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汽车制动电子控制系统介绍及发展 汽车制动系统是汽车主动安全的重要组成部分 ，直接影响汽车的安全性，目前的轿车均采用液 压制动控制系统。 本文主要介绍了目前轿车制动控制系统的发展现状及未来的发展趋势 。 广州本田汽车有限公司研究开发中心陈金华 制动系统是汽车的一个重要组 成部分 ，它直接影响汽车的安全 性， 并完成了汽车 “ 行驶” 、“ 转向” 、 “ 停车”三个最基本机能之一。随着 高速公路的迅速发展及车流密度的 日益增 大 交 通事 故也不断 增加 。 据有关资料介绍，在由于车辆本身 的问题而造成的交通事故中，制动 系统故障引起的事故为总数的 4 5 。可见，制动系统是保证行车安 全的极为重要的一个系统 。 以 l 9 7 0年使用的制动防抱死 系统为开端 ，汽车厂家与零部件厂 家不断开发并商品化了电子制动力 分配系统 、驱动防滑控制系统、电 子刹车辅助系统、电子稳定程序等 2 4 l -中 国 汽 车 嘲 造2 。 。 7 新 年 专 刊 有效制动控制系统 。 汽车制动 电子控制系统 1、汽车制动防抱死系统 ( a n t i l o c k br e k e s y s t e m， 简称 a b s) 汽车在制动过程中，当车轮的 滑移率在 2 o 一 3 o 左右时，可以 获得最大的制动力 ( 如图一所示 ) 。 由图可以知，滑移率越小，横 向附着系数越大，但是当车轮滑移 率大于 时，纵向附着系数反而会 降低，同时横向附着系数也会急剧 下降，此时车辆将处于不稳定的状 态，因此希望将车轮滑移率控制在 图中的稳定区域。而当车轮完全抱 死时，其横向附着系数几乎为零 ， 完全失去了承受侧向力的能力。当 这种现象发生在前轮时，汽车将会 失去转向能力；如果发生在后轮 汽车将会发生尾部侧滑，失去稳定 性。将滑移率保持在最佳值 o p t 附近的稳定区域就是 ars的主要 控制 目标。 如图二所示，ab s系统主要由 三部分组成，即轮速传感器、电子 控制总成以及液压控制总成。 轮速传感器是 abs系统中非 常重要的组成部件 ，它的作用是向 电子控制总成及时的提供可靠、准 确的车轮转速信息。轮速传感器的 类型可分为电磁式、霍尔式以殛磁 维普资讯 阻式。由于电磁式存在速度响应范 围窄、抗干扰能力较差及不能识别 车轮的转动方向等缺点，现在 a bs 系统越来越多的使用霍尔式或磁阻 式轮速传感器，从而消除了电磁式 轮速传感器的不足 。 电子控制总成 ( e c u) 具有运 算控制功能，即接受轮速传感器送 来的信号，计算车轮速度、滑移率 以及车辆速度 ，并依靠这些数据， 按照一定的算法预测车轮是否将要 抱死，如果车轮有抱死的倾向，则 向液压控制总成发出指令，降低制 动油压 ，从而防止车轮抱死。除此 之外，ecu还具有系统检测功能， 即当 e cu监测到系统工作不正常 时，会自动中止abs系统的工作 ， 同时点亮ab s警示灯，此时传统的 制动系统照常工作 ，不受影响。 液压控制总成布置在主缸和轮 缸之阃，其作用是接受从电子控制 总成发出的控制指令 ，驱动电磁 阀、泵、电机等压力调节装置 ，对 各车轮的制动压力进行增压、减压 或保压等操作。 2、电于制动力分配系统 ( e l e c t r i c b r a k e f o r c e di s t r i b u ti o n ，简称 e b d ) e b d是a b s的辅助功能，其作 用是调节前轴和后轴之间的制动力 图一 附着系数与滑移率关系图 穗 定 区 不 穗 定 区 般向 莆慕： ； 麟 着 l慕 分配。当汽车制动时，电子控 制单元根据接收到的轮速、载 荷等信号，经处理后向电磁阀 和轴荷调节器发出控制指令， 使各轴的制动力得到合理分 配。e b d在汽车制动时即开始 控制制动力，而ab s则是在车 轮有抱死倾向时才开始工作。 ebd的优点在于在不同的路 面上都可 以获得 最佳制动效 果，缩短制动距离，提高制动 灵敏度和协调性，改善制动的舒适 性 。 3、驱 动 防 滑 控 制 系统 ( t r a c t i o n c o n t r o i s y s t e m， 简称 t 0 s ) 当汽车在不良路面，特别是在 冰雪或泥泞路面起步以及急加速 时，由于驱动力过大将会出现驱动 轮打滑。