汽車(chē)電子制動(dòng)系統的研究初探
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20世紀80年代后期，世界汽車(chē)技術(shù)領(lǐng)域最顯著(zhù)的成就就是防抱制動(dòng)系統(ABS)的應用和推廣。ABS 集微電子、精密加工、液壓控制技術(shù)為一體，是機電一體化的高技術(shù)產(chǎn)品。它的安裝大大提高了汽車(chē)的主動(dòng)安全性和操縱性。車(chē)輛制動(dòng)控制系統的發(fā)展主要是控制技術(shù)的發(fā)展。一方面，是擴大控制范圍、增加控制功能；另一方面，是采用優(yōu)化控制理論，實(shí)施伺服控制和高精度控制。經(jīng)過(guò)100多年的發(fā)展，汽車(chē)制動(dòng)系統的形式已經(jīng)基本固定。隨著(zhù)電子，特別是大規模、超大規模集成電路的發(fā)展，汽車(chē)制動(dòng)系統的形式也將發(fā)生變化。如凱西一海斯(K-H)公司在一輛實(shí)驗車(chē)上安裝了一種電一液(EHB)制動(dòng)系統，該系統徹底改變了制動(dòng)器的操作機理。
目前以最新技術(shù)形態(tài)出現的汽車(chē)電子系統是從飛機控制系統引來(lái)的，電子控制系統(X-by—Wire)用電子信號代替有形的連接，最終可望把駕駛員的控制裝置與轉向、制動(dòng)機構之間機械的或液壓的連接件，包括轉向柱、中間軸、泵、軟管、液壓油、皮帶、增壓器及制動(dòng)總泵等，通通淘汰出局，而且可以使用各種電機作動(dòng)器，外加腳踏板和轉向感覺(jué)模擬器，不僅減輕了重量，降低油耗和制造成本，相應也提高了可靠性和安全性。由于電線(xiàn)走向布置的靈活性，汽車(chē)操縱部件的布置也具有靈活性，提高了汽車(chē)設計的自由空間。美國通用汽車(chē)公司研制的“自主魔力”概念車(chē)，轉向、制動(dòng)、動(dòng)力系統采用了X-by-Wire形式，使其整車(chē)控制采用電子而不是傳統的機械方式進(jìn)行。
2 國內外研究狀況
在汽車(chē)電子技術(shù)研發(fā)上，著(zhù)眼于解決環(huán)保和能源問(wèn)題，不少?lài)以诮?jīng)濟和政策上給予大力支持。
國外的大公司在電子控制技術(shù)上較為領(lǐng)先，ITT Automotive Europe進(jìn)行了多年電子制動(dòng)方面的研究，Continental Teves公司已推出幾代制動(dòng)執行器。馬自達LS使用了壓力分配的電子制動(dòng)技術(shù)，它是利用汽車(chē)負載改變前后剎車(chē)轉換。以氣動(dòng)ABS聞名的Wabco公司已經(jīng)推出了電動(dòng)制動(dòng)的ABS系統。
在國內，目前僅擁有電動(dòng)汽車(chē)的整車(chē)開(kāi)發(fā)與試驗設施，對電動(dòng)汽車(chē)主要零部件電動(dòng)化開(kāi)發(fā)與試驗還沒(méi)有有效工具和方法，所以電動(dòng)汽車(chē)的研發(fā)基本上還處于燃油汽車(chē)輔助系統動(dòng)力源的電動(dòng)化改裝階段。
3 電子制動(dòng)系統的結構及特點(diǎn)
電子制動(dòng)是指正常工作時(shí)在制動(dòng)踏板和制動(dòng)器之間沒(méi)有機械連接，用電線(xiàn)取代部分或全部制動(dòng)管路，并省去制動(dòng)系統的很多閥。此外，在電子控制系統中設計相應程序，操縱電控元件來(lái)控制制動(dòng)力的大小以及各軸的制動(dòng)力分配，可完全實(shí)現使用傳統制動(dòng)系統所能達到的 ABS及ASR等功能。與傳統的制動(dòng)系統相比，所有油壓管道、油壓元件都被電子線(xiàn)路、電子元件所取代，安裝也方便很多。此外對制動(dòng)系統功能的整合也有很大幫助，包括ABS、制動(dòng)力輔助系統、巡航控制、穩定性控制等，這些系統在傳統的液(氣)壓制動(dòng)系統上體現為獨立、分離的單一硬件系統，而在BBW系統上只是整體系統中的子程序體現在控制程序的軟件，而且可以輕易加入更多的輸入信息和函數。
