劉亞歐 李睿申 李晶

（中汽研汽車檢驗(yàn)中心（天津）有限公司）

隨著汽車行業(yè)的高速發(fā)展，人們對(duì)車輛的安全性需求越來(lái)越高，這也直接推動(dòng)了車輛制動(dòng)系統(tǒng)的發(fā)展。電子制動(dòng)控制尤為引人關(guān)注。電子制動(dòng)系統(tǒng)主要包括電液制動(dòng)系統(tǒng)（EHB）和電子機(jī)械制動(dòng)系統(tǒng)（EMB）2 種類型[1]。目前，電液制動(dòng)系統(tǒng)的技術(shù)較為成熟，國(guó)內(nèi)外多家公司已開(kāi)發(fā)出多種EHB 產(chǎn)品，有部分已實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)，主要應(yīng)用到乘用車上，與EHB 相比，EMB 發(fā)展較為緩慢，因此EMB 系統(tǒng)應(yīng)用發(fā)展尤為引人關(guān)注。文章通過(guò)對(duì)某款裝有EMB 系統(tǒng)的試驗(yàn)樣車進(jìn)行道路試驗(yàn)，采集相關(guān)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，與裝有傳統(tǒng)制動(dòng)系統(tǒng)的車型進(jìn)行試驗(yàn)數(shù)據(jù)比對(duì)，因其可以實(shí)現(xiàn)制動(dòng)系統(tǒng)的完全電氣化，將電子控制和機(jī)械執(zhí)行機(jī)構(gòu)緊密結(jié)合，具有比傳統(tǒng)氣控系統(tǒng)響應(yīng)快、制動(dòng)效能好等優(yōu)點(diǎn)，是未來(lái)發(fā)展的主要趨勢(shì)。

1 EMB工作原理及性能優(yōu)勢(shì)

EMB 系統(tǒng)利用電子元件和電控信號(hào)進(jìn)行制動(dòng)，實(shí)現(xiàn)了機(jī)電一體化汽車制動(dòng)系統(tǒng)。主要包括電控單元（ECU）、電子制動(dòng)踏板、傳感器、整車電源、輪端控制模塊等。工作原理為：當(dāng)駕駛員對(duì)電動(dòng)汽車發(fā)出制動(dòng)需求時(shí)，EMB 系統(tǒng)的ECU 根據(jù)行駛工況結(jié)合控制信號(hào)和制動(dòng)踏板信號(hào)判斷前、后輪所需要的制動(dòng)力大小，并將制動(dòng)輪接收到的所需制動(dòng)力大小的信號(hào)通過(guò)傳感器傳遞給對(duì)應(yīng)的輪端控制模塊，最終作用到制動(dòng)盤上，從而達(dá)到制動(dòng)目的[2]。

EMB 系統(tǒng)取消了儲(chǔ)氣筒、空壓機(jī)、制動(dòng)氣室等部件，減輕了汽車總質(zhì)量，精簡(jiǎn)配置，為汽車總裝節(jié)省出較大空間，提高了燃油經(jīng)濟(jì)性，使維修保養(yǎng)更加容易，并且能降低發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷。同時(shí)，其系統(tǒng)關(guān)鍵性能優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在提高工作效率上。EMB 系統(tǒng)中各種指令都是通過(guò)電信號(hào)傳導(dǎo)，可以很方便地并入控制器局域網(wǎng)絡(luò)（CAN）總線中，與制動(dòng)防抱死系統(tǒng)（ABS）、高級(jí)駕駛輔助系統(tǒng)（ADAS）等電控功能兼容，并且EMB 系統(tǒng)以電控線路取代了傳統(tǒng)氣路，可以縮短制動(dòng)響應(yīng)時(shí)間，增大制動(dòng)減速度，減少制動(dòng)距離，優(yōu)化控制車輪滑動(dòng)。此外，EMB 系統(tǒng)采用的是模擬電子踏板，可以有效避免因觸發(fā)ABS 而造成的制動(dòng)踏板反復(fù)回彈，提高駕駛舒適性。

