線控制動(dòng)系統(tǒng)及相關(guān)概念介紹

#01

制動(dòng)系統(tǒng)及相關(guān)概念介紹當(dāng)前，線控制動(dòng)系統(tǒng)（BBW-brakebywire）在市場(chǎng)車輛上應(yīng)用愈加廣泛，電子液壓制動(dòng)（EHB-Electro-HydraulicBrakeSystem）系統(tǒng)是BBW系統(tǒng)的典型形式。#02

電子液壓制動(dòng)系統(tǒng)分類EHB代替了真空助力器，根據(jù)制動(dòng)踏板與制動(dòng)輪缸之間的耦合程度可以采用非解耦、半解耦或者全解耦三種模式：1、非解耦式系統(tǒng)非解耦式制動(dòng)系統(tǒng)中駕駛員作用在踏板推桿上的力直接作用于制動(dòng)主缸，同時(shí)電機(jī)也給制動(dòng)主缸提供助力協(xié)助駕駛員制動(dòng)。該類系統(tǒng)完全模擬真空助力器的制動(dòng)模式，用電機(jī)助力替換真空助力。2、半解耦式系統(tǒng)半解耦式系統(tǒng)的踏板推桿與制動(dòng)主缸之間存在一定的解耦間隙，駕駛員踩下制動(dòng)踏板后，系統(tǒng)建壓至駕駛員需求的制動(dòng)力，在此過(guò)程中，解耦間隙一直存在。駕駛員需求的制動(dòng)力也可以通過(guò)系統(tǒng)建壓?jiǎn)卧万?qū)動(dòng)電機(jī)反拖一起實(shí)現(xiàn)，從而實(shí)現(xiàn)協(xié)調(diào)式制動(dòng)能量回收，由于解耦間隙的限制，能量回收的強(qiáng)度也會(huì)受到限制，一般情況下，解耦間隙的設(shè)置至少需要使驅(qū)動(dòng)電機(jī)可達(dá)到0.3g的再生制動(dòng)減速度。當(dāng)系統(tǒng)判斷電機(jī)處于無(wú)法工作的狀態(tài)時(shí)，駕駛員踩下制動(dòng)踏板使推桿行程克服解耦間隙后，踏板力將直接作用于制動(dòng)主缸從而實(shí)現(xiàn)應(yīng)急制動(dòng)。解耦間隙示意圖半解耦系統(tǒng)需要踏板感覺(jué)模擬器實(shí)現(xiàn)踏板感覺(jué)模擬，踏板模擬器又可分為濕式和干式兩種，常用的干式踏板感模擬器內(nèi)部主要是一個(gè)彈簧阻尼機(jī)構(gòu)，能靈活調(diào)節(jié)踏板感。常用的濕式踏板模擬器如下圖所示，這種制動(dòng)系統(tǒng)增設(shè)了踏板感覺(jué)模擬裝置，當(dāng)駕駛員踩下制動(dòng)踏板推動(dòng)制動(dòng)主缸時(shí)，若電機(jī)制動(dòng)力滿足駕駛員制動(dòng)需求，則制動(dòng)輪缸不需要制動(dòng)液，主缸排出的制動(dòng)液全部流入踏板感覺(jué)模擬裝置；若電機(jī)制動(dòng)力無(wú)法滿足駕駛員制動(dòng)需求，則通過(guò)液壓調(diào)節(jié)單元控制制動(dòng)液流入制動(dòng)輪缸。踏板感覺(jué)模擬裝置的作用就是在制動(dòng)時(shí)容納主缸排出的制動(dòng)液，同時(shí)在常規(guī)制動(dòng)過(guò)程中模擬駕駛員的踏板感覺(jué)。制動(dòng)控制系統(tǒng)原理圖3、全解耦式系統(tǒng)“one-box”系統(tǒng)，“one-box”系統(tǒng)是一種典型的全解耦式系統(tǒng)，是將EHB控制器與制動(dòng)主缸、踏板感覺(jué)模擬器集成在一起，形成一個(gè)高度集成化的線控液壓制動(dòng)系統(tǒng)。下圖為IPB制動(dòng)系統(tǒng)簡(jiǎn)圖，主要分為三個(gè)部分：踏板-主缸-踏板模擬器部分，建壓部分及壓力調(diào)節(jié)部分。IPBIPB系統(tǒng)為解耦型系統(tǒng)。正常工作時(shí)，閥1，4，5結(jié)合，2，3斷開(kāi)。駕駛員踩踏板后制動(dòng)液進(jìn)入主缸和踏板模擬器并建立壓力，踏板力-踏板行程曲線由主缸和踏板模擬器特性決定。與此同時(shí)，IPBECU識(shí)別踏板位移信號(hào)，依據(jù)標(biāo)定好的踏板位移-系統(tǒng)壓力曲線控制電機(jī)建壓，產(chǎn)生車輛減速度。在縱向及橫擺運(yùn)動(dòng)控制中，通過(guò)ABS/EHB控制器液壓調(diào)制模塊對(duì)各輪輪缸壓力進(jìn)行調(diào)節(jié)。因此，對(duì)于IPB制動(dòng)系統(tǒng)，踏板位移-減速度曲線是可以通過(guò)刷新標(biāo)定參數(shù)進(jìn)行更改的。IPB降級(jí)模式比較復(fù)雜，不同的失效類型對(duì)應(yīng)不同的降級(jí)模式，本文僅針對(duì)助力失效（如IPB斷電）進(jìn)行討論。在此種模式下，IPB進(jìn)入機(jī)械backup模式，閥1，4，5關(guān)閉，2，3打開(kāi)，駕駛員踩踏板建立的壓力直接進(jìn)入輪缸并產(chǎn)生車輛減速度。根據(jù)法規(guī)ECER13-H要求，系統(tǒng)應(yīng)產(chǎn)生不小于2.44m/s^2的制動(dòng)減速度。

