電子機械制動系統(tǒng)應用及關鍵技術分析

劉亞歐 李睿申 李晶

（中汽研汽車檢驗中心（天津）有限公司）

隨著汽車行業(yè)的高速發(fā)展，人們對車輛的安全性需求越來越高，這也直接推動了車輛制動系統(tǒng)的發(fā)展。電子制動控制尤為引人關注。電子制動系統(tǒng)主要包括電液制動系統(tǒng)（EHB）和電子機械制動系統(tǒng)（EMB）2 種類型[1]。目前，電液制動系統(tǒng)的技術較為成熟，國內外多家公司已開發(fā)出多種EHB 產品，有部分已實現量產，主要應用到乘用車上，與EHB 相比，EMB 發(fā)展較為緩慢，因此EMB 系統(tǒng)應用發(fā)展尤為引人關注。文章通過對某款裝有EMB 系統(tǒng)的試驗樣車進行道路試驗，采集相關試驗數據，與裝有傳統(tǒng)制動系統(tǒng)的車型進行試驗數據比對，因其可以實現制動系統(tǒng)的完全電氣化，將電子控制和機械執(zhí)行機構緊密結合，具有比傳統(tǒng)氣控系統(tǒng)響應快、制動效能好等優(yōu)點，是未來發(fā)展的主要趨勢。

1 EMB工作原理及性能優(yōu)勢

EMB 系統(tǒng)利用電子元件和電控信號進行制動，實現了機電一體化汽車制動系統(tǒng)。主要包括電控單元（ECU）、電子制動踏板、傳感器、整車電源、輪端控制模塊等。工作原理為：當駕駛員對電動汽車發(fā)出制動需求時，EMB 系統(tǒng)的ECU 根據行駛工況結合控制信號和制動踏板信號判斷前、后輪所需要的制動力大小，并將制動輪接收到的所需制動力大小的信號通過傳感器傳遞給對應的輪端控制模塊，最終作用到制動盤上，從而達到制動目的[2]。

EMB 系統(tǒng)取消了儲氣筒、空壓機、制動氣室等部件，減輕了汽車總質量，精簡配置，為汽車總裝節(jié)省出較大空間，提高了燃油經濟性，使維修保養(yǎng)更加容易，并且能降低發(fā)動機負荷。同時，其系統(tǒng)關鍵性能優(yōu)勢體現在提高工作效率上。EMB 系統(tǒng)中各種指令都是通過電信號傳導，可以很方便地并入控制器局域網絡（CAN）總線中，與制動防抱死系統(tǒng)（ABS）、高級駕駛輔助系統(tǒng)（ADAS）等電控功能兼容，并且EMB 系統(tǒng)以電控線路取代了傳統(tǒng)氣路，可以縮短制動響應時間，增大制動減速度，減少制動距離，優(yōu)化控制車輪滑動。此外，EMB 系統(tǒng)采用的是模擬電子踏板，可以有效避免因觸發(fā)ABS 而造成的制動踏板反復回彈，提高駕駛舒適性。

基于現有測評數據，以5 輛總質量為40 t 的同型號牽引掛車（僅制動系統(tǒng)進行改動，其他部件不進行更換）為例：車1 配備ABS、鼓式制動器，氣室壓力最高值為800 kPa；車2 裝有ABS、盤式制動器，制動氣室壓力最高值為1 000 kPa；車3 牽引車頭裝有電子控制制動系統(tǒng)（EBS），掛車僅裝備ABS，制動氣室壓力最高值為1 000 kPa；車4 牽引掛車全部裝有EBS，制動氣室壓力最高值為1 000 kPa；車5 全部配備EMB。以90 km/h 的初速度，在同等踏板行程及踏板力的情況下進行制動距離的對比，如圖1 所示。由圖1 可以看出，裝有EMB系統(tǒng)的車輛的制動距離優(yōu)勢明顯[3]。

圖1 不同制動系統(tǒng)制動距離比對

與此同時，EMB 系統(tǒng)在控制車輪滑移率上也有其優(yōu)勢，可以有效地提供更加優(yōu)化的滑移率控制[4]。

2 EMB系統(tǒng)測試平臺搭建及試驗過程分析

為驗證EMB 系統(tǒng)的制動效能及滑移率控制情況，需要對試驗樣車的車速、制動距離、充分發(fā)出的平均減速度（MFDD）、踏板力及輪速情況進行測試，試驗儀器設備測量范圍，如表1 所示。

