電子液壓制動(dòng)系統(tǒng)EHB綜述

0 引言

電氣化、智能化、網(wǎng)聯(lián)化是汽車工程領(lǐng)域的熱門話題，智能駕駛的實(shí)現(xiàn)依賴于底盤線控技術(shù)。液壓制動(dòng)系統(tǒng)(EHB)屬于線控底盤驅(qū)動(dòng)中線控制動(dòng)的技術(shù)分支，也推動(dòng)了制動(dòng)系統(tǒng)從傳統(tǒng)制動(dòng)向線控制動(dòng)系統(tǒng)的發(fā)展。用于新能源汽車的EHB系統(tǒng)具有安全、舒適、響應(yīng)快、再生制動(dòng)容易實(shí)現(xiàn)、制動(dòng)力控制準(zhǔn)確等優(yōu)點(diǎn)。

從制動(dòng)器的發(fā)展來看，汽車的制動(dòng)器由最開始的鼓式制動(dòng)器，慢慢發(fā)展到盤式制動(dòng)器，再到電磁式制動(dòng)器，再到現(xiàn)在發(fā)展的線控制動(dòng)器，可以說傳統(tǒng)的制動(dòng)系統(tǒng)是已經(jīng)走過了一個(gè)多世紀(jì)的發(fā)展歷程，汽車主動(dòng)制動(dòng)控制系統(tǒng)的功能不斷完善,為消除功能上的缺陷，主動(dòng)制動(dòng)控制系統(tǒng)向集成化、智能化方向快速發(fā)展，而線控制動(dòng)系統(tǒng)在未來可能會(huì)向主動(dòng)制動(dòng)控制系統(tǒng)方向發(fā)展。未來作為傳統(tǒng)制動(dòng)系統(tǒng)與線控制動(dòng)系統(tǒng)之間的過渡產(chǎn)品，電子液壓制動(dòng)器備受汽車零部件制造商的關(guān)注。EHB在沒有真空助力器的情況下消除了制動(dòng)踏板和駕駛員之間的耦合關(guān)系，這使得摩擦制動(dòng)更加簡單和緊湊。EHB還可以單獨(dú)控制每個(gè)車輪的制動(dòng)力，輕松實(shí)現(xiàn)制動(dòng)能量回收的最大化。因此，EHB對(duì)于電動(dòng)汽車具有特殊的應(yīng)用價(jià)值。而電子液壓制動(dòng)發(fā)展只有不到二十多年。電子液壓制動(dòng)系統(tǒng)于1994年由Analogy公司用Saber仿真模擬的方法開發(fā)而成

，隨后，1996年Bosch公司進(jìn)行了實(shí)車實(shí)驗(yàn)，得到了不錯(cuò)的效果

，2000年德國大陸(Continental)公司也證明了電子液壓制動(dòng)系統(tǒng)制動(dòng)的可能性，并且其結(jié)果好于傳統(tǒng)的制動(dòng)系統(tǒng)

，2006年Toyota展示了針對(duì)混合動(dòng)力汽車的新型電液制動(dòng)系統(tǒng)ECB，主要應(yīng)用在Prius車上

。2007年以來,EHB系統(tǒng)相關(guān)應(yīng)用技術(shù)開始步入網(wǎng)絡(luò)整合階段,車輛ECU將其與動(dòng)力系統(tǒng)、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)等主要總成通過車載網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行集中控制，而不再是完全獨(dú)立的系統(tǒng)

，如車身動(dòng)態(tài)綜合管理系統(tǒng)(VDIM)

(豐田公司)以及主被動(dòng)安全整合系統(tǒng)(CAPS)

(Bosch公司)。之后就有許多產(chǎn)商相繼開發(fā)了類似產(chǎn)品，并取得了一定成果。

1 EHB的概述

1.1 EHB國內(nèi)外的發(fā)展?fàn)顩r

國外對(duì)液壓制動(dòng)系統(tǒng)研發(fā)起步較早，并且首先設(shè)計(jì)出EHB系統(tǒng)的就是國外的公司，防抱死制動(dòng)系統(tǒng)(ABS)已經(jīng)成為商用車的常規(guī)裝備。然而，隨著發(fā)動(dòng)機(jī)功率的增大、車速的提高以及車輛安全標(biāo)準(zhǔn)的提高，傳統(tǒng)的液壓ABS逐漸出現(xiàn)了壓力建立時(shí)間延遲、噪音、嘯叫、剎車片磨損、有害摩擦粉塵等諸多問題，以及由于其接觸運(yùn)動(dòng)而導(dǎo)致的制動(dòng)系統(tǒng)熱故障。此外高速制動(dòng)性能差的問題也需要加強(qiáng)。因此，需要一種新的更強(qiáng)大和更穩(wěn)定的制動(dòng)系統(tǒng)來確保車輛的可靠性和安全性。Yuet al.等人