因制動(dòng)踏板解耦，無(wú)需過(guò)多考慮主缸需液量對(duì)踏板位移的影響，IPB的主缸缸徑可比傳統(tǒng)brakeapply系統(tǒng)小，機(jī)械backup模式下，相同踏板力下系統(tǒng)產(chǎn)生壓力較高。在制動(dòng)系統(tǒng)匹配設(shè)計(jì)過(guò)程中，制動(dòng)液體積（對(duì)應(yīng)主缸行程和缸徑）是一個(gè)著重需要注意的參數(shù)，設(shè)計(jì)時(shí)需要同時(shí)考慮如下因素：backup模式下需達(dá)到2.44m/s^2的制動(dòng)減速度（涉及到踏板及基礎(chǔ)制動(dòng)系統(tǒng)匹配）車輛lifetime中的系統(tǒng)變化（如摩擦片磨損，系統(tǒng)剛度變化，摩擦系數(shù)變化等等）傳感器測(cè)量誤差小結(jié)：為什么解耦就可以實(shí)現(xiàn)制動(dòng)能量最大化呢？眾所周知，制動(dòng)能量回收就是利用電機(jī)反向拖轉(zhuǎn)產(chǎn)生能量，從而交給電池儲(chǔ)存起來(lái)。通過(guò)記錄駕駛員踩下的制動(dòng)踏板行程和踏板力，計(jì)算得出駕駛員希望得到的減速度。優(yōu)先使用電機(jī)拖轉(zhuǎn)就行制動(dòng)，如果不夠則使用液壓制動(dòng)進(jìn)行補(bǔ)償。這樣就通過(guò)解耦實(shí)現(xiàn)了最大限度的制動(dòng)能量回收。制動(dòng)能量回收這種由驅(qū)動(dòng)電機(jī)作為發(fā)電機(jī)向車輪提供制動(dòng)力的模式又稱為電機(jī)再生制動(dòng)，然而電機(jī)參與制動(dòng)會(huì)對(duì)整車的制動(dòng)性能產(chǎn)生影響。如上圖所示，電機(jī)最大制動(dòng)力矩隨電機(jī)轉(zhuǎn)速不斷變化，當(dāng)駕駛員踩下制動(dòng)踏板時(shí)，整車控制器接收到踏板位移信號(hào)反饋的駕駛員制動(dòng)需求。若當(dāng)前轉(zhuǎn)速下前軸電機(jī)最大制動(dòng)力矩能滿足前軸制動(dòng)需求，則前軸制動(dòng)力完全由前軸電機(jī)提供，若不能滿足前軸制動(dòng)需求，則需要液壓制動(dòng)力進(jìn)行補(bǔ)償。制動(dòng)能量回收策略由于電機(jī)性能隨轉(zhuǎn)速變化不斷波動(dòng)，若要維持穩(wěn)定的整車制動(dòng)效能，則新能源汽車的液壓制動(dòng)系統(tǒng)應(yīng)具備自動(dòng)調(diào)節(jié)輪缸壓力的能力。

