乘用車線控電子液壓制動(dòng)系統(tǒng)開發(fā)探討

摘" 要：結(jié)合某新能源乘用車制動(dòng)系統(tǒng)開發(fā)，闡述當(dāng)前主流線控電子液壓制動(dòng)系統(tǒng)的主要零部件結(jié)構(gòu)、工作原理及相關(guān)新功能的開發(fā)應(yīng)用，并梳理新功能在開發(fā)匹配中需要關(guān)注的要點(diǎn)，為后續(xù)相關(guān)車型線控制動(dòng)的開發(fā)提供參考。

關(guān)鍵詞：線控制動(dòng)；工作原理；新功能

中圖分類號：U463.5" " " "文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A" " " "文章編號：1005-2550（2024）01-0091-06

Discussion on The Development of Electro-hydraulic Brake system by Wire For Passenger Car

ZHANG Xiao-ming

（Chery Automobile Co.， Ltd， Wuhu 241006， China）

Abstract： Combined with the development of a new energy passenger car brake system， this paper expounds the main component structure， working principle and the development and application of related new functions of the current mainstream electro-hydraulic brake system by wire， and sorts out the key points that need to be paid attention to in the development and matching of new functions， so as to provide reference for the subsequent development of related car brake by wire.

Key" Words： brake by wire; working principle; new function

1" " 引言

近年來隨著國際燃油價(jià)格的升高，消費(fèi)者用車成本增加較多，為降低出行成本，越來越多的消費(fèi)者優(yōu)先選購新能源汽車，新能源汽車迎來了高速發(fā)展期。新能源汽車?yán)m(xù)航里程是影響消費(fèi)者購買因素之一，為此汽車主機(jī)廠從多專業(yè)維度著手，使用先進(jìn)技術(shù)提高新能源汽車的續(xù)航能力。為提高新能源汽車制動(dòng)能量回收效率，當(dāng)前主流汽車主機(jī)廠選擇使用線控制動(dòng)系統(tǒng)。在行車制動(dòng)過程中，協(xié)調(diào)再生制動(dòng)系統(tǒng)，可讓電動(dòng)機(jī)參與制動(dòng)，提高電機(jī)回收效率。本文結(jié)合公司某新能源乘用車所配（One-box）線控電子液壓制動(dòng)系統(tǒng)的開發(fā)工作，介紹線控電子液壓制動(dòng)系統(tǒng)主要零部件構(gòu)成及系統(tǒng)工作原理，同時(shí)結(jié)合項(xiàng)目開發(fā)介紹線控電子液壓制動(dòng)系統(tǒng)帶來的新功能，并梳理新功能在開發(fā)匹配中需要關(guān)注的要點(diǎn)，為后續(xù)相關(guān)車型的制動(dòng)開發(fā)提供參考。

2" " 線控電子液壓制動(dòng)系統(tǒng)

2.1nbsp; "線控電子液壓制動(dòng)系統(tǒng)與傳統(tǒng)液壓制動(dòng)系統(tǒng)的差異

傳統(tǒng)汽車制動(dòng)系統(tǒng)主要由制動(dòng)踏板、真空源、真空助力器帶制動(dòng)主缸總成、ESC及液壓控制單元、制動(dòng)管路和制動(dòng)器等組成。傳統(tǒng)液壓制動(dòng)系統(tǒng)組成，見圖1：

若發(fā)動(dòng)機(jī)自身提供的真空度無法滿足整車制動(dòng)性能要求，需要配裝真空泵。真空泵分為機(jī)械真空泵和電動(dòng)真空泵。機(jī)械真空泵由發(fā)動(dòng)機(jī)直接驅(qū)動(dòng)，發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)機(jī)械真空泵就運(yùn)行工作；電動(dòng)真空泵由發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元控制，根據(jù)設(shè)定的真空度閾值來控制電動(dòng)真空泵的開啟與關(guān)閉。

One-box線控電子液壓制動(dòng)系統(tǒng)主要由制動(dòng)踏板、集成制動(dòng)控制器總成（One-box）、制動(dòng)管路和制動(dòng)器等組成。One-box線控制動(dòng)系統(tǒng)組成圖，見圖2：

通過圖1、圖2的對比可見，線控電子液壓制動(dòng)系統(tǒng)具備優(yōu)勢如下：

1）系統(tǒng)高度集成化：電子液壓制動(dòng)系統(tǒng)將傳統(tǒng)液壓制動(dòng)系統(tǒng)的真空源、ESC及液壓控制單元和制動(dòng)主缸帶真空助力器總成集成為一體，簡化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)布置。同時(shí)具備了體積小，重量輕特點(diǎn)。