設(shè)計(jì)了一種集成式電液制動(dòng)系統(tǒng)，采用Byrnes-Isidori標(biāo)準(zhǔn)方法對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行分析，系統(tǒng)響應(yīng)快，控制精度高。,Lin,Yuet al

.等人提出了一種雙動(dòng)力電液制動(dòng)系統(tǒng)，仿真結(jié)果表明，該系統(tǒng)的能力滿足設(shè)計(jì)要求，優(yōu)于現(xiàn)有的電液制動(dòng)系統(tǒng)，但雙動(dòng)力EHB系統(tǒng)響應(yīng)速度較慢。Li,Ma,Guoet al.等人建立了EHB系統(tǒng)的AMEsim模型，但還需要改進(jìn)基于非線性最小二乘法的路面附著系數(shù)估計(jì)。Oshima直接將EHB系統(tǒng)主缸的液壓作為變量控制，易于觀察，不需要對(duì)制動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行過多修改，但在低壓范圍內(nèi)無法實(shí)現(xiàn)精確控制。Yonget al等人設(shè)計(jì)了一種新型電液制動(dòng)系統(tǒng)(E-booster)，并通過硬件驗(yàn)證了該系統(tǒng)的性能-在環(huán)仿真。具有優(yōu)越的制動(dòng)能力和良好的制動(dòng)踏板感覺，但對(duì)其穩(wěn)定性控制和再生制動(dòng)缺乏系統(tǒng)研究。國內(nèi)同濟(jì)大學(xué)設(shè)計(jì)了一個(gè)I-EHB，并基于Stribeck摩擦模型分析了其非線性因素，并設(shè)計(jì)了一種抗積分飽和控制措施，但沒有考慮流體非線性因素。清華大學(xué)基于 I-EHB 模型和7-DOF車輛模型設(shè)計(jì)了滑移率和制動(dòng)扭矩雙閉環(huán)策略，但沒有考慮流體非線性因素。吉林大學(xué)提出了一種前橋EHB、后橋EMB的混合式線控制動(dòng)系統(tǒng)，但沒有考慮非線性因素。

二是開展博士后技術(shù)服務(wù)行活動(dòng)。選擇在油田生產(chǎn)、科研單位，建立相對(duì)固定的博士后服務(wù)基地，定期組織活動(dòng)，并保持日常工作聯(lián)系，隨時(shí)提供服務(wù)?，F(xiàn)場(chǎng)幫助基層解決生產(chǎn)、科研工作中的技術(shù)難題，博士后高端人才資源被充分利用；實(shí)現(xiàn)博士后與基層技術(shù)人員、科研項(xiàng)目與生產(chǎn)一線的完美銜接，解決科研與實(shí)際生產(chǎn)相互脫節(jié)問題。

1.2 EHB的基本結(jié)構(gòu)組成

對(duì)于不同公司所生產(chǎn)的EHB其內(nèi)部結(jié)構(gòu)各有各的特色，沒有硬性標(biāo)準(zhǔn)，但對(duì)于其基本結(jié)構(gòu)組成有：(1)制動(dòng)踏板單元：主要有制動(dòng)踏板和踏板傳感器組成，用于制動(dòng)的操作，識(shí)別人的駕駛意圖。(2)液壓控制單元：主要有獨(dú)立于制動(dòng)踏板的液壓控制系統(tǒng)、人力驅(qū)動(dòng)的應(yīng)急制動(dòng)系統(tǒng)和平衡閥組成，用于實(shí)現(xiàn)制動(dòng)壓力的控制，保證最基本的制動(dòng)力使汽車減速停止和保證同軸的兩個(gè)車輪制動(dòng)的平衡。(3)液壓執(zhí)行元件和傳感器：主要用于制動(dòng)的執(zhí)行和相關(guān)數(shù)據(jù)的采集，如對(duì)車速、壓力、溫度等參數(shù)進(jìn)行監(jiān)控和數(shù)據(jù)的采集。

