重型汽車電子制動系統(tǒng)（EBS）應(yīng)用

趙 陽，王衛(wèi)翼

（北京福田戴姆勒汽車有限公司，北京 101400）

EBS電子制動系統(tǒng)基于制動踏板信號對行車制動進(jìn)行控制，與傳統(tǒng)ABS防抱死制動系統(tǒng)相比，它具有制動響應(yīng)時(shí)間短、可靠性高等突出的優(yōu)點(diǎn)。近年來重型汽車EBS系統(tǒng)裝車率明顯提高，一方面由于法規(guī)推動作用，另一方面因?yàn)橛脩魧BS系統(tǒng)性能優(yōu)勢的認(rèn)可。

1 EBS電子制動系統(tǒng)的組成

歐曼EST 4×2牽引車EBS電子制動系統(tǒng)組成如圖1所示。電子制動系統(tǒng)包括腳閥模塊 （集成踏板位置傳感器）、前/后橋模塊（單/雙通道電子壓力控制模塊EPM）、掛車模塊（TCM）、軸荷傳感器、輪速傳感器、摩擦片磨損傳感器和ECU電子控制單元等。為實(shí)現(xiàn)ESP（車身穩(wěn)定控制）功能還配備方向盤轉(zhuǎn)角傳感器、橫擺率及側(cè)向加速度傳感器。由于前橋采用單通道執(zhí)行器，為實(shí)現(xiàn)單邊制動獨(dú)立控制，前橋左右制動氣路各配備一個(gè)ABS電磁閥。

圖1 歐曼EST牽引車EBS電子制動系統(tǒng)

1.1 腳閥模塊

腳閥模塊組成如圖2所示，它由傳統(tǒng)的行車制動閥和位移傳感器組合而成。EBS電子制動系統(tǒng)正常工作時(shí)，依據(jù)制動踏板信號來計(jì)算和控制車輪制動力。如果電控工作模式因故障而關(guān)閉，則通過雙腔制動閥控制行車制動。

圖2 腳閥模塊

1.2 前/后橋模塊（單/雙通道電子壓力控制模塊EPM）

電子壓力控制模塊是執(zhí)行元件（圖3），內(nèi)部集成有繼動閥、后備電磁閥、進(jìn)氣電磁閥、排氣電磁閥、壓力傳感器、電控單元、氣路、電路接口等。EPM通過專用CAN線接收ECU的控制指令，并通過3個(gè)電磁閥和壓力傳感器實(shí)現(xiàn)對制動氣壓的閉環(huán)控制；EPM也接收輪速傳感器和摩擦片磨損傳感器信號，通過專用CAN線傳遞給ECU。

圖3 電子壓力控制模塊EPM

電子壓力控制模塊EPM有單通道和雙通道兩種類型。單通道EPM用于左右車輪制動控制，為實(shí)現(xiàn)ABS等功能，額外配備了壓力控制閥（即ABS電磁閥）。雙通道EPM用于左右后輪獨(dú)立控制，其輸出氣路直接與分泵連接。

進(jìn)氣電磁閥和排氣電磁閥是常閉閥（斷電時(shí)斷開，通電時(shí)打開），后備電磁閥是常開閥（斷電時(shí)打開，通電時(shí)斷開）。電控模式工作時(shí)，后備電磁閥一直保持通電，EPM通過控制進(jìn)氣電磁閥和排氣電磁閥來實(shí)現(xiàn)制動氣壓閉環(huán)控制。電控工作模式因故障而關(guān)閉時(shí)，進(jìn)氣電磁閥和排氣電磁閥一直處于斷電斷開狀態(tài)，而后備電磁閥一直保持?jǐn)嚯姶蜷_狀態(tài)，此時(shí)如果踩下制動踏板，來自腳閥的前后橋制動氣壓通過接口4進(jìn)入EPM內(nèi)部，促動繼動閥動作、實(shí)施前后橋制動。

1.3 掛車模塊TCM

掛車模塊TCM用于掛車制動控制，其結(jié)構(gòu)如圖4所示，它內(nèi)部包括繼動閥、后備電磁閥、進(jìn)氣電磁閥、排氣電磁閥、壓力傳感器及氣路、電路接口等元件。

圖4 掛車模塊TCM結(jié)構(gòu)

掛車制動控制共有3種模式，分別是電控模式、后備模式、駐車制動/掛車手制動模式，各模式下工作情況見表1。

表1 仿真與測量數(shù)據(jù)對比

表1 掛車制動控制工作模式

1.4 ABS電磁閥

前橋左右分泵氣路各配置一個(gè)ABS電磁閥（圖5），以實(shí)現(xiàn)左右輪制動獨(dú)立控制。電磁閥結(jié)構(gòu)和常規(guī)制動系統(tǒng)ABS電磁閥結(jié)構(gòu)相同，其內(nèi)部有兩個(gè)電磁閥，一個(gè)進(jìn)氣閥，為常開閥；一個(gè)排氣閥，為常閉閥。