2）系統(tǒng)響應(yīng)快：系統(tǒng)建壓速度（TTL 時(shí)間）可滿足AEB 行人保護(hù)的要求，并遠(yuǎn)高于ESC的響應(yīng)速度（可提升約3倍）。

3）制動(dòng)性能穩(wěn)定：制動(dòng)助力通過無刷電機(jī)實(shí)現(xiàn)，擺脫對真空系統(tǒng)的依賴。解決了傳統(tǒng)液壓制動(dòng)系統(tǒng)制動(dòng)性能對海拔變化的敏感性。

2.2" "集成制動(dòng)控制器總成

集成制動(dòng)控制器總成主要是由制動(dòng)液儲液罐、電控單元、踏板力模擬器、行程傳感器、無刷電機(jī)、防火墻接口、踏板接口、制動(dòng)主缸和電子閥的液壓單元等組成。集成制動(dòng)控制器總成組成圖、爆炸圖，分別見圖3、圖4：

集成制動(dòng)控制器總成主要組成部件作用：

1）行程傳感器：檢測踏板位置信號，并將信號傳輸給集成制動(dòng)控制器總成的電控單元。

2）電控單元：接收行程和壓力等傳感器的信號，根據(jù)駕駛員踩制動(dòng)踏板的速率及行程，將駕駛員的制動(dòng)意圖信號化，通過控制單元內(nèi)部運(yùn)算，控制電磁閥組和無刷電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。[1]

3）踏板力模擬器：制動(dòng)踏板輸入→制動(dòng)主缸→踏板力模擬器（制動(dòng)主缸建立的制動(dòng)壓力直接到達(dá)踏板力模擬器，不進(jìn)入制動(dòng)輪缸），模擬傳統(tǒng)液壓制動(dòng)系統(tǒng)的制動(dòng)踏板行程與踏板力的關(guān)系， 為駕駛員提供制動(dòng)反饋。

4）無刷電機(jī)：電控單元根據(jù)駕駛員的駕駛意圖，通過壓力傳感器和轉(zhuǎn)子位置傳感器對無刷電機(jī)進(jìn)行精準(zhǔn)控制，為制動(dòng)輪缸提供制動(dòng)壓力。

2.3" "線控電子液壓制動(dòng)系統(tǒng)工作原理

One-box線控集成制動(dòng)控制器可實(shí)現(xiàn)車輛兩部分制動(dòng)：1、線控制動(dòng)部分（電控制動(dòng)）；2、機(jī)械備份制動(dòng)部分（無刷電機(jī)等出現(xiàn)功能失效，系統(tǒng)無電動(dòng)助力，歸屬應(yīng)急制動(dòng)范疇，發(fā)生概率極低）。

鑒于以上特性，One-box線控電子液壓制動(dòng)系統(tǒng)的制動(dòng)原理分為兩大部分。

電控制動(dòng)工作原理，見圖5：

電控制動(dòng)工作原理如下：

制動(dòng)踏板被踩下時(shí)，駕駛員的制動(dòng)請求被行程傳感器和壓力傳感器檢測到并傳輸?shù)郊芍苿?dòng)控制器控制單元，控制單元將駕駛員的制動(dòng)意圖信號化，通過控制單元內(nèi)部運(yùn)算，控制電磁閥組和無刷電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。制動(dòng)主缸與制動(dòng)輪缸之間的電路分離閥關(guān)閉，避免制動(dòng)主缸液壓管路與制動(dòng)輪缸液壓管路相通；制動(dòng)主缸與制動(dòng)踏板力模擬器之間的模擬分離閥打開，制動(dòng)主缸內(nèi)的液壓進(jìn)入踏板力模擬器，給駕駛員反饋踏板感覺（踏板行程與踏板力）；控制單元通過轉(zhuǎn)子位置傳感器和壓力傳感器對無刷電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)進(jìn)行精準(zhǔn)控制，以實(shí)現(xiàn)設(shè)定制動(dòng)壓力的輸出；壓力單元與制動(dòng)輪缸之間的柱塞分離閥打開，以釋放制動(dòng)壓力至制動(dòng)輪缸，從而產(chǎn)生制動(dòng)力，建立整車制動(dòng)減速度。

