液壓制動(dòng)輔助（HBA）工作原理與性能評(píng)測(cè)

摘 要 詳細(xì)介紹了基于ESP系統(tǒng)的液壓制動(dòng)輔助系統(tǒng)工作原理及性能評(píng)價(jià)方法。

關(guān)鍵詞 液壓制動(dòng)輔助；工作原理；性能評(píng)價(jià)

中圖分類號(hào) TN914 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 1673-9671-(2012)062-0234-03

作者在上文中詳細(xì)介紹了汽車制動(dòng)輔助系統(tǒng)的分類及現(xiàn)狀（參見《科技與生活》2012年第10期《汽車制動(dòng)輔助系統(tǒng)的分類及發(fā)展》），指出液壓制動(dòng)輔助（HBA）系統(tǒng)是目前汽車制動(dòng)輔助系統(tǒng)中功能更可靠、效果更好的制動(dòng)輔助系統(tǒng)。下面就詳細(xì)介紹液壓制動(dòng)輔助（HBA）的工作原理與性能

評(píng)測(cè)。

1 HBA工作原理

1.1 系統(tǒng)組成

標(biāo)準(zhǔn)的ESP系統(tǒng)由電子液壓控制單元（內(nèi)部集成壓力傳感器）、輪速傳感器、方向盤轉(zhuǎn)角傳感器、橫擺角傳感器、側(cè)向加速度傳感器及常規(guī)制動(dòng)系統(tǒng)、CAN總線、用于顯示及診斷的人機(jī)接口等組成。HBA所需的車速信號(hào)和主缸壓力等信號(hào)從ESP系統(tǒng)可直接獲得，因此HBA不需要額外的傳感器就可以實(shí)現(xiàn)緊急制動(dòng)輔助。HBA作為ESP系統(tǒng)的一項(xiàng)附加功能，逐漸成為一項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)配置，是符合ECE R13H法規(guī)要求的制動(dòng)輔助系統(tǒng)。

1.2 控制過程

車輛在緊急制動(dòng)時(shí)，HBA系統(tǒng)通過實(shí)時(shí)監(jiān)控制動(dòng)動(dòng)作、車輪速度以及主缸壓力來監(jiān)測(cè)識(shí)別車輛緊急制動(dòng)情況。當(dāng)行駛車速已超過系統(tǒng)設(shè)定的初始速度、駕駛員急速踩下制動(dòng)踏板、主缸壓力已達(dá)到設(shè)定水平且同時(shí)壓力升高速度超過設(shè)定的門限值時(shí)，HBA功能將會(huì)被觸發(fā)。此時(shí)回流泵電機(jī)可快速將制動(dòng)管路壓力提高直至達(dá)到ABS觸發(fā)水平。根據(jù)實(shí)際需要，駕駛員可在任意時(shí)間進(jìn)行制動(dòng)干預(yù)，并直接控制汽車的行駛性能。當(dāng)駕駛員制動(dòng)踏板施加壓力降低或松開制動(dòng)踏板時(shí)，那么HBA功能將解除，系統(tǒng)壓力又恢復(fù)到駕駛員所施加的制動(dòng)踏板壓力。當(dāng)車速較低時(shí)，HBA系統(tǒng)也將會(huì)退出。而如果防抱死系統(tǒng)失靈，該系統(tǒng)便會(huì)失去功效，不再工作。

HBA開啟條件：①主缸壓力超過設(shè)定的最低門限值；②壓力提高速度超過設(shè)定門限值；③車速超過最低設(shè)定值；④檢測(cè)到駕駛員踩制動(dòng)踏板；⑤檢測(cè)到主缸壓力明顯升高；⑥壓力傳感器無故障。當(dāng)條件全部滿足時(shí)，HBA功能才能夠開啟。

HBA功能退出條件：①車速低于最小門限值；②駕駛員松開制動(dòng)踏板；③低于主缸最小壓力值；④主缸壓力顯著降低。只要有一個(gè)條件達(dá)到，即可退出HBA。

