電控液壓制動(dòng)系統(tǒng)EHB介紹

EHB是一種線控制動(dòng)(brake-by-wire)系統(tǒng)，它以電子元件替代了部分機(jī)械元件，制動(dòng)踏板不再與制動(dòng)輪缸直接相連，駕駛員操作由傳感器采集作為控制意圖，完全由液壓執(zhí)行器來(lái)完成制動(dòng)操作，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)制動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)和原理所導(dǎo)致的不足，使制動(dòng)控制得到最大的自由度，從而充分利用路面附著，提高制動(dòng)效率。

EHB系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀

作為一種較為新型的制動(dòng)系統(tǒng)，EHB發(fā)展時(shí)間較短，但發(fā)展前景廣闊，各大汽車廠商和研究機(jī)構(gòu)都在積極的開發(fā)這一系統(tǒng)。

1994年，Analogy公司用Saber仿真模擬的方法，開發(fā)出了一套EHB的控制系統(tǒng)。1996年，博世公司對(duì)其開發(fā)的EHB系統(tǒng)進(jìn)行了實(shí)車試驗(yàn)，得到了滿意的效果，該系統(tǒng)后來(lái)在實(shí)際應(yīng)用中也取得了巨大的成功，在縮短制動(dòng)距離以及保證車輛穩(wěn)定性方面效果明顯。天合、德爾福、大陸特威斯等公司也相繼開發(fā)出了類似的EHB系統(tǒng)，并于2000～2002年前后獲得了一系列的專利。

2001年9月，裝備了博世傳感制動(dòng)控制(Sensotronic Brake Control)系統(tǒng)的奔馳SL新型跑車在法蘭克福國(guó)際汽車展上首次展出，2002年該系統(tǒng)裝備于新型的奔馳E級(jí)車上，2003年裝備于Estate型車上，同年，博世首次推出了加裝在奔馳E-Class 4matic型車上的四輪驅(qū)動(dòng)SBC，這也是EHB系統(tǒng)首次應(yīng)用于系列化生產(chǎn)的汽車。韓國(guó)萬(wàn)都公司、大陸特威斯公司、天合公司等都在EHB系統(tǒng)的開發(fā)中取得進(jìn)展，并開始為通用、福特、戴姆勒?克萊斯勒公司等汽車廠家供貨。

EHB系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)

傳統(tǒng)制動(dòng)系統(tǒng)如圖1所示，制動(dòng)主缸與制動(dòng)輪缸通過(guò)制動(dòng)管路相連，制動(dòng)壓力直接由人力通過(guò)制動(dòng)踏板輸入，而真空助力器作為輔助動(dòng)力源也要受到發(fā)動(dòng)機(jī)真空度的限制。這種結(jié)構(gòu)特點(diǎn)限制了制動(dòng)壓力建立、各輪制動(dòng)力的分配以及與其它系統(tǒng)的集成控制等，在進(jìn)一步提高制動(dòng)效果方面潛力有限。

圖2為EHB系統(tǒng)的示意圖，EHB系統(tǒng)由于改變了壓力建立方式，踏板力不再影響制動(dòng)力，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)制動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)和原理所導(dǎo)致的不足，具有許多傳統(tǒng)制動(dòng)系統(tǒng)無(wú)法比擬的優(yōu)越性：

1.在傳統(tǒng)制動(dòng)系統(tǒng)中，在緊急制動(dòng)或長(zhǎng)時(shí)間制動(dòng)后，系統(tǒng)部件特性可能發(fā)生變化，進(jìn)而影響制動(dòng)性能，采用EHB控制系統(tǒng)，部件機(jī)械特性的變化可由控制算法進(jìn)行補(bǔ)償，使制動(dòng)壓力等級(jí)和踏板行程始終保持一致。

2.由于蓄能器壓力等級(jí)很高，高壓制動(dòng)液通過(guò)高速開關(guān)閥的控制進(jìn)入制動(dòng)輪缸，制動(dòng)過(guò)程平順柔和。在緊急制動(dòng)工況下，制動(dòng)壓力上升梯度大，能達(dá)到的制動(dòng)壓力也更高。制動(dòng)蹄(鉗)對(duì)制動(dòng)鼓(盤)的制動(dòng)壓力通過(guò)輪缸壓力傳感器的反饋進(jìn)行精確調(diào)節(jié)，消除制動(dòng)噪聲。

3.傳統(tǒng)制動(dòng)系統(tǒng)的制動(dòng)特性無(wú)法隨意改變，而EHB系統(tǒng)通過(guò)分析駕駛員意圖，判斷不同的制動(dòng)行為，并提供最合理的壓力變化特性。

