智能網(wǎng)聯(lián)汽車線控制動(dòng)系統(tǒng)的技術(shù)分析

劉彪杰 楊果仁 鄒瑾 蘭旭 陳偉 李定明

成都師范學(xué)院 四川省成都市 610000

1 引言

在汽車產(chǎn)業(yè)的進(jìn)步中，汽車線控制動(dòng)系統(tǒng)是線控底盤技術(shù)的關(guān)鍵。實(shí)現(xiàn)電控制動(dòng)，通過制動(dòng)力分配，使各車輪摩擦片磨損更均勻，能有效提高汽車的操控穩(wěn)定性，有效防止側(cè)滑、甩尾現(xiàn)象，使駕駛員可以緊急避讓或修正方向。隨著汽車系統(tǒng)效果的持續(xù)發(fā)展，智能網(wǎng)聯(lián)汽車線控制動(dòng)系統(tǒng)的技術(shù)研究成為研究者的一大課題。

2 汽車線控系統(tǒng)的定義

汽車線控制系統(tǒng)的歷史是上世紀(jì)末，汽車線控制系統(tǒng)技術(shù)密切聯(lián)系汽車電子技巧和網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)，促進(jìn)汽車全自動(dòng)化水平提高，使汽車技術(shù)得到突出的進(jìn)步。汽車行駛的高速傳動(dòng)系統(tǒng)大致可以再細(xì)分為大型汽車高級(jí)EHB 系統(tǒng)和小型汽車高級(jí)EMB 控制傳動(dòng)系統(tǒng)兩種。

2.1 EHB 系統(tǒng)

EHB 系統(tǒng)改進(jìn)了舊的制動(dòng)系統(tǒng)，將電子控制系統(tǒng)用于電液制動(dòng)系統(tǒng)，提高了油壓控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和效果，在利用的經(jīng)驗(yàn)中同時(shí)利用踏板傳感器和電子控制器踏板傳感器控制信號(hào)的導(dǎo)火。同時(shí)EUC 在過程中開始工作計(jì)算數(shù)據(jù)，掌握制動(dòng)強(qiáng)弱，確保制動(dòng)好快進(jìn)步，EHB 系統(tǒng)可以保證運(yùn)行中較大的把握安全性提高將噪音帶來的危害程度減到最小，使車的構(gòu)造更符合現(xiàn)實(shí)的運(yùn)用狀況。但是，電液制動(dòng)系統(tǒng)在實(shí)際使用過程中有一定的限制，電液制動(dòng)系統(tǒng)在使用時(shí)需要?jiǎng)x車液，因此使用不恰當(dāng)?shù)脑捜菀讓?dǎo)致剎車液泄漏的問題，造成了對(duì)汽車使用不利的安全風(fēng)險(xiǎn)。

最典型的EHB 系統(tǒng)是采用博世的usbsbc 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。以往的齒輪制動(dòng)時(shí)，備用制動(dòng)閥門被打開，通過電機(jī)控制制動(dòng)增壓泵和制動(dòng)減壓閥的自動(dòng)接通從而斷開制動(dòng)狀態(tài)，完成制動(dòng)作業(yè)。通常的汽車制動(dòng)系統(tǒng)失效后，控制器就會(huì)打開一個(gè)備用制動(dòng)閥門，啟用一個(gè)備用的汽車制動(dòng)管理系統(tǒng)，踩剎車踏板，就可以剎車前輪。豐田的s-ecb 汽車系統(tǒng)的內(nèi)部整體硬件結(jié)構(gòu)與它的sbc 在工作原理上相似。所有的EHB 剎車系統(tǒng)的工作原理基本上都相似，但是現(xiàn)在豐田仍然有一些新的系統(tǒng)設(shè)計(jì)。兩個(gè)脈沖回油閥在管道的兩端結(jié)合部由于流速不同，所以很多豐田汽車認(rèn)為流速會(huì)同時(shí)產(chǎn)生一個(gè)脈沖。這個(gè)傳動(dòng)脈沖也是根據(jù)后輪和剎車的高速回油傳動(dòng)管路慢慢不斷地被傳達(dá)，帶來大的噪音。基于這個(gè)設(shè)計(jì)想法，豐田把在兩個(gè)剎車控制回路的油管上同時(shí)施加一個(gè)脈沖的電流抑制電阻裝置也統(tǒng)稱為脈沖電阻抑制裝置。清華大學(xué)的數(shù)字d-ehb 系統(tǒng)主要功能是針對(duì)分布式系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)的。主要特點(diǎn)有新穎的設(shè)計(jì)，增加了氣動(dòng)壓力表以保證電磁閥的氣動(dòng)設(shè)計(jì)。在各個(gè)方形圓筒的排氣管道中分別追加了自動(dòng)壓力閥和保持控制閥。達(dá)到一定的壓力后，可以繼續(xù)維持這個(gè)新的壓力。

