汽車(chē)線(xiàn)控制動(dòng)技術(shù)分析

汽車(chē)線(xiàn)控制動(dòng)技術(shù)的開(kāi)展簡(jiǎn)介展摘要:線(xiàn)控制動(dòng)系統(tǒng)是未來(lái)汽車(chē)制動(dòng)系統(tǒng)開(kāi)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(xiàn)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(xiàn)控制動(dòng)系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)和開(kāi)展趨勢(shì)。關(guān)鍵詞：線(xiàn)控制動(dòng)系統(tǒng)；電子液壓制動(dòng)；電子機(jī)械制動(dòng)Abstract:Thewirebrakingsystemisthefuturedirectionofthedevelopmentofautomotivebrakingsystems,comparedtotraditionalbrakingsystem,ithasabrakefastresponse,highbrakingperformance,andsimplifythestructureofthebrakesystem,etc.Thisarticledescribesthee-wirebrakingtechnologyofvehiclestatus,theelectronichydraulicbrakesystemandelectronicmechanicalbrakingsystemworksandfeaturesareintroducedandcompared,wirebrakingsystemdiscussedkeytechnologiesandtrends.

Keywords:by-wirebrakesystem;electronichydraulicbrake;electro-mechanicalbrake1線(xiàn)控制動(dòng)系統(tǒng)的概述1.1制動(dòng)系統(tǒng)的開(kāi)展?fàn)顩r隨著消費(fèi)者對(duì)車(chē)輛平安性日益提高的重視，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)的開(kāi)展又出現(xiàn)了模擬電子ABS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)西方興旺國(guó)家又興起了對(duì)車(chē)輛線(xiàn)控系統(tǒng)〔x-by-wire〕的研究，線(xiàn)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〔ElectromechanicalBrake〕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)的局部改為由電動(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(xiàn)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)輛的開(kāi)展方向。1.2brake-by-wire的簡(jiǎn)介brake-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(xiàn)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)一定的算法模擬反響給駕駛員。顯而易見(jiàn)，它需要非常平安可靠的結(jié)構(gòu)，用以正常的工作。其工作原理如圖1-1所示：圖1-1brake-by-wire工作原理由于技術(shù)開(kāi)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(xiàn)控液壓制動(dòng)系統(tǒng)EHB〔Electro-hydraulicBrake〕，另一種為電子機(jī)械制動(dòng)系統(tǒng)EMB〔Electro-mechanicalBrake〕。2線(xiàn)控液壓制動(dòng)系統(tǒng)EHBEHB是一種線(xiàn)控制動(dòng)(brake-by-wire)系統(tǒng),它以電子元件替代了局部機(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)致的缺乏,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。2.1EHB系統(tǒng)的開(kāi)展現(xiàn)狀作為一種較為新型的制動(dòng)系統(tǒng),EHB開(kāi)展時(shí)間較短,但開(kāi)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2000～2002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(SensotronicBrakeControl)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-Class4matic型車(chē)上的四輪驅(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。2.2EHB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)致的缺乏,具有許多傳統(tǒng)制動(dòng)系統(tǒng)無(wú)法比較的優(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。在緊急制開(kāi)工況下,制動(dòng)壓力上升梯度大,能到達(dá)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響進(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)模擬器提供應(yīng)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,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)程平安、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)的根本制動(dòng)、ABS等根本功能外,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．大局部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、施加踏板力缺乏,導(dǎo)致危險(xiǎn)情況的發(fā)生。EHB通過(guò)正確識(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)區(qū)分計(jì)算)加以調(diào)整,以防止制動(dòng)力缺乏。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(ElectricParkingBrake)。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。2.3EHB系統(tǒng)的組成及工作原理如圖2-3所示,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2-3EHB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)的重要組成局部,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)局部：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,保證最根本的制動(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)、輪缸壓力的反響控制以及不同溫度范圍的修正控制等。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2.4EHB的控制EHB所要實(shí)現(xiàn)的制動(dòng)動(dòng)作分為根本制動(dòng)和控制制動(dòng)。所謂根本制動(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)要充分反響駕駛者的意圖，給予車(chē)輪駕駛者所期望的制動(dòng)力。控制制動(dòng)那么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)法比較的優(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(xiàn)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)有極佳的開(kāi)展前景。3電子機(jī)械制動(dòng)系統(tǒng)EMB3.1EMB的開(kāi)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)有著極大的差異，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)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)中非常重要的組成局部；其控制局部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)了一局部專(zhuān)利，主要參與競(jìng)爭(zhēng)的公司有：Conti-nentalTeves、Siemens、Bosch、Eaton、AlliedSignal、Delphi,VarityLucas、Hayes等等，而國(guó)內(nèi)在此工程上的研究根本為空白，僅有二汽、清華大學(xué)和南京航空航天大學(xué)進(jìn)行了一些相關(guān)的研究工作。圖3-1EMB原理圖3.2EMB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)根本的要求：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)平安可靠、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)了局部專(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ContinentalTeves公司研制的制動(dòng)器；第2種是電動(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，GermanAerospaceCenter(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3-22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)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。3.3EMB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)所不能比較的優(yōu)勢(shì)，不過(guò)由于其開(kāi)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(xiàn)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)就難以防止有大量的電子電路，又由于車(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)的本錢(qián)比現(xiàn)有的液壓制動(dòng)系統(tǒng)本錢(qián)高，因此降低系統(tǒng)的使用本錢(qián)也是當(dāng)前需要解決的問(wèn)題。3.4EMB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)的研究重點(diǎn)集中在如下幾個(gè)方面：⑴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)就是改進(jìn)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。⑵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、Siemens和GermanAerospaceCenter公司研制的EMB電子機(jī)械制動(dòng)系統(tǒng)的原理框圖。⑶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：滑模控制、邏輯門(mén)限值控制和最優(yōu)控制算法。以后為了適應(yīng)EMB的開(kāi)展和特點(diǎn)還可以采用新的控制算法。圖3-3Bosch公司的電子機(jī)械制動(dòng)系統(tǒng)圖3-4Siemens公司的電子機(jī)械制動(dòng)系統(tǒng)圖3-5GermanAerospaceCenter公司的電子機(jī)械制動(dòng)系統(tǒng)⑷靈敏度高而又價(jià)廉的傳感器?，F(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。⑸系統(tǒng)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)的平安性和可靠性，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(xiàn)控制動(dòng)系統(tǒng)中參加一個(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)處理失效和提高平安性。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。⑹高可靠性的電線(xiàn)和連接件。在新的EMB制動(dòng)系統(tǒng)中，電線(xiàn)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)的平安性和可靠性。⑺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(xiàn)控制動(dòng)系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)制動(dòng)系統(tǒng)的開(kāi)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(xiàn)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壽命要長(zhǎng)、易于維護(hù)、價(jià)格廉價(jià)、適合批量生產(chǎn)等。因此，線(xiàn)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(xiàn)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100w的功率，而盤(pán)式制動(dòng)那么需要1KW。12v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42v電壓系統(tǒng)十分重要，同時(shí)需要解決高電壓帶來(lái)的平安問(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)的平安性，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TTI／C、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)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(xiàn)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(xiàn)系統(tǒng)，才能以最低的本錢(qián)獲得最正確的控制。5結(jié)束語(yǔ)線(xiàn)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)平安性?，F(xiàn)代汽車(chē)制動(dòng)技術(shù)正朝著線(xiàn)控制動(dòng)得的方向開(kāi)展，線(xiàn)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開(kāi)展，電子元件的本錢(qián)不斷下降、汽車(chē)線(xiàn)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