表1 EMB 系統(tǒng)性能測試所需儀器設備測量范圍

選取一輛M3 類車型作為試驗樣車，其行車、應急、駐車制動系形式均為純電制動，樣車參數，如表2 所示。

表2 試驗樣車整車參數

試驗方法主要采用GB 12676—2014《商用車輛和掛車制動系統(tǒng)技術要求及試驗方法》[5]和GB 13594—2003《機動車和掛車防抱制動性能和試驗方法》[6]，為合理化與實際化考量樣車制動效能，僅針對試驗樣車滿載情況進行發(fā)動機脫開（初速度為60 km/h）狀態(tài)下的制動距離、減速度及踏板力驗證，以及輪邊控制力響應時間（因EMB 系統(tǒng)以輪邊力矩電機代替?zhèn)鹘y(tǒng)制動氣室等裝置，因此將法規(guī)中要求的氣壓響應時間以輪邊控制力響應時間替代）測量，該響應時間為輪邊控制力達到穩(wěn)定值的75%時的時間，每種試驗狀態(tài)完成4 次測試。試驗結果，如表3 所示。

表3 試驗樣車行車制動系效能試驗測試工況

2019 年全年針對相似車型共進行了14 次常規(guī)制動測試，由于涉及數據過于繁雜，僅針對部分傳統(tǒng)車型的發(fā)動機脫開0 型試驗、氣壓響應時間試驗進行簡單舉證，如表4 所示。

表4 不同質量下發(fā)動機脫開0 型試驗及氣壓響應時間試驗數據

通過將這14 組數據進行線性擬合，得到汽車滿載質量與MFDD 的關系圖，如圖2 所示。

圖2 汽車滿載質量與MFDD 關系圖

將本次試驗中樣車滿載參數代入擬合曲線中，對比本次試驗驗證的數據，可以看出：裝備有EMB 系統(tǒng)的車輛減速度均優(yōu)于常規(guī)車輛的制動減速度，相比于傳統(tǒng)制動系統(tǒng)最優(yōu)減速度，在EMB 系統(tǒng)制動踏板力較小的情況下，也能超過其減速度的4%左右，同時，EMB系統(tǒng)在響應時間上優(yōu)勢更加明顯，比傳統(tǒng)系統(tǒng)響應時間快30%左右。

針對EMB 系統(tǒng)在優(yōu)化控制車輪滑動功能方面進行驗證，由于傳統(tǒng)制動系統(tǒng)和EMB 系統(tǒng)在高附路面上差別不大，主要是在低附路面上行駛時制動表現有所差異，因此選取了滿載狀態(tài)下低附路面初速度為40 km/h的滑移曲線，其試驗結果與某款傳統(tǒng)制動系統(tǒng)M3 類車型總質量10.8 t 的滑移曲線對比，如圖3 所示。

圖3 低附路面輪速曲線比對

經過圖形對比可以看出：在傳統(tǒng)氣壓制動系統(tǒng)控制下的車輛，很難把車輪控制在某一理想值的附近，這就會造成車輪松放情況劇烈、波動較大，反饋到制動踏板時即表現為尤其明顯的彈腳感覺，極大地影響駕駛舒適性；但裝有EMB 制動系統(tǒng)的車輛通過整車ECU與輪速傳感器，可以以極快的速度對輪邊制動器進行調節(jié)，更加充分地利用路面的附著情況，減少制動距離，保證良好的操控性能，并且制動踏板由于是模擬電子觸發(fā)器，不會產生較大跳動，使汽車能夠平穩(wěn)安全地在低附路面上行駛。

3 結論

文章通過分析EMB 系統(tǒng)的組成和工作原理，再結合實際道路測試對比，可以看出，機械式電子制動系統(tǒng)（EMB 系統(tǒng)）以其響應時間短、制動減速度大，并且對于車輪滑動可更好地控制等優(yōu)點，將會在汽車行駛安全領域具有十分廣闊的應用前景。不過，目前發(fā)展EMB還需要解決以下3 個問題：1）可靠性方面。力矩電機在一些例如冷、熱、潮濕、電子干擾等惡劣情況下要保證能夠可靠工作。2）成本控制方面。目前EMB 系統(tǒng)相對成本較高，有效降低系統(tǒng)裝配及匹配的成本會更快推動EMB 的發(fā)展與應用。3）測試方案。EMB 制動系統(tǒng)結構與傳統(tǒng)制動系統(tǒng)結構的工作原理存在很大不同，一些傳統(tǒng)測試手段也要進行相應轉變。因此，在今后的測試驗證試驗中將進行更深層次的研究，助力EMB 制動系統(tǒng)的發(fā)展。