對(duì)于傳統(tǒng)的液壓制動(dòng)系統(tǒng)，駕駛員踩下制動(dòng)踏板推動(dòng)制動(dòng)主缸使制動(dòng)液直接經(jīng)液壓調(diào)節(jié)單元進(jìn)入制動(dòng)輪缸，產(chǎn)生固定比例的前后軸液壓制動(dòng)力。因此傳統(tǒng)液壓制動(dòng)系統(tǒng)的制動(dòng)壓力受制動(dòng)踏板控制，無(wú)法自動(dòng)調(diào)節(jié)輪缸壓力。傳統(tǒng)制動(dòng)系統(tǒng)和解耦制動(dòng)系統(tǒng)的區(qū)別#03

EHB和EPB交互相關(guān)概念介紹通常我們將制動(dòng)分為行車制動(dòng)和駐車制動(dòng)，行車制動(dòng)通常由EHB系統(tǒng)完成，駐車制動(dòng)通常由電子駐車EPB(ElectricalParkingBrake)系統(tǒng)完成，由于行車制動(dòng)和駐車制動(dòng)的廠商較多，會(huì)出現(xiàn)行車制動(dòng)廠商為A,駐車制動(dòng)廠商為B,為了統(tǒng)一接口，降本增效，VDA305提出了一套將EHB和EPB結(jié)合交互的方案，將原有的電子駐車制動(dòng)控制集成在EHB控制器中，在實(shí)現(xiàn)所有電子駐車制動(dòng)的功能的同時(shí)，節(jié)省了控制器數(shù)量。

為什么如此設(shè)計(jì)呢？EPB系統(tǒng)除了提供駐車功能外，還能在行車過(guò)程中控制制動(dòng)液壓的實(shí)現(xiàn)備份制動(dòng)，而液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)是集成于EHB控制器系統(tǒng)中的；而EHB控制器系統(tǒng)所包含的輪速傳感器可以為EPB系統(tǒng)提供車速這一關(guān)鍵參數(shù)以確定當(dāng)前車速是否能夠駐車。因此，EPB和EHB控制器功能關(guān)聯(lián)十分緊密，如果各自對(duì)應(yīng)一個(gè)獨(dú)立的ECU，兩者之間注定有很多交互接口；把兩者集成于一個(gè)ECU中也是自然而然能想到的一個(gè)既節(jié)省成本又降低整車E/E系統(tǒng)復(fù)雜度的方案。

另一方面，市面上精于EHB控制器系統(tǒng)的供應(yīng)商和精于EPB系統(tǒng)的供應(yīng)商往往不是一家。對(duì)于OEM而言，當(dāng)選擇不同的EPB系統(tǒng)和EHB控制器系統(tǒng)供應(yīng)商時(shí)，如果各個(gè)供應(yīng)商閉門(mén)造車，那么將EPB軟件集成到EHB控制器軟件時(shí)將會(huì)面臨很多問(wèn)題，首當(dāng)其沖的問(wèn)題是EPB和EHB控制器軟件接口的定義如何統(tǒng)一。這就是VDA305標(biāo)準(zhǔn)誕生的背景。VDA305旨在標(biāo)準(zhǔn)化EPB系統(tǒng)的架構(gòu)以及EPB軟件和EHB控制器軟件的交互接口，清晰地定義EPB系統(tǒng)和EHB控制器系統(tǒng)的供應(yīng)商的職責(zé)范圍，使OEM在選擇供應(yīng)商時(shí)有很大的自由度，也使得不同的供應(yīng)商的合作更加高效，并由此引出了集成式電動(dòng)駐車制動(dòng)器和雙控EPB的概念。#04

