汽车线控制动技术

作者：武汉理工大学汽车学院 许伍洲 张兴旺

欢迎访问e展厅 展厅 3 传动/转向/制动系统展厅 变速箱, 离合器, 制动系统... 随着电子技术，特别是大规模集成电路的发展，汽车制动系统的形式也将发生变化。线控制动与传统的制动相比，在制动效能、安全性、可靠性方面有较大的突破，可以提高制动压力，使制动系统的布置更加灵活，与制动辅助系统的结合性更好，将逐步取代传统的制动方式，使实现汽车的全电成为可能。 一、传统制动系统 传统制动系包括液压系统（产生制动能量）、控制系统（产生制动动作，控制制动效果，如制动踏板机构等）、传动装置（将制动力传递到制动器的各个部件，如制动主缸、轮缸和液压管路）和制动器（完成制动作用的部件，如制动盘、制动毂、制动蹄等），现代汽车上的制动系还包括助力系统、制动力调节装置（各种阀体）和报警装置等。如图1 所示装有真空助力的制动系统，能够达到有效的制动力，可以减轻驾驶员的踏板力，使制动变得轻松。同时由于道路条件的不同，汽车载荷不同，实施制动的作用力也不同，因此在多数情况下很难获得最合适的制动效应，特别是在紧急制动时，很容易产生侧滑现象，现在广泛使用制动防抱死系统（ABS），使安全性进一步提高。 二、线控制动系统 BBW传统车辆制动系统的气体或液体传输管路长，阀类元件多。对于长轴距或多轴车辆及远距离控制车辆，由于管线长及速度慢，易产生制动滞后现象，制动距离增加，安全性降低，而且制动系统的成本也较高。与传统的制动系统不同，线控制动以电子元件代替部分机械元件，成为机电一体化的制动系统。在电子控制系统中设计相应程序，操纵电控元件来控制制动力的大小及制动力的分配，可完全实现使用传统控制元件所能达到的ABS及ASR等功能。 线控制动系统目前分为两种类型，一种电液制动系统EHB （Electro-hydraulic Brake）， 另一种为电子机械制动系统EMB（Electro-mechanicalBrake）。 （一）电液制动系统 EHB由传感器、ECU（电子控制单元）及执行器（液压控制单元）等构成。制动踏板与制动器间无直接动力传递。制动时，制动力由ECU 和执行器控制，踏板行程传感器将信息传给ECU，ECU汇集轮速传感器、转向传感器等各路信号，根据车辆行驶状态计算出每个车轮的最大制动力，并发出指令给执行器的蓄能器来执行各车轮的制动。高压蓄能器能快速而精确地提供轮缸所需的制动压力。如图2 所示。 电液制动系统的优点是能够改善系统的性能和操作人员的舒适性。制动阀可安装在远离驾驶室更接近于制动器的位置，以减少管路的消耗。无需采用更多的液压阀及管路就能使远程操作更容易。将电液技术引入全动力系统，需要安装带有踏板角度传感器的电子踏板、电控单元、阀驱动器及电液制动阀以取代原有的连接和压力制动阀。保留原系统中的带有安全阀的泵、蓄能器充液阀、蓄能器及制动器。电子踏板可以提供与踏板转角成比例的反馈力。踏板角度传感器将踏板角度转换为电信号，输入电子控制单元。可编程控制单元将控制电流输入到比例电磁阀的电磁线圈。阀芯移动到所输出的制动压力与电磁线圈力按比例保持平衡的位置。尽管看起来从踏板转换到制动压力更复杂，但可编程的控制单元使系统设计者能够实现机械系统无法达到的更柔性的传递功能。当用于比例系统时，该阀能够为线控制动系统、防抱制动系统及牵引控制系统提供无动力常规制动和紧急制动所需要的液压动力。 博世公司SBC制动系统。线控SBC采用电子控制功能取代了传统制动系统中制动踏板与轮边制动器之间的机械及液压连接，即由电气控制替代了原先的杆系及液压管路连接。