圖5 ABS電磁閥

1）增壓控制：進(jìn)氣閥斷電打開、排氣閥斷電斷開。

2）保壓控制：進(jìn)氣閥通電斷開、排氣閥斷電斷開。

3）減壓控制：進(jìn)氣閥通電斷開、排氣閥通電打開。

1.5 軸荷（壓力）傳感器

在機(jī)械空氣懸架車輛上，安裝在氣囊上的壓力傳感器通過硬線與后橋模塊相連（圖6）。軸荷（壓力）傳感器信號電壓與氣囊壓力成正比，信號電壓變化范圍為0.4～4.64V。氣囊壓力高低與軸荷成正比，控制單元依據(jù)軸荷信號完成制動力分配。

圖6 軸荷 （壓力）傳感器

電控空氣懸架系統(tǒng)通過CAN線發(fā)送給EBS電控單元?dú)饽覊毫π盘枴?/p>

1.6 輪速傳感器

輪速傳感器為磁電式轉(zhuǎn)速傳感器（圖7），用于檢測車輪轉(zhuǎn)速，也用于車速計(jì)算。

圖7 輪速傳感器

1.7 摩擦片磨損傳感器

該傳感器為三線傳感器，如圖8所示，通過檢測調(diào)整螺桿的位移，計(jì)算摩擦片磨損量。摩擦片磨損超限時(shí)觸發(fā)儀表報(bào)警。系統(tǒng)還根據(jù)摩擦片磨損差異，在各車橋間重新分配制動力，從而實(shí)現(xiàn)整車制動摩擦片同時(shí)更換。

圖8 摩擦片磨損傳感器

1.8 電子控制單元ECU

電子控制單元ECU負(fù)責(zé)行車制動控制運(yùn)算及系統(tǒng)自診斷（圖9），具體功能包括制動力控制、ABS防抱死功能、ASR驅(qū)動防滑功能、ESP車身穩(wěn)定控制、行車制動與輔助制動間聯(lián)動功能等。

圖9 EBS電子控制單元（ECU）

1.9 方向盤轉(zhuǎn)角傳感器

轉(zhuǎn)向角度傳感器安裝于轉(zhuǎn)向柱上（圖10），它是非接觸式轉(zhuǎn)角傳感器，用于測量方向盤轉(zhuǎn)角；它為數(shù)字傳感器，通過CAN線輸出信號，信號用于實(shí)現(xiàn)ESP等功能。

圖10 轉(zhuǎn)向角度傳感器

1.10 橫擺率及側(cè)向加速度傳感器

該傳感器用于測量橫擺率及側(cè)向加速度（圖11）。橫擺率信號用于ESP功能的轉(zhuǎn)向不足、轉(zhuǎn)向過度控制；側(cè)向加速度信號則用于防側(cè)翻控制。該傳感器為數(shù)字傳感器，通過CAN線輸出信號。

圖11 橫擺率及側(cè)向加速度傳感器

2 EBS電子制動系統(tǒng)的系統(tǒng)電路

EBS電子制動系統(tǒng)電路如圖12所示。

圖12 EBS電子制動系統(tǒng)電路

EBS電子控制單元與外部通信共有4路CAN，包括與整車通信的PCAN、方向盤轉(zhuǎn)角及側(cè)向加速度傳感器CAN、前橋模塊CAN和后橋模塊CAN。

3 EBS電子制動系統(tǒng)行車制動控制

EBS電子制動系統(tǒng)行車制動控制分為電控模式和氣控（后備）模式兩種，正常情況下，系統(tǒng)以電控模式工作，當(dāng)電控系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，系統(tǒng)則以后備模式工作。

3.1 電控模式

電控模式工作時(shí)（圖13），前橋模塊、后橋模塊和掛車模塊的后備電磁閥一直保持通電斷開狀態(tài)，將腳閥和EPM隔離開來。當(dāng)踩下制動踏板時(shí)，3個(gè)模塊的進(jìn)氣電磁閥通電打開，前橋、后橋和掛車制動輸出壓力開始增長，當(dāng)壓力達(dá)到目標(biāo)值后進(jìn)氣電磁閥斷電關(guān)閉，輸出壓力被保持。制動氣壓調(diào)節(jié)是個(gè)動態(tài)的過程，如果踏板深度繼續(xù)變化，系統(tǒng)再為進(jìn)氣電磁閥或排氣電磁閥通電達(dá)到增大輸出氣壓或降低輸出氣壓的目的。完全放松踏板后，排氣電磁閥通電打開 （進(jìn)氣電磁閥關(guān)閉），3個(gè)模塊控制為主車和掛車分泵放氣，直到壓力降為0制動解除后，排氣電磁閥斷電。

