寶馬集成動(dòng)態(tài)穩(wěn)定控制系統(tǒng)（DSCi）技術(shù)淺析

南京金陵高等職業(yè)技術(shù)學(xué)校 李小飛

2018年12月7日，全新寶馬X5車正式上市。為了降低復(fù)雜性，同時(shí)擴(kuò)展動(dòng)態(tài)穩(wěn)定控制系統(tǒng)（DSC）的功能，寶馬集團(tuán)首次在全新X5車（第4代X5車型）上批量使用了全新制動(dòng)系統(tǒng)——集成動(dòng)態(tài)穩(wěn)定控制系統(tǒng)（DSCi）。該系統(tǒng)的供應(yīng)商為大陸集團(tuán)（Continental）。這種減少了組件的全新制動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，將引領(lǐng)未來(lái)制動(dòng)系統(tǒng)的發(fā)展方向，隨后將在更多的寶馬車型上使用。

1 DSCi的概念與功能

在介紹DSCi之前，有必要先簡(jiǎn)單介紹一下寶馬車輛上已被廣泛熟知的DSC系統(tǒng)。DSC是Dynamic Stability Control的縮寫，即動(dòng)態(tài)穩(wěn)定控制系統(tǒng)，類似于博世的ESP、豐田的VSC和通用的ESC等。動(dòng)態(tài)穩(wěn)定控制系統(tǒng)可以提高車輛的操控安全性和駕駛便利性。

DSCi是對(duì)DSC的進(jìn)化升級(jí)，包括了已知的多種動(dòng)態(tài)駕駛模式的選擇和車輛防滑控制功能，附加功能還包括制動(dòng)摩擦片磨損傳感器的狀態(tài)讀取、輪胎壓力監(jiān)控和對(duì)電動(dòng)機(jī)械式駐車制動(dòng)器的控制等。DSCi的技術(shù)亮點(diǎn)是將駕駛?cè)说牟僮髋c行車制動(dòng)器的液壓制動(dòng)系統(tǒng)分離開(kāi)來(lái)，具有這種特點(diǎn)的制動(dòng)系統(tǒng)被稱為電動(dòng)液壓式電控制動(dòng)器。

其實(shí)早在2009年，隨著寶馬X6混合動(dòng)力車型的推出，寶馬便已開(kāi)始引入電動(dòng)液壓式電控混合制動(dòng)系統(tǒng)。該系統(tǒng)的特點(diǎn)是操縱裝置與傳動(dòng)裝置的彼此分離。駕駛?cè)说闹苿?dòng)請(qǐng)求由制動(dòng)踏板行程傳感器檢測(cè)，并由控制單元進(jìn)行處理，通過(guò)計(jì)算判斷是否可以通過(guò)電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)能量回收來(lái)執(zhí)行制動(dòng)，如果電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)功率不足，則可同時(shí)使用行車制動(dòng)器進(jìn)行制動(dòng)，這樣可提高車輛的整體效率。但這套系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域僅限于采用混合動(dòng)力驅(qū)動(dòng)的極少數(shù)車型。隨著DSCi的推出，如今采用傳統(tǒng)驅(qū)動(dòng)方案的車型也可以轉(zhuǎn)用電動(dòng)液壓式電控技術(shù)了。

圖1 DSC的安全性優(yōu)勢(shì)

2 DSCi系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及技術(shù)特點(diǎn)

DSCi是一套完全經(jīng)過(guò)改進(jìn)的制動(dòng)系統(tǒng)，其改進(jìn)理念是“集成與分離”。如圖2所示，相較于DSC而言，DSCi存在以下幾方面的結(jié)構(gòu)變化。

（1）制動(dòng)器取消了真空制動(dòng)助力系統(tǒng)，降低了復(fù)雜性，同時(shí)提高了可靠性。

（2）增大了制動(dòng)液儲(chǔ)液罐的體積（DSC為0.2 L，DSCi為0.6 L）。

（3）將之前的制動(dòng)液液位開(kāi)關(guān)變?yōu)橹苿?dòng)液液位傳感器。傳感器可持續(xù)監(jiān)測(cè)制動(dòng)液液位變化并在必要時(shí)激活故障警報(bào)。

1—電子真空泵；2—機(jī)械真空泵；3—真空管路；4—單向閥；5—制動(dòng)助力器；6—制動(dòng)液儲(chǔ)液罐；7—制動(dòng)液液位開(kāi)關(guān)；8—串聯(lián)式制動(dòng)主缸；9—制動(dòng)壓力傳感器；10—制動(dòng)踏板；11—DSC液壓?jiǎn)卧?DSCi控制單元；12—制動(dòng)液液位傳感器；A—DSC制動(dòng)器；B—DSCi制動(dòng)器