2.2 EMB 系統(tǒng)

EMB 制動(dòng)系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用中主要采用了主干式交流線性微控制器和制動(dòng)動(dòng)力系統(tǒng)。所謂“干式”，主要指的是在使用EMB 剎車系統(tǒng)自動(dòng)剎車期間，取消制動(dòng)油壓調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)和關(guān)閉制動(dòng)排氣管道，這種自動(dòng)控制剎車方式需要使用馬達(dá)鍵來執(zhí)行剎車控制系統(tǒng)命令。EMB 制動(dòng)系統(tǒng)在實(shí)現(xiàn)汽車高速制動(dòng)應(yīng)用過程中，將系統(tǒng)結(jié)構(gòu)有效率地簡(jiǎn)化，節(jié)省了大量汽車零部件的實(shí)際應(yīng)用。與原有EHB 兩種系統(tǒng)版本相比，EMB 傳動(dòng)系統(tǒng)的所有動(dòng)力油壓輸送裝置、主缸和汽缸、油壓輸送管道、動(dòng)力裝置均由馬達(dá)驅(qū)動(dòng)油壓裝置進(jìn)行代替，包括動(dòng)力油壓盤和動(dòng)力鼓閘。EMB 制動(dòng)系統(tǒng)本身正是一款先鋒型的制動(dòng)動(dòng)力系統(tǒng)。主要原理是用腳踩自動(dòng)控制踏板，通過自動(dòng)控制踏板上的傳感器直接得到汽車駕駛員的制動(dòng)意圖，通過e-cud 的處理直接高速驅(qū)動(dòng)裝在車輪上的高速制動(dòng)模塊。

EMB 系統(tǒng)沒有材料泄漏的安全隱患，具有更高的使用安全性。在汽車進(jìn)行高速控制的操作過程中，大幅提高了對(duì)命令行的響應(yīng)操作效率，具有較高的高速制動(dòng)操作精度。此外，EMB 監(jiān)控系統(tǒng)在汽車應(yīng)用修理過程中更好地直接實(shí)現(xiàn)了小型汽車的監(jiān)控一體化遠(yuǎn)程控制，在使用EMB 監(jiān)控系統(tǒng)的汽車修理使用過程中很方便。結(jié)合我國(guó)線上監(jiān)控制動(dòng)和制動(dòng)管理系統(tǒng)的目前發(fā)展現(xiàn)狀情況，EMB 系統(tǒng)對(duì)比于EHB 制動(dòng)系統(tǒng)來說有著更大的發(fā)展前景。在對(duì)智能網(wǎng)聯(lián)汽車采用線性式控制器和制動(dòng)管理系統(tǒng)設(shè)備進(jìn)行汽車安全性制動(dòng)控制的應(yīng)用過程中，如何有效地正確使用汽車EMB 控制系統(tǒng)，是我國(guó)汽車行業(yè)快速發(fā)展的大過程中必須認(rèn)真考慮的重要技術(shù)議題。

