線控制動系統(tǒng)及相關概念介紹

#01

制動系統(tǒng)及相關概念介紹當前，線控制動系統(tǒng)（BBW-brakebywire）在市場車輛上應用愈加廣泛，電子液壓制動（EHB-Electro-HydraulicBrakeSystem）系統(tǒng)是BBW系統(tǒng)的典型形式。#02

電子液壓制動系統(tǒng)分類EHB代替了真空助力器，根據制動踏板與制動輪缸之間的耦合程度可以采用非解耦、半解耦或者全解耦三種模式：1、非解耦式系統(tǒng)非解耦式制動系統(tǒng)中駕駛員作用在踏板推桿上的力直接作用于制動主缸，同時電機也給制動主缸提供助力協(xié)助駕駛員制動。該類系統(tǒng)完全模擬真空助力器的制動模式，用電機助力替換真空助力。2、半解耦式系統(tǒng)半解耦式系統(tǒng)的踏板推桿與制動主缸之間存在一定的解耦間隙，駕駛員踩下制動踏板后，系統(tǒng)建壓至駕駛員需求的制動力，在此過程中，解耦間隙一直存在。駕駛員需求的制動力也可以通過系統(tǒng)建壓單元和驅動電機反拖一起實現(xiàn)，從而實現(xiàn)協(xié)調式制動能量回收，由于解耦間隙的限制，能量回收的強度也會受到限制，一般情況下，解耦間隙的設置至少需要使驅動電機可達到0.3g的再生制動減速度。當系統(tǒng)判斷電機處于無法工作的狀態(tài)時，駕駛員踩下制動踏板使推桿行程克服解耦間隙后，踏板力將直接作用于制動主缸從而實現(xiàn)應急制動。解耦間隙示意圖半解耦系統(tǒng)需要踏板感覺模擬器實現(xiàn)踏板感覺模擬，踏板模擬器又可分為濕式和干式兩種，常用的干式踏板感模擬器內部主要是一個彈簧阻尼機構，能靈活調節(jié)踏板感。常用的濕式踏板模擬器如下圖所示，這種制動系統(tǒng)增設了踏板感覺模擬裝置，當駕駛員踩下制動踏板推動制動主缸時，若電機制動力滿足駕駛員制動需求，則制動輪缸不需要制動液，主缸排出的制動液全部流入踏板感覺模擬裝置；若電機制動力無法滿足駕駛員制動需求，則通過液壓調節(jié)單元控制制動液流入制動輪缸。踏板感覺模擬裝置的作用就是在制動時容納主缸排出的制動液，同時在常規(guī)制動過程中模擬駕駛員的踏板感覺。制動控制系統(tǒng)原理圖3、全解耦式系統(tǒng)“one-box”系統(tǒng)，“one-box”系統(tǒng)是一種典型的全解耦式系統(tǒng)，是將EHB控制器與制動主缸、踏板感覺模擬器集成在一起，形成一個高度集成化的線控液壓制動系統(tǒng)。下圖為IPB制動系統(tǒng)簡圖，主要分為三個部分：踏板-主缸-踏板模擬器部分，建壓部分及壓力調節(jié)部分。IPBIPB系統(tǒng)為解耦型系統(tǒng)。正常工作時，閥1，4，5結合，2，3斷開。駕駛員踩踏板后制動液進入主缸和踏板模擬器并建立壓力，踏板力-踏板行程曲線由主缸和踏板模擬器特性決定。與此同時，IPBECU識別踏板位移信號，依據標定好的踏板位移-系統(tǒng)壓力曲線控制電機建壓，產生車輛減速度。在縱向及橫擺運動控制中，通過ABS/EHB控制器液壓調制模塊對各輪輪缸壓力進行調節(jié)。因此，對于IPB制動系統(tǒng)，踏板位移-減速度曲線是可以通過刷新標定參數(shù)進行更改的。IPB降級模式比較復雜，不同的失效類型對應不同的降級模式，本文僅針對助力失效（如IPB斷電）進行討論。在此種模式下，IPB進入機械backup模式，閥1，4，5關閉，2，3打開，駕駛員踩踏板建立的壓力直接進入輪缸并產生車輛減速度。根據法規(guī)ECER13-H要求，系統(tǒng)應產生不小于2.44m/s^2的制動減速度。