圖13 EBS電子制動系統(tǒng)電控工作模式

后橋模塊為雙通道模塊可以實(shí)現(xiàn)對單側(cè)車輪的獨(dú)立控制，通過對進(jìn)氣電磁閥和排氣電磁閥控制就能夠?qū)崿F(xiàn)車輪制動防抱死控制、ESP車身穩(wěn)定控制等制動壓力調(diào)節(jié)要求。而前橋模塊為單通道類型，為實(shí)現(xiàn)單個(gè)車輪制動和車輪制動防抱死控制，它必須與兩個(gè)ABS電磁閥協(xié)同動作。

3.2 后備模式

后備模式 （即氣控）是指當(dāng)電控模式因故障關(guān)閉時(shí)，腳閥直接控制制動氣路的工作模式，如圖14所示。

圖14 EBS電子制動系統(tǒng)氣控模式

氣控模式下，由于前橋模塊、后橋模塊和掛車模塊的所有電磁閥都一直保持?jǐn)嚯姞顟B(tài)，后備電磁閥開啟，將腳閥氣壓信號引入模塊內(nèi)部，直接促動繼動閥，使前后橋和掛車產(chǎn)生制動。氣控模式下，進(jìn)氣和排氣電磁閥一直關(guān)閉，ABS防抱死、ASR驅(qū)動防滑、ESP車身穩(wěn)定控制等功能同時(shí)關(guān)閉。

4 EBS電子制動系統(tǒng)駐車制動控制

EBS電子制動系統(tǒng)的駐車制動采用機(jī)械控制方式（圖15）。拉緊手制動時(shí)，手制動閥22、21管口與排氣口3接通，手制動22管口經(jīng)掛車手閥到掛車模塊43管口管路氣壓被放空，促動掛車模塊繼動閥動作使掛車產(chǎn)生制動（掛車模塊22口輸出制動氣壓）；手制動21管口到駐車?yán)^動閥4管口管路氣壓被排空，促動駐車?yán)^動閥動作，繼動閥2管口和排氣口3相通，左右后橋彈簧制動氣室內(nèi)壓縮空氣被排空，左右后輪隨即產(chǎn)生制動。

圖15 EBS電子制動系統(tǒng)駐車制動控制

松開手制動時(shí)，手制動閥11口與21、22口同時(shí)相通（不再通排氣口3），掛車模塊43口和駐車?yán)^動閥4口充氣，氣壓達(dá)到一定值后，后橋斷氣剎和掛車制動隨機(jī)解除。

駐車制動雖然是純機(jī)械控制方式，但系統(tǒng)仍有故障監(jiān)測功能，當(dāng)制動信號和掛車模塊輸出壓力相矛盾時(shí)（如EBS未收到制動信號，掛車模塊內(nèi)檢測到壓力，或接收到制動信號，掛車模塊內(nèi)沒檢測到壓力），EBS系統(tǒng)能夠報(bào)出相關(guān)故障碼。

5 EBS電子制動系統(tǒng)掛車手制動控制

EBS系統(tǒng)的掛車手制動也采用機(jī)械控制方式（圖16）。拉緊掛車手閥時(shí)，手閥2口與排氣口3接通，手閥2口到掛車模塊43口管路氣壓被排空，促動掛車模塊繼動閥動作使掛車產(chǎn)生制動。

圖16 EBS電子制動系統(tǒng)掛車手制動控制

松開掛車手閥時(shí)，手閥1口與2口相通（不通3口），掛車模塊43口充氣，氣壓達(dá)到一定值后，掛車制動隨即解除。

和駐車制動相似，掛車手制動也有故障監(jiān)測功能，當(dāng)制動開關(guān)信號和掛車制動氣壓輸出不相符時(shí)，會報(bào)出故障碼。

6 結(jié)語

隨著市場需求的不斷提升和法規(guī)要求的推進(jìn)，重型汽車的相關(guān)主動安全系統(tǒng)的功能和性能也在不斷提升。EBS系統(tǒng)作為制動系統(tǒng)的重要構(gòu)成，能夠給重卡車型提供快速、穩(wěn)定和合理的制動性能，進(jìn)一步提升車輛的主動安全性能，使得重卡車型也能具備良好的減速和制動能力。與此同時(shí)，EBS系統(tǒng)亦是重型汽車自動駕駛系統(tǒng)中的重要組成部分，能夠?yàn)檐囕v提供線控制動的相關(guān)控制接口，能夠快速響應(yīng)其他系統(tǒng)（如智能駕駛控制系統(tǒng)）的減速和制動請求，為重型汽車的自動駕駛的開發(fā)和應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。