（4）采用DSC制動(dòng)器的寶馬汽車，分別依據(jù)不同的驅(qū)動(dòng)方案（前輪驅(qū)動(dòng)/后輪驅(qū)動(dòng)）以及相關(guān)的汽車平臺(tái)，配置了前橋和后橋獨(dú)立或?qū)蔷€形式的制動(dòng)回路。隨著DSCi制動(dòng)器的推出，將在相關(guān)車型上配置對(duì)角線形式的制動(dòng)回路。

（5）制動(dòng)踏板機(jī)構(gòu)上的傳動(dòng)比增大。增加了制動(dòng)傳感器，集成于制動(dòng)踏板上。

（6）DSCi系統(tǒng)承擔(dān)了制動(dòng)信號(hào)燈開(kāi)關(guān)的功能。由制動(dòng)踏板行程傳感器確定制動(dòng)踏板的位置，再通過(guò)制動(dòng)壓力傳感器進(jìn)行核實(shí)，從而確定是否點(diǎn)亮制動(dòng)燈。

DSCi包含的傳感器部件、執(zhí)行器部件及液壓回路如圖3所示。DSCi制動(dòng)器的制動(dòng)壓力（駕駛?cè)说囊螅┩ㄟ^(guò)制動(dòng)踏板提供，并在集成的串聯(lián)式制動(dòng)主缸內(nèi)進(jìn)行轉(zhuǎn)換。為此，仍然需要制動(dòng)踏板和串聯(lián)式制動(dòng)主缸及DSC液壓?jiǎn)卧g的直接機(jī)械連接。但串聯(lián)式制動(dòng)主缸中的制動(dòng)壓力只會(huì)被檢測(cè)，而不會(huì)被直接傳遞給制動(dòng)器。車輛所需的

制動(dòng)力是由制動(dòng)回路中線性執(zhí)行器的制動(dòng)壓力實(shí)現(xiàn)，并且已包括了所需的制動(dòng)助力。

這種液壓分離在功能上等同于“電控制動(dòng)”的制動(dòng)系統(tǒng)。然而，由于制動(dòng)踏板和液壓機(jī)構(gòu)之間的直接機(jī)械連接，在安裝空間方面并沒(méi)有“電控制動(dòng)”制動(dòng)系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)，但這種直接機(jī)械連接的優(yōu)勢(shì)在于系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，可以確保通過(guò)適當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)換閥進(jìn)行緊急制動(dòng)；其另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是可以建立或消除適當(dāng)?shù)闹苿?dòng)壓力而不會(huì)對(duì)制動(dòng)踏板產(chǎn)生明顯影響。

3 DSCi的工作模式

根據(jù)車輛的運(yùn)行狀態(tài)不同，DSCi的工作模式包括行駛前檢查、正常的制動(dòng)控制、危險(xiǎn)狀態(tài)下的制動(dòng)控制、后備模式、泄漏檢測(cè)等。

3.1 行駛前檢查

隨著車輛數(shù)據(jù)總線的喚醒（例如檢測(cè)到鑰匙發(fā)射器或車門開(kāi)啟），DSCi控制單元啟動(dòng)行駛前檢查模式。行駛前檢查模式可以進(jìn)行制動(dòng)壓力傳感器、線性行程傳感器、模擬器電路中的制動(dòng)壓力傳感器的可信度及各電磁閥的動(dòng)作響應(yīng)的檢查。如果行駛前檢查后發(fā)現(xiàn)故障，則會(huì)激活后備模式。

3.2 正常的制動(dòng)控制

如圖4所示，當(dāng)駕駛?cè)苏２认轮苿?dòng)踏板時(shí)，系統(tǒng)通過(guò)制動(dòng)踏板行程傳感器檢測(cè)出制動(dòng)請(qǐng)求。此時(shí)，兩個(gè)駕駛?cè)朔蛛x閥均處于關(guān)閉狀態(tài)，防止在此過(guò)程中產(chǎn)生的液壓壓力作用于車輪制動(dòng)器。液壓壓力通過(guò)開(kāi)啟的模擬器閥到達(dá)制動(dòng)踏板力模擬器。制動(dòng)踏板力模擬器內(nèi)部的彈性體產(chǎn)生常規(guī)的反作用力。

制動(dòng)踏板行程傳感器的傳感器信號(hào)由DSCi控制單元進(jìn)行處理，并根據(jù)駕駛?cè)说闹苿?dòng)請(qǐng)求激活線性執(zhí)行器。由此產(chǎn)生的制動(dòng)壓力通過(guò)已開(kāi)啟的線性執(zhí)行器轉(zhuǎn)換閥傳遞至車輪制動(dòng)器，從而產(chǎn)生制動(dòng)效果。