因制動踏板解耦，無需過多考慮主缸需液量對踏板位移的影響，IPB的主缸缸徑可比傳統(tǒng)brakeapply系統(tǒng)小，機械backup模式下，相同踏板力下系統(tǒng)產生壓力較高。在制動系統(tǒng)匹配設計過程中，制動液體積（對應主缸行程和缸徑）是一個著重需要注意的參數(shù)，設計時需要同時考慮如下因素：backup模式下需達到2.44m/s^2的制動減速度（涉及到踏板及基礎制動系統(tǒng)匹配）車輛lifetime中的系統(tǒng)變化（如摩擦片磨損，系統(tǒng)剛度變化，摩擦系數(shù)變化等等）傳感器測量誤差小結：為什么解耦就可以實現(xiàn)制動能量最大化呢？眾所周知，制動能量回收就是利用電機反向拖轉產生能量，從而交給電池儲存起來。通過記錄駕駛員踩下的制動踏板行程和踏板力，計算得出駕駛員希望得到的減速度。優(yōu)先使用電機拖轉就行制動，如果不夠則使用液壓制動進行補償。這樣就通過解耦實現(xiàn)了最大限度的制動能量回收。制動能量回收這種由驅動電機作為發(fā)電機向車輪提供制動力的模式又稱為電機再生制動，然而電機參與制動會對整車的制動性能產生影響。如上圖所示，電機最大制動力矩隨電機轉速不斷變化，當駕駛員踩下制動踏板時，整車控制器接收到踏板位移信號反饋的駕駛員制動需求。若當前轉速下前軸電機最大制動力矩能滿足前軸制動需求，則前軸制動力完全由前軸電機提供，若不能滿足前軸制動需求，則需要液壓制動力進行補償。制動能量回收策略由于電機性能隨轉速變化不斷波動，若要維持穩(wěn)定的整車制動效能，則新能源汽車的液壓制動系統(tǒng)應具備自動調節(jié)輪缸壓力的能力。

對于傳統(tǒng)的液壓制動系統(tǒng)，駕駛員踩下制動踏板推動制動主缸使制動液直接經液壓調節(jié)單元進入制動輪缸，產生固定比例的前后軸液壓制動力。因此傳統(tǒng)液壓制動系統(tǒng)的制動壓力受制動踏板控制，無法自動調節(jié)輪缸壓力。傳統(tǒng)制動系統(tǒng)和解耦制動系統(tǒng)的區(qū)別#03

EHB和EPB交互相關概念介紹通常我們將制動分為行車制動和駐車制動，行車制動通常由EHB系統(tǒng)完成，駐車制動通常由電子駐車EPB(ElectricalParkingBrake)系統(tǒng)完成，由于行車制動和駐車制動的廠商較多，會出現(xiàn)行車制動廠商為A,駐車制動廠商為B,為了統(tǒng)一接口，降本增效，VDA305提出了一套將EHB和EPB結合交互的方案，將原有的電子駐車制動控制集成在EHB控制器中，在實現(xiàn)所有電子駐車制動的功能的同時，節(jié)省了控制器數(shù)量。

為什么如此設計呢？EPB系統(tǒng)除了提供駐車功能外，還能在行車過程中控制制動液壓的實現(xiàn)備份制動，而液壓執(zhí)行機構是集成于EHB控制器系統(tǒng)中的；而EHB控制器系統(tǒng)所包含的輪速傳感器可以為EPB系統(tǒng)提供車速這一關鍵參數(shù)以確定當前車速是否能夠駐車。因此，EPB和EHB控制器功能關聯(lián)十分緊密，如果各自對應一個獨立的ECU，兩者之間注定有很多交互接口；把兩者集成于一個ECU中也是自然而然能想到的一個既節(jié)省成本又降低整車E/E系統(tǒng)復雜度的方案。

