王洪濤 王芳 葉忠杰

摘? 要：本文詳細(xì)介紹了汽車線性制動(dòng)控制系統(tǒng)組成及發(fā)展，并對(duì)其原理和特點(diǎn)進(jìn)行了深入比較。結(jié)合目前市場(chǎng)上主流的液壓制動(dòng)系統(tǒng)，深入分析了汽車線控制動(dòng)系統(tǒng)面臨的技術(shù)難題，并對(duì)電子機(jī)械制動(dòng)和電子液壓線性制動(dòng)系統(tǒng)的可行性作了考量，提出了更加實(shí)用的基于電子機(jī)械制動(dòng)（EHB）和電子液壓制動(dòng)（EMB）的混合線控制動(dòng)系統(tǒng)（HBBW），為未來無人駕駛汽車制動(dòng)系統(tǒng)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：線控制動(dòng);電子機(jī)械制動(dòng);電子液壓制動(dòng);混合線控制動(dòng)系統(tǒng)

中圖分類號(hào)：U463.5? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2096-4706（2019）09-0155-03

0? 引? 言

德國著名咨詢公司羅蘭貝格在2018年中國汽車新創(chuàng)峰會(huì)上發(fā)布的《新趨勢(shì)下車企未來競(jìng)爭(zhēng)力報(bào)告》指出自動(dòng)駕駛將迅速成為現(xiàn)實(shí)，而自動(dòng)駕駛汽車的制動(dòng)系統(tǒng)優(yōu)化和改進(jìn)是各大車企無法避開的技術(shù)問題。科研人員一直尋求新型的制動(dòng)方式，隨后應(yīng)用在飛機(jī)制動(dòng)上的線控制動(dòng)（Brake-By-Wire，BBW）技術(shù)被引用到汽車上，汽車線控制動(dòng)技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生[1-4]。

1? 線控制動(dòng)系統(tǒng)

線控制動(dòng)系統(tǒng)使用電子元件代替?zhèn)鹘y(tǒng)制動(dòng)系統(tǒng)中部分或全部機(jī)械部件和閥門，使用電信號(hào)通過汽車網(wǎng)絡(luò)協(xié)議來傳遞指令，這種傳遞方式效率高、時(shí)間短。除此之外，可以在線控控制單元中設(shè)計(jì)相應(yīng)控制程序，通過控制單元操控電控元件，取代傳統(tǒng)制動(dòng)系統(tǒng)，通過閥類元件實(shí)現(xiàn)的制動(dòng)功能實(shí)現(xiàn)汽車的有效制動(dòng)[2]。

目前，線控制動(dòng)系統(tǒng)主要有兩種類型，一類由傳統(tǒng)液壓系統(tǒng)和電子控制單元結(jié)合而成，稱為電子液壓制動(dòng)系統(tǒng)（Electro-Hydraulic Brake，EHB）;另一類完全由電子控制元件與機(jī)械部件組成，稱為電子機(jī)械制動(dòng)系統(tǒng)（Electro- Mechanical Brake，EMB）[3]。

1.1? 電子液壓制動(dòng)系統(tǒng)

電子液壓制動(dòng)系統(tǒng)主要元件有傳感器、EHB控制單元ECU、執(zhí)行器等。EHB系統(tǒng)的基本工作原理如圖1所示。

該系統(tǒng)正常工作時(shí)，備用閥處于關(guān)閉狀態(tài)，此時(shí)汽車制動(dòng)踏板與制動(dòng)器之間的液壓管路之間是斷開的。ECU接受并處理來自踏板感覺模擬器和電子傳感器的傳感器信號(hào)來判斷駕駛員的制動(dòng)意圖，然后通過電機(jī)驅(qū)動(dòng)液壓泵進(jìn)行制動(dòng)。當(dāng)電子制動(dòng)系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，備用閥開啟，EHB系統(tǒng)變成傳統(tǒng)的液壓系統(tǒng)，從而也可以實(shí)現(xiàn)汽車安全制動(dòng)。

1.2? 電子機(jī)械制動(dòng)系統(tǒng)

電子機(jī)械制動(dòng)系統(tǒng)采用電子機(jī)械系統(tǒng)，取代了傳統(tǒng)制動(dòng)系統(tǒng)中的液壓系統(tǒng)，四輪的制動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)均由獨(dú)立電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。其結(jié)構(gòu)原理圖如圖2所示。

與EHB系統(tǒng)相比，EMB系統(tǒng)采用電機(jī)控制制動(dòng)器，取代了傳統(tǒng)式的液壓制動(dòng)器，完全拋棄了傳統(tǒng)油液制動(dòng)，徹底實(shí)現(xiàn)完全無油液制動(dòng)，EMB系統(tǒng)作用在車輪上的制動(dòng)力完全由電動(dòng)機(jī)輸出，這種制動(dòng)形式響應(yīng)快、效率高，但是EMB系統(tǒng)要想投入使用，還存在很多問題亟待解決[4]。

2? 線控制動(dòng)系統(tǒng)特點(diǎn)

與傳統(tǒng)制動(dòng)系統(tǒng)相比，線控制動(dòng)系統(tǒng)先進(jìn)性主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面[5]，如表1所示。

3? 線控系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)分析

與傳統(tǒng)制動(dòng)系統(tǒng)相比，線控制動(dòng)系統(tǒng)具有無可比擬的優(yōu)勢(shì)，能夠給汽車結(jié)構(gòu)和制動(dòng)性能帶來根本性的變革，但是在全面推廣應(yīng)用前，還有很多關(guān)鍵技術(shù)問題亟待進(jìn)一步研究[5]。

