◆文/江蘇 高惠民

高惠民(本刊編委會(huì)委員)

曾任江蘇省常州外汽豐田汽車銷售服務(wù)有限公司技術(shù)總監(jiān)，江蘇技術(shù)師范學(xué)院、常州機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院汽車工程運(yùn)用系專家委員，高級(jí)技師。

(接2022年第12期)

(12)電源故障期間的工作原理

行程模擬器切斷閥(SSA)打開且間隙保持閥(SGH)關(guān)閉，從而將駕駛員踩下制動(dòng)踏板在主缸油室中產(chǎn)生的壓力施加到各輪缸，如圖75所示，電磁閥控制操作如圖76所示。

圖75 電源故障期間液壓回路

圖76 電源故障期間電磁閥控制操作圖

四、電伺服制動(dòng)系統(tǒng)在本田PHEV上的應(yīng)用

為保護(hù)地球環(huán)境而減少燃料消耗和CO2排放，隨之裝備電動(dòng)動(dòng)力系統(tǒng)的車輛逐年增產(chǎn)，其中包括電動(dòng)汽車(EV)和混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(HEV)。這些EV和HEV在減速時(shí)啟動(dòng)再生制動(dòng)，以再生電力的形式回收動(dòng)能來降低燃料消耗。為此，本田汽車研發(fā)了能夠協(xié)調(diào)再生制動(dòng)力和摩擦制動(dòng)力分配的電動(dòng)伺服制動(dòng)系統(tǒng)。該系統(tǒng)協(xié)同工作時(shí)根據(jù)駕駛員的減速意圖，使再生制動(dòng)力和摩擦制動(dòng)力的總和必須始終與駕駛員的減速需求相匹配，而且，無論再生制動(dòng)力和摩擦制動(dòng)力的協(xié)同都不會(huì)波動(dòng)到車輛的減速特性。

另一方面，如果讓車輛在傾斜道路停滯狀態(tài)下長(zhǎng)時(shí)間停滯狀態(tài)或依靠驅(qū)動(dòng)電機(jī)超負(fù)荷輸出驅(qū)動(dòng)力，電力傳動(dòng)系會(huì)產(chǎn)生熱量。電機(jī)過熱而降低驅(qū)動(dòng)力導(dǎo)致車輛滑坡。其次，在自適應(yīng)巡航控制運(yùn)行的減速期間，有時(shí)會(huì)因摩擦制動(dòng)的應(yīng)用而發(fā)生能量損失。因此，電動(dòng)伺服制動(dòng)系統(tǒng)與插電式混合動(dòng)力汽車(PHEV)一起運(yùn)行具有高精度制動(dòng)壓力控制，從而可以防止電力傳動(dòng)過熱失速以及提高自適應(yīng)巡航減速和坡道起步輔助時(shí)車輛操作性和降低油耗。本文介紹已應(yīng)用于PHEV的電動(dòng)伺服制動(dòng)系統(tǒng)控制所涉及的這些技術(shù)要素。

1.系統(tǒng)總述

電動(dòng)伺服制動(dòng)系統(tǒng)布置如圖77所示。

圖77 電動(dòng)伺服制動(dòng)系統(tǒng)布置

該系統(tǒng)由踏板操作單元中的踏板感覺模擬器和踏板行程傳感器、制動(dòng)壓力產(chǎn)生單元中的串聯(lián)電機(jī)油缸和電子控制單元(ECU)組成。踏板感覺模擬器生成操作踏板時(shí)的行程和力。串聯(lián)電機(jī)油缸根據(jù)踏板行程傳感器檢測(cè)到的踏板操作量，產(chǎn)生ECU指令的制動(dòng)壓力。圖78顯示了產(chǎn)生制動(dòng)壓力的電動(dòng)伺服制動(dòng)系統(tǒng)配置。

