導(dǎo)語(yǔ)：汽車(chē)線控制動(dòng)技術(shù)思考一文來(lái)源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點(diǎn)，若需要原創(chuàng)文章可咨詢(xún)客服老師，歡迎參考。

摘要：作為汽車(chē)制動(dòng)系統(tǒng)的重要發(fā)展方向，分析線控制動(dòng)技術(shù)類(lèi)型及研究現(xiàn)狀，闡述其功能特點(diǎn)和工作原理，并針對(duì)當(dāng)前熱門(mén)的I-EHB集成式線控制動(dòng)技術(shù)進(jìn)行詳細(xì)了敘述。通過(guò)分析：相較于傳統(tǒng)制動(dòng)技術(shù)，I-EHB集成式線控制動(dòng)技術(shù)在無(wú)人駕駛、再生制動(dòng)方面具有明顯優(yōu)勢(shì)，能更好地適應(yīng)不同工況下的車(chē)輛，具有廣泛的研究前景和應(yīng)用前景。

關(guān)鍵詞：線控制動(dòng)；I-EHB；集成式；再生制動(dòng)

科技進(jìn)步推動(dòng)汽車(chē)技術(shù)飛速發(fā)展，汽車(chē)質(zhì)量與性能大幅提高，我國(guó)汽車(chē)保有量也越來(lái)越大。車(chē)速的加快造成交通事故的增多，對(duì)人身安全造成了巨大的威脅。由此，汽車(chē)安全穩(wěn)定高效制動(dòng)正變得越來(lái)越重要。汽車(chē)正向著智能化、電動(dòng)化、網(wǎng)聯(lián)化、輕量化方向發(fā)展，以純電動(dòng)汽車(chē)和無(wú)人駕駛為代表的車(chē)型成為當(dāng)前汽車(chē)行業(yè)發(fā)展的主流。技術(shù)的升級(jí)提升了汽車(chē)性能，性能提升要求更安全穩(wěn)定高效制動(dòng)。但是傳統(tǒng)制動(dòng)技術(shù)體積大、響應(yīng)慢，無(wú)法適應(yīng)新型車(chē)輛的需求，不利于汽車(chē)輕量化[1]。線控制動(dòng)技術(shù)不僅解決了傳統(tǒng)制動(dòng)帶來(lái)的一系列問(wèn)題，更為汽車(chē)制動(dòng)的快速發(fā)展帶來(lái)了新的契機(jī)與方向。

1線控制動(dòng)技術(shù)簡(jiǎn)介

1.1線控制動(dòng)技術(shù)種類(lèi)。線控制動(dòng)技術(shù)從航空技術(shù)領(lǐng)域引入，正被越來(lái)越多的供應(yīng)商和主機(jī)廠所重視。線控制動(dòng)取消了傳統(tǒng)制動(dòng)的真空單元，以電控模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)制動(dòng)力，同時(shí)有著不小的體積優(yōu)勢(shì)。汽車(chē)線控制動(dòng)系統(tǒng)目前主要分為電子液壓制動(dòng)（EHB）和電子機(jī)械制動(dòng)（EMB）兩種[2]。EMB系統(tǒng)采用電子控制，通過(guò)伺服電機(jī)直接作用于輪缸產(chǎn)生制動(dòng)力。由于取消了主缸、液壓管路等復(fù)雜的零部件結(jié)構(gòu)，制動(dòng)更迅速，制動(dòng)力的傳遞效率得到提升[3]。EHB是將傳統(tǒng)液壓制動(dòng)技術(shù)的動(dòng)力源替換為電子控制系統(tǒng)，他取消了傳統(tǒng)制動(dòng)系統(tǒng)中的真空供給部件和真空助力部件，用電子系統(tǒng)來(lái)提供動(dòng)力源[4-5]，同時(shí)保留了成熟的液壓部分，可以在電子助力失效時(shí)提供備用制動(dòng)，確保車(chē)輛安全。傳統(tǒng)車(chē)用12V電源即可驅(qū)動(dòng)EHB系統(tǒng)，無(wú)需設(shè)計(jì)新的供能系統(tǒng)[3,6]。1.2線控制動(dòng)技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀。自20世紀(jì)末開(kāi)始，世界各主要制造商都對(duì)線控技術(shù)展開(kāi)研究并取得了一定的階段性成果。進(jìn)入21世紀(jì)后，線控制動(dòng)的發(fā)展更加迅速，有些已經(jīng)裝備在量產(chǎn)車(chē)上。如大陸公司(Continental)的電子液壓制動(dòng)系統(tǒng)MKC1，已小批量應(yīng)用在量產(chǎn)車(chē)上[7]；博世公司成功開(kāi)發(fā)出iBooster系統(tǒng)，并集成多種主動(dòng)安全配置，提升車(chē)輛安全性[1,8]。而在國(guó)內(nèi)，以清華大學(xué)、吉林大學(xué)為首的高校大多數(shù)僅僅是對(duì)線控制動(dòng)理論及控制方法的提出，實(shí)車(chē)試驗(yàn)及系統(tǒng)可靠性研究方面還較少[9]。其中吉林大學(xué)提出一種電子機(jī)械制動(dòng)，利用電機(jī)和減速機(jī)構(gòu)方案制動(dòng)[10]。清華大學(xué)的王治中等提出了一種分布式電液復(fù)合制動(dòng)系統(tǒng)，同濟(jì)大學(xué)的熊璐等人提出了雙動(dòng)力源電液制動(dòng)系統(tǒng)等，但目前均未實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)[11]。