與氣壓制動(dòng)系統(tǒng)和傳統(tǒng)液壓制動(dòng)系統(tǒng)相比，有非常大的優(yōu)勢(shì)，它用電導(dǎo)線的形式進(jìn)行信號(hào)的傳輸，不存在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)復(fù)雜、笨重以及液壓油泄露、污染環(huán)境等問題，符合綠色環(huán)保的發(fā)展理念。BBW 系統(tǒng)是一個(gè)新的先進(jìn)系統(tǒng)，傳感器踏板，計(jì)算和控制踏板，電子控制文件和相應(yīng)的單制動(dòng)模型。BBW 系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)化分析，可以簡(jiǎn)單地看到道路狀況的信息，全面、具體地正確地推測(cè)道路狀況的信息，及時(shí)地減輕危險(xiǎn)。線控制動(dòng)系統(tǒng)簡(jiǎn)化了舊剎車系統(tǒng)的構(gòu)造，縮短了剎車所需的時(shí)間，沒有剎車系統(tǒng)之間的聯(lián)絡(luò)要素，縮短了系統(tǒng)之間的聯(lián)系時(shí)間，包含了輕松的運(yùn)用特征。

3 智能網(wǎng)聯(lián)汽車線控制動(dòng)技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

為了大大提高民用汽車安全駕駛的線路安全性和系統(tǒng)可靠性，歐盟專門設(shè)計(jì)了安全和高性能的通信容錯(cuò)安全控制結(jié)構(gòu)，開始深入研究各種汽車線路和通信容錯(cuò)控制安全系統(tǒng)。這個(gè)電子系統(tǒng)里安裝了電線和電子制動(dòng)器，但是這個(gè)和以前的機(jī)器和油壓系統(tǒng)不同。這是通過計(jì)算機(jī)來控制駕駛員的命令，將其轉(zhuǎn)換成一定的電子信號(hào)來驅(qū)動(dòng)電子制動(dòng)器。

汽車通用線性電控制動(dòng)器技術(shù)的相關(guān)研究最早興起于20 世紀(jì)90 年代，這項(xiàng)技術(shù)研究最初可能是由當(dāng)時(shí)世界上一些著名的通用汽車制造公司共同組織開展起來的。瑞典SKF 集團(tuán)在2001 年9 月展示的第一號(hào)汽車berton1-skffiilo 小型概念車上的它使用了基于skf 的一種線性式控制剎車技術(shù)。這個(gè)傳動(dòng)技術(shù)的廣泛使用大大解決了由于方向盤、加速、剎車踏板等復(fù)雜機(jī)械部件操作傳動(dòng)方式的復(fù)雜問題。2002 年，美國(guó)通用汽車公司中國(guó)發(fā)售了一款搭載汽車電線自動(dòng)控制系統(tǒng)技術(shù)和搭載燃料轉(zhuǎn)化電池控制技術(shù)的新車autoomy(具有自主駕駛魔力)跑車。戴爾菲于2004 年3 月開發(fā)了一種可以利用電動(dòng)剎車鉗進(jìn)行操作的前后輪動(dòng)力制動(dòng)器的四輪混合動(dòng)力制動(dòng)技術(shù)系統(tǒng)。世界上第一輛EMB 類型汽車設(shè)計(jì)是由澳大利亞PBR公司于2005 年期間開發(fā)的。之后，這家汽車公司陸續(xù)開發(fā)了“esequel”等概念車。2016年Wang F 等人針對(duì)單輪爆胎的問題進(jìn)行了深入研究，并提出將BBW 以及前輪轉(zhuǎn)向協(xié)同的容錯(cuò)控制策略。2017 年Xiangzhi Liu 利用FlexRay 總線作為車載網(wǎng)絡(luò)搭建線控制動(dòng)實(shí)物平臺(tái)，并驗(yàn)證了實(shí)物平臺(tái)的可行性。2020年ShuaiChen 等人針對(duì)汽車制動(dòng)舒適性問題，提出了基于汽車制動(dòng)舒適性的制動(dòng)意圖分類策略。

