使得所需的驅(qū)動(dòng)電機(jī)的功率很大，從而造成電機(jī)的尺寸、質(zhì)量和能耗都較大。第2種結(jié)構(gòu)形式的制動(dòng)器由于間接 利用了汽車(chē)的動(dòng)能作為制動(dòng)自增力，驅(qū)動(dòng)電機(jī)所需功率可大幅下降，只需要約3%的其他替代方案的能耗，其體積、尺寸和質(zhì)量也必然比第1種結(jié)構(gòu)形式的制動(dòng)器小，不過(guò)

22、目前這種形式的制動(dòng)器控制難度大，制動(dòng)穩(wěn)定性也不如前者。圖3-2是2種EMB制動(dòng)系統(tǒng)的原理圖。3.3 EMB所需解決的問(wèn)題EMB制動(dòng)系統(tǒng)顯而易見(jiàn)的具有很多傳統(tǒng)制動(dòng)系統(tǒng)所不能比擬的優(yōu)勢(shì)，不過(guò)由于其發(fā)展時(shí)間短，也必不可少的存在許多亟待解決的問(wèn)題：1）如果系統(tǒng)線路出現(xiàn)斷路或者電源出現(xiàn)故障，制動(dòng)系統(tǒng)應(yīng)該如何動(dòng)作？如果制動(dòng)踏板模擬器出現(xiàn)故障該如何處置？因此需要加強(qiáng)系統(tǒng)可靠性和意外事故保險(xiǎn)方面的研究力度。2）由于在高速制動(dòng)過(guò)程中產(chǎn)生大量的熱量，因此需要加強(qiáng)系統(tǒng)的熱穩(wěn)定性和散熱性能。需要反復(fù)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證驅(qū)動(dòng)電機(jī)和其它部件在高溫條件下的工作性能和穩(wěn)定性。3）電制動(dòng)系統(tǒng)采用大量的電控技術(shù)就難以避免有大量的電子電路，又

23、由于車(chē)輛工況復(fù)雜而且在外部暴露的電磁場(chǎng)和地球磁場(chǎng)環(huán)境中工作，這就需要加強(qiáng)電制動(dòng)系統(tǒng)的抗干擾能力。 4）驅(qū)動(dòng)電機(jī)動(dòng)作需要消耗大量的電能，這是對(duì)目前車(chē)輛使用的12v電源的一個(gè)考驗(yàn)，未來(lái)將采取42V的電壓來(lái)位系統(tǒng)提供能量。 5）目前車(chē)輛EMB制動(dòng)系統(tǒng)還要加強(qiáng)與其它現(xiàn)行車(chē)輛電控系統(tǒng)的整合，最好可以形成一體化、模塊化的底盤(pán)控制系統(tǒng)，對(duì)車(chē)輛進(jìn)行綜合控制。 6）由于采用了大量的傳感器、控制芯片和新的技術(shù)，使得目前電制動(dòng)系統(tǒng)的成本比現(xiàn)有的液壓制動(dòng)系統(tǒng)成本高，因此降低系統(tǒng)的使用成本也是當(dāng)前需要解決的問(wèn)題。3.4 EMB的研究方向目前EMB制動(dòng)系統(tǒng)的技術(shù)還不成熟，需要解決的技術(shù)問(wèn)題還很多，國(guó)外把對(duì)電制動(dòng)系統(tǒng)的研究

24、重點(diǎn)集中在如下幾個(gè)方面：耐高溫電子元器件。對(duì)耐高溫電子元器件的研究主要涉及到2個(gè)方面：一個(gè)是在電子元器件本身上下工夫，提高其對(duì)高溫的承受能力和在高溫下的工作穩(wěn)定性;另一個(gè)就是改良制動(dòng)盤(pán)的材料和提高其散熱能力，通過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)提高整個(gè)制動(dòng)器的散熱性能，為電子元器件的工作提供良好的環(huán)境。機(jī)械-電子執(zhí)行機(jī)構(gòu)。對(duì)于機(jī)械-電子執(zhí)行機(jī)構(gòu)的研究已經(jīng)有幾家公司提出了設(shè)計(jì)方案并申請(qǐng)了專(zhuān)利，目前的執(zhí)行機(jī)構(gòu)中機(jī)械零件還比較多，結(jié)構(gòu)也很復(fù)雜。如何有效地傳遞轉(zhuǎn)矩、增大轉(zhuǎn)矩，如何保證機(jī)構(gòu)能自動(dòng)調(diào)節(jié)制動(dòng)間隙，如何使結(jié)構(gòu)盡量小巧并可靠，都是設(shè)計(jì)過(guò)程中要面對(duì)的難題，也是重要的研究方向。圖3-3、圖3-4、圖3-5分別是Bosch、