1.3 液壓調(diào)節(jié)過程

HBA功能通過對(duì)ESP液壓控制單元的調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)主動(dòng)增壓功能，從而可將制動(dòng)系統(tǒng)內(nèi)部壓力迅速提高。當(dāng)車輪出現(xiàn)抱死趨勢(shì)時(shí)，可實(shí)現(xiàn)ABS調(diào)節(jié)過程，使制動(dòng)過程中既保證良好的效能又能兼顧穩(wěn)定性。一個(gè)完整的HBA液壓調(diào)節(jié)過程可分為開啟制動(dòng)輔助、ABS干預(yù)及制動(dòng)輔助終止三個(gè)階段。

1.3.1 開啟制動(dòng)輔助系統(tǒng)功能

當(dāng)駕駛員快速踩下制動(dòng)踏板，液壓單元內(nèi)開始建立壓力（圖4a）。當(dāng)達(dá)到HBA的開啟條件時(shí)，液壓單元將主動(dòng)執(zhí)行建壓過程（圖4b）?；谶@個(gè)主動(dòng)建立的壓力，系統(tǒng)將很快達(dá)到ABS調(diào)節(jié)的底限，因此很容易觸發(fā)ABS。在主動(dòng)建壓階段，液壓單元內(nèi)的開關(guān)閥關(guān)閉，高壓閥開啟。回流泵啟動(dòng)工作。此時(shí)，制動(dòng)輪缸內(nèi)的壓力將被提供到最大值，將會(huì)超過駕駛員觸發(fā)的制動(dòng)壓力。若此時(shí)有車輪抱死的危險(xiǎn)，ABS將介入干預(yù)。

1.3.2 ABS干預(yù)

ABS干預(yù)使得制動(dòng)力不會(huì)產(chǎn)生車輪抱死。HBA功能中的ABS調(diào)節(jié)過程與普通ABS系統(tǒng)調(diào)節(jié)壓力方式類似，同樣分為“保壓”、“減壓”與“建壓”三個(gè)階段。區(qū)別為HBA建壓需要回流泵來主動(dòng)執(zhí)行而不是依靠人力被動(dòng)建立壓力的方式。

在保壓階段，為了保持輪缸內(nèi)的制動(dòng)壓力，進(jìn)油閥和高壓閥關(guān)閉（圖4c）。制動(dòng)輪內(nèi)保持恒定壓力，回流泵關(guān)閉。減壓時(shí)，回流閥和開關(guān)閥開啟（圖4d）。制動(dòng)液被回流泵泵回到制動(dòng)主缸，以抵償駕駛員的踏板力。為了重新逐漸建立起壓力，開關(guān)閥和回油閥再次關(guān)閉，高壓閥開啟，回流泵啟動(dòng)工作（圖4b）。進(jìn)油閥在短時(shí)間內(nèi)開啟和關(guān)閉，此時(shí)制動(dòng)壓力得以逐漸增加。

1.3.3 制動(dòng)輔助終止

若駕駛員減少踏板力或車輛到達(dá)HBA退出的最低速度，則將不再滿足HBA的觸發(fā)條件。ESP控制單元識(shí)別出緊急情況也得到緩解，開始終止制動(dòng)輔助。HBA增加的制動(dòng)力逐漸減弱，直至再次與駕駛員踏板力一致。液壓系統(tǒng)通過關(guān)閉進(jìn)油閥和開啟回油閥，制動(dòng)液排出進(jìn)入到低壓蓄能器。通過回流泵，將多余的制動(dòng)液泵回到儲(chǔ)液罐中（圖4d）。

2 HBA參數(shù)的確定與性能評(píng)測(cè)

2.1 HBA開關(guān)門限值的確定

由于各種車輛的制動(dòng)主缸、真空助力器、制動(dòng)踏板以及制動(dòng)輪缸等都不盡相同，這些差異造成了不同的主缸壓力反應(yīng)。因此觸發(fā)HBA的壓力梯度門限不能夠直接定義，需要在對(duì)基礎(chǔ)制動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行計(jì)算并測(cè)試，同時(shí)考慮目標(biāo)客戶的使用情況而定。通常，觸發(fā)HBA開啟的門限值由汽車生產(chǎn)廠家決定，因?yàn)槠涓恿私猱?dāng)?shù)氐挠脩舻鸟{駛習(xí)慣。例如，歐美駕駛員踩制動(dòng)踏板時(shí)比亞洲駕駛員的所用的力量更大；運(yùn)動(dòng)型轎車的駕駛員比家庭轎車的駕駛員在制動(dòng)時(shí)會(huì)踩的更快更強(qiáng)。