2汽車(chē)線控制動(dòng)工作原理

2.1EMB系統(tǒng)。EMB系統(tǒng)完全不同于傳統(tǒng)的真空助力液壓制動(dòng)系統(tǒng)，EMB作為純機(jī)械系統(tǒng)，使用控制模塊和伺服電機(jī)進(jìn)行制動(dòng)。EMB系統(tǒng)主要由踏板模塊、控制模塊、驅(qū)動(dòng)執(zhí)行模塊等組成，系統(tǒng)有4套獨(dú)立的制動(dòng)系統(tǒng)，分別位于四個(gè)輪轂的輪缸處，并且配有獨(dú)立的控制器，以便實(shí)現(xiàn)四輪制動(dòng)力的獨(dú)立調(diào)節(jié)。EMB系統(tǒng)的主控制器通過(guò)接收踏板位移傳感器的位移信號(hào)，以及整車(chē)其他ECU發(fā)出的車(chē)速信號(hào)、方向盤(pán)轉(zhuǎn)角信號(hào)等相關(guān)信號(hào)，分析后控制四個(gè)獨(dú)立的控制器向?qū)?yīng)的電機(jī)發(fā)出制動(dòng)信號(hào)，電機(jī)通過(guò)減速機(jī)構(gòu)將電機(jī)扭矩轉(zhuǎn)化為所需的制動(dòng)力，進(jìn)行制動(dòng)。車(chē)輛轉(zhuǎn)向時(shí)，每個(gè)車(chē)輪制動(dòng)系統(tǒng)分配的制動(dòng)力不一樣，從而達(dá)到平穩(wěn)轉(zhuǎn)向的目的。EMB系統(tǒng)由于沒(méi)有了液壓制動(dòng)管路的存在，避免的制動(dòng)液泄露的風(fēng)險(xiǎn)，有利于環(huán)保。同時(shí)由于是獨(dú)立的制動(dòng)系統(tǒng)，布局上更加靈活[12]。但是由于制動(dòng)電機(jī)的增多以及功率的加大，12V電源無(wú)法滿足制動(dòng)需求，42V電源成為限制EMB發(fā)展的重要因素。同時(shí)由于沒(méi)有備用的制動(dòng)系統(tǒng)，安全性還有待提升[13]。2.2EHB系統(tǒng)。EHB系統(tǒng)不同于EMB系統(tǒng)，只用了一個(gè)伺服電機(jī)和一套控制器為系統(tǒng)提供動(dòng)力，取消了部分傳動(dòng)制動(dòng)部件，但保留了成熟的液壓部分。EHB系統(tǒng)目前主要有兩種：一種由液壓泵和高壓蓄能器提供動(dòng)力源（P-EHB）；另一種由電機(jī)和減速機(jī)構(gòu)為動(dòng)力源（I-EHB），同時(shí)集成電控模塊。P-EHB系統(tǒng)獲取制動(dòng)信號(hào)后，向電動(dòng)液壓泵發(fā)出相應(yīng)的電信號(hào)，將足夠的制動(dòng)液泵入高壓蓄能器，利用高速開(kāi)關(guān)閥實(shí)現(xiàn)車(chē)輛的制動(dòng)。I-EHB系統(tǒng)主缸液壓力由電機(jī)通過(guò)減速機(jī)構(gòu)提供，電機(jī)接收來(lái)自控制器的制動(dòng)信號(hào)，經(jīng)過(guò)減速機(jī)構(gòu)直接推動(dòng)主缸活塞對(duì)制動(dòng)主缸進(jìn)行建壓。相較于P-EHB，I-EHB結(jié)構(gòu)更加緊湊、響應(yīng)快速，更易于集成諸如EPB、ESP等多種主動(dòng)安全功能[14-15]，解耦單元使得整套系統(tǒng)靈活制定制動(dòng)方案，不僅節(jié)約了成本，更可縮短車(chē)輛的開(kāi)發(fā)周期。

