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當前車輛對制動性能的要求越來越高，傳統(tǒng)制動系統(tǒng)由于結(jié)構(gòu)和原理的限制在提高制動性能方面潛力有限，電子液壓制動系統(tǒng)(EHB)作為一種新型的制動系統(tǒng)彌補了傳統(tǒng)制動系統(tǒng)的不足，可以很大限度地提高車輛制動性能。 隨著高等級公路的增多和汽車平均車速的提高，如何能讓高速行駛的車輛在盡量短的制動時間和制動距離內(nèi)，安全、穩(wěn)定地進行制動減速以及停車，已成為急需解決的問題。制動系統(tǒng)作為汽車行駛安全的保證，經(jīng)過了幾十年的發(fā)展研究，開發(fā)出了多種多樣的制動系統(tǒng)并投入實車使用，取得了比較滿意的效果。但傳統(tǒng)制動系統(tǒng)由于結(jié)構(gòu)及原理的限制，即使附加了ABS等防抱制動控制系統(tǒng)，也無法實現(xiàn)最大限度的最佳制動力控制。 2000年12月，德國大陸集團證明，一輛以100km／h速度行駛的緊湊型轎車，在30m的距離內(nèi)停下來是可能的。而當時采用傳統(tǒng)制動系統(tǒng)車輛最好的成績是37～42m。2001年秋，一輛概念車在接近現(xiàn)實的情況下獲得了成功，它應(yīng)用了多種當時正處于研發(fā)階段的技術(shù)，其中就有電控液壓制動系統(tǒng)EHB(Electronic Hydraulic Brake)。 EHB是一種線控制動(brake-by-wire)系統(tǒng)，它以電子元件替代了部分機械元件，制動踏板不再與制動輪缸直接相連，駕駛員操作由傳感器采集作為控制意圖，完全由液壓執(zhí)行器來完成制動操作，彌補了傳統(tǒng)制動系統(tǒng)設(shè)計和原理所導致的不足，使制動控制得到最大的自由度，從而充分利用路面附著，提高制動效率。 EHB系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀 作為一種較為新型的制動系統(tǒng)，EHB發(fā)展時間較短，但發(fā)展前景廣闊，各大汽車廠商和研究機構(gòu)都在積極的開發(fā)這一系統(tǒng)。 1994年，Analogy公司用Saber仿真模擬的方法，開發(fā)出了一套EHB的控制系統(tǒng)。1996年，博世公司對其開發(fā)的EHB系統(tǒng)進行了實車試驗，得到了滿意的效果，該系統(tǒng)后來在實際應(yīng)用中也取得了巨大的成功，在縮短制動距離以及保證車輛穩(wěn)定性方面效果明顯。天合、德爾福、大陸特威斯等公司也相繼開發(fā)出了類似的EHB系統(tǒng)，并于2000～2002年前后獲得了一系列的專利。 2001年9月，裝備了博世傳感制動控制(Sensotronic Brake Control)系統(tǒng)的奔馳SL新型跑車在法蘭克福國際汽車展上首次展出，2002年該系統(tǒng)裝備于新型的奔馳E級車上，2003年裝備于Estate型車上，同年，博世首次推出了加裝在奔馳E-Class 4matic型車上的四輪驅(qū)動SBC，這也是EHB系統(tǒng)首次應(yīng)用于系列化生產(chǎn)的汽車。韓國萬都公司、大陸特威斯公司、天合公司等都在EHB系統(tǒng)的開發(fā)中取得進展，并開始為通用、福特、戴姆勒?克萊斯勒公司等汽車廠家供貨。 EHB系統(tǒng)的優(yōu)點 傳統(tǒng)制動系統(tǒng)如圖1所示，制動主缸與制動輪缸通過制動管路相連，制動壓力直接由人力通過制動踏板輸入，而真空助力器作為輔助動力源也要受到發(fā)動機真空度的限制。這種結(jié)構(gòu)特點限制了制動壓力建立、各輪制動力的分配以及與其它系統(tǒng)的集成控制等，在進一步提高制動效果方面潛力有限。 