线控机械制动系统关键技术分析

线控机械制动系统关键技术分析

发表时间：2019-11-11T16:19:48.690Z 来源：《基层建设》2019年第22期作者：兰阳飞

[导读] 摘要：近年来，经济的发展，促进我国科技水平的提升。随着科技的进步，促进着无人驾驶、智能网联车辆技术的不断发展、学科交叉的深度融合，对于车辆各个子系统的研究也都提出了新的要求。

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摘要：近年来，经济的发展，促进我国科技水平的提升。随着科技的进步，促进着无人驾驶、智能网联车辆技术的不断发展、学科交叉的深度融合，对于车辆各个子系统的研究也都提出了新的要求。其中动力及传动系统、制动系统、转向系统、悬挂系统都需要进一步的应用新技术来更好的达成车辆设计目标。作为未来制动系统的终极形式之一，线控机械制动系统（EMB）具有很高的研究价值，未来EMB 会为车辆制动系统带来巨大的变革，且会为车辆的智能控制提供良好的条件。本文就线控机械制动系统关键技术展开探讨。

关键词：线控机械制动系统；电子制动踏板；制动力矩分配

引言

汽车安全技术的研究与开发是当今世界汽车技术的重要发展方向。汽车制动系统对车辆的安全行驶起着至关重要的作用。采用线控技术构建有关汽车安全性能的电子控制系统，可极大地提高驾驶的安全性、可靠性和稳定性，已成为汽车技术的发展方向。

1线控制动系统概述

线控制动系统(BBW)是一系列智能制动控制系统的集成，提供诸如ABS、车辆稳定性控制、牵引力控制等现有的制动系统的功能，并通过车载有线网络把各个系统有机的结合成一个完整的功能体系。它不同于传统的汽车制动系统，其特点是:以电子元件代替部分机械元件，机械连接少，制动踏板和制动器之间动力传递分离，取而代之的是电线连接，电线传递能量，数据线传递信号，并在电子控制系统中设计编写相应的程序，通过对电控元件的操控实现制动力的分配及大小调节，可方便地实现ABS及ASR等功能。原有的制动踏板采用一个模拟发生器替代，用以接受驾驶员的制动意图，产生、传递制动信号给控制和执行机构，并根据一定的算法模拟反馈给驾驶员。BBW将是继ABS之后汽车制动系统的又一次重大变革，对汽车技术的进一步发展具有极其重大的意义。从常规制动系统的供能装置、控制装置、传动装置、制动器4个组成部分的发展历程来看，都己经不同程度地实现了电子化。人作为整个控制系统的控制源，输出控制信号、启动制动系统、发出制动意图;制动能源来源于蓄电池或其他供能装置;线控制动系统采用全新的电子制动器和集中控制的电子控制单元(ECU)进行系统的整体控制，每个制动器都有各自的控制单元。目前，根据供能装置的不同，线控制动系统分为两种类型，一种是电液制动系统EHB，另一种是电子机械制动系统EMB。电液制动系统是将电子系统与液压系统相结合的制动系统。EHB由电子系统提供柔性控制，液压系统提供制动力，是从传统制动系统到电子制动系统的过渡;而电子机械制动系统(EMB)则以电能作为制动能量来源，由电机驱动制动钳块，整个系统内没有液压管路，因此也就没有制动液体。传统制动系统中的液压油或空气等传力介质完全由电能所取代。就目前BBW的发展状况而言，EHB是实现汽车线控制动的第一步，EMB则是未来线控制动系统的主要发展方向。

2 EMB系统的特点

其特点具体表现为以下几点：（1）重新定义了车辆制动系统结构组成。包括触发机构、传递机构以及制动执行器都发生了不同程度的变革。（2）制动响应快。由于触发机构及制动执行器都使用车载网络进行通信，比传统的机械和液压制动装置要快，从而反映到制动过程中就可以很大程度上缩短了制动响应时间。（3）易于与其他控制模块进行集成，由于线控机械制动系统采用模块化理念，各个系统之间都可以衔接在同一个芯片上进行集成。（4）需要进行系统冗余设计，不论是物理冗余设计或是软件冗余设计，其容错设计是当下急需解决的问题。

3关键技术分析

3.1车用42V电源系统开发

BBW的每个轮子需由42V电源提供的电动作动器实现制动，因为一个盘式制动器大约需要1kW的驱动能量，目前车辆12V电源系统无法提供足够大的能量。此外，采用42V供电系统将有利于电动执行装置的优化设计。由于42V电源系统将使用整合式起动马达兼发电机，车辆制动动能得以有效回馈，当紧急制动时可减少制动系统所需消耗的动能。虽然使用42V电源为未来汽车发展创造了有利条件，但随之带来的问题却是必须解决的。采用42V电压，必须考虑电压升高后带来的绝缘、耐压、电磁噪声、电化学腐蚀以及电弧放电等问题。

3.2制动踏板模块相关研究

作为直接反映驾驶员驾驶意图的操作机构，电子制动踏板、转向盘及加速踏板的意图识别研究需要进一步提高。在不同工况下,需要准确及时的识别出驾驶员的驾驶意图，其中不仅包括对于不同工况的单一意图识别，还包括制动、转向及加速意图的混合融合识别。同时，传统车辆在制动及转向时会有一定的踏板力反馈及转向盘力反馈，因此线控机械制动踏板还需要设置制动踏板感觉模拟器。因此当下对于电子制动踏板模块的研究主要集中于制动意图识别及踏板感觉模拟器上面。

3.3基于时间触发网络协议的高速容错实时总线

BBW系统是一个安全关键性分布式实时控制系统，为满足BBW系统的高可靠性和安全性要求，车载网络协议必须是高速率、可靠和支持容错的，同时还必须满足消息传输时间是实时和确定性的，以完成有严格时序和参数定时刷新等实时性要求很高的控制任务。因此，对车载网络协议有非常严格地要求，必须满足消息传输时间是实时和确定性的，以使控制网络完成有严格时序和参数定时刷新等实时性要求很高的控制任务;同时网络协议还必须是高速率、可靠和支持容错的。

3.4车辆状态参数预测研究

对于车辆制动力矩分配策略方面，需要同时用到许多变量的数据，且有些变量如车辆质心车速、轮胎纵向制动力、轮胎横向制动力、车辆质心侧偏角、轮胎侧偏角、制动器制动力等都需要进行准确的测量，才能够实时准确高效的控制车辆动作。但是由于汽车企业制造成本的限制，且对应有些变量的传感器价格昂贵，因此在不同工况下对于这些变量的准确预测则变得相当重要。

4线控制动系统的发展方向及前景

现代汽车的发展方向是模块化、集成化、机电一体化，EMB的出现正是这一潮流的体现。EMB是现在汽车制动系统发展的方向。但是由于能源、成本、可靠性等问题EMB现在还无法批量生产。EHB是EMB的先期过渡产品，它和EMB相比有如下优点:(a)不需要车轮制动器附近的额外空间，也不会额外增加重量。(b)为降低能耗，经过良好设计的14电源能充分满足要求。(c)在紧急情况下，制动主缸的压力还可