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摘要：作為汽車制動系統(tǒng)的重要發(fā)展方向，分析線控制動技術(shù)類型及研究現(xiàn)狀，闡述其功能特點和工作原理，并針對當前熱門的I-EHB集成式線控制動技術(shù)進行詳細了敘述。通過分析：相較于傳統(tǒng)制動技術(shù)，I-EHB集成式線控制動技術(shù)在無人駕駛、再生制動方面具有明顯優(yōu)勢，能更好地適應(yīng)不同工況下的車輛，具有廣泛的研究前景和應(yīng)用前景。

關(guān)鍵詞：線控制動；I-EHB；集成式；再生制動

科技進步推動汽車技術(shù)飛速發(fā)展，汽車質(zhì)量與性能大幅提高，我國汽車保有量也越來越大。車速的加快造成交通事故的增多，對人身安全造成了巨大的威脅。由此，汽車安全穩(wěn)定高效制動正變得越來越重要。汽車正向著智能化、電動化、網(wǎng)聯(lián)化、輕量化方向發(fā)展，以純電動汽車和無人駕駛為代表的車型成為當前汽車行業(yè)發(fā)展的主流。技術(shù)的升級提升了汽車性能，性能提升要求更安全穩(wěn)定高效制動。但是傳統(tǒng)制動技術(shù)體積大、響應(yīng)慢，無法適應(yīng)新型車輛的需求，不利于汽車輕量化[1]。線控制動技術(shù)不僅解決了傳統(tǒng)制動帶來的一系列問題，更為汽車制動的快速發(fā)展帶來了新的契機與方向。