集成式電動(dòng)駐車制動(dòng)器集成式電動(dòng)駐車制動(dòng)器是一種取代傳統(tǒng)駐車制動(dòng)器的機(jī)動(dòng)車輛機(jī)電系統(tǒng)。駐車制動(dòng)器的作用是使車輛保持靜止，防止車輛在保持和停車時(shí)滾動(dòng)，并在行車制動(dòng)器和輔助制動(dòng)系統(tǒng)功能（不是舒適功能）喪失的情況下提供緊急備用能力，使車輛減速至靜止。->車輛上集成式電動(dòng)駐車（電氣連接）和液壓制動(dòng)功能（液壓連接）工作循環(huán)的比較：液壓制動(dòng)的液壓控制在4個(gè)車輪上，壓力值可調(diào)。集成式電動(dòng)駐車機(jī)械控制僅在兩個(gè)后輪上，夾緊力由卡鉗供應(yīng)商定義。集成式電動(dòng)駐車制動(dòng)器架構(gòu)如上圖，依據(jù)VDA305的集成式電動(dòng)駐車制動(dòng)器架構(gòu)，VDA建議將EPB系統(tǒng)分為兩部分，由兩個(gè)不同的供應(yīng)商提供。有一個(gè)EPB系統(tǒng)部件，稱為BrakeAssy，包含駐車制動(dòng)執(zhí)行器、駐車制動(dòng)卡鉗和執(zhí)行邏輯（駐車制動(dòng)控制器，PBC）（見(jiàn)圖，綠色）。EPB系統(tǒng)的第二部分，也稱為HOST，包含EPB電源電子設(shè)備、必要的外圍設(shè)備，并控制駕駛員可以體驗(yàn)的功能（見(jiàn)圖，藍(lán)色）。PBC是專門(mén)為駐車制動(dòng)器執(zhí)行器設(shè)計(jì)的軟件組件，集成到HOST中。本VDA建議中所述的EPB集成通過(guò)使用一個(gè)EHB控制器控制單元來(lái)區(qū)分。所用部件的邏輯表示及其對(duì)EPB和EHB控制器系統(tǒng)的分配如圖集成式電動(dòng)駐車制動(dòng)器系統(tǒng)分布所示。集成式電動(dòng)駐車制動(dòng)器系統(tǒng)分布EPB系統(tǒng)車輪制動(dòng)器，包括駐車制動(dòng)器執(zhí)行器（左右制動(dòng)卡鉗）用于控制駐車制動(dòng)器執(zhí)行器的PBC軟件用于激活EPB駐車制動(dòng)執(zhí)行器的EPB硬件駕駛員可體驗(yàn)的功能主機(jī)軟件和必要的外圍設(shè)備（診斷、通信、車輛傳感器、操作系統(tǒng)等）通用硬件包含共同使用的硬件組件（例如微處理器、電子存儲(chǔ)器組件等）EHB控制器系統(tǒng)EHB控制器硬件，用于實(shí)現(xiàn)在車輛的一個(gè)或所有車輪制動(dòng)器處建立的主動(dòng)液壓用于執(zhí)行EHB控制器功能的EHB控制器軟件：電子穩(wěn)定控制、防抱死制動(dòng)系統(tǒng)等。通用硬件——共同使用的硬件組件（如微處理器、電子存儲(chǔ)器組件等）圖集成式電動(dòng)駐車制動(dòng)器系統(tǒng)分布顯示了綠色的制動(dòng)器總成部件和藍(lán)色的EHB控制器總成部件。EPB和EHB控制器系統(tǒng)的總成零件明顯不同（見(jiàn)圖集成式電動(dòng)駐車制動(dòng)器系統(tǒng)分布）。EPB系統(tǒng)由制動(dòng)組件和EHB控制器組件組成，而EHB控制器系統(tǒng)僅由EHB控制器組件組成。EPB與集成式電動(dòng)駐車制動(dòng)器的區(qū)別基本上，EPB和集成式電動(dòng)駐車制動(dòng)器都旨在通過(guò)卡鉗夾緊后輪來(lái)安全地停車和固定車輛。但事實(shí)上，它們?cè)诩夹g(shù)和財(cái)務(wù)層面上都有所不同。EPB->需要同時(shí)使用EHB控制器ECU和EPBECU來(lái)實(shí)現(xiàn)卡鉗控制。這兩個(gè)ECU之間的交互將通過(guò)CAN進(jìn)行，因此，如果CAN信號(hào)傳輸出現(xiàn)問(wèn)題，我們需要聯(lián)系EPB供應(yīng)商，并嘗試共同解決問(wèn)題。集成式電動(dòng)駐車制動(dòng)器->EPBECU集成在EHB控制器ECU中。首先要降低成本。另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是減少了連接器和布線的復(fù)雜性。EHB控制器和EPB通信更安全、更高效，因?yàn)樗行盘?hào)和接口都在一個(gè)控制單元內(nèi)。由于后卡鉗配備了集成式駐車制動(dòng)執(zhí)行器，因此不僅可以根據(jù)EHB控制器的液壓請(qǐng)求，還可以根據(jù)EPB的電氣請(qǐng)求進(jìn)行夾緊和釋放。集成式電動(dòng)駐車制動(dòng)器子功能SSM功能（SSM(standstillmanager)）->DAR（驅(qū)離釋放）->BPA（制動(dòng)片調(diào)整）->KOA（KeyoutApply）->IOA（點(diǎn)火關(guān)閉應(yīng)用）->ESA（發(fā)動(dòng)機(jī)失速應(yīng)用，僅適用于MT車輛），例如在起步時(shí)釋放離合器過(guò)快，導(dǎo)致熄火。然后IPB介入并扣留車輛。只有當(dāng)起步是DAR時(shí)才可行。->CDP（IPB瘋狂驅(qū)動(dòng)程序保護(hù)）->SIPA（駐車檔自動(dòng)換檔）->SFPR（從駐車檔自動(dòng)換檔）PBC功能PBC(parkingbrakecontrol)PBC是一個(gè)純軟件模塊，其中包含夾緊力控制算法(clampingforcecontrolalgorithm)、制動(dòng)盤(pán)溫度模型(brakedisctemperaturemodel)、重新夾緊功能(re-clampingfunctions)，診斷功能如制動(dòng)片更換檢測(cè)(brakepadreplacementmonitoring)等。此外，PBC還向HostBrake主機(jī)提供診斷制動(dòng)總成所需的信息。PBC將作為“黑匣子”集成到EHB控制器Assy中。->SAR（靜態(tài)應(yīng)用和釋放）->HDR（熱磁盤(pán)重新夾緊）->ROR（滾裝重新夾緊）->HPS（液壓支架）->ADBF（執(zhí)行器動(dòng)態(tài)制動(dòng)功能，打滑控制）->XAR/XRR（外部申請(qǐng)/發(fā)布請(qǐng)求）->RBT（滾筒臺(tái)架試驗(yàn)）->MNT（維護(hù)模式、服務(wù)和診斷功能）小結(jié)：具體可查閱VDA305。#05