一般希望驱动轮的滑移率 控制在 2 0 左右，这样不仅可获得 最大的驱动力，还可以承受一定的 侧向力，这种对驱动轮滑移率进行 控制的系统称为t cs系统，它是在 ab s基础上发展起来的。它不仅需 要对制动液压控制总成装置进行扩 展，而且还需要发动机电子管理系 统进行配合。 大多数汽车中，t c s与ab s都 是共用一个 e cu，只是增加了t c s 的运算、监测和控制模块。如发现 汽车驱动轮的滑移率超过 了设定 值 ，t cs系统将对执行装置 发 动机节气门调节装置和驱动轮制动 压力调节装置发出相应的控制调节 指令，使车轮的滑移控制在一定的 范围内，改善车辆行驶方向的稳定 性 和操 控性 。 4、 电子 刹 车 辅 助 系 统 ( e i e c t r o n i c b r a k e a s si s t， 简称 e b a ) eba是利用传感器感应驾驶 者对制动踏板踩踏的力度与速度大 小，然后通过电脑判断驾驶员的刹 车意图，如属于非常紧急的制动， e ba此时就会指示制动系统产生更 高的油压使ab s发挥作用，从而使 制动力快速产生，减少制动距离 ； 而对于正常情况刹车 ，e b a则会通 图=a b s系统组成图 板 图三 制动 加速度与踏 板力关系 2 0 。 7 新 年 专 刊中 国 汽 车 和 随-i 2 5 维普资讯 过判断不予启动 a bs 。 eb a 系统 的效果 可 以用快速 踩制动踏板时踏板力与制动减速度 的关系表示。如图三所示。 由图可知，与没有e b a系统的 汽车相比较，在同样大小的踏板力 下，有e b a系统的汽车产生的减速 度大；另一方面，减小制动踏板力 时制动减速度也相应的降下来 ，这 表明松开制动踏板时制动器效率也 降下来，对驾驶员来说，与一般的 踩刹车踏板时的感觉一样。 5 、 电 子 稳 定 程 序 ( e i e ct r o n i c s ta b i i i t y p r o g r a m，简称 e s p ) e s p是通过调节车轮纵向力大 小及匹配来控制汽车的横摆运动 ， 使汽车具有良好的操控性和方向稳 定性的主动安全控制系统。es p的 原理是通过不同传感器实时监控驾 驶者转弯方向、 车速、 油门开度、刹 车力、车身倾斜度以及侧倾速度 ， 并以此判断汽车正常安全行驶和驾 驶者操纵汽车意图的差距，当两者 之 间 的差值超 过 了一定的 限值 时 ， 则 e s p系统会按一定的控制逻辑对 车轮的纵向力大小进行相应的控制 和调节，使作用在汽车上的横摆力 矩发生变化，从而使得汽车的实际 运动状态更接近汽车驾驶员所期望 的 运动状 态 。 2 6 j -中 国 汽 车 啊 造2 。 。 7 新 年 专 刊 e s p 具有三大特点： 实时监控：es p能够实时监控 驾驶者的操控动作、路面反应 、汽 车运动状态 ，并不断向发动机和制 动系统发出指令。 主动干预：es p可主动调控发 动机的转速 ，并调整每个轮子的驱 动力和制动力，从而修正汽车的过 度转向或转向不足。 事先提醒：当驾驶者操控不当 或路面发生异常时，e s p则会用警 示灯提醒驾驶者注意。 当汽车在弯道行驶时 ，如果汽 车行驶轨迹和驾驶员所期望的不一 致，则es p会通过制动压力的干预 或者发动机输出转矩的调节 ，来改 变汽车的运动状态。 ( 1 )当汽车的实际转弯半径小 于驾驶员所期望的转弯半径时，汽 车有过度转向倾向，此时e s p在汽 车 的前 外轮 施加一个制动力 ，从 而 对汽车产生一个横摆回正力矩 ，而 且随着制动力的增加，作用在此车 轮上的侧向力回相应减少。从而产 生另一个横摆回正力矩。汽车在这 两个附加回正力矩的作用下回到驾 驶员所期望的轨迹上来。 ( 2) 当汽车有不足转向时 ， e s p有两种干预方法。一种是在汽 车后内轮施加一个制动力，使汽车 的横摆运动加剧 ，让汽车返回到驾 驶员所期望的轨迹上 ；另一种就是 减小发动机输出转矩 ，相应驱动力 也随之减小 ，汽车将作减速运动。 此时前轴的法向力增大，后周侧向 力减小 ，从而加剧汽车的横摆运 动，使汽车的实际运动状态更接近 驾驶员的期望值 ，提高汽车的方向 稳定性。 现代汽 车镧 动 电子控镧 系 统的发晨 随着车辆安全性的 日 益提高 ， 车辆制动系统也历经了数次变迁和 改进。近年来，伴随着电子技术及 控制技术的发展，汽车厂家及零部 件厂家开始了对车辆线控系统 ( x by wi r e)的研究，线控制动系统 ( br a k e by wi r e)也由此应运而 生。 