當(dāng)踏板被操作時(shí)，ECU根據(jù)制動(dòng)踏板操作量確定制動(dòng)壓力目標(biāo)值。無刷電機(jī)運(yùn)行產(chǎn)生制動(dòng)液壓，同時(shí)主截止閥關(guān)閉。這會(huì)在從動(dòng)缸下游產(chǎn)生制動(dòng)壓力。制動(dòng)壓力通過車輛穩(wěn)定控制單元(VSA)傳輸?shù)捷喐?。這過程中當(dāng)各種協(xié)同控制功能需要制動(dòng)力時(shí)，將協(xié)同控制功能要求的制動(dòng)壓力作為控制目標(biāo)值進(jìn)行控制，從而能夠產(chǎn)生制動(dòng)力。圖79顯示了插電式混合動(dòng)力系統(tǒng)的框圖。電動(dòng)伺服制動(dòng)系統(tǒng)和動(dòng)力傳動(dòng)系之間的通信通過控制器局域網(wǎng)(CAN)總線進(jìn)行傳輸。圖80顯示插電式混合動(dòng)力系統(tǒng)的運(yùn)行模式。這種動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)將配置高壓電池、發(fā)動(dòng)機(jī)、電動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)相結(jié)合，從而實(shí)現(xiàn)了純電驅(qū)動(dòng)、混合動(dòng)力驅(qū)動(dòng)和發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)(EV Drive、Hybrid Drive和Engine Drive)三種運(yùn)行模式。

圖79 插電式混合動(dòng)力系統(tǒng)的框圖

圖80 插電式混合動(dòng)力系統(tǒng)的運(yùn)行模式

2.再生協(xié)調(diào)期間的制動(dòng)感覺

如上所述，再生協(xié)調(diào)功能執(zhí)行再生制動(dòng)力和摩擦制動(dòng)力的協(xié)調(diào)分配以產(chǎn)生駕駛員所需的制動(dòng)力。再生制動(dòng)力的上限根據(jù)動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)行模式等因素隨時(shí)變化，如電池存儲(chǔ)狀態(tài)。它還受系統(tǒng)響應(yīng)、通信延遲等因素的影響。為了獲得良好的制動(dòng)感覺，在進(jìn)行協(xié)調(diào)分配時(shí)，除了考慮穩(wěn)態(tài)特性之外，還考慮到瞬態(tài)特性。因此，摩擦制動(dòng)力的控制需要高度精確、高度響應(yīng)的制動(dòng)壓力控制，該控制足以補(bǔ)償再生制動(dòng)力的瞬時(shí)過量或不足。

電動(dòng)伺服制動(dòng)系統(tǒng)中的制動(dòng)壓力產(chǎn)生單元，如圖78中所示，由帶減速齒輪、滾珠絲杠和從動(dòng)缸的無刷電機(jī)構(gòu)成。此外，制動(dòng)壓力控制單元，如圖81顯示，由具有前饋和反饋的液壓控制配置。這些部件的配置實(shí)現(xiàn)了高精度、高響應(yīng)的制動(dòng)壓力控制。這就是為什么可以通過摩擦制動(dòng)力來補(bǔ)償由于動(dòng)力傳動(dòng)系狀態(tài)變化而發(fā)生的再生制動(dòng)力的瞬時(shí)過量或不足的原因。在再生與摩擦制動(dòng)協(xié)調(diào)期間PHEV運(yùn)行模式轉(zhuǎn)換的測(cè)試數(shù)據(jù)如圖82。當(dāng)切換動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)行模式導(dǎo)致再生制動(dòng)力波動(dòng)時(shí)，實(shí)際減速度為恒定減速度要求。這表明再生制動(dòng)力的變化時(shí)可以通過摩擦制動(dòng)力來彌補(bǔ)。通過以上實(shí)現(xiàn)了良好、穩(wěn)定的制動(dòng)感覺。

圖81 制動(dòng)壓力控制框圖

圖82 再生制動(dòng)與摩擦制動(dòng)協(xié)調(diào)測(cè)試結(jié)果

3.失速協(xié)同控制

如圖83所示，車輛在傾斜道路上停滯，車輛驅(qū)動(dòng)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)力與坡度路面的坡度處于平衡狀態(tài)，驅(qū)動(dòng)電機(jī)處于堵轉(zhuǎn)狀態(tài)(電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng))。如果這種停轉(zhuǎn)情況持續(xù)下去，構(gòu)成電力傳動(dòng)系統(tǒng)的電機(jī)線圈和驅(qū)動(dòng)電路就會(huì)產(chǎn)生熱量，如果為了防止電力傳動(dòng)系統(tǒng)過熱而降低驅(qū)動(dòng)力，車輛將在傾斜的道路上倒退，從而降低可操作性。