如果HBA開啟門限值設(shè)定過低將會(huì)導(dǎo)致車輛制動(dòng)異常敏感，普通制動(dòng)便可以觸發(fā)制動(dòng)輔助，降低了制動(dòng)過程的漸進(jìn)性；如果門限值設(shè)定較高，將使緊急情況下很難將其觸發(fā)，則無法起到制動(dòng)助力的作用。在確定HBA開啟門限值的過程中，底盤標(biāo)定工程師需要在各種路況下對(duì)車輛反復(fù)進(jìn)行客觀測(cè)試與主觀檢驗(yàn)。

以某自主品牌1.8L汽油增壓發(fā)動(dòng)機(jī)自動(dòng)檔轎車為例，其制動(dòng)系統(tǒng)參數(shù)如表1所示。通過計(jì)算及試驗(yàn)后確定HBA開啟門限值為：①主缸壓力最小值≥30bar；②壓力升高速度≥3500bar/s；③初始最低車速≥15kph。HBA退出門限值：①車速≤5kph；②主缸最小壓力≤6bar。

2.2 性能評(píng)測(cè)

HBA性能的評(píng)價(jià)應(yīng)以客觀測(cè)試為主。主觀評(píng)測(cè)應(yīng)為快速輕踩制動(dòng)踏板時(shí)HBA及時(shí)觸發(fā)；在常規(guī)制動(dòng)階段不可誤觸發(fā)；在車輛即將停止前或減小踏板力時(shí)應(yīng)迅速退出。參考ECE R13H對(duì)BAS系統(tǒng)的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，制動(dòng)輔助評(píng)價(jià)應(yīng)從t0+0.8秒開始到車速減至15kph為止；t0為F踏板=20N時(shí)所對(duì)應(yīng)的時(shí)刻。施加大小為Fabs，lower和Fabs，upper之間的制動(dòng)時(shí)，減速度應(yīng)大于aabs的70%。

Fabs，lower=0.5*Fabs （2）

Fabs，upper=0.7*Fabs （3）

Fabs為可以觸發(fā)ABS控制的最小踏板力；aabs為五次初速度為100kph的ABS試驗(yàn)的減速度平均值。

根據(jù)以上測(cè)試方法對(duì)某1.8T發(fā)動(dòng)機(jī)車型進(jìn)行HBA功能測(cè)試。測(cè)試結(jié)果顯示：在干燥瀝青路面上車速達(dá)到110kph時(shí)快速輕踩制動(dòng)踏板，主缸壓力極短時(shí)間內(nèi)升高到30bar以上，壓力升高速度超過3500bar/s，已經(jīng)達(dá)到HBA觸發(fā)條件，HBA功能及時(shí)開啟。在液壓控制單元內(nèi)部回流泵的作用下輪缸壓力（＞100bar）明顯高于主缸壓力（＜60bar），系統(tǒng)主動(dòng)增壓效果顯著。隨著車輪滑移率的增大，在即將接近到抱死區(qū)域時(shí)，ABS開始干預(yù)，壓力調(diào)節(jié)效果良好，未出現(xiàn)車輪抱死的情況，制動(dòng)減速度迅速提高到最大值。隨著制動(dòng)踏板力減小，主缸壓力隨之減小，當(dāng)滿足HBA退出條件時(shí)返回常規(guī)制動(dòng)階段，輪缸壓力趨于與主缸壓力一致。測(cè)試結(jié)果表面此車的HBA功能良好，滿足設(shè)計(jì)要求。

3 結(jié)論

由于制動(dòng)輔助系統(tǒng)可以有效縮短制動(dòng)距離，提高車輛行駛安全性。ECE R13H在2011年5月加入了BAS的相關(guān)測(cè)試內(nèi)容，并要求2011年和2013年分階段強(qiáng)制實(shí)施?，F(xiàn)在，ESP及BAS的國家標(biāo)準(zhǔn)正在制定的過程中，預(yù)計(jì)在2012年以后陸續(xù)發(fā)布并實(shí)施。

本文通過介紹液壓制動(dòng)輔助系統(tǒng)HBA的原理及評(píng)測(cè)方法，為以后其在整車上的應(yīng)用及測(cè)試提供參考。隨著ESP系統(tǒng)的不斷普及，HBA必將會(huì)在車輛上得到更加廣泛的應(yīng)用。

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