基于現(xiàn)有測(cè)評(píng)數(shù)據(jù)，以5 輛總質(zhì)量為40 t 的同型號(hào)牽引掛車（僅制動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行改動(dòng)，其他部件不進(jìn)行更換）為例：車1 配備ABS、鼓式制動(dòng)器，氣室壓力最高值為800 kPa；車2 裝有ABS、盤式制動(dòng)器，制動(dòng)氣室壓力最高值為1 000 kPa；車3 牽引車頭裝有電子控制制動(dòng)系統(tǒng)（EBS），掛車僅裝備ABS，制動(dòng)氣室壓力最高值為1 000 kPa；車4 牽引掛車全部裝有EBS，制動(dòng)氣室壓力最高值為1 000 kPa；車5 全部配備EMB。以90 km/h 的初速度，在同等踏板行程及踏板力的情況下進(jìn)行制動(dòng)距離的對(duì)比，如圖1 所示。由圖1 可以看出，裝有EMB系統(tǒng)的車輛的制動(dòng)距離優(yōu)勢(shì)明顯[3]。

圖1 不同制動(dòng)系統(tǒng)制動(dòng)距離比對(duì)

與此同時(shí)，EMB 系統(tǒng)在控制車輪滑移率上也有其優(yōu)勢(shì)，可以有效地提供更加優(yōu)化的滑移率控制[4]。

2 EMB系統(tǒng)測(cè)試平臺(tái)搭建及試驗(yàn)過(guò)程分析

為驗(yàn)證EMB 系統(tǒng)的制動(dòng)效能及滑移率控制情況，需要對(duì)試驗(yàn)樣車的車速、制動(dòng)距離、充分發(fā)出的平均減速度（MFDD）、踏板力及輪速情況進(jìn)行測(cè)試，試驗(yàn)儀器設(shè)備測(cè)量范圍，如表1 所示。

表1 EMB 系統(tǒng)性能測(cè)試所需儀器設(shè)備測(cè)量范圍

選取一輛M3 類車型作為試驗(yàn)樣車，其行車、應(yīng)急、駐車制動(dòng)系形式均為純電制動(dòng)，樣車參數(shù)，如表2 所示。

表2 試驗(yàn)樣車整車參數(shù)

試驗(yàn)方法主要采用GB 12676—2014《商用車輛和掛車制動(dòng)系統(tǒng)技術(shù)要求及試驗(yàn)方法》[5]和GB 13594—2003《機(jī)動(dòng)車和掛車防抱制動(dòng)性能和試驗(yàn)方法》[6]，為合理化與實(shí)際化考量樣車制動(dòng)效能，僅針對(duì)試驗(yàn)樣車滿載情況進(jìn)行發(fā)動(dòng)機(jī)脫開(kāi)（初速度為60 km/h）狀態(tài)下的制動(dòng)距離、減速度及踏板力驗(yàn)證，以及輪邊控制力響應(yīng)時(shí)間（因EMB 系統(tǒng)以輪邊力矩電機(jī)代替?zhèn)鹘y(tǒng)制動(dòng)氣室等裝置，因此將法規(guī)中要求的氣壓響應(yīng)時(shí)間以輪邊控制力響應(yīng)時(shí)間替代）測(cè)量，該響應(yīng)時(shí)間為輪邊控制力達(dá)到穩(wěn)定值的75%時(shí)的時(shí)間，每種試驗(yàn)狀態(tài)完成4 次測(cè)試。試驗(yàn)結(jié)果，如表3 所示。

表3 試驗(yàn)樣車行車制動(dòng)系效能試驗(yàn)測(cè)試工況

2019 年全年針對(duì)相似車型共進(jìn)行了14 次常規(guī)制動(dòng)測(cè)試，由于涉及數(shù)據(jù)過(guò)于繁雜，僅針對(duì)部分傳統(tǒng)車型的發(fā)動(dòng)機(jī)脫開(kāi)0 型試驗(yàn)、氣壓響應(yīng)時(shí)間試驗(yàn)進(jìn)行簡(jiǎn)單舉證，如表4 所示。

表4 不同質(zhì)量下發(fā)動(dòng)機(jī)脫開(kāi)0 型試驗(yàn)及氣壓響應(yīng)時(shí)間試驗(yàn)數(shù)據(jù)