現(xiàn)在又出現(xiàn)了電機(jī)制動(dòng)器EMB。根據(jù)構(gòu)造，分為機(jī)電鼓制動(dòng)器和機(jī)電盤制動(dòng)器。其中，機(jī)電盤制動(dòng)器也分為無自增力和自增力兩種形式。機(jī)電盤式剎車具有高穩(wěn)定性，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，質(zhì)量好，尺寸適中，市場(chǎng)前景比鼓式制動(dòng)器更廣闊。

4 汽車制動(dòng)系統(tǒng)方式分析

4.1 滯空現(xiàn)象

滯空形式及多個(gè)威脅形式是應(yīng)該重視的現(xiàn)象，這些現(xiàn)象對(duì)汽車能否安全使用造成一定的威脅，找出滯留點(diǎn)所在，通過深度探討引起滯留現(xiàn)象的原因?qū)ιa(chǎn)方面存在的問題進(jìn)行研究生考試，找出合適的解決方法，在開展滯空形式的剖析的過程中，可以根據(jù)重要的基準(zhǔn)進(jìn)行測(cè)定，同時(shí)根據(jù)引起滯空現(xiàn)象的因素，在計(jì)劃中持續(xù)改善甚至可以避免滯空現(xiàn)象。

4.2 制動(dòng)器故障分析

剎車故障形式的要點(diǎn)是，在剎車展開過程中，剎車系統(tǒng)出現(xiàn)剎車反應(yīng)遲鈍或完全故障的現(xiàn)象，剎車發(fā)生不能工作，降低速度的行為發(fā)生了故障?；旧希@種原因是由于剎車系統(tǒng)內(nèi)部的布線故障、踏板接觸不足、ECU 硬盤發(fā)生錯(cuò)誤等，根據(jù)故障的重要水平來區(qū)分，剎車故障給汽車帶來的不利條件更加嚴(yán)重應(yīng)該密切改變建設(shè)失誤的可能性和系統(tǒng)體制的修理。

5 線控制動(dòng)系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)分析

與以往的中控制動(dòng)管理系統(tǒng)技術(shù)相比，控制器和制動(dòng)管理系統(tǒng)雖然具有無可比擬的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，對(duì)現(xiàn)代汽車的制動(dòng)結(jié)構(gòu)和中控制動(dòng)系統(tǒng)性能發(fā)展帶來了一些根本性的重大變革，但在全面深入推進(jìn)汽車應(yīng)用之前，還有很多重要的關(guān)鍵技術(shù)保障問題。

5.1 車用42V 電源系統(tǒng)的開發(fā)

線性式控制轉(zhuǎn)向制動(dòng)管理系統(tǒng)主要通過42v 直流電源控制系統(tǒng)合并驅(qū)動(dòng)電氣動(dòng)力操作器件來實(shí)現(xiàn)電動(dòng)車輪轉(zhuǎn)向制動(dòng)，同時(shí)整車使用42v 電源供電控制系統(tǒng)，有利于電動(dòng)汽車執(zhí)行控制裝置的最佳性能設(shè)計(jì)。但是，高壓輸電會(huì)直接造成輸電線路中的絕緣、耐壓、電磁波和噪音的嚴(yán)重問題?，F(xiàn)在電子汽車的每個(gè)電子零件一般需要符合12v的工作電壓，而42v 這個(gè)電壓一定可能會(huì)給電子汽車零件制造商和其他的電子汽車零部件產(chǎn)品供應(yīng)商之間帶來新的技術(shù)挑戰(zhàn)。