圖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力，彌補了傳統(tǒng)制動系統(tǒng)設(shè)計和原理所導致的不足，具有許多傳統(tǒng)制動系統(tǒng)無法比擬的優(yōu)越性： 1．在傳統(tǒng)制動系統(tǒng)中，在緊急制動或長時間制動后，系統(tǒng)部件特性可能發(fā)生變化，進而影響制動性能，采用EHB控制系統(tǒng)，部件機械特性的變化可由控制算法進行補償，使制動壓力等級和踏板行程始終保持一致。 2．由于蓄能器壓力等級很高，高壓制動液通過高速開關(guān)閥的控制進入制動輪缸，制動過程平順柔和。在緊急制動工況下，制動壓力上升梯度大，能達到的制動壓力也更高。制動蹄(鉗)對制動鼓(盤)的制動壓力通過輪缸壓力傳感器的反饋進行精確調(diào)節(jié)，消除制動噪聲。 3．傳統(tǒng)制動系統(tǒng)的制動特性無法隨意改變，而EHB系統(tǒng)通過分析駕駛員意圖，判斷不同的制動行為，并提供最合理的壓力變化特性。 4．傳統(tǒng)制動系統(tǒng)只能在一定程度上實現(xiàn)前后制動壓力的分配，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)不同的路面上制動時效果顯著。 5．傳統(tǒng)的采用真空助力器的制動系統(tǒng)助力能力受發(fā)動機轉(zhuǎn)速和負荷的影響，而EHB系統(tǒng)的制動能力不受發(fā)動機真空度影響。 6．由于制動傳感器探測的是踏板的運動速度和踏板的行程，電控單元據(jù)此進行制動壓力調(diào)節(jié)，制造商可以根據(jù)不同的車型以及對駕駛者駕駛習慣的統(tǒng)計，僅僅通過更改控制算法和踏板感覺模擬器提供給駕駛者不同的踏板感覺，使得EHB的可移植性好。 7．傳統(tǒng)制動系統(tǒng)在進行ABS工作時，制動管路內(nèi)的壓力波動，使制動踏板出現(xiàn)振動現(xiàn)象，缺少經(jīng)驗的駕駛者往往會因此而不自覺的減少踏板力，從而影響制動效果。EHB由于踏板與制動管路不直接相連而徹底解決了這一問題，不但可以保證各個車輪不會抱死，而且解除制動迅速，制動過程安全、高效，對動力損失影響極小。 除了能夠?qū)崿F(xiàn)傳統(tǒng)制動系統(tǒng)所能實現(xiàn)的基本制動、ABS等基本功能外，EHB還能實現(xiàn)其他更為優(yōu)秀的輔助功能。 8．當車輛在雨天或濕滑路面上行駛時，根據(jù)風窗玻璃刮水器的動作，EHB系統(tǒng)可以在固定間隔時間發(fā)出微弱的制動脈沖，清干制動摩擦片上的水膜，以消除制動器的水衰退現(xiàn)象，保證可靠的制動。 9．大部分駕駛員在遇到緊急情況時，在施加制動力時會出現(xiàn)猶豫、施加踏板力不足，導致危險情況的發(fā)生。EHB通過正確識別駕駛員意圖，對制動力(由踏板行程以及踏板加速度來辨別計算)加以調(diào)整，以避免制動力不足。 10．在需要保持駐車狀態(tài)時，可以使系統(tǒng)對車輪施加一定的制動力，即使駕駛者松開制動踏板依然能對車輪產(chǎn)生一定的制動壓力，減輕駕駛者的負擔，提高駕駛舒適性，實現(xiàn)電子駐車控制EPB(Electric Parking Brake)。 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，通過電控單元的分析計算做出判斷，駕駛者只需控制油門踏板，一旦把腳從油門踏板上挪開，EHB系統(tǒng)會自動施加一定的制動力以減速停車。這樣，駕駛者就不需要在油門踏板和制動踏板之間頻繁的轉(zhuǎn)換。 EHB系統(tǒng)的組成及工作原理 如圖2所示，EHB系統(tǒng)主要由制動踏板單元、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。 1．制動踏板單元 包括踏板感覺模擬器、踏板力傳感器或／和踏板行程傳感器以及制動踏板。踏板感覺模擬器是EHB系統(tǒng)的重要組成部分，為駕駛員提供與傳統(tǒng)制動系統(tǒng)相似的踏板感覺(踏板反力和踏板行程)，使其能夠按照自己的習慣和經(jīng)驗進行制動操作。