圖83 動(dòng)力傳動(dòng)系在失速條件下產(chǎn)生的熱量

因此，開發(fā)了一種使用電動(dòng)伺服制動(dòng)系統(tǒng)來防止電力傳動(dòng)系統(tǒng)過熱以及防止車輛在失速狀態(tài)下滑坡的失速協(xié)同控制，并應(yīng)用于PHEV。失速協(xié)同控制，如圖84所示。如果電動(dòng)動(dòng)力傳動(dòng)系在失速狀態(tài)下發(fā)熱，則動(dòng)力傳動(dòng)系要求電動(dòng)伺服制動(dòng)系統(tǒng)產(chǎn)生摩擦制動(dòng)力。電動(dòng)伺服制動(dòng)系統(tǒng)通過摩擦制動(dòng)力產(chǎn)生使車輛在傾斜路面上保持靜止所需的力，防止車輛后退。當(dāng)產(chǎn)生摩擦制動(dòng)力時(shí)，動(dòng)力傳動(dòng)系關(guān)閉車輛驅(qū)動(dòng)電機(jī)工作，從而促進(jìn)電力傳動(dòng)系的冷卻并防止過熱。

圖84 失速協(xié)同控制圖

失速協(xié)同控制運(yùn)行時(shí)的測(cè)試數(shù)據(jù)顯示在如圖85。當(dāng)電力傳動(dòng)系統(tǒng)達(dá)到溫度閾值時(shí)，系統(tǒng)切換車輛驅(qū)動(dòng)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)力和制動(dòng)力之間的平衡程序，使車輛在傾斜的道路上保持靜止，同時(shí)防止電力傳動(dòng)系統(tǒng)過熱。提高車輛在傾斜道路上的可操作性。

圖85 失速協(xié)同控制的測(cè)試結(jié)果

4.再生自適應(yīng)巡航控制

自適應(yīng)巡航控制(ACC)是一種使用雷達(dá)傳感器來監(jiān)控目標(biāo)車輛與前方車輛之間距離的功能。為了保持固定距離，車輛會(huì)自動(dòng)加速和減速。該功能是由ACC控制單元對(duì)車輛之間的距離進(jìn)行監(jiān)控并發(fā)出加速和減速指令。加速由發(fā)動(dòng)機(jī)ECU處理，減速由施加制動(dòng)壓力的VSA單元處理。然而，VSA單元施加的制動(dòng)壓力都算作摩擦損失，這是增加EV和HEV油耗的一個(gè)因素。因此，配備電動(dòng)伺服制動(dòng)系統(tǒng)的車輛能夠在ACC運(yùn)行時(shí)使用再生制動(dòng)實(shí)現(xiàn)，達(dá)到與ACC未運(yùn)行時(shí)相同的油耗性能。這里的問題是如何在ACC減速時(shí)適當(dāng)區(qū)分使用再生制動(dòng)和摩擦制動(dòng)。在配備有電動(dòng)伺服制動(dòng)系統(tǒng)的車輛中，通過讓ACC單元發(fā)出制動(dòng)力指令來解決這個(gè)問題，該制動(dòng)力是再生制動(dòng)和摩擦制動(dòng)的總和。電動(dòng)伺服制動(dòng)系統(tǒng)接到該指令后，相應(yīng)地分配再生制動(dòng)和摩擦制動(dòng)。這種方法能夠在不改變傳統(tǒng)系統(tǒng)的ACC單元和發(fā)動(dòng)機(jī)外圍的通信接口的情況下實(shí)現(xiàn)能量再生的制動(dòng)目的。再生制動(dòng)功能的接口配置如圖86，ACC能量再生的測(cè)試數(shù)據(jù)如圖87。

