張鵬飛　吳希玲　王曉亮

中圖分類號：U461.3 文獻標識碼：A 文章編號：1004-0226（2021）12-0064-04

自從汽車誕生以來，制動系統(tǒng)成為保障汽車安全駕駛最重要的一項主動安全系統(tǒng)。制動系統(tǒng)的工作原理是通過固定件（制動鉗或制動蹄）與運動件（制動盤或制動鼓）相互摩擦，進而阻止車輪轉(zhuǎn)動。

制動系統(tǒng)的輸入控制可分為行車制動和駐車制動，目前制動控制從機械制動、液壓制動轉(zhuǎn)化升級為以電子電器架構(gòu)為主，制動系統(tǒng)發(fā)展方向趨于電子化、智能化，制動執(zhí)行機構(gòu)制動器發(fā)展趨于輕量化。一直以來，汽車工程師在汽車制動升級研究中傾注了大量心血，不僅體現(xiàn)在優(yōu)化結(jié)構(gòu)上，更著重對制動控制的理論和方法進行深挖，以便提升汽車的行駛安全性和穩(wěn)定性。

1行車制動系發(fā)展進程

汽車在行駛過程中，采用行車制動（剎車踏板）進而使汽車減速停車。液壓制動仍是目前最可靠、最經(jīng)濟的制動形式，且在輕型車中廣泛使用。液壓制動以帕斯卡定律為原理，駕駛員通過踩下制動踏板，踏板力傳遞給與制動踏板相連推桿后的真空助力器上，通過真空助力器放大踏板力，推動制動主缸活塞運動，制動液被等量送往各個制動器，制動液推動活塞使制動器夾緊制動盤產(chǎn)生摩擦力，進而控制汽車減速直至停車。相關(guān)公式如下：

式中，F(xiàn)、F是活塞所受壓力，N;S、S是活塞受力面積，m。

液壓控制系統(tǒng)原理圖如圖1所示。

20世紀80年代，伴隨電子技術(shù)發(fā)展，防抱死制動系統(tǒng)集成加入行車制動系。ABS控制器依據(jù)ECU指令調(diào)節(jié)制動力，進而保持滑移率在20%左右，以保證車輪與路面有良好的縱向、側(cè)向附著力，防止汽車在制動過程中側(cè)滑、甩尾、失去轉(zhuǎn)向能力等現(xiàn)象發(fā)生。ABS控制系統(tǒng)原理圖如圖2所示。滑移率的公式如下：

式中，v代表車速，km/h;u代表車輪速度，km/h。

由于新能源車無內(nèi)燃機產(chǎn)生真空，為解決液壓制動系統(tǒng)中的真空助力問題，電子液壓制動EHB普及應(yīng)用到新能源汽車上。EHB控制系統(tǒng)原理圖如圖3所示，集成踏板位移傳感器、踏板感覺模擬器精準感知駕駛員控制制動踏板的輕重緩急，轉(zhuǎn)化為電信號傳遞給電子控制單元，根據(jù)不同工況調(diào)節(jié)車輪的制動壓力。與傳統(tǒng)真空助力制動系統(tǒng)相比，線控電子液壓制動系統(tǒng)具有高度集成、提高空間利用率、制動性能與發(fā)動機互不干涉等特定，并提高了制動安全性。

目前EHB技術(shù)路線主要分為One-Box和Two-Box，出于安全方面的考慮，Two-Box市場占有率較高，主要差異見表1。

電子液壓制動EHB的發(fā)展為電子機械制動EMB打下基礎(chǔ)，EMB完全實現(xiàn)了電子化，并替代了傳統(tǒng)的制動液和液壓部件，由于制動力矩通過安裝在輪胎周圍的電機驅(qū)動執(zhí)行機構(gòu)而產(chǎn)生，因此簡化了制動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，并便于布置、裝配和維修，如圖4所示。

相比傳統(tǒng)制動系統(tǒng)，目前EMB制動系統(tǒng)具有很多優(yōu)勢，如結(jié)構(gòu)簡單、反應(yīng)時間短、相對環(huán)保等。但同樣也有諸多亟待解決的問題，如系統(tǒng)供電穩(wěn)定性、高溫下的工作穩(wěn)定性、電磁干擾，以及高配比的傳感器及控制芯片，研發(fā)投入及高性能配件導致了成本居高不下，市場份額占比不高。

2駐車制動系發(fā)展進程

駐車制動系是為保證車輛在停穩(wěn)之后，采用手剎或者腳剎，避免車輛溜車。過去主流是機械式駐車制動，目前電子式駐車制動EPB已經(jīng)廣泛應(yīng)用。