SBC 系统在正常的制动过程中，首先由踏板行程模拟器中集成的行程传感器及压力传感器感应驾驶者施加在踏板上制动力的速度及强度，以获得（识别）驾驶者的制动意图；然后SBC计算机根据系统电气线路传输来的感应信号计算出各车轮所需的制动力；接着，液压执行单元根据SBC计算机输出的控制指令通过高压蓄能器分别向各车轮精确施加所需的制动力，使得车辆更快速、更稳定地制动或减速。 （二）电子机械制动系统 EMB电子机械制动系统和液压制动系统就制动原理来说是相同的，其车轮和制动装置的主要部分是相同的。只是在电子机械制动系统中，电源代替了液压源，机电作动器代替了液压作动筒。小型车辆的EMB 主要包含以下部分：（1）电制动器。其结构和液压制动器基本类似， 动作器是电动机；（2）电制动控制单元（ECU）。接收制动踏板发出的信号，控制制动器制动；接收驻车制动信号，控制驻车制动；接收车轮传感器信号，识别车轮是否抱死、打滑等；控制车轮制动力，实现防抱死和驱动防滑并兼顾其他系统的控制；（3）轮速传感器。准确、可靠、及时地获得车轮的速度；（4）电源。为整个电制动系统提供能源，与其他系统共用。此外，在电制动系统中增加了力矩传感器。 在电子机械制动装置中，其中一种是通过一个大直径的滚珠螺杆机构将电动机的旋转运动转变成压头的直线运动。如图3所示。制动调节器用来控制电动机的运转。制动调节器接收制动防滑控制盒指令和车轮力矩传感器的信号，可以自动调节电动机的电流和电压，从而调节制动力矩。 电动制动装置中除了采用电动机外， 还可以使用电磁离合器，使制动盘压紧或松开。新型电磁制动器由电磁体1、制动蹄2、销轴3、制动杠杆4、回位弹簧5 等组成，如图4 所示。 其工作原理为：电磁体可视为一E型电磁铁，采用车载电瓶供电，制动鼓相当于衔铁，这样经过气隙形成闭合回路。当需要制动时，接通电磁体上电源，电磁体产生吸力，被吸到制动鼓上并被其带动旋转，从而带动制动杠杆从动端将制动蹄顶开，直至制动蹄上的摩擦片与制动鼓的内圆柱面接触产生摩擦，并被制动鼓带动转动，此时制动杠杆继续被电磁体带动转动，制动鼓在与电磁体、制动蹄的摩擦力的作用下不断减速，直至停止转动。制动完成后，断开电磁体的电源，电磁体失去磁力而脱离制动鼓端面，回位弹簧将制动蹄拉回原位，摩擦片与制动鼓脱离，制动消除。 三、结束语 线控制动系统是一个全新的系统，给制动控制系统带来了巨大的变革，为将来的车辆智能控制提供条件。但是要想全面推广，还有不少问题需要解决，首先是驱动能源问题，将来车辆动力系统需采用高压电，加大能源供应，同时需要解决高压电带来的安全问题。其次是控制系统失效处理，需要一个备用系统保证制动安全。再次是抗干扰处理，车辆在行驶过程中会有各种干扰信号，必须消除这些干扰信号对有效信号的影响。汽车电子制动控制系统将与其他汽车电子系统如汽车电子悬架系统、汽车主动式方向摆动稳定系统、电子导航系统、无人驾驶系统等融合在一起成为综合的汽车电子控制系统，未来的汽车中就不存在孤立的制动控制系统，各种控制单元集中在一个ECU中，并将逐渐代替常规的控制系统，实现车辆控制的智能化。 参考文献 [1] 陆刚.汽车制动控制系统新技术及其未来[J] .电子技术，2005，5. [2] 全国汽车维修专项技能认证技术支持中心编写组.制动系统[M].教育科学出版社， 2004. [3] 林慕义，张文明，宁晓斌.线控制动系统在轮式工业车辆上的实现[J] .机床与液压， 2004.(end)

文章内容仅供参考 (投稿) (4/1/2007)