Split-EPB雙控EPB汽車?yán)锩娴鸟v車其實(shí)是有兩套系統(tǒng)，見(jiàn)下圖。一套是作用在汽車動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)上，通過(guò)駐車棘爪卡住駐車齒輪，從而實(shí)現(xiàn)減速箱的傳動(dòng)軸鎖止，這個(gè)就是傳統(tǒng)意義的P擋。原來(lái)的P擋主要通過(guò)換擋桿連接棘爪來(lái)推動(dòng)駐車，是一種機(jī)械方式，現(xiàn)在漸漸演變?yōu)橥ㄟ^(guò)電機(jī)來(lái)推動(dòng)駐車，這就是電子駐車鎖止（EPL）。一套是作用在汽車剎車系統(tǒng)上，通過(guò)制動(dòng)盤(pán)與剎車片形成的摩擦力來(lái)實(shí)現(xiàn)駐車制動(dòng)，原來(lái)的手剎是機(jī)械手剎，通過(guò)手剎手柄來(lái)拉緊制動(dòng)盤(pán)，現(xiàn)在漸漸演變?yōu)橥ㄟ^(guò)電機(jī)來(lái)拉緊制動(dòng)盤(pán)，這就是電子手剎（EPB）。這兩套駐車系統(tǒng)在傳統(tǒng)燃油車具有自動(dòng)擋的車?yán)锩嬉恢笔遣⑿惺褂?，因?yàn)樗麄冏饔玫牟考蛯?shí)現(xiàn)駐車的原理是不一樣的，能很好的起到冗余的作用。當(dāng)其中一套駐車系統(tǒng)失效時(shí)，另一臺(tái)駐車系統(tǒng)仍然可以發(fā)揮作用，從而保證車輛駐車安全。這個(gè)優(yōu)良的傳統(tǒng)到了新能源汽車的發(fā)展階段就不一樣了。受限于機(jī)械P檔鎖止布置和成本因素,取消P檔鎖止機(jī)構(gòu)的趨勢(shì)明顯智能化的發(fā)展，要求行車制動(dòng)冗余備份這種情況下，采用分邊控制，具有較大成本優(yōu)勢(shì)