25、Siemens和German Aerospace Center公司研制的EMB電子機(jī)械制動(dòng)系統(tǒng)的原理框圖。可自適應(yīng)調(diào)節(jié)的控制算法。目前車(chē)輛制動(dòng)器在控制算法上主要采用3種：滑?？刂?、邏輯門(mén)限值控制和最優(yōu)控制算法。以后為了適應(yīng)EMB的發(fā)展和特點(diǎn)還可以采用新的控制算法。 圖3-3 Bosch公司的電子機(jī)械制動(dòng)系統(tǒng) 圖3-4 Siemens公司的電子機(jī)械制動(dòng)系統(tǒng)圖3-5 German Aerospace Center公司的電子機(jī)械制動(dòng)系統(tǒng)靈敏度高而又價(jià)廉的傳感器。現(xiàn)在使用的傳感器功能還比較單一，靈敏度也有待提高。為了保證EMB系統(tǒng)能正?？煽康毓ぷ?，需要研發(fā)靈敏度高、功能集成、質(zhì)優(yōu)價(jià)廉的新型傳感器。系統(tǒng)

26、容錯(cuò)控制。電控制動(dòng)系統(tǒng)的容錯(cuò)性牽涉到制動(dòng)系統(tǒng)的安全性和可靠性，因此是一個(gè)至關(guān)重要的研究方向。有些學(xué)者是用實(shí)驗(yàn)的方法去檢測(cè)和評(píng)估EMB對(duì) 制動(dòng) 請(qǐng)求的響應(yīng)情況，并通過(guò)一定的算法來(lái)忽略瞬間的錯(cuò)誤信號(hào)借以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的容錯(cuò)控制；有的是在分布式的線控制動(dòng)系統(tǒng)中加入一個(gè)中央控制芯片，這是一個(gè)專(zhuān)門(mén)進(jìn)行 容錯(cuò)控制的冗余設(shè)計(jì)，并配以專(zhuān)門(mén)編寫(xiě)的軟件來(lái)進(jìn)行容錯(cuò)控制處理；最新的研究是在系統(tǒng)中引入一個(gè)監(jiān)控器，用以檢測(cè)可能導(dǎo)致系統(tǒng)錯(cuò)誤和失效的信號(hào)，然后產(chǎn)生錯(cuò) 誤檢測(cè)代碼，根據(jù)代碼來(lái)處理失效和提高安全性。車(chē)輛電控系統(tǒng)的容錯(cuò)控制是一個(gè)牽涉到計(jì)算機(jī)硬件、軟件、通信協(xié)議等多方面的比較難解決的問(wèn)題。 高可靠性的電線和連接件。在新的E

27、MB制動(dòng)系統(tǒng)中，電線和連接件取代了原來(lái)的制動(dòng)管路等零部件，因此要求必須可靠，這將直接影響到整個(gè)系統(tǒng)的安全性和可靠性。力矩電機(jī)的設(shè)計(jì)。EMB的一個(gè)極大優(yōu)勢(shì)就是制動(dòng)響應(yīng)快，所以要求電動(dòng)機(jī)必須響應(yīng)速度快。此外也要求電動(dòng)機(jī)功耗小、輸出的力矩大。另外在制動(dòng)過(guò)程中，電機(jī)將在“堵轉(zhuǎn)”的惡劣環(huán)境下工作，因此對(duì)電機(jī)的可靠性要求高，而且必須結(jié)構(gòu)小巧緊湊、便于安裝、能在各種惡劣環(huán)境下可靠工作。4 線控制動(dòng)系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)制動(dòng)系統(tǒng)的發(fā)展方向足去除整個(gè)液壓系統(tǒng)，且沒(méi)有機(jī)械或液壓后備系統(tǒng)的純粹線控制動(dòng)系統(tǒng)。由于沒(méi)有備用系統(tǒng)，系統(tǒng)的可靠性要求更高，必須足能容錯(cuò)的；另外還要求系統(tǒng)要具有與現(xiàn)有系統(tǒng)一樣的制動(dòng)性能，且系統(tǒng)的使月j壽