1.3 EHB的基本工作原理

下面將對(duì)現(xiàn)有的并且應(yīng)用比較廣泛的三種EHB系統(tǒng)的工作原理進(jìn)行簡單的說明：圖1展示為Continental公司的RBS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。該系統(tǒng)包括電子控制單元ECU、制動(dòng)踏板傳感器、液壓泵、備用閥和制動(dòng)執(zhí)行器。制動(dòng)操作時(shí)，制動(dòng)踏板與制動(dòng)器之間的液壓連接斷開，備用閥關(guān)閉。ECU可以通過傳感器信號(hào)判斷駕駛員的制動(dòng)意圖，通過電機(jī)驅(qū)動(dòng)液壓泵進(jìn)行制動(dòng)。然后利用電子踏板上的傳感器驅(qū)動(dòng)踏板感應(yīng)模擬器來模擬制動(dòng)過程中的人腳反饋力。該系統(tǒng)具有雙重冗余設(shè)計(jì)。當(dāng)電子系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，備用閥將打開，EHB系統(tǒng)將成為傳統(tǒng)的液壓系統(tǒng)。后備系統(tǒng)增加了制動(dòng)系統(tǒng)的安全性，使車輛的在線控制系統(tǒng)失效。它可以制動(dòng)，但現(xiàn)有的備用系統(tǒng)仍然包含復(fù)雜的制動(dòng)液傳輸管道。

(1)由于車輛制動(dòng)系統(tǒng)具有復(fù)雜的非線性特性，難以準(zhǔn)確控制液壓力。因此，需要提出能夠精確制動(dòng)壓力的EHB系統(tǒng)液壓控制方法；(2)當(dāng)需要高制動(dòng)扭矩時(shí)，需要額外的電池來為電磁線圈提供電流。否則，低速制動(dòng)能力差，也是對(duì)實(shí)際應(yīng)用的限制；(3)EHB制造成本相對(duì)還是還比較高，離市場(chǎng)化還有一定距離，且可靠性也需要進(jìn)一步提高，易受電磁干擾；(4)電子液壓制動(dòng)系統(tǒng)系統(tǒng)穩(wěn)定性和魯棒性的可能性還有待提高。

EHB系統(tǒng)與傳統(tǒng)制動(dòng)相比的缺點(diǎn)：

EHB系統(tǒng)與傳統(tǒng)制動(dòng)相比的優(yōu)點(diǎn)：

對(duì)于傳統(tǒng)的制動(dòng)系統(tǒng)我們知道，它是從制動(dòng)踏板，到制動(dòng)輔助裝置，到制動(dòng)主缸，再到制動(dòng)輪缸，最后到制動(dòng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)制動(dòng)器的一個(gè)復(fù)雜機(jī)械結(jié)構(gòu)，而電子液壓制動(dòng)系統(tǒng)則是在傳統(tǒng)的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)，它主要由四部分組成：制動(dòng)踏板單元、液壓驅(qū)動(dòng)單元、制動(dòng)執(zhí)行單元和控制系統(tǒng)?？刂葡到y(tǒng)是采集整車系統(tǒng)信息，包括輪速傳感器、方向盤轉(zhuǎn)角傳感器、偏航角速度傳感器、踏板行程傳感器、輪缸壓力傳感器等。這些信號(hào)傳送到單片機(jī)的輸入端口在調(diào)理模塊之后。機(jī)組根據(jù)收集到的信息進(jìn)行計(jì)算和邏輯判斷后，成為控制各個(gè)電磁閥的控制信號(hào)，功率放大后，控制液壓泵馬達(dá)。液壓泵馬達(dá)將建立液壓泵的壓力，建立的壓力輸入高壓蓄能器。

2 EHB與傳統(tǒng)制動(dòng)系統(tǒng)的比較

EHB系統(tǒng)是一個(gè)復(fù)雜的非線性系統(tǒng)，涉及信號(hào)處理和參數(shù)估計(jì)，精確控制其液壓是困難的。因此，有必要提出實(shí)用、準(zhǔn)確、可靠的EHB液壓跟隨控制方法，電子液壓制動(dòng)系統(tǒng)要能夠準(zhǔn)確控制制動(dòng)主缸的運(yùn)動(dòng)，現(xiàn)有的控制方案如表1所示

圖3展示為Bosch公司的ESP系統(tǒng)，系統(tǒng)采用非絕對(duì)解耦方式。當(dāng)人與線性控制同時(shí)動(dòng)作或能量回收時(shí)，由于采用非絕對(duì)解耦方式，剎車腳感和線性控制的控制范圍都會(huì)被人踩到。踩踏過程中產(chǎn)生的機(jī)械制動(dòng)壓力的沖擊帶來了體驗(yàn)不好、能效有限等問題。即使是機(jī)器產(chǎn)生的制動(dòng)力過慢，也會(huì)產(chǎn)生拖曳力。安全性甚至可能導(dǎo)致剎車片過早磨損。