1線控制動技術(shù)簡介

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

2汽車線控制動工作原理

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系統(tǒng)，EMB作為純機械系統(tǒng)，使用控制模塊和伺服電機進行制動。EMB系統(tǒng)主要由踏板模塊、控制模塊、驅(qū)動執(zhí)行模塊等組成，系統(tǒng)有4套獨立的制動系統(tǒng)，分別位于四個輪轂的輪缸處，并且配有獨立的控制器，以便實現(xiàn)四輪制動力的獨立調(diào)節(jié)。EMB系統(tǒng)的主控制器通過接收踏板位移傳感器的位移信號，以及整車其他ECU發(fā)出的車速信號、方向盤轉(zhuǎn)角信號等相關(guān)信號，分析后控制四個獨立的控制器向?qū)?yīng)的電機發(fā)出制動信號，電機通過減速機構(gòu)將電機扭矩轉(zhuǎn)化為所需的制動力，進行制動。車輛轉(zhuǎn)向時，每個車輪制動系統(tǒng)分配的制動力不一樣，從而達到平穩(wěn)轉(zhuǎn)向的目的。EMB系統(tǒng)由于沒有了液壓制動管路的存在，避免的制動液泄露的風險，有利于環(huán)保。同時由于是獨立的制動系統(tǒng)，布局上更加靈活[12]。但是由于制動電機的增多以及功率的加大，12V電源無法滿足制動需求，42V電源成為限制EMB發(fā)展的重要因素。同時由于沒有備用的制動系統(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)，只用了一個伺服電機和一套控制器為系統(tǒng)提供動力，取消了部分傳動制動部件，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力源（P-EHB）；另一種由電機和減速機構(gòu)為動力源（I-EHB），同時集成電控模塊。P-EHB系統(tǒng)獲取制動信號后，向電動液壓泵發(fā)出相應(yīng)的電信號，將足夠的制動液泵入高壓蓄能器，利用高速開關(guān)閥實現(xiàn)車輛的制動。I-EHB系統(tǒng)主缸液壓力由電機通過減速機構(gòu)提供，電機接收來自控制器的制動信號，經(jīng)過減速機構(gòu)直接推動主缸活塞對制動主缸進行建壓。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等多種主動安全功能[14-15]，解耦單元使得整套系統(tǒng)靈活制定制動方案，不僅節(jié)約了成本，更可縮短車輛的開發(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系統(tǒng)，不同于P-EHB系統(tǒng)的動力源，而是以電機+減速機構(gòu)來代替，內(nèi)部集成電控模塊，整個系統(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踏板、踏板位移傳感器、踏板感覺模擬器等，制動踏板經(jīng)過踏板位移傳感器將駕駛員所踩的制動踏板位移信號發(fā)送給I-EHB的ECU。踏板感覺模擬器用來模擬真實狀態(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線控制動的核心，主要為I-EHB的ECU。ECU通過踏板獲取駕駛員的制動意圖后，根據(jù)相應(yīng)的算法計算出最佳制動力，控制制動系統(tǒng)的執(zhí)行。ECU由嵌入式芯片、信號采集及處理電路、通訊電路、電機驅(qū)動電路、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的執(zhí)行部分，包括伺服電機、減速機構(gòu)、制動主缸等。伺服電機作為驅(qū)動電機，與減速機構(gòu)連接，可直接使用傳統(tǒng)車載12V電源，減速機構(gòu)可增強整個系統(tǒng)的扭矩，獲得更大制動力。伺服電機接收來自ECU的制動信號，通過減速機構(gòu)推動制動主缸建壓。3.2I-EHB系統(tǒng)工作過程。I-EHB系統(tǒng)通過意圖獲取模塊、分析控制模塊、液壓執(zhí)行模塊等幾個模塊協(xié)調(diào)完成整個制動過程，I-EHB系統(tǒng)協(xié)調(diào)控制示意圖如圖2所示。在車輛正常工況下，I-EHB的ECU接收踏板位移傳感器從踏板采集的制動力位移信號，以及其他外部ECU發(fā)出的方向盤轉(zhuǎn)角、輪速、橫擺角速度等信號，來獲取駕駛員的駕駛意圖，利用算法計算得出車輪所需的最佳制動力。在制動踏板與主缸完全解耦條件下，踏板感覺模擬器可以根據(jù)駕駛員的制動動作輸出線性的腳感同時反饋車輛制動狀態(tài)。制動力轉(zhuǎn)化為電信號輸出給伺服電機，電機和減速機構(gòu)連接，通過減速機構(gòu)將電信號大小轉(zhuǎn)變?yōu)辇X條行程大小，推動制動主缸活塞，最終完成建壓。制動主缸液壓力信號將實時反饋給I-EHB的ECU，用于精確控制主缸壓力以及對制動主缸保壓。當車輛處于緊急狀態(tài)下需要急?；蛘咧苿酉到y(tǒng)電子助力失效時，如圖3所示，I-EHB提供備用機械制動系統(tǒng)。駕駛員快速緊急制動，迅速克服系統(tǒng)內(nèi)部的解耦腔，此時制動踏板推桿將直接作用于制動主缸，主缸液壓力大小直接由制動踏板提供，一定程度上保證緊急情況下的制動安全。3.3I-EHB系統(tǒng)控制方法。在傳統(tǒng)制動系統(tǒng)中，主缸液壓力完全來自制動踏板推進的深度，因此，制動時無法精確控制主缸液壓力。對于駕駛新手來說，駕駛經(jīng)驗不足不僅影響車輛制動感覺，更影響車輛在緊急狀況下整車制動的安全性。I-EHB系統(tǒng)由于采用了電控單元，同時制動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。對于I-EHB系統(tǒng)主缸液壓力的控制，實際上就是對伺服電機的控制，利用ECU根據(jù)相應(yīng)的控制算法計算駕駛員需要的最佳制動力，將最佳制動力轉(zhuǎn)化為電機的電流信號或者命令力矩，從而完成主缸的建壓。如圖4所示，對以電動機+減速機構(gòu)為動力源的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，同時可通過參數(shù)整定變化多種控制結(jié)構(gòu)，獲得不同的控制效果。運用在I-EHB系統(tǒng)中的主要控制思路是通過液壓力傳感器將主缸液壓力實時反饋給ECU，將ECU計算出的期望主缸液壓力和輸出的實際主缸液壓力進行對比，然后將二者之間的偏差值利用ECU中設(shè)好的PID算法對其整定，輸出一個最合適的量給電機，對主缸液壓力進行補償。

4結(jié)論

隨著線控制動的不斷發(fā)展與技術(shù)完善，已逐漸成為汽車新技術(shù)發(fā)展的主流。相較于傳統(tǒng)制動方式，線控制動技術(shù)有著不可替代的優(yōu)勢，大大提高了車輛的安全性和舒適性。I-EHB系統(tǒng)作為新型電子液壓制動系統(tǒng)，對其進行研究不僅能進一步提高汽車的制動性能，還有利于無人駕駛汽車智能化程度的發(fā)展，為更多的車輛電控系統(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:上汽通用五菱汽車股份有限公司