機(jī)械備份制動(dòng)工作原理圖，見圖6：

機(jī)械備份制動(dòng)控制工作原理如下：

制動(dòng)踏板被踩下時(shí)，制動(dòng)主缸與制動(dòng)踏板力模擬器之間的模擬分離閥關(guān)閉，制動(dòng)主缸內(nèi)的液壓不能進(jìn)入踏板力模擬器，踏板感模擬器不反饋踏板感覺給駕駛員（踏板行程與踏板力）；制動(dòng)主缸與制動(dòng)輪缸之間的電路分離閥打開，制動(dòng)主缸的制動(dòng)液進(jìn)入制動(dòng)輪缸，制動(dòng)壓力的大小完全取決于駕駛員施加于制動(dòng)踏板上的踏板力；壓力單元與制動(dòng)輪缸之間的柱塞分離閥關(guān)閉，避免制動(dòng)主缸的制動(dòng)液進(jìn)入建壓單元系統(tǒng)。

3" nbsp; 線控電子液壓制動(dòng)新功能

3.1" "制動(dòng)踏板感覺匹配開發(fā)

線控電子液壓制動(dòng)系統(tǒng)的制動(dòng)踏板感覺匹配開發(fā)，首先需要根據(jù)整車制動(dòng)踏板感的踏板力與踏板行程目標(biāo)要求，完成制動(dòng)踏板模擬器的匹配開發(fā)工作，同時(shí)需要凍結(jié)制動(dòng)踏板初始力及制動(dòng)踏板杠桿比。踏板力模擬器開發(fā)示意如圖7所示。

踏板力模擬器主要由各種剛度的碟簧組合而成，基于制動(dòng)踏板初始力和制動(dòng)踏板杠桿比，通過調(diào)整碟簧的剛度實(shí)現(xiàn)整車對制動(dòng)踏板行程與踏板力的目標(biāo)要求，但需要注意駕駛員踩踏板力的反饋是由液壓反饋產(chǎn)生，不是碟簧力直接作用反饋力產(chǎn)生。踏板力模擬器內(nèi)的碟形彈簧實(shí)物如圖8所示。

線控電子液壓制動(dòng)系統(tǒng)，可根據(jù)主機(jī)廠的需求提供多種模式制動(dòng)踏板感覺，不同制動(dòng)踏板感覺的實(shí)現(xiàn)主要是通過軟件設(shè)定制動(dòng)主缸推桿行程與制動(dòng)壓力的關(guān)系，從而實(shí)現(xiàn)制動(dòng)踏板行程與減速度的關(guān)系；[2]由于制動(dòng)踏板力與踏板行程的關(guān)系已確定，故制動(dòng)踏板力與減速度的關(guān)系也被確定。圖9為某開發(fā)車型制動(dòng)主缸推桿行程與制動(dòng)壓力關(guān)系曲線圖。

為了讓整車制動(dòng)踏板感覺符合更多消費(fèi)者的需求，新開發(fā)車型設(shè)置了2種模式制動(dòng)踏板感覺，通過對制動(dòng)踏板感覺進(jìn)行精細(xì)化調(diào)教，其制動(dòng)踏板感覺表現(xiàn)分別見圖10、圖11。

從圖10、圖11可知：線控電子液壓制動(dòng)系統(tǒng)支持設(shè)置多種制動(dòng)踏板感覺模式，擺脫了傳統(tǒng)液壓制動(dòng)系統(tǒng)只有一種制動(dòng)踏板感覺的局面。新開發(fā)車型制動(dòng)踏板感覺經(jīng)過聯(lián)合標(biāo)定的精細(xì)化調(diào)教，其制動(dòng)踏板感覺表現(xiàn)要明顯優(yōu)于市場競品車型。

3.2" "協(xié)調(diào)再生制動(dòng)系統(tǒng)開發(fā)

在保持恒定的制動(dòng)踏板位置輸入下，為了維持恒定的車輛減速度，需要有一個(gè)穩(wěn)定的制動(dòng)力矩持續(xù)作用在車輪上。如駕駛員制動(dòng)需求3不發(fā)生變化（制動(dòng)踏板位置踩到一定位置保持不動(dòng)）時(shí)，在車輛減速的過程中，協(xié)調(diào)再生制動(dòng)系統(tǒng)對電機(jī)制動(dòng)和液壓制動(dòng)進(jìn)行協(xié)調(diào)工作，不同制動(dòng)時(shí)期液壓制動(dòng)力矩1與電機(jī)制動(dòng)力矩2的參與量也不同。制動(dòng)初期，液壓制動(dòng)力矩1在逐漸小，電機(jī)制動(dòng)力矩2在逐漸增大；制動(dòng)中期，若電機(jī)制動(dòng)力矩2可滿足駕駛員制動(dòng)需求3，將由電機(jī)提供制動(dòng)力矩；制動(dòng)后期，電機(jī)制動(dòng)力矩2逐漸減小并最終退出，液壓制動(dòng)力矩1逐漸增大并最終由液壓制動(dòng)完全接管。[3]