3I-EHB系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)

I-EHB系統(tǒng)是一種集成式電子液壓制動(dòng)系統(tǒng)，不同于P-EHB系統(tǒng)的動(dòng)力源，而是以電機(jī)+減速機(jī)構(gòu)來(lái)代替，內(nèi)部集成電控模塊，整個(gè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更加緊湊。圖1為Bosch公司的iBooster系統(tǒng)。3.1I-EHB系統(tǒng)主要組成結(jié)構(gòu)。3.1.1意圖獲取模塊。意圖獲取模塊主要有制動(dòng)踏板、踏板位移傳感器、踏板感覺(jué)模擬器等，制動(dòng)踏板經(jīng)過(guò)踏板位移傳感器將駕駛員所踩的制動(dòng)踏板位移信號(hào)發(fā)送給I-EHB的ECU。踏板感覺(jué)模擬器用來(lái)模擬真實(shí)狀態(tài)的腳感與路感。踏板和主缸之間完全解耦，腳感較輕，更便于能量回收。3.1.2分析控制模塊。分析控制模塊是整個(gè)線控制動(dòng)的核心，主要為I-EHB的ECU。ECU通過(guò)踏板獲取駕駛員的制動(dòng)意圖后，根據(jù)相應(yīng)的算法計(jì)算出最佳制動(dòng)力，控制制動(dòng)系統(tǒng)的執(zhí)行。ECU由嵌入式芯片、信號(hào)采集及處理電路、通訊電路、電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路、冗余電路及I/O口等組成。3.1.3液壓執(zhí)行模塊。分析控制模塊為線控制動(dòng)的執(zhí)行部分，包括伺服電機(jī)、減速機(jī)構(gòu)、制動(dòng)主缸等。伺服電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)電機(jī)，與減速機(jī)構(gòu)連接，可直接使用傳統(tǒng)車(chē)載12V電源，減速機(jī)構(gòu)可增強(qiáng)整個(gè)系統(tǒng)的扭矩，獲得更大制動(dòng)力。伺服電機(jī)接收來(lái)自ECU的制動(dòng)信號(hào)，通過(guò)減速機(jī)構(gòu)推動(dòng)制動(dòng)主缸建壓。3.2I-EHB系統(tǒng)工作過(guò)程。I-EHB系統(tǒng)通過(guò)意圖獲取模塊、分析控制模塊、液壓執(zhí)行模塊等幾個(gè)模塊協(xié)調(diào)完成整個(gè)制動(dòng)過(guò)程，I-EHB系統(tǒng)協(xié)調(diào)控制示意圖如圖2所示。在車(chē)輛正常工況下，I-EHB的ECU接收踏板位移傳感器從踏板采集的制動(dòng)力位移信號(hào)，以及其他外部ECU發(fā)出的方向盤(pán)轉(zhuǎn)角、輪速、橫擺角速度等信號(hào)，來(lái)獲取駕駛員的駕駛意圖，利用算法計(jì)算得出車(chē)輪所需的最佳制動(dòng)力。在制動(dòng)踏板與主缸完全解耦條件下，踏板感覺(jué)模擬器可以根據(jù)駕駛員的制動(dòng)動(dòng)作輸出線性的腳感同時(shí)反饋車(chē)輛制動(dòng)狀態(tài)。制動(dòng)力轉(zhuǎn)化為電信號(hào)輸出給伺服電機(jī)，電機(jī)和減速機(jī)構(gòu)連接，通過(guò)減速機(jī)構(gòu)將電信號(hào)大小轉(zhuǎn)變?yōu)辇X條行程大小，推動(dòng)制動(dòng)主缸活塞，最終完成建壓。