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必看!一文读懂线控制动系统分类及特点

发布日期:2023-05-18 浏览次数:1675

线控制动系统分类


线控制动系统作为由电子控制的制动系统,其主要特征是取消了制动踏板和制动器之间的机械连接,通过踏板传感器采集驾驶员制动意图或者通过整车通讯网络接收智能驾驶控制器的制动请求,进而由制动控制单元ECU处理电子信号并控制制动执行机构输出制动力。


根据制动执行机构的不同,线控制动系统目前可以分为三种,国内外主要研究的线控制动系统是电子液压制动(EHB)系统、电子机械制动(EMB)系统以及混合线控制动(HBBW)系统,其中尤以EHB系统发展最为成熟,目前已处于量产阶段。混合线控制动(HBBW)系统是电子液压制动EHB系统和电子机械制动EMB系统的集合。


电子液压制动(EHB)系统


电子液压制动(EHB)系统是在传统的液压制动器基础上发展而来的。它的制动主缸和轮缸未直接连接,由电子元件进行间接连接,且由电子踏板来获取得驾驶员制动的意图,是一个先进的机电一体化系统。与传统的液压制动系统相比,EHB系统有了显著进步,其结构紧凑,改善了制动效能,控制方便可靠,制动噪声显著减小,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。



电子液压制动(EHB)系统的结构


汽车电子液压制动系统(EHB)主要由液压控制模块、制动踏板模块、控制单元HCU、制动器、各类传感器等组成。



液压控制模块:主要包括电机、电机泵、蓄能器、单向阀、溢流阀、四套结构相同的增/减压电磁阀等;


踏板制动模块:主要包括制动踏板、踏板力传感器、踏板行程模拟器、主缸、电磁阀、储油杯等组成;


控制单元:接收制动踏板发出的信号、 各类车辆状态信号以及反馈信号等进行综合分析和判断,对进出液电磁阀分别进行调节,通过输入PWM控制信号给高速开关阀从而控制各车轮上的制动压力;


电子液压制动(EHB)系统的原理



工作原理:驾驶员踩下制动踏板,数据采集系统将踏板行程传感器、踏板力传感器的信息汇同车辆的行驶状态(方向盘转角、轮速、车速、横摆角速度等)信息采集到HCU中进行综合分析和判断,当得知系统需要增压时,HCU输出PWM控制信号,对电磁阀进行控制,使进液阀输入流量增大,出液阀输出流量减小,直到达到所需制动压力;当得知系统需要保压控制时,HCU通过 对电磁阀进行控制,使增压电磁阀和减压电磁阀 输出的流量保持不变;当得知系统需要减压时,HCU使进液阀输入流量减小,出液阀输出流量增大,直到所需的制动压力;当某几个高速开关阀控制回路失效时,HCU将切换成应急控制模式, 制动踏板力的液压管路与应急制动管路连通,踏 板力直接通过液压管理加载在制动器上,实现制动。


电子液压制动系统(EHB)的优势


• 电子液压制动系统由电磁阀控制实现四轮独立和准确的压力调节,还具备快速制动响应的反馈;

• 电子液压制动系统取消繁杂的真空助力装置,它的结构更简单,便于整车的布置;

• 电子液压制动系统便于集成TCS、ABS、ESP 相关的辅助制动系统,兼容性强,可达到车联网通信;

• 电子液压制动系统的主缸前和后腔出液口有断开的电磁阀,可有效切断主缸和轮缸的关联,可完成轮缸和主缸的解耦,达到制动能量回收;

• 传统的真空助力器在长时间制动工况下,制动性能会衰退,EHB 系统的可靠性高,衰退慢;

• 电子液压制动系统配置的踏板模拟器具有良好制动的感觉,达到人力制动和助力的制动解耦,可实现主动制动;

• 电子液压制动系统具备失效备份的功能,在系统故障时可实现制动的停车。


电子液压制动系统的缺点(EHB)与改进


可以看出,EHB系统主要对传统刹车系统的动力输入端做了改造,后续的液压部分并未更改。这种集中式的刹车系统仍然不能实现单轮制动力的调节;要实现ESC等功能,仍然需要引入对应的组件。


如果彻底取消刹车踏板与制动轮缸间的机械连接,当电控软件/硬件失效时,则可能无法刹车,酿成事故。因此需要刹车系统备份,一般可以采用ESC系统作为系统备份(two Box),或者仍然在踏板上保留机械连接的分支,在电子系统失效时接通。


EHB系统中仍然保留了较复杂的液压管路,液压系统放大了制动力,相较于后面要介绍的EMB系统,EHB仍然不算“完全体”的线控系统,因此也被视为一种过渡产品。


电子机械制动(EMB)系统


EMB系统完全摒弃了传统制动系统的制动液及液压管路等部件,由电机驱动制动器产生制动力,是真正意义上的线控制动系统。因为无备用的液压或机械系统,电子机械制动系统的可靠性非常关键,其系统需要备用的电源和冗余的通讯链路。电子机械制动系统的控制器选取高可靠度的总线协议,还有控制系统冗余设计。