28、命要長(zhǎng)、易于維護(hù)、價(jià)格便宜、適合批量生產(chǎn)等。因此，線控制動(dòng)系統(tǒng)需要具有口J靠的能源來(lái)源、容鍺的通信協(xié)議及一些硬件的冗余控制等。下面是線控制動(dòng)系統(tǒng)的一些關(guān)鍵技術(shù)：a.執(zhí)行器的能量需求。鼓式制動(dòng)需100 w的功率，而盤(pán)式制動(dòng)則需要1 KW。12 v的車(chē)輛電氣系統(tǒng)難以支持執(zhí)行電氣制動(dòng)的高功率需求。因此，建立42 v電壓系統(tǒng)十分重要，同時(shí)需要解決高電壓帶來(lái)的安全問(wèn)題9J。b.容錯(cuò)的要求。在完全取消了液壓元件的系統(tǒng)中，沒(méi)有獨(dú)立的后備執(zhí)行系統(tǒng)，雖然許多技術(shù)能提高容錯(cuò)系統(tǒng)的安全性，但根本的方法還是提供后備系統(tǒng)。當(dāng)節(jié)點(diǎn)或電子控制單元出現(xiàn)故障時(shí)，在不破壞現(xiàn)有系統(tǒng)完整性的情況下，啟用后備裝置。容錯(cuò)程度應(yīng)隨應(yīng)用場(chǎng)合

29、不同而不同，但重要的傳感器和控制器都應(yīng)該有箭份。另外，系統(tǒng)中每一個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的串行通信必須支持容錯(cuò)。容錯(cuò)就需要開(kāi)發(fā)相應(yīng)的通信協(xié)議，因?yàn)楝F(xiàn)在車(chē)輛應(yīng)用的一些普通通信系統(tǒng)，如CAN等都不能滿(mǎn)足容錯(cuò)的要求，所以需要開(kāi)發(fā)一種新型的通信西議。目前世界上對(duì)協(xié)議研究的比較多，有TTIC、TTCAN等幾種。c制動(dòng)執(zhí)行器的要求。裝用電機(jī)控制的制動(dòng)執(zhí)行器，要求高性?xún)r(jià)比的半導(dǎo)體具有較好的高溫性能，以承受在制動(dòng)執(zhí)行器附近產(chǎn)生的高溫。另外，需要開(kāi)發(fā)質(zhì)量輕、價(jià)位低的車(chē)輛制動(dòng)器，而且由于輪轂尺寸的限制，它們的尺寸也需要滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。d抗干擾處理。車(chē)輛在運(yùn)行過(guò)程會(huì)有各種T擾信號(hào)，目前常用的抗干擾控制系統(tǒng)有對(duì)稱(chēng)式和非對(duì)稱(chēng)式兩種。對(duì)

30、稱(chēng)式抗干擾控制系統(tǒng)是用兩個(gè)相同的CPU和同樣的計(jì)算程序處理制動(dòng)信號(hào)；非對(duì)稱(chēng)式抗干擾控制系統(tǒng)是用兩個(gè)不同的CPU和不同的計(jì)算程序處理制動(dòng)信號(hào)，兩種方法各有優(yōu)缺點(diǎn)。另外，線控制動(dòng)系統(tǒng)的軟件和硬件如何讓實(shí)現(xiàn)部件化，以適應(yīng)不同車(chē)型的需要；如何實(shí)現(xiàn)底盤(pán)的部件化，是關(guān)鍵的問(wèn)題。只有將制動(dòng)、轉(zhuǎn)向、懸架、導(dǎo)航等系統(tǒng)進(jìn)行綜合考慮，從算法上部件化，建立數(shù)據(jù)總線系統(tǒng)，才能以最低的成本獲得最佳的控制。5 結(jié)束語(yǔ)線控技術(shù)是一種全新的制動(dòng)理念，它極大地提高了汽車(chē)的制動(dòng)安全性。現(xiàn)代汽車(chē)制動(dòng)技術(shù)正朝著線控制動(dòng)得的方向發(fā)展，線控制動(dòng)系統(tǒng)將取代以液壓或氣壓為主的傳統(tǒng)制動(dòng)系統(tǒng)。同時(shí)，隨著其它汽車(chē)電子技術(shù)特別是超大規(guī)模尺寸不斷減小集成電路的發(fā)展，電子元件的成本不斷下降、汽車(chē)線控制動(dòng)系統(tǒng)將與其他汽車(chē)電子系統(tǒng)，如電子懸架系統(tǒng)、主動(dòng)式方向穩(wěn)定系統(tǒng)、電子導(dǎo)航系統(tǒng)、無(wú)人駕駛系統(tǒng)等融合在一起成為綜合的汽車(chē)電子控制系統(tǒng)。參考文獻(xiàn)：1 H.T.Do