汽車線控制動系統(tǒng)關鍵技術研究分析

王洪濤 王芳 葉忠杰

摘? 要：本文詳細介紹了汽車線性制動控制系統(tǒng)組成及發(fā)展，并對其原理和特點進行了深入比較。結合目前市場上主流的液壓制動系統(tǒng)，深入分析了汽車線控制動系統(tǒng)面臨的技術難題，并對電子機械制動和電子液壓線性制動系統(tǒng)的可行性作了考量，提出了更加實用的基于電子機械制動（EHB）和電子液壓制動（EMB）的混合線控制動系統(tǒng)（HBBW），為未來無人駕駛汽車制動系統(tǒng)的發(fā)展奠定了基礎。

關鍵詞：線控制動;電子機械制動;電子液壓制動;混合線控制動系統(tǒng)

中圖分類號：U463.5? ? ? ?文獻標識碼：A 文章編號：2096-4706（2019）09-0155-03

0? 引? 言

德國著名咨詢公司羅蘭貝格在2018年中國汽車新創(chuàng)峰會上發(fā)布的《新趨勢下車企未來競爭力報告》指出自動駕駛將迅速成為現(xiàn)實，而自動駕駛汽車的制動系統(tǒng)優(yōu)化和改進是各大車企無法避開的技術問題?？蒲腥藛T一直尋求新型的制動方式，隨后應用在飛機制動上的線控制動（Brake-By-Wire，BBW）技術被引用到汽車上，汽車線控制動技術應運而生[1-4]。

1? 線控制動系統(tǒng)

線控制動系統(tǒng)使用電子元件代替?zhèn)鹘y(tǒng)制動系統(tǒng)中部分或全部機械部件和閥門，使用電信號通過汽車網(wǎng)絡協(xié)議來傳遞指令，這種傳遞方式效率高、時間短。除此之外，可以在線控控制單元中設計相應控制程序，通過控制單元操控電控元件，取代傳統(tǒng)制動系統(tǒng)，通過閥類元件實現(xiàn)的制動功能實現(xiàn)汽車的有效制動[2]。

目前，線控制動系統(tǒng)主要有兩種類型，一類由傳統(tǒng)液壓系統(tǒng)和電子控制單元結合而成，稱為電子液壓制動系統(tǒng)（Electro-Hydraulic Brake，EHB）;另一類完全由電子控制元件與機械部件組成，稱為電子機械制動系統(tǒng)（Electro- Mechanical Brake，EMB）[3]。

1.1? 電子液壓制動系統(tǒng)

電子液壓制動系統(tǒng)主要元件有傳感器、EHB控制單元ECU、執(zhí)行器等。EHB系統(tǒng)的基本工作原理如圖1所示。

該系統(tǒng)正常工作時，備用閥處于關閉狀態(tài)，此時汽車制動踏板與制動器之間的液壓管路之間是斷開的。ECU接受并處理來自踏板感覺模擬器和電子傳感器的傳感器信號來判斷駕駛員的制動意圖，然后通過電機驅(qū)動液壓泵進行制動。當電子制動系統(tǒng)發(fā)生故障時，備用閥開啟，EHB系統(tǒng)變成傳統(tǒng)的液壓系統(tǒng)，從而也可以實現(xiàn)汽車安全制動。

1.2? 電子機械制動系統(tǒng)

電子機械制動系統(tǒng)采用電子機械系統(tǒng)，取代了傳統(tǒng)制動系統(tǒng)中的液壓系統(tǒng)，四輪的制動執(zhí)行機構均由獨立電動機驅(qū)動。其結構原理圖如圖2所示。

與EHB系統(tǒng)相比，EMB系統(tǒng)采用電機控制制動器，取代了傳統(tǒng)式的液壓制動器，完全拋棄了傳統(tǒng)油液制動，徹底實現(xiàn)完全無油液制動，EMB系統(tǒng)作用在車輪上的制動力完全由電動機輸出，這種制動形式響應快、效率高，但是EMB系統(tǒng)要想投入使用，還存在很多問題亟待解決[4]。

2? 線控制動系統(tǒng)特點

與傳統(tǒng)制動系統(tǒng)相比，線控制動系統(tǒng)先進性主要體現(xiàn)在以下幾個方面[5]，如表1所示。

3? 線控系統(tǒng)關鍵技術分析

與傳統(tǒng)制動系統(tǒng)相比，線控制動系統(tǒng)具有無可比擬的優(yōu)勢，能夠給汽車結構和制動性能帶來根本性的變革，但是在全面推廣應用前，還有很多關鍵技術問題亟待進一步研究[5]。