制動(dòng)主缸液壓力信號(hào)將實(shí)時(shí)反饋給I-EHB的ECU，用于精確控制主缸壓力以及對(duì)制動(dòng)主缸保壓。當(dāng)車(chē)輛處于緊急狀態(tài)下需要急?；蛘咧苿?dòng)系統(tǒng)電子助力失效時(shí)，如圖3所示，I-EHB提供備用機(jī)械制動(dòng)系統(tǒng)。駕駛員快速緊急制動(dòng)，迅速克服系統(tǒng)內(nèi)部的解耦腔，此時(shí)制動(dòng)踏板推桿將直接作用于制動(dòng)主缸，主缸液壓力大小直接由制動(dòng)踏板提供，一定程度上保證緊急情況下的制動(dòng)安全。3.3I-EHB系統(tǒng)控制方法。在傳統(tǒng)制動(dòng)系統(tǒng)中，主缸液壓力完全來(lái)自制動(dòng)踏板推進(jìn)的深度，因此，制動(dòng)時(shí)無(wú)法精確控制主缸液壓力。對(duì)于駕駛新手來(lái)說(shuō)，駕駛經(jīng)驗(yàn)不足不僅影響車(chē)輛制動(dòng)感覺(jué)，更影響車(chē)輛在緊急狀況下整車(chē)制動(dòng)的安全性。I-EHB系統(tǒng)由于采用了電控單元，同時(shí)制動(dòng)踏板與主缸活塞之間完全解耦，使得主缸液壓力控制更加迅速與精確。對(duì)于I-EHB系統(tǒng)主缸液壓力的控制，實(shí)際上就是對(duì)伺服電機(jī)的控制，利用ECU根據(jù)相應(yīng)的控制算法計(jì)算駕駛員需要的最佳制動(dòng)力，將最佳制動(dòng)力轉(zhuǎn)化為電機(jī)的電流信號(hào)或者命令力矩，從而完成主缸的建壓。如圖4所示，對(duì)以電動(dòng)機(jī)+減速機(jī)構(gòu)為動(dòng)力源的I-EHB系統(tǒng)的控制算法，大多以閉環(huán)反饋控制為主。在閉環(huán)控制中，比例積分微分控制（PID控制）是一種最常用的控制方法，同時(shí)可通過(guò)參數(shù)整定變化多種控制結(jié)構(gòu)，獲得不同的控制效果。運(yùn)用在I-EHB系統(tǒng)中的主要控制思路是通過(guò)液壓力傳感器將主缸液壓力實(shí)時(shí)反饋給ECU，將ECU計(jì)算出的期望主缸液壓力和輸出的實(shí)際主缸液壓力進(jìn)行對(duì)比，然后將二者之間的偏差值利用ECU中設(shè)好的PID算法對(duì)其整定，輸出一個(gè)最合適的量給電機(jī)，對(duì)主缸液壓力進(jìn)行補(bǔ)償。

4結(jié)論

隨著線控制動(dòng)的不斷發(fā)展與技術(shù)完善，已逐漸成為汽車(chē)新技術(shù)發(fā)展的主流。相較于傳統(tǒng)制動(dòng)方式，線控制動(dòng)技術(shù)有著不可替代的優(yōu)勢(shì)，大大提高了車(chē)輛的安全性和舒適性。I-EHB系統(tǒng)作為新型電子液壓制動(dòng)系統(tǒng)，對(duì)其進(jìn)行研究不僅能進(jìn)一步提高汽車(chē)的制動(dòng)性能，還有利于無(wú)人駕駛汽車(chē)智能化程度的發(fā)展，為更多的車(chē)輛電控系統(tǒng)的理論研究與應(yīng)用奠定了寶貴的基礎(chǔ)。

作者:張海山 伍星星 楊昭輝 單位:上汽通用五菱汽車(chē)股份有限公司