另一方面，市面上精于EHB控制器系統(tǒng)的供應商和精于EPB系統(tǒng)的供應商往往不是一家。對于OEM而言，當選擇不同的EPB系統(tǒng)和EHB控制器系統(tǒng)供應商時，如果各個供應商閉門造車，那么將EPB軟件集成到EHB控制器軟件時將會面臨很多問題，首當其沖的問題是EPB和EHB控制器軟件接口的定義如何統(tǒng)一。這就是VDA305標準誕生的背景。VDA305旨在標準化EPB系統(tǒng)的架構以及EPB軟件和EHB控制器軟件的交互接口，清晰地定義EPB系統(tǒng)和EHB控制器系統(tǒng)的供應商的職責范圍，使OEM在選擇供應商時有很大的自由度，也使得不同的供應商的合作更加高效，并由此引出了集成式電動駐車制動器和雙控EPB的概念。#04

集成式電動駐車制動器集成式電動駐車制動器是一種取代傳統(tǒng)駐車制動器的機動車輛機電系統(tǒng)。駐車制動器的作用是使車輛保持靜止，防止車輛在保持和停車時滾動，并在行車制動器和輔助制動系統(tǒng)功能（不是舒適功能）喪失的情況下提供緊急備用能力，使車輛減速至靜止。->車輛上集成式電動駐車（電氣連接）和液壓制動功能（液壓連接）工作循環(huán)的比較：液壓制動的液壓控制在4個車輪上，壓力值可調。集成式電動駐車機械控制僅在兩個后輪上，夾緊力由卡鉗供應商定義。集成式電動駐車制動器架構如上圖，依據VDA305的集成式電動駐車制動器架構，VDA建議將EPB系統(tǒng)分為兩部分，由兩個不同的供應商提供。有一個EPB系統(tǒng)部件，稱為BrakeAssy，包含駐車制動執(zhí)行器、駐車制動卡鉗和執(zhí)行邏輯（駐車制動控制器，PBC）（見圖，綠色）。EPB系統(tǒng)的第二部分，也稱為HOST，包含EPB電源電子設備、必要的外圍設備，并控制駕駛員可以體驗的功能（見圖，藍色）。PBC是專門為駐車制動器執(zhí)行器設計的軟件組件，集成到HOST中。本VDA建議中所述的EPB集成通過使用一個EHB控制器控制單元來區(qū)分。所用部件的邏輯表示及其對EPB和EHB控制器系統(tǒng)的分配如圖集成式電動駐車制動器系統(tǒng)分布所示。集成式電動駐車制動器系統(tǒng)分布EPB系統(tǒng)車輪制動器，包括駐車制動器執(zhí)行器（左右制動卡鉗）用于控制駐車制動器執(zhí)行器的PBC軟件用于激活EPB駐車制動執(zhí)行器的EPB硬件駕駛員可體驗的功能主機軟件和必要的外圍設備（診斷、通信、車輛傳感器、操作系統(tǒng)等）通用硬件包含共同使用的硬件組件（例如微處理器、電子存儲器組件等）EHB控制器系統(tǒng)EHB控制器硬件，用于實現(xiàn)在車輛的一個或所有車輪制動器處建立的主動液壓用于執(zhí)行EHB控制器功能的EHB控制器軟件：電子穩(wěn)定控制、防抱死制動系統(tǒng)等。通用硬件——共同使用的硬件組件（如微處理器、電子存儲器組件等）圖集成式電動駐車制動器系統(tǒng)分布顯示了綠色的制動器總成部件和藍色的EHB控制器總成部件。EPB和EHB控制器系統(tǒng)的總成零件明顯不同（見圖集成式電動駐車制動器系統(tǒng)分布）。EPB系統(tǒng)由制動組件和EHB控制器組件組成，而EHB控制器系統(tǒng)僅由EHB控制器組件組成。EPB與集成式電動駐車制動器的區(qū)別基本上，EPB和集成式電動駐車制動器都旨在通過卡鉗夾緊后輪來安全地停車和固定車輛。但事實上，它們在技術和財務層面上都有所不同。EPB->需要同時使用EHB控制器ECU和EPBECU來實現(xiàn)卡鉗控制。這兩個ECU之間的交互將通過CAN進行，因此，如果CAN信號傳輸出現(xiàn)問題，我們需要聯(lián)系EPB供應商，并嘗試共同解決問題。集成式電動駐車制動器->EPBECU集成在EHB控制器ECU中。首先要降低成本。另一個優(yōu)點是減少了連接器和布線的復雜性。EHB控制器和EPB通信更安全、更高效，因為所有信號和接口都在一個控制單元內。由于后卡鉗配備了集成式駐車制動執(zhí)行器，因此不僅可以根據EHB控制器的液壓請求，還可以根據EPB的電氣請求進行夾緊和釋放。集成式電動駐車制動器子功能SSM功能（SSM(standstillmanager)）->DAR（驅離釋放）->BPA（制動片調整）->KOA（KeyoutApply）->IOA（點火關閉應用）->ESA（發(fā)動機失速應用，僅適用于MT車輛），例如在起步時釋放離合器過快，導致熄火。然后IPB介入并扣留車輛。只有當起步是DAR時才可行。->CDP（IPB瘋狂驅動程序保護）->SIPA（駐車檔自動換檔）->SFPR（從駐車檔自動換檔）PBC功能PBC(parkingbrakecontrol)PBC是一個純軟件模塊，其中包含夾緊力控制算法(clampingforcecontrolalgorithm)、制動盤溫度模型(brakedisctemperaturemodel)、重新夾緊功能(re-clampingfunctions)，診斷功能如制動片更換檢測(brakepadreplacementmonitoring)等。此外，PBC還向HostBrake主機提供診斷制動總成所需的信息。PBC將作為“黑匣子”集成到EHB控制器Assy中。->SAR（靜態(tài)應用和釋放）->HDR（熱磁盤重新夾緊）->ROR（滾裝重新夾緊）->HPS（液壓支架）->ADBF（執(zhí)行器動態(tài)制動功能，打滑控制）->XAR/XRR（外部申請/發(fā)布請求）->RBT（滾筒臺架試驗）->MNT（維護模式、服務和診斷功能）小結：具體可查閱VDA305。#05