負(fù)載活性組分的活性炭基脫氯劑由于其簡便的制備工藝、優(yōu)良的微量氯脫除性能以及較低的傳質(zhì)阻力而備受青睞，其較大的孔道結(jié)構(gòu)、較高的比表面積及優(yōu)良的氯脫除性能特別適用于大空速、高流量丙烯中微量氯的脫除。近年來，多篇文獻(xiàn)和專利報(bào)道了關(guān)于活性炭基脫氯劑的制備方法和應(yīng)用[5～8]。盡管如此，很少有研究者開發(fā)針對(duì)低溫下丙烯中微量氯脫除的活性炭基脫氯劑。

圖2展示為Toyota公司的ECB系統(tǒng)，其制動(dòng)執(zhí)行功能、制動(dòng)助力器和控制系統(tǒng)(ABS和ESC)集成在一個(gè)小型輕量化制動(dòng)模塊中。因?yàn)樗且粋€(gè)高度集成的機(jī)構(gòu)，為了實(shí)現(xiàn)快速響應(yīng)和建立壓力，需要一個(gè)高效率、高速的電機(jī)。

另一方面，學(xué)生對(duì)所學(xué)專業(yè)持有的滿意程度不僅能夠體現(xiàn)教育水準(zhǔn)，還能反映出學(xué)生最終獲得學(xué)業(yè)成就的程度，因而在高校教育領(lǐng)域中一直被視為關(guān)注點(diǎn)之一。專業(yè)滿意度是一種心理性感知的結(jié)果，而這種結(jié)果的好壞在很大程度上取決于學(xué)生個(gè)體對(duì)本專業(yè)的認(rèn)知模式。簡單來說，在某些情況下學(xué)生對(duì)所學(xué)專業(yè)的滿意度的高低并非取決于專業(yè)本身的教育質(zhì)量，而是更多取決學(xué)生對(duì)這門專業(yè)所持的認(rèn)知狀態(tài)。

使用EHB結(jié)構(gòu)主要可以在以下幾點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：(1)系統(tǒng)可以符合行人和車輛的安全規(guī)定；可以幫助車輛獲得更高的減速度；還可以帶來更多的安全特性；(2)環(huán)保和省油；低損耗、低制動(dòng)滯后帶來高續(xù)航里程；減少零件和重量；越來越多的無動(dòng)力真空源的車輛上車，提高了能量回收效率；(3)智能駕駛：主動(dòng)控制是智能駕駛必不可少的功能；(4)車輛對(duì)制動(dòng)性能的要求越來越高，由于結(jié)構(gòu)和原理的限制，傳統(tǒng)制動(dòng)系統(tǒng)在提高制動(dòng)性能方面的潛力有限。電子液壓制動(dòng)系統(tǒng)(EHB)作為一種新型制動(dòng)系統(tǒng)，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)制動(dòng)系統(tǒng)的不足，可以大大提高車輛的制動(dòng)性能。

電子液壓制動(dòng)(EHB)系統(tǒng)是在傳統(tǒng)液壓制動(dòng)器的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的?？刂茩C(jī)構(gòu)用電子制動(dòng)踏板代替了傳統(tǒng)的液壓制動(dòng)踏板，取消了巨大的真空助力器。傳統(tǒng)的液壓制動(dòng)系統(tǒng)是直接通過液壓裝置實(shí)現(xiàn)車輛制動(dòng)功能，線控制動(dòng)系統(tǒng)是利用物理信號(hào)傳遞制動(dòng)信息，電子控制單元控制機(jī)電一體化裝置實(shí)現(xiàn)制動(dòng)。

2.2.1 每周腹痛發(fā)作天數(shù) 療后第2周、第1周，腹痛發(fā)作天數(shù)的組間比較，經(jīng)t檢驗(yàn)，差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義；療后第2周，經(jīng)考慮基線、中心、組別交互作用的協(xié)方差分析，試驗(yàn)組、對(duì)照組校正均數(shù)分別為1.817 9、1.294 7，組間比較差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。FAS、PPS分析結(jié)論一致。FAS數(shù)據(jù)集結(jié)果見表3。