可以看出,EMB真正实现了制动输入与输出之间的解耦,因此更加便于ADAS/AD系统输入信号,介入对刹车的控制。至于EMB的制动器,可以分为无自增力制动器、有自增力制动器、机电盘式制动器 和机电鼓式制动器等。



电子机械制动系统(EMB)的组成


• 电子制动踏板:电子制动踏板借助踏板上的传感器,其功能是将驾驶员制动意图输入电子控制单元的纽带作用;


• 车载电源:电子机械制动系统的能量来源,其需稳定的电压输出来驱动电机和保证传感器的能量;


• 车载计算机网络:实现制动控制单元和电子控制单元的通讯;


• 制动力分配单元:制动力分配单元是电子控制单元MCU的组成,可对传感器收集到的信息进行合理处理,制定恰当的制动力分配决策,来确保制动时的乘客舒适性和最短的制动距离;


• 制动力执行单元和制动控制单元:控制单元和执行单元构成完整的制动模块。制动模块是由传感器、制动控制器、制动执行器等构成的闭环控制系统;



EMB系统主要由以下3个部分构成:EMB执行机构、中央控制器(以电子控制单元为核心)和制动踏板模块(由制动踏板处的踏板位移传感器和踏板力模拟器构成)。汽车在运行过程中,驾驶员要通过踏动制动实施制动;整个过程中踏板位移传感器感知踏板位置和变化速度等信息,并迅速将所获得的信号传递给制动控制器,控制器根据此信号判断出驾驶员的制动意图,同时综合其他传感器获得的外界和汽车当前所处状态,实时的计算各个车轮所需的最优制动力,来驱动电机做出正确动作。EMB执行机构是将电机的转矩转化为制动垫块与制动盘间的夹紧力,从而实现各车轮的制动。


电子机械制动系统(EMB)的原理



工作原理:电子机械制动系统的工作原理是驾驶员在进行制动操作,将制动踏板信息传递到行车电脑ECU,它综合传感器信息,在经过分析和处理计算后,获得这个时候最佳的目标制动夹紧力,将它传输到制动执行机构。如果电子机械制动系统接收到制动信号后,其控制驱动电机迅速进行响应,并由减速增矩和运动转换机构将初始的电机转动转换为螺母最终的平动,推动制动衬块压紧制动盘完成制动的操作,达到车辆的有效制动效果。


EMB系统相对传统液压/⽓压制动的优势


制动效果


• 响应时间更快,制动距离缩短

• 更佳的⻋辆稳定性动态控制

• 更舒适精准的制动操作,制动时⻋上⼈员舒适度提⾼

• 更好地协同馈电能量回收,提⾼馈电能量回收效率

• 四轮更容易独⽴制动,更便于协同分布式驱动进⾏转向/制动


结构与效率


• EMB是ESC、ADAS、⽆⼈驾驶的最佳选择(综合制动效果与ESC耐久性)

• 便于与轮毂/轮边电机⼀起,集成⼊⻆模块,促进滑板底盘的发展

• 制动系统⼤幅度简化,部件数量减少

• 制动系统硬件成本降低 • 维护,保养更容易 • EMB使得制动系统总体重量下降

• EMB使得制动系统在整⻋中的安装、布置更为简洁

• EMB⽐传统商⽤⻋/⾼铁⽓压制动系统更节能

• 拖滞⼒矩⼤幅下降,减⼩摩擦⽚磨损

• 免除有潜在环境污染的制动液后,⽐传统液压制动更加环保


域控与软件


• EMB将EPB、ESC、IBS三合⼀,可以简化控制器和系统软件

• EMB将制动控制集中,有利于主机⼚将制动域并⼊底盘域控制

• EMB的制动控制软件有利于主机⼚分离出来,进⾏更好地掌握


电子机械制动系统(EMB)的不足


• 没有备份系统,对可靠性要求极高:由于不存在独立的主动备用制 动系统,不论是ECU元件失去效用还是传感器失灵,抑或者是制动 器本身或线束出现故障,都需要一个备用系统以保障制动的基本性能,在电子控制单元发生故障时,自行启动且不会影响到现有系统的完整性。


• 刹车力不足:EMB系统由于位于轮毂中,轮毂的体积决定了电机大小,进而决定了电机功率不可能太大;


• 工作环境恶劣,特别是温度高:刹车片附近的温度高达数百度,而电机体积又决定只能使用永磁电机,而永磁材料在高温下会消磁;


• 簧下元件,震动剧烈,不确定性强:永磁体无论是烧结还是粘结都很难承受强烈震动。


混合线控制动(HBBW)系统



根据之前的论述,EHB的液压管路复杂、集成度较低,而EMB提供的制动力有限、难以满足失效备份需求。因此,业界考虑将EHB和EMB结合起来,构成一种混合线控制动系统HBBW。


在HBBW中,作为主制动轮的前轮采用EHB,可以提供更大的制动力,并且可以提供失效备份以满足法规要求;而对制动力需求不大的后轮则采用EMB,可以缩减液压管路的长度,同时能够实现电子驻车功能。当前Audi的EHCB(Electric hydraulic combi brake)即为最具代表性的HBBW系统。

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