車體內(nèi)部供電的最基本的供電系統(tǒng)元件是42v 的直流電源。BBW 制動(dòng)系統(tǒng)對(duì)備用電源也是具有一定的性能要求。由于舊式的電源12v 本身的輸出電壓比較小，動(dòng)力的產(chǎn)生絕對(duì)不夠，所以必須提高剎車的力量。但是，42v 的直流電源電壓可以對(duì)它進(jìn)行最好的散熱處理。知道各種力量強(qiáng)度不足的物理現(xiàn)象。防止緊急剎車有電未充分保存的狀態(tài)。同時(shí)將絕緣作為正確的解決方法。拒絕因侵蝕導(dǎo)致的線路接觸不足，保證控制系統(tǒng)的安全性。

5.2 基于數(shù)字技術(shù)的新型控制管理系統(tǒng)

在電氣控制汽車制動(dòng)軟件系統(tǒng)的不斷普及中和使用中最大的一個(gè)問題當(dāng)然是系統(tǒng)可靠性和系統(tǒng)安全性的兩個(gè)問題，解決系統(tǒng)可靠性和系統(tǒng)安全性兩個(gè)問題的最有效的解決方法當(dāng)然是冗余系統(tǒng)設(shè)計(jì)，包括控制汽車的主要電氣控制零部件、控制制動(dòng)單元、甚至控制軟件的冗余設(shè)計(jì)這些都可以防止使制動(dòng)系統(tǒng)更加復(fù)雜和大大提高制造成本。

5.3 基于觸發(fā)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的高速總線

基于無線時(shí)間控制觸發(fā)的無線通信控制網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)是用戶實(shí)現(xiàn)對(duì)BBW 系統(tǒng)的實(shí)時(shí)時(shí)間控制的最佳網(wǎng)絡(luò)選擇。Flexray 定時(shí)具有三種同步定時(shí)、確定性和定時(shí)容錯(cuò)性的基本特征。兩種治療方法各自都有其優(yōu)缺點(diǎn)。另外，只有不斷優(yōu)化改善手機(jī)網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程通信，才能真正實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程控制。

5.4 制動(dòng)性能的評(píng)價(jià)方式

剎車的評(píng)價(jià)主要包括剎車的效用、制動(dòng)能力以及恒久性和制動(dòng)方向的平定性。剎車的效用說明，將汽車的速度減低至最小，直到靜止技能，這也是評(píng)價(jià)制動(dòng)性的最基本標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)制動(dòng)路徑、制度力量、制動(dòng)速度和制動(dòng)所需的時(shí)間。剎車的路程是在固定的初級(jí)速度值中，說停下來的車完全靜止所需的汽車的滑行距離。

5.5 高速汽車協(xié)議控制系統(tǒng)

汽車在運(yùn)用過程中，為了重視安全特征，確保數(shù)據(jù)的導(dǎo)入和輸出的完全安全，將高速穩(wěn)定的車載網(wǎng)絡(luò)信息貫徹始終，全面構(gòu)建一個(gè)控制系統(tǒng)要確保各環(huán)節(jié)嚴(yán)密組織和數(shù)據(jù)最新情況的跟進(jìn)，保持?jǐn)?shù)據(jù)最新化。

5.6 汽車制動(dòng)系統(tǒng)安全的重要性

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，交通量密度增加，汽車速度也提高，汽車制動(dòng)系統(tǒng)的控制越來越主要。就目前的情況而言，相關(guān)的汽車制動(dòng)系統(tǒng)基本上集中在制動(dòng)控制的道理和方式上。使用線路控制技術(shù)的結(jié)構(gòu)相關(guān)的汽車安全知識(shí)電子控制系統(tǒng)越來越成為汽車技術(shù)進(jìn)步的目標(biāo)。安全的特征和穩(wěn)定的特征是阻礙線控制系統(tǒng)的使用的主要原因。因此，線控系統(tǒng)的安全管理要把握文化和方式，展開系統(tǒng)比較，有剎車安全控制，適當(dāng)?shù)闹苿?dòng)機(jī)可以保證汽車的安全質(zhì)量，提高機(jī)動(dòng)性。另外，線路控制的技能在汽車及許多電氣控制系統(tǒng)或不同的運(yùn)輸技術(shù)方面有著無法比擬的優(yōu)勢(shì)。