Split-EPB雙控EPB汽車里面的駐車其實是有兩套系統(tǒng)，見下圖。一套是作用在汽車動力傳動系統(tǒng)上，通過駐車棘爪卡住駐車齒輪，從而實現(xiàn)減速箱的傳動軸鎖止，這個就是傳統(tǒng)意義的P擋。原來的P擋主要通過換擋桿連接棘爪來推動駐車，是一種機械方式，現(xiàn)在漸漸演變?yōu)橥ㄟ^電機來推動駐車，這就是電子駐車鎖止（EPL）。一套是作用在汽車剎車系統(tǒng)上，通過制動盤與剎車片形成的摩擦力來實現(xiàn)駐車制動，原來的手剎是機械手剎，通過手剎手柄來拉緊制動盤，現(xiàn)在漸漸演變?yōu)橥ㄟ^電機來拉緊制動盤，這就是電子手剎（EPB）。這兩套駐車系統(tǒng)在傳統(tǒng)燃油車具有自動擋的車里面一直是并行使用，因為他們作用的部件和實現(xiàn)駐車的原理是不一樣的，能很好的起到冗余的作用。當其中一套駐車系統(tǒng)失效時，另一臺駐車系統(tǒng)仍然可以發(fā)揮作用，從而保證車輛駐車安全。這個優(yōu)良的傳統(tǒng)到了新能源汽車的發(fā)展階段就不一樣了。受限于機械P檔鎖止布置和成本因素,取消P檔鎖止機構的趨勢明顯智能化的發(fā)展，要求行車制動冗余備份這種情況下，采用分邊控制，具有較大成本優(yōu)勢