踏板傳感器用于監(jiān)測駕駛員的操縱意圖，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)電子制動踏板單元。 2．液壓控制單元(HCU) 制動壓力調(diào)節(jié)裝置用于實現(xiàn)車輪增減壓操作，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部分： 獨立于制動踏板的液壓控制系統(tǒng)一該系統(tǒng)帶有由電機、泵和高壓蓄能器組成的供能系統(tǒng)，經(jīng)制動管路和方向控制閥與制動輪缸相連，控制制動液流入／流出制動輪缸，從而實現(xiàn)制動壓力控制。 人力驅(qū)動的應(yīng)急制動系統(tǒng)一當伺服系統(tǒng)出現(xiàn)嚴重故障時，制動液由人力驅(qū)動的主缸進入制動輪缸，保證最基本的制動力使車輛減速停車。 平衡閥一同軸的兩個制動輪缸之間設(shè)置有平衡閥，除需對車輪進行獨立制動控制的工況之外，平衡閥均處于斷電開啟狀態(tài)，以保證同軸兩側(cè)車輪制動力的平衡。 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)測車輪運動狀態(tài)、輪缸壓力的反饋控制以及不同溫度范圍的修正控制等。 圖5所示為博世公司發(fā)布的一種關(guān)于EHB系統(tǒng)的專利，系統(tǒng)帶有踏板感覺模擬裝置，一套采用液壓伺服控制的行車制動系統(tǒng)和一套人力操縱的應(yīng)急制動系統(tǒng)，其中，液壓伺服系統(tǒng)控制四個車輪的壓力，而人力應(yīng)急制動系統(tǒng)只能控制兩個前輪。系統(tǒng)共有14個電磁閥，均為二位二通閥。 正常的行車制動中，當制動燈開關(guān)被觸發(fā)時，電控單元判定制動發(fā)生，由踏板行程傳感器感知駕駛員制動意圖，進而通電關(guān)閉隔離閥，在人力作用下從制動主缸輸出的制動液進入踏板感覺模擬器，使駕駛員產(chǎn)生與操作傳統(tǒng)制動系統(tǒng)時相同的感覺。 車輪制動所需的能源由動力源提供，經(jīng)主供油管路送往各輪缸，輪缸進油閥和出油閥可以實現(xiàn)各輪缸壓力控制。同軸兩輪缸間各設(shè)有一個平衡閥，用于在常規(guī)制動時保持兩側(cè)車輪制動力的協(xié)調(diào)。 EHB的控制 EHB所要實現(xiàn)的制動動作分為基本制動和控制制動。 所謂基本制動，是指駕駛者根據(jù)自己的意圖，施加或大或小的踏板力，控制車輛的減速度并保證他所期望的行駛方向，踏板力的值還達不到使車輪抱死的程度。而此時的EHB系統(tǒng)要充分反應(yīng)駕駛者的意圖，給予車輪駕駛者所期望的制動力。 控制制動則指在必要的附加干預下施行的制動。即當駕駛者欲對車輛采取緊急的全力制動，而大力并快速地踩下制動踏板時，EHB系統(tǒng)就應(yīng)該識別出這一要求，在給予車輪足夠大的制動壓力的同時，對車輪上的制動壓力進行控制以防止車輪抱死、車輛的制動穩(wěn)定性下降等情況的出現(xiàn)。 EHB系統(tǒng)還可以融合多種車輛控制系統(tǒng)：當車輛在低附著路面起步或加速時以及車輛從高附著路面行駛到低附著路面時，系統(tǒng)集成驅(qū)動防滑功能；在車輛轉(zhuǎn)彎時，EHB系統(tǒng)通過車輪制動實現(xiàn)車輛穩(wěn)定性控制；此外，前述的自動清水功能、電子輔助制動功能、電子駐車制動功能等均屬于控制制動。 EHB系統(tǒng)具有傳統(tǒng)制動系統(tǒng)無法比擬的優(yōu)越性，但EHB系統(tǒng)仍然采用電液控制方式，嚴格意義上說并不是純粹的線控制動系統(tǒng)，與電子機械制動系統(tǒng)EMB相比，EHB系統(tǒng)在當前技術(shù)更加成熟，因而在短期內(nèi)有極佳的發(fā)展前景。 |