圖86 ACC控制框圖

圖87 再生制動(dòng)與ACC實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

5.電動(dòng)伺服制動(dòng)系統(tǒng)的坡道起步輔助

坡道起步輔助(HSA)是當(dāng)車輛在陡峭的斜坡上停止而需要重新起步上坡時(shí)，交替操作制動(dòng)踏板和油門踏板。為了防止松開制動(dòng)踏板時(shí)車輛后退，HSA在檢測(cè)到車輛在傾斜路面上起步時(shí)保持一定時(shí)間的制動(dòng)壓力，并在踩下油門踏板時(shí)松開制動(dòng)。EV或PHEV車輛，驅(qū)動(dòng)電機(jī)會(huì)減弱前進(jìn)驅(qū)動(dòng)力而緩行后退，但是當(dāng)車輛通過摩擦制動(dòng)力保持靜止，最常見的是將爬行力限制為零，以減少電動(dòng)蠕變力引起的功率損失。因此，從坡道上坡起步時(shí)的操作性的觀點(diǎn)來看HSA是必不可少的。在過去，這個(gè)功能是由VSA單元通過維持制動(dòng)壓力來實(shí)現(xiàn)的，然而，當(dāng)HSA啟動(dòng)時(shí)，這會(huì)導(dǎo)致電磁閥啟動(dòng)噪音干擾，并導(dǎo)致制動(dòng)感覺發(fā)生變化。所以決定HSA功能將由配備該系統(tǒng)的車輛中的電動(dòng)伺服制動(dòng)系統(tǒng)執(zhí)行，而不是由VSA單元執(zhí)行。當(dāng)松開制動(dòng)踏板時(shí)，通常制動(dòng)壓力產(chǎn)生單元工作以使從動(dòng)缸活塞返回其初始位置。但是，電動(dòng)伺服制動(dòng)系統(tǒng)要執(zhí)行HSA操作時(shí)，系統(tǒng)會(huì)改為保持從動(dòng)缸活塞的位置，直到踩下油門踏板，然后系統(tǒng)將活塞返回到初始位置。

電伺服制動(dòng)系統(tǒng)HSA運(yùn)行試驗(yàn)數(shù)據(jù)如圖88所示，這只不過是錯(cuò)開從動(dòng)缸活塞返回初始位置的時(shí)間，系統(tǒng)基本操作與HSA不工作時(shí)相同，因此不會(huì)產(chǎn)生特殊的啟動(dòng)噪音。此外，踏板力由踏板感覺模擬器不斷產(chǎn)生，踏板感覺不會(huì)因HSA操作而改變，保持著制動(dòng)壓力。通過這種方式，該系統(tǒng)能夠防止車輛在上坡道路上起步時(shí)發(fā)生后退，而且不會(huì)讓駕駛員在HSA運(yùn)行時(shí)感到任何陌生感。

圖88 電動(dòng)伺服制動(dòng)系統(tǒng)HSA實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

6.結(jié)論

電動(dòng)伺服制動(dòng)系統(tǒng)采用獨(dú)立的踏板操作單元和制動(dòng)壓力產(chǎn)生單元，使得摩擦制動(dòng)力的增減不影響踏板力。除了再生協(xié)調(diào)和其他此類減速控制之外，使用高精度、高響應(yīng)性的執(zhí)行器還有助于應(yīng)用在車輛駕駛輔助系統(tǒng)的自動(dòng)增壓功能。綜上所述，這里涉及的主要技術(shù)有：

(1)通過適當(dāng)分配摩擦制動(dòng)力，即使在PHEV的各種不同驅(qū)動(dòng)模式下的再生制動(dòng)力，也能獲得良好而穩(wěn)定的制動(dòng)感覺。

(2)通過失速協(xié)同控制，防止驅(qū)動(dòng)電機(jī)和動(dòng)力驅(qū)動(dòng)裝置過熱，提高斜坡路面失速狀態(tài)下的可操作性。

(3)自適應(yīng)巡航控制跟車時(shí)，通過再生制動(dòng)減速，同樣提高了燃料消耗經(jīng)濟(jì)性。

(4)不通過VSA操作，而是通過采用電動(dòng)伺服制動(dòng)系統(tǒng)坡道起步輔助功能，實(shí)現(xiàn)了在上坡道路上起步時(shí)防止倒車，不會(huì)讓駕駛員因HSA操作而感到任何陌生感。

電動(dòng)伺服制動(dòng)系統(tǒng)為PHEV開發(fā)了各種新的增壓功能?？蓪?shí)現(xiàn)高度可控、平穩(wěn)、自然的制動(dòng)，它不僅限于PHEV，還將能夠滿足未來對(duì)電動(dòng)汽車自動(dòng)化制動(dòng)壓力的精確控制的日益增長(zhǎng)需求。并且有助于在進(jìn)一步降低油耗和提高制動(dòng)裝置價(jià)值之間取得平衡。