b r a k e b y wi r e 系统是指一系 列智能制动控制系统的集成 ，提供 如 a b s 、 e b d、 t c s 、 e b a及 e s p等 现有制动系统的功能，并通过车载 局域网络把各个系统有机地结合成 一 个完接的功能体系。采用一个模 拟发生器替代原有的制动踏板，用 以接受驾驶员的制动意图，控制和 执行机构则接受模拟发生器产生、 传递的制动信号，并根据一定的算 法 ，将结果反馈给驾驶员。故车辆 线控制动系统具有以下 的技术特 征 ： 1 、两套控制系统所组成，即制 动操纵机构和执行机构，它们之问 只有电信号的传递，没有机械装置 的连接和机械能量的传递； 2、驾驶员的制动指令由传感 器感知，并以电信号的形式传递给 电子控制器及执行机构； 3 、执行机构使用外来能量完 维普资讯 成制动指令及相应的任务 ，其执行 过程和结果受电子控制器的监测和 控制 。 由于技术发展程度 的局 限 ，目 前主要有 2种形式的br a k e by wi r e 系统，即e h b和e mb。 e h b( e l e c t r o h y d r a u l i c b r a k e ) ， 即线控液压制动器 ，是在传统的液 压制动器基础上发展而来的。操纵 机构用一个电子式制动踏板替代了 传统的液压制动踏板 ，取消了体积 庞大的真空助力器。这种集成电子 踏板传感器能精确地感知驾驶人员 控制踏板的轻重缓急，并转换为电 信号传递给电子控制单元，高压液 压控制单元则会根据不同的驾驶工 况自动调节车轮的制动压力。这一 系统缩短了反应时间，也避免了液 压机械制动系统作用反力引起的震 动而导致驾驶者不 自觉地减小制动 力的危险。执行机构用一个综合的 制动模块取代传统制动器中的压力 调节器和 ab s模块 ，这个综合制动 模块包含电机、泵、蓄电池等部件， 它可以产生并储存制动压力，并可 分别对 4个轮胎的制动力矩进行单 独调节 。 与传统 的液压制动 器相 比， e hb有了显著进步 ： ( 1)结构紧凑，改善了制动效 能； ( 2)控制方便可靠 ，制动噪声 显著减小 ； ( 3)不需要真空装置 ，有效减 轻了制动踏板的打脚，提供了更好 的踏板感觉 ； ( 4)由于模块化 程度的提 高 ， 在车辆设计过程中又提高了设计的 灵活性 ，减少了制动系统的零部件 数量。节省了车内制动系统的布置 空间。 但是 e h b还是有其局限性，整 个系统仍然籍要液压部件，离不开 制动液。 旱在 1 9 9 3 年，f o r d公司就有 一 款电动汽车采用了e h b，后来通 用公司在其一款轿车上也采用了 e hb制动系统。 如果把 e h b称为 “ 湿”式 br a k e b y wi r e 系统，那么e mb ( e l e c t r o me c h a n i c a l b r a k e ) 就 是 “ 干”式b r a k e b y wi r e 系统。e mb 和 e hb以及hb的最大区别在于它 不再需要制动液以及液压部件，制 动力完全是通过安装在 4 个车轮上 的由电动机驱动的执行机构产生。 由于相应可以取消很多现有部 件 ，大大减轻了系统的质量，便于 对车辆底盘进行综合主动控制。其 突出的优点是： ( 1)不需要制动管路，从而降 低了制造成本和安装布置的难度， 制动效能得到提高，并且制动效能 稳定 ； ( 2)不需要制动液 ，降低了成 本并且保护环境 ； ( 3)便于融入到车辆综合控制 的网络中( ca n总线) ； ( 4)减少了部件数量，降低了 对空 间的 占用 ； ( 5)制动踏板只提供参考输 入 ，不直接作用于制动系统之上 ， 便于改善踏板性能。 从2 0世纪 9 o年代开始 ，一些 著名的汽车电子零配件生产厂商 ， 如 de l p h i 、bo s c h 、s i e me n s 以及 co n t i n e n t a l t e v e s 等相继开始了对 e mb电控机械制动器的研究，并作 过一些相应的系统仿真和装车试 验。图六、七是de l p h i 公司开发的 e mb的结构及实物图。 图六 e mb结构图 图七 e mb实物图 总 结 ab s 、e b d、t c s等技术成熟、 成本较低的制动电子控制系统在汽 车中已经得到了大量的应用，大大 的提高了汽车的主动安全性能。 随着电子传感器技