圖13為新開發(fā)車型協(xié)調(diào)再生制動(dòng)系統(tǒng)工作實(shí)測曲線。通過對電機(jī)制動(dòng)介入時(shí)機(jī)，電機(jī)加載、退出的斜率和液壓制動(dòng)退出、補(bǔ)償?shù)男甭实葏?shù)調(diào)整后，實(shí)測曲線整個(gè)制動(dòng)過程中可以看出液壓制動(dòng)與電機(jī)制動(dòng)相互協(xié)調(diào)，整車減速度未出現(xiàn)明顯波動(dòng)，制動(dòng)平順性表現(xiàn)良好。

從圖13可知，電機(jī)參與了行車制動(dòng)，故該車型配備的系統(tǒng)屬于B型電力再生式制動(dòng)系統(tǒng)，其相關(guān)制動(dòng)性能表現(xiàn)須滿足制動(dòng)法規(guī)要求。協(xié)調(diào)再生制動(dòng)系統(tǒng)不僅有利于提高車輛的續(xù)航里程，同時(shí)也可提高整車摩擦片的使用壽命。

3.3" "舒適停車功能開發(fā)

舒適停車是在低速制動(dòng)階段，線控電子液壓制動(dòng)系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)節(jié)制動(dòng)時(shí)的制動(dòng)壓力，并滿足日常使用場景停車工況，避免車輛剎停時(shí)出現(xiàn)制動(dòng)“點(diǎn)頭”現(xiàn)象，為駕乘人員提供更加平順、舒適的體驗(yàn)。[5]

圖14為新開發(fā)車型的舒適停車功能實(shí)測曲線，通過對液壓制動(dòng)泄壓斜率、最低安全壓力等參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，讓制動(dòng)停車更舒適。

舒適停車功能工作的邊界條件（供參考），見上表1。

在日常使用場景停車工況下，通?？捎|發(fā)舒適停車功能；在緊急制動(dòng)停車工況下，為了確保行車制動(dòng)安全，舒適停車功能不會被激活。

4" " 結(jié)語

本文結(jié)合當(dāng)前新能源汽車所配置的主流線控電子液壓制動(dòng)系統(tǒng)，對其主要零部件結(jié)構(gòu)和工作原理進(jìn)行了詳細(xì)介紹。同時(shí)結(jié)合新開發(fā)新能源車型對制動(dòng)踏板感覺開發(fā)、協(xié)調(diào)再生制動(dòng)和舒適停車的新功能展開詳細(xì)介紹，并梳理新功能在開發(fā)匹配中需要關(guān)注的要點(diǎn)，為后續(xù)相關(guān)車型的線控制動(dòng)的開發(fā)提供參考。新能源汽車配置線控電子液壓制動(dòng)系統(tǒng)已是行業(yè)發(fā)展的主流趨勢，希望通過此文的介紹可給從事制動(dòng)性能開發(fā)工作的技術(shù)人員提供一定的指導(dǎo)作用。

參考文獻(xiàn)：

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[3]朱云鵬.汽車制動(dòng)系統(tǒng)性能分析及優(yōu)化設(shè)計(jì)探討[J]. 汽車測試報(bào)告，2023（06）：19-20.

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[5]張涵.乘用車制動(dòng)感覺仿真分析與優(yōu)化研究[J]. 時(shí)代汽車，2018（06）：110-113.

專家推薦語

黃玉華

東風(fēng)汽車集團(tuán)有限公司研發(fā)總院

整車電氣專業(yè)" 研究員級高級工程師

本文對某乘用車線控電子液壓制動(dòng)系統(tǒng)的組成、工作原理、衍生功能等進(jìn)行了介紹，具有一定的科普價(jià)值及同行參考價(jià)值。

張曉明

畢業(yè)于合肥工業(yè)大學(xué)，車輛工程專業(yè)，本科學(xué)歷。現(xiàn)就職于奇瑞汽車股份有限公司工程研究總院，任主任工程師，中級工程師。主要專業(yè)方向：汽車制動(dòng)性能開發(fā)及驗(yàn)證。曾取得發(fā)明專刊兩項(xiàng)，實(shí)用新型?？瘍身?xiàng)，發(fā)表論文數(shù)篇。