通過(guò)將這14 組數(shù)據(jù)進(jìn)行線性擬合，得到汽車滿載質(zhì)量與MFDD 的關(guān)系圖，如圖2 所示。

圖2 汽車滿載質(zhì)量與MFDD 關(guān)系圖

將本次試驗(yàn)中樣車滿載參數(shù)代入擬合曲線中，對(duì)比本次試驗(yàn)驗(yàn)證的數(shù)據(jù)，可以看出：裝備有EMB 系統(tǒng)的車輛減速度均優(yōu)于常規(guī)車輛的制動(dòng)減速度，相比于傳統(tǒng)制動(dòng)系統(tǒng)最優(yōu)減速度，在EMB 系統(tǒng)制動(dòng)踏板力較小的情況下，也能超過(guò)其減速度的4%左右，同時(shí)，EMB系統(tǒng)在響應(yīng)時(shí)間上優(yōu)勢(shì)更加明顯，比傳統(tǒng)系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間快30%左右。

針對(duì)EMB 系統(tǒng)在優(yōu)化控制車輪滑動(dòng)功能方面進(jìn)行驗(yàn)證，由于傳統(tǒng)制動(dòng)系統(tǒng)和EMB 系統(tǒng)在高附路面上差別不大，主要是在低附路面上行駛時(shí)制動(dòng)表現(xiàn)有所差異，因此選取了滿載狀態(tài)下低附路面初速度為40 km/h的滑移曲線，其試驗(yàn)結(jié)果與某款傳統(tǒng)制動(dòng)系統(tǒng)M3 類車型總質(zhì)量10.8 t 的滑移曲線對(duì)比，如圖3 所示。

圖3 低附路面輪速曲線比對(duì)

經(jīng)過(guò)圖形對(duì)比可以看出：在傳統(tǒng)氣壓制動(dòng)系統(tǒng)控制下的車輛，很難把車輪控制在某一理想值的附近，這就會(huì)造成車輪松放情況劇烈、波動(dòng)較大，反饋到制動(dòng)踏板時(shí)即表現(xiàn)為尤其明顯的彈腳感覺(jué)，極大地影響駕駛舒適性；但裝有EMB 制動(dòng)系統(tǒng)的車輛通過(guò)整車ECU與輪速傳感器，可以以極快的速度對(duì)輪邊制動(dòng)器進(jìn)行調(diào)節(jié)，更加充分地利用路面的附著情況，減少制動(dòng)距離，保證良好的操控性能，并且制動(dòng)踏板由于是模擬電子觸發(fā)器，不會(huì)產(chǎn)生較大跳動(dòng)，使汽車能夠平穩(wěn)安全地在低附路面上行駛。

3 結(jié)論

文章通過(guò)分析EMB 系統(tǒng)的組成和工作原理，再結(jié)合實(shí)際道路測(cè)試對(duì)比，可以看出，機(jī)械式電子制動(dòng)系統(tǒng)（EMB 系統(tǒng)）以其響應(yīng)時(shí)間短、制動(dòng)減速度大，并且對(duì)于車輪滑動(dòng)可更好地控制等優(yōu)點(diǎn)，將會(huì)在汽車行駛安全領(lǐng)域具有十分廣闊的應(yīng)用前景。不過(guò)，目前發(fā)展EMB還需要解決以下3 個(gè)問(wèn)題：1）可靠性方面。力矩電機(jī)在一些例如冷、熱、潮濕、電子干擾等惡劣情況下要保證能夠可靠工作。2）成本控制方面。目前EMB 系統(tǒng)相對(duì)成本較高，有效降低系統(tǒng)裝配及匹配的成本會(huì)更快推動(dòng)EMB 的發(fā)展與應(yīng)用。3）測(cè)試方案。EMB 制動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)制動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的工作原理存在很大不同，一些傳統(tǒng)測(cè)試手段也要進(jìn)行相應(yīng)轉(zhuǎn)變。因此，在今后的測(cè)試驗(yàn)證試驗(yàn)中將進(jìn)行更深層次的研究，助力EMB 制動(dòng)系統(tǒng)的發(fā)展。