3 EHB發(fā)展前景

車輛對(duì)制動(dòng)性能的要求越來越高。由于結(jié)構(gòu)和原理的限制，傳統(tǒng)制動(dòng)系統(tǒng)在提高制動(dòng)性能方面的潛力有限。電子液壓制動(dòng)系統(tǒng)(EHB)作為一種新型制動(dòng)系統(tǒng)，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)制動(dòng)系統(tǒng)的不足，可以大大提高車輛的制動(dòng)性能，線控汽車相對(duì)于傳統(tǒng)汽車在控制方面具有非常顯著的優(yōu)勢(shì)，因?yàn)榫€控技術(shù)源于飛機(jī)，首先在飛機(jī)上使用的，而在飛機(jī)有所不同，汽車在道路上的情況比較多變、復(fù)雜，因此線控技術(shù)要想在汽車上完全應(yīng)用需要充分考慮安全性和穩(wěn)定性問題。未來隨著大量的應(yīng)用，EHB的發(fā)展將成為一個(gè)趨勢(shì)，它用電子元件代替了部分機(jī)械元件，制動(dòng)踏板不再直接與制動(dòng)輪缸相連，由傳感器采集駕駛員的操作作為控制意圖。制動(dòng)操作完全由液壓執(zhí)行器完成，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)制動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)和原理造成的不足，使制動(dòng)控制具有最大的自由度，從而充分利用路面附著力，提高制動(dòng)性能效率。

無線數(shù)據(jù)與能量協(xié)同傳輸技術(shù)：編碼與調(diào)制設(shè)計(jì)………………………………………………胡杰，金石 24-5-43

4 結(jié)束語

綜上所述，電子液壓制動(dòng)系統(tǒng)發(fā)展的最終目標(biāo)是將線控技術(shù)與汽車的制動(dòng)系統(tǒng)相互結(jié)合、相互作用，更好地發(fā)揮制動(dòng)系統(tǒng)的性能，隨著高速公路的增加和平均車速的提高，如何使高速車輛在最短的制動(dòng)時(shí)間和制動(dòng)距離內(nèi)安全、穩(wěn)定地進(jìn)行制動(dòng)減速，成為亟待解決的問題。制動(dòng)系統(tǒng)是汽車安全的保障。經(jīng)過數(shù)十年的發(fā)展研究，多種制動(dòng)系統(tǒng)已研制成功并在實(shí)車中投入使用，并取得了較為滿意的效果。由于結(jié)構(gòu)和原理的限制，即使加裝ABS等防抱死制動(dòng)控制系統(tǒng)，也無法實(shí)現(xiàn)最大最優(yōu)制動(dòng)力控制。這也為我們提出了開發(fā)下一代制動(dòng)系統(tǒng)的必要性。未來隨著大量的應(yīng)用，EHB的發(fā)展將成為一個(gè)趨勢(shì)。

[1]楊萬慶.電子液壓制動(dòng)系統(tǒng)EHB綜述[J].城市車輛,2007,06:43-45.YANG Wangqing. Survey of Electronic Hydraulic Brake System[J] City vehicles,2007,06:43-45.[2]楊萬慶.電子液壓制動(dòng)系統(tǒng)(EHB)發(fā)展現(xiàn)狀[J].汽車與配件,2007(25):41-43.YANG Wangqing. Development Status of Electronic Hydraulic Braking System (EHB)[J]. Automotive and Accessories,2007(25):41-43.

[3] Continental Automotive Systems. ISAD and EHB Make Cars More Economical and More Environmen-tally Friendly,2002.

[4]姚波,曲萬達(dá),何耀華.汽車電子液壓制動(dòng)系統(tǒng)[J].客車技術(shù)與研究,2007,29(2):25-26.YAO Bo,QU Wangda,HE Yaohua. Automotive Electronic Hydraulic Brake System[J]. Bus Technology and Research,2007,29(2):25-26.

[5]劉立國.EHB系統(tǒng)與整車匹配方法研究[D].吉林大學(xué),2011.LIU Liguo. Study on Matching Method of EHB System and Whole Vehicle[D]. JiLin University,2011.

[6]VehicleDynamicsIntegratedManagement.http://www.toyota.com.cn/vehicles/technology/safety04.html.

[7]李道飛.基于輪胎力最優(yōu)分配的車輛動(dòng)力學(xué)集成控制研究[J].上海交通大學(xué)學(xué)報(bào),2008.LI Daofei. Research on Vehicle Dynamics Integrated Control Based on Optimal Tire Force Distribution[J]. Journal of Shanghai Jiaotong University,2008.

[8]林逸,沈沉,王軍,等.汽車線控制動(dòng)技術(shù)及發(fā)展[J].汽車技術(shù),2005(12):1-3.LIN Yi, SHEN Chen，WANG Jun,etc. Technology and Development of Automotive Wire Brake[J]. Automotive Technology,2005(12):1-3.

[9] Augsburg, K. and R. Trutschel . Development Tools to Assist in the Objective Description of Brake Pedal Feel. Advanced Brake Technology, B. Breuer and U. Dausend. Warrendale, PA, SAE International,2003.