3.3 危險(xiǎn)狀態(tài)下的制動(dòng)控制

當(dāng)車輛需要緊急制動(dòng)、避讓危險(xiǎn)時(shí)，在ABS或DSCi起作用的壓力控制階段，位于壓力室中的制動(dòng)液通過(guò)壓力保持閥和減壓閥向補(bǔ)液罐方向移動(dòng)。為了保持必要的制動(dòng)壓力，線性執(zhí)行器會(huì)繼續(xù)

向線性執(zhí)行器壓力缸移動(dòng)。如果壓力控制階段過(guò)長(zhǎng)，將導(dǎo)致線性執(zhí)行器移動(dòng)到極限位置，為了在這種情況下繼續(xù)提供足夠的制動(dòng)壓力，線性執(zhí)行器會(huì)移動(dòng)到縮回位置，并從補(bǔ)液罐中吸入新的制動(dòng)液，被用于建立壓力。這個(gè)過(guò)程在幾毫秒內(nèi)完成，駕駛?cè)耸遣煊X(jué)不到的。

在DSCi制動(dòng)器中，由于駕駛?cè)伺c制動(dòng)器分離，壓力控制階段出現(xiàn)在制動(dòng)踏板上的脈動(dòng)不像原來(lái)的DSC制動(dòng)系統(tǒng)那么明顯。駕駛?cè)藘H通過(guò)閃爍的DSC指示燈和警告燈獲得關(guān)于壓力控制階段的相應(yīng)反饋。

3.4 后備模式

如果系統(tǒng)檢測(cè)出傳感器（制動(dòng)踏板行程傳感器、制動(dòng)壓力傳感器、線性行程傳感器、車輪轉(zhuǎn)速傳感器）信號(hào)不可信，后備模式（圖5）將被激活。線性執(zhí)行器轉(zhuǎn)換閥關(guān)閉，駕駛?cè)朔蛛x閥開(kāi)啟。此外，通過(guò)關(guān)閉模擬器閥停用制動(dòng)踏板力模擬器的功能。制動(dòng)壓力傳感器模擬器電路此時(shí)參與制動(dòng)過(guò)程，變成工作電路。

在后備模式中，當(dāng)制動(dòng)踏板力為500 N時(shí)，可產(chǎn)生約6.4 m/s2的行車制動(dòng)效果。此時(shí)對(duì)于駕駛?cè)硕?，踩制?dòng)的感覺(jué)發(fā)生了顯著改變，其原因在于缺少了制動(dòng)助力。通過(guò)增大制動(dòng)踏板杠桿行程傳動(dòng)比，并主動(dòng)激活后橋上的電動(dòng)機(jī)械式駐車制動(dòng)器的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，將略微產(chǎn)生制動(dòng)助力的效果。但是，仍達(dá)不到電控制動(dòng)模式下的制動(dòng)水平。

為了避免由于后輪制動(dòng)過(guò)度而引起危險(xiǎn)的行駛狀況，在后備模式下的制動(dòng)過(guò)程中，電動(dòng)機(jī)械式駐車制動(dòng)器的執(zhí)行機(jī)構(gòu)將被持續(xù)地滑動(dòng)控制。

圖5 DSCi制動(dòng)器的后備模式

3.5 泄漏檢測(cè)

通過(guò)檢查制動(dòng)踏板行程傳感器、工作電路中的制動(dòng)壓力傳感器、線性行程傳感器的可信度可以判斷出系統(tǒng)是否存在泄漏。線性執(zhí)行器進(jìn)入壓力缸越深，則工作電路制動(dòng)壓力傳感器上的數(shù)值必然越大。如果在線性執(zhí)行器移動(dòng)過(guò)程中壓力沒(méi)有顯著增加，則可判斷制動(dòng)系統(tǒng)可能存在泄漏。

如圖6所示，為了確定泄漏的制動(dòng)回路，將制動(dòng)回路1的兩個(gè)壓力保持閥和制動(dòng)回路2的兩個(gè)壓力保持閥依次關(guān)閉并再次打開(kāi)。如果在相應(yīng)壓力保持閥關(guān)閉期間制動(dòng)壓力保持不變，則可以確定泄漏的制動(dòng)回路，并通過(guò)壓力保持閥將其永久關(guān)閉。接下來(lái)，車輛通過(guò)仍然完好的制動(dòng)回路減速，類似采用傳統(tǒng)制動(dòng)器的車輛。被永久關(guān)閉的制動(dòng)回路，只能通過(guò)排除泄漏并刪除故障存儲(chǔ)后才能再次使用。