3.1? 車用42V電源系統(tǒng)開發(fā)

線控制動系統(tǒng)通過42V電源系統(tǒng)驅(qū)動電動作動器實現(xiàn)車輪制動，同時使用42V供電系統(tǒng)將有利于電動執(zhí)行裝置的優(yōu)化設計。但是高壓將帶來線路絕緣、耐壓以及電磁噪聲問題。由于目前汽車電子部件一般匹配12V電壓，所以42V電壓必將給汽車制造廠和其電子零部件供應商帶來新的挑戰(zhàn)。

3.2? 基于冗余技術的高可靠性實時容錯控制系統(tǒng)結構設計

線控制動系統(tǒng)推廣使用過程中遇到的最大問題是其可靠性和安全性的問題，而解決可靠性和安全性問題最有效的方法是冗余設計，包括汽車電器元件、控制單元甚至軟件的冗余設計，但這會使得系統(tǒng)更加復雜，成本提高。

3.3? 基于時間觸發(fā)網(wǎng)絡協(xié)議的高速容錯實時總線

研究表明基于時間觸發(fā)的TTP/C和FlexRay通信網(wǎng)絡是實現(xiàn)BBW系統(tǒng)實時控制的最佳選擇。TTP/C可提供多種容錯策略，實現(xiàn)容錯的時間同步;而FlexRay具有同步時基、確定性和容錯特征[5，6]，兩種方式各有缺點，還需對網(wǎng)絡通信進行不斷提升和完善才能最終實現(xiàn)實時控制。

4? 基于EHB和EMB開發(fā)的混合線控制動系統(tǒng)

基于兩種線控制動系統(tǒng)的優(yōu)劣勢及其關鍵技術開發(fā)困難等原因，考慮將兩種制動技術有機結合，充分發(fā)揮其各自優(yōu)勢，可以作為未來制動系統(tǒng)發(fā)展的方向之一。汽車前軸采用EHB系統(tǒng)，可以實現(xiàn)前輪制動力調(diào)節(jié)，同時能夠?qū)崿F(xiàn)制動失效備份;后軸采用EMB系統(tǒng)，一方面可以縮減制動管路的長度，同時能夠使電子駐車制動系統(tǒng)（Electrical Park Brake）更加方便快捷，這種控制系統(tǒng)稱為混合線控制動（Hybrid Brake by wire system，HBBW）[7]，如圖3所示。最近，Brembo公司宣布2020年前量產(chǎn)線控制動系統(tǒng)，其發(fā)布的方案也為前輪采用EHB，后輪采用EMB的布置形式[8]。

5? 結? 論

由于線控技術的可靠性、容錯技術等現(xiàn)行技術條件的限制，線控制動系統(tǒng)還不能廣泛應用于實際。但是在未來，隨著線控制動系統(tǒng)的不斷發(fā)展和完善，線控制動系統(tǒng)必將極大地改善汽車的安全性能，為無人駕駛早日實現(xiàn)普及化奠定基礎。

參考文獻：

[1] AHN JK，JUNG KH，KIM DH，et al.Analysis of a regenerative braking system for Hybrid Electric Vehicles using an Electro-Mechanical Brake [J]. International Journal of Automotive Technology，2009，10（2）：229-234.

[2] 袁曉紅，鐘偉，何耀華.線控技術在汽車ABS中的應用 [J].拖拉機與農(nóng)用運輸車，2007（3）：61-62.

[3] 張猛，宋健.電子機械制動系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀 [J].機械科學與技術，2005，24（2）：208-211.

[4] 余卓平，韓偉，徐松云，等.電子液壓制動系統(tǒng)液壓力控制發(fā)展現(xiàn)狀綜述 [J].機械工程學報，2017，53（14）：1-15.

[5] 彭曉燕.汽車線控制動系統(tǒng)安全控制技術研究 [D].長沙：湖南大學，2013.

[6] ISERMANN R，SCHWARZ R，STOLZL S.Fault-tolerant drive-by-wire systems [J].IEEE Control Systems Magazine，2002，22（5）：64-81.

[7] SZKUCIK Dawid. Hybrid commercial vehicle（HCV） deliverable D2300.1 [R].UK：Paravizzini Pier Paolo，2013：1-29.

[8] Paul Weissler. Brembo推出線傳操控制動系統(tǒng)，可在2020年前開始量產(chǎn) [EB/OL]. http：//www.sae.org.cn/articles/14570，2016-03-24.

作者簡介：王洪濤（1990.03-），男，漢族，山東沂水人，助教，碩士，研究方向：汽車運用與維修技術。