電子制動(dòng)的結構如圖1所示。圖2是該系統的配置圖。其主要包含以下部分。
(2)電子制動(dòng)控制單元(ECU)。接收制動(dòng)踏板發(fā)出的信號，控制制動(dòng)器制動(dòng)；接收駐車(chē)制動(dòng)信號，控制駐車(chē)制動(dòng)；接收車(chē)輪傳感器信號，識別車(chē)輪是否抱死、打滑等，控制車(chē)輪制動(dòng)力，實(shí)現防抱死和驅動(dòng)防滑。由于各種控制系統如衛星定位、導航系統、自動(dòng)變速系統、無(wú)級轉向系統、懸架系統等的控制系統與制動(dòng)控制系統高度集成，所以ECU還得兼顧這些系統的控制。
(3)輪速傳感器。準確、可靠、及時(shí)獲得車(chē)輪速度。
(4)線(xiàn)束。給系統傳遞能源和電控制信號。
(5)電源。為整個(gè)電制動(dòng)系統提供能源。與其他系統共用?？梢允歉鞣N電源，也包括再生能源。
從結構上可以看出上述電子制動(dòng)系統具有傳統制動(dòng)控制系統無(wú)法比擬的優(yōu)點(diǎn)：
·縮短制動(dòng)距離，優(yōu)化穩定性；由于制動(dòng)執行器和制動(dòng)踏板之間沒(méi)有了液壓和機械連接取而代之是數據線(xiàn)，無(wú)疑這將大大減少制動(dòng)器的作用時(shí)間，進(jìn)而有效地縮短制動(dòng)距離；
無(wú)需制動(dòng)液，有利于環(huán)保；
·制動(dòng)踏板可調，使舒適性和安全性更好；
·抗碰撞性能提高；
·在A(yíng)BS模式下踏板無(wú)回彈振動(dòng)；
·節省空間，零件減少；
·幾乎無(wú)噪聲；
·安裝簡(jiǎn)易；
·可實(shí)現所有制動(dòng)和穩定功能，如ABS、EBD、TCS、ESP、BA、ACC等；
·可與未來(lái)的交通管理系統輕松聯(lián)網(wǎng)；．方便的集成附加功能，如電子駐車(chē)制動(dòng)。
4 電子制動(dòng)系統開(kāi)發(fā)過(guò)程中的關(guān)鍵問(wèn)題
BBW系統由于沒(méi)有機械或液壓后備，所以系統的可靠 性要求高，并且系統必須能容錯。因此，系統需要有下列特點(diǎn)：可靠的能源來(lái)源、容錯的通信協(xié)議和一些硬件的冗余等。下面是一些開(kāi)發(fā)中的關(guān)鍵部分。
(1) 驅動(dòng)能源問(wèn)題。鼓式制動(dòng)需100 W的功率，而盤(pán)式制動(dòng)則需要1 kW。12 V的車(chē)輛電器系統難以支持執行電氣制動(dòng)的高功率需求。因此，建立42V電壓系統機構十分重要，同時(shí)需要解決高電壓帶來(lái)的安全問(wèn)題。
(2)對容錯的要求。在完全取消了液壓元件的系統中，沒(méi)有獨立的后備執行系統。此時(shí)，與其使用能安全停止工作的系統，不如采用容錯或自動(dòng)防故障系統。雖然許多技術(shù)能提高容錯系統的安全性，更為根本的辦法還是提供后備系統。當節點(diǎn)或電子控制單元出現故障時(shí)，在不破壞現有系統完整性的情況下，啟用后備裝置。容錯程度應隨應用場(chǎng)合而不同，但重要的傳感器和控制器都應有備份。另外，系統中每一節點(diǎn)之間的串行通信必須支持容錯。而容錯就需要開(kāi)發(fā)相應的通信協(xié)議。因為現在車(chē)輛應用的一些普通通信系統，如CAN等都不能滿(mǎn)足容錯要求。實(shí)現電子制動(dòng)控制的關(guān)鍵技術(shù)是系統失效時(shí)的信息交流協(xié)議，如TTP／C。系統一旦出現故障，立即發(fā)出信息，確保信息傳遞符合法規。最適合的方法是采用時(shí)分多路復用電路控制(TDMA)，它可以保證不出現不可預測的信息滯后，TTP／C協(xié)議就是根據TDMA制定的。
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