機械式駐車制動由駕駛員拉動操縱桿發(fā)生作用力，駐車拉索放大作用力，拉索推動活塞制動塊夾緊制動盤。

EPB是由電子信號替代人力拉動操縱桿，駕駛員通過按下駐車按鈕，開關(guān)發(fā)送駐車電信號給ECU，由ECU發(fā)送電信號給電機推動卡鉗活塞夾緊制動盤。

3汽車線控制動發(fā)展趨勢

目前汽車的制動系統(tǒng)趨向輕量化、模塊化、集成化、機械電子一體化發(fā)展，進而適應(yīng)自動駕駛的發(fā)展。自動駕駛需要把建壓時間從300 ms壓縮到90 ms左右，因此汽車各個部件的電子化是未來趨勢。汽車線控制動就是將駕駛員的操作轉(zhuǎn)化為電信號，通過ECU直接傳輸給執(zhí)行機構(gòu)實施最終操作。線控制動系統(tǒng)要求高可靠性，目前需求冗余備份來保障可靠性。

以電動助力器（EHB）來說，當驅(qū)動電機發(fā)生故障時，有機械系統(tǒng)來做備份。電機驅(qū)動器也需要軟件備份及硬件備份。制動工況比較復雜，經(jīng)常會出現(xiàn)長時間制動、制動過熱等現(xiàn)象，對機電系統(tǒng)的過載性能、耐高溫性能有較大考驗，是目前亟待解決的問題。對電子機械制動EMB來說，沒有冗余系統(tǒng)，需保證電源穩(wěn)定和電子電器之間通信的備份能力。

4制動系統(tǒng)功能安全

由于目前汽車電子電器架構(gòu)系統(tǒng)復雜且相互融合，電子電器故障及控制軟件BUG可能會導致整車發(fā)生非預期故障，為保障整車安全在合理范圍內(nèi)，引入功能安全的概念。

與系統(tǒng)相關(guān)的風險，在汽車應(yīng)用中稱為汽車安全完整性等級（ASIL），ASIL級別越高，風險越低。2011年發(fā)布的ISO 26262《道路車輛功能安全》國際標準是驗證汽車電子供應(yīng)商是否滿足ASIL（automotive Safety Integrity Level）要求的重要認證指標，目前我國針對汽車電子電器系統(tǒng)安全的國家推薦標準是GB/T 34590-2017系列。

目前與制動相關(guān)的電子電器功能安全大致可分為4類，如表2所示。

制動功能安全通過選取典型工況來試驗：駕駛員駕駛測試車輛，加速至預期車速并保持，并讓車輛保持在車道中間行駛;正常行駛過程中，測試人員在不提前告知的情況下向系統(tǒng)注入相應(yīng)故障，導致車輛發(fā)生非預期的減速。駕駛員通過控制剎車及轉(zhuǎn)向，盡可能保證車輛方向不偏離車道，以及剎車不會導致追尾等現(xiàn)象發(fā)生。

試驗過程中，記錄汽車相關(guān)的安全度量參數(shù)，如：減速度、車速、側(cè)向加速度、橫擺角速度等，根據(jù)數(shù)據(jù)處理對應(yīng)安全目標和制動相關(guān)安全度量指標量化評級。

對于高級輔助駕駛系統(tǒng)來說，車輛集成大量攝像頭及雷達，高級駕駛輔助系統(tǒng)不僅復雜化，且軟件算法多樣化，功能安全的穩(wěn)定性的重要度尤為凸顯。通常高級駕駛輔助系統(tǒng)核心技術(shù)體系分為感知、決策和執(zhí)行。高級駕駛輔助系統(tǒng)功能安全需求時應(yīng)該考慮：a.功能正常時操作提示：b.故障發(fā)生時，操作提示，如何轉(zhuǎn)化為安全狀態(tài);c.功能冗余控制，保證車輛狀態(tài)安全。

5結(jié)語

汽車正在步入“智能化、網(wǎng)聯(lián)化、共享化、電動化”為代表的“新四化”時代。集成式電子系統(tǒng)未來將更廣泛地應(yīng)用于汽車。隨著線控技術(shù)下沉至市場，通過市場應(yīng)用，將不斷提升汽車的智能化、舒適化。雖然目前還有關(guān)鍵技術(shù)存在局限性，但通過不斷完善，將來必定實現(xiàn)高精度、高性能及高安全的汽車電子制動系統(tǒng)。

近年來隨著人工智能和5G等信息技術(shù)的突破，智能網(wǎng)聯(lián)汽車是將汽車和信息技術(shù)融合發(fā)展的領(lǐng)域，它將把多行業(yè)成果形成有效協(xié)同。隨著國家和汽車行業(yè)積極推動智能網(wǎng)聯(lián)汽車運行安全性測試評價體系，完善相關(guān)標準，智能網(wǎng)聯(lián)汽車發(fā)展根基將更加牢固。