6 網(wǎng)聯(lián)汽車線控制動(dòng)技術(shù)探究

BBW 系統(tǒng)大大提高了汽車的性能。此系統(tǒng)成為與傳統(tǒng)汽車區(qū)別的一大特征。但是，此系統(tǒng)的全面普及的推廣仍有一定的距離，特別是許多關(guān)鍵技術(shù)是最大的制約壁壘。

車載42V 電源系統(tǒng)。電動(dòng)機(jī)車執(zhí)行控制裝置的系統(tǒng)設(shè)計(jì)經(jīng)由42v 的直流供電控制系統(tǒng)開始進(jìn)行。但是，42V 電源系統(tǒng)的開發(fā)還必須解決絕緣、耐壓、噪音、電化學(xué)腐蝕、電弧放電等問題。解決這些問題可以大大提高電源系統(tǒng)的性能。

實(shí)時(shí)容錯(cuò)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)。面臨線控制動(dòng)系統(tǒng)使用的最大難題是安全性和可靠性。首先，行車與地面接觸和碰撞多，線路容易發(fā)生故障，線控制動(dòng)系統(tǒng)的電子信號(hào)失效對(duì)汽車來說是極大的隱患。其次，線控制動(dòng)系統(tǒng)的安全性、可靠性可以通過可靠性分析、事件樹分析、故障樹分析等來提高，但并不是通過上述方法可以避免任何災(zāi)害。因此，線控制動(dòng)系統(tǒng)在考慮元素、單元或子系統(tǒng)以及軟件的冗余設(shè)計(jì)的同時(shí)，在設(shè)計(jì)研究階段，必須考慮成本、空間、重量等因素。

基于高速時(shí)間軸的觸發(fā)器和網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的高速容錯(cuò)器和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)總線。為了大大提高車載汽車的信息安全性和信息可靠性，為了有效保證車載信息數(shù)據(jù)傳遞的及時(shí)和安全，設(shè)置出了支持高速、可靠性和較高容錯(cuò)性的車載信息網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，構(gòu)建分散了安全性重要性的實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)必須保證及時(shí)完成嚴(yán)格的時(shí)機(jī)和時(shí)機(jī)的刷新的重要任務(wù)。因此，對(duì)于車載消息網(wǎng)絡(luò)協(xié)議需要有非常嚴(yán)格的技術(shù)要求，消息數(shù)據(jù)傳輸要長(zhǎng)時(shí)間實(shí)時(shí)可靠，同時(shí)車載網(wǎng)絡(luò)協(xié)議還非常需要它所支持的超高速率、可靠性和超高容錯(cuò)性。

7 結(jié)束語(yǔ)

本文指出智能網(wǎng)聯(lián)汽車線性控制機(jī)動(dòng)系統(tǒng)的技術(shù)與通用電子汽車科學(xué)制造技術(shù)相密切聯(lián)系，提高了系統(tǒng)的自動(dòng)性，重視剎車機(jī)構(gòu)的成果，降低了成本，掌握了剎車系統(tǒng)的特點(diǎn)。促進(jìn)安全性飛躍，決定汽車剎車系統(tǒng)的安全性。汽車制動(dòng)線路監(jiān)控制動(dòng)與制動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的應(yīng)用安全控制制動(dòng)技術(shù)的廣泛應(yīng)用與汽車電子技術(shù)緊密結(jié)合，需要不斷提高系統(tǒng)的制動(dòng)智能性，重視汽車制動(dòng)監(jiān)控效果，減少制動(dòng)布線，提高汽車制動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)的安全可控性。在現(xiàn)階段的產(chǎn)品生產(chǎn)中，利用新型生產(chǎn)設(shè)備，進(jìn)一步提高產(chǎn)品生產(chǎn)工藝技術(shù)，滿足人們對(duì)汽車安全性的要求，提高汽車智能化。由此，保證汽車的線控制動(dòng)系統(tǒng)的可靠性。