3.1? 車用42V電源系統(tǒng)開發(fā)

線控制動(dòng)系統(tǒng)通過42V電源系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)作動(dòng)器實(shí)現(xiàn)車輪制動(dòng)，同時(shí)使用42V供電系統(tǒng)將有利于電動(dòng)執(zhí)行裝置的優(yōu)化設(shè)計(jì)。但是高壓將帶來線路絕緣、耐壓以及電磁噪聲問題。由于目前汽車電子部件一般匹配12V電壓，所以42V電壓必將給汽車制造廠和其電子零部件供應(yīng)商帶來新的挑戰(zhàn)。

3.2? 基于冗余技術(shù)的高可靠性實(shí)時(shí)容錯(cuò)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

線控制動(dòng)系統(tǒng)推廣使用過程中遇到的最大問題是其可靠性和安全性的問題，而解決可靠性和安全性問題最有效的方法是冗余設(shè)計(jì)，包括汽車電器元件、控制單元甚至軟件的冗余設(shè)計(jì)，但這會(huì)使得系統(tǒng)更加復(fù)雜，成本提高。

3.3? 基于時(shí)間觸發(fā)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的高速容錯(cuò)實(shí)時(shí)總線

研究表明基于時(shí)間觸發(fā)的TTP/C和FlexRay通信網(wǎng)絡(luò)是實(shí)現(xiàn)BBW系統(tǒng)實(shí)時(shí)控制的最佳選擇。TTP/C可提供多種容錯(cuò)策略，實(shí)現(xiàn)容錯(cuò)的時(shí)間同步;而FlexRay具有同步時(shí)基、確定性和容錯(cuò)特征[5，6]，兩種方式各有缺點(diǎn)，還需對(duì)網(wǎng)絡(luò)通信進(jìn)行不斷提升和完善才能最終實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)控制。

4? 基于EHB和EMB開發(fā)的混合線控制動(dòng)系統(tǒng)

基于兩種線控制動(dòng)系統(tǒng)的優(yōu)劣勢(shì)及其關(guān)鍵技術(shù)開發(fā)困難等原因，考慮將兩種制動(dòng)技術(shù)有機(jī)結(jié)合，充分發(fā)揮其各自優(yōu)勢(shì)，可以作為未來制動(dòng)系統(tǒng)發(fā)展的方向之一。汽車前軸采用EHB系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)前輪制動(dòng)力調(diào)節(jié)，同時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)制動(dòng)失效備份;后軸采用EMB系統(tǒng)，一方面可以縮減制動(dòng)管路的長(zhǎng)度，同時(shí)能夠使電子駐車制動(dòng)系統(tǒng)（Electrical Park Brake）更加方便快捷，這種控制系統(tǒng)稱為混合線控制動(dòng)（Hybrid Brake by wire system，HBBW）[7]，如圖3所示。最近，Brembo公司宣布2020年前量產(chǎn)線控制動(dòng)系統(tǒng)，其發(fā)布的方案也為前輪采用EHB，后輪采用EMB的布置形式[8]。

5? 結(jié)? 論

由于線控技術(shù)的可靠性、容錯(cuò)技術(shù)等現(xiàn)行技術(shù)條件的限制，線控制動(dòng)系統(tǒng)還不能廣泛應(yīng)用于實(shí)際。但是在未來，隨著線控制動(dòng)系統(tǒng)的不斷發(fā)展和完善，線控制動(dòng)系統(tǒng)必將極大地改善汽車的安全性能，為無人駕駛早日實(shí)現(xiàn)普及化奠定基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)：

[1] AHN JK，JUNG KH，KIM DH，et al.Analysis of a regenerative braking system for Hybrid Electric Vehicles using an Electro-Mechanical Brake [J]. International Journal of Automotive Technology，2009，10（2）：229-234.

[2] 袁曉紅，鐘偉，何耀華.線控技術(shù)在汽車ABS中的應(yīng)用 [J].拖拉機(jī)與農(nóng)用運(yùn)輸車，2007（3）：61-62.

[3] 張猛，宋健.電子機(jī)械制動(dòng)系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀 [J].機(jī)械科學(xué)與技術(shù)，2005，24（2）：208-211.

[4] 余卓平，韓偉，徐松云，等.電子液壓制動(dòng)系統(tǒng)液壓力控制發(fā)展現(xiàn)狀綜述 [J].機(jī)械工程學(xué)報(bào)，2017，53（14）：1-15.

[5] 彭曉燕.汽車線控制動(dòng)系統(tǒng)安全控制技術(shù)研究 [D].長(zhǎng)沙：湖南大學(xué)，2013.

[6] ISERMANN R，SCHWARZ R，STOLZL S.Fault-tolerant drive-by-wire systems [J].IEEE Control Systems Magazine，2002，22（5）：64-81.

[7] SZKUCIK Dawid. Hybrid commercial vehicle（HCV） deliverable D2300.1 [R].UK：Paravizzini Pier Paolo，2013：1-29.

[8] Paul Weissler. Brembo推出線傳操控制動(dòng)系統(tǒng)，可在2020年前開始量產(chǎn) [EB/OL]. http：//www.sae.org.cn/articles/14570，2016-03-24.

作者簡(jiǎn)介：王洪濤（1990.03-），男，漢族，山東沂水人，助教，碩士，研究方向：汽車運(yùn)用與維修技術(shù)。