4.傳統(tǒng)制動(dòng)系統(tǒng)只能在一定程度上實(shí)現(xiàn)前后制動(dòng)壓力的分配，而EHB系統(tǒng)在四輪壓力分配方面有很大的自由度，這在左右附著系數(shù)不同的路面上制動(dòng)時(shí)效果顯著。

5.傳統(tǒng)的采用真空助力器的制動(dòng)系統(tǒng)助力能力受發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和負(fù)荷的影響，而EHB系統(tǒng)的制動(dòng)能力不受發(fā)動(dòng)機(jī)真空度影響。

6.由于制動(dòng)傳感器探測(cè)的是踏板的運(yùn)動(dòng)速度和踏板的行程，電控單元據(jù)此進(jìn)行制動(dòng)壓力調(diào)節(jié)，制造商可以根據(jù)不同的車型以及對(duì)駕駛者駕駛習(xí)慣的統(tǒng)計(jì)，僅僅通過(guò)更改控制算法和踏板感覺模擬器提供給駕駛者不同的踏板感覺，使得EHB的可移植性好。

7.傳統(tǒng)制動(dòng)系統(tǒng)在進(jìn)行ABS工作時(shí)，制動(dòng)管路內(nèi)的壓力波動(dòng)，使制動(dòng)踏板出現(xiàn)振動(dòng)現(xiàn)象，缺少經(jīng)驗(yàn)的駕駛者往往會(huì)因此而不自覺的減少踏板力，從而影響制動(dòng)效果。EHB由于踏板與制動(dòng)管路不直接相連而徹底解決了這一問(wèn)題，不但可以保證各個(gè)車輪不會(huì)抱死，而且解除制動(dòng)迅速，制動(dòng)過(guò)程安全、高效，對(duì)動(dòng)力損失影響極小。

除了能夠?qū)崿F(xiàn)傳統(tǒng)制動(dòng)系統(tǒng)所能實(shí)現(xiàn)的基本制動(dòng)、ABS等基本功能外，EHB還能實(shí)現(xiàn)其他更為優(yōu)秀的輔助功能。

8.當(dāng)車輛在雨天或濕滑路面上行駛時(shí)，根據(jù)風(fēng)窗玻璃刮水器的動(dòng)作，EHB系統(tǒng)可以在固定間隔時(shí)間發(fā)出微弱的制動(dòng)脈沖，清干制動(dòng)摩擦片上的水膜，以消除制動(dòng)器的水衰退現(xiàn)象，保證可靠的制動(dòng)。

9.大部分駕駛員在遇到緊急情況時(shí)，在施加制動(dòng)力時(shí)會(huì)出現(xiàn)猶豫、施加踏板力不足，導(dǎo)致危險(xiǎn)情況的發(fā)生。EHB通過(guò)正確識(shí)別駕駛員意圖，對(duì)制動(dòng)力(由踏板行程以及踏板加速度來(lái)辨別計(jì)算)加以調(diào)整，以避免制動(dòng)力不足。

10.在需要保持駐車狀態(tài)時(shí)，可以使系統(tǒng)對(duì)車輪施加一定的制動(dòng)力，即使駕駛者松開制動(dòng)踏板依然能對(duì)車輪產(chǎn)生一定的制動(dòng)壓力，減輕駕駛者的負(fù)擔(dān)，提高駕駛舒適性，實(shí)現(xiàn)電子駐車控制EPB(Electric Parking Brake)。

11.在發(fā)生交通擁擠的情況下，系統(tǒng)與加速踏板單元傳感器相互配合，通過(guò)電控單元的分析計(jì)算做出判斷，駕駛者只需控制油門踏板，一旦把腳從油門踏板上挪開，EHB系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)施加一定的制動(dòng)力以減速停車。這樣，駕駛者就不需要在油門踏板和制動(dòng)踏板之間頻繁的轉(zhuǎn)換。

EHB系統(tǒng)的組成及工作原理

如圖2所示，EHB系統(tǒng)主要由制動(dòng)踏板單元、電子控制單元(ECU)、液壓控制單元(HCU)以及一系列的傳感器組成。

1.制動(dòng)踏板單元

包括踏板感覺模擬器、踏板力傳感器或/和踏板行程傳感器以及制動(dòng)踏板。踏板感覺模擬器是EHB系統(tǒng)的重要組成部分，為駕駛員提供與傳統(tǒng)制動(dòng)系統(tǒng)相似的踏板感覺(踏板反力和踏板行程)，使其能夠按照自己的習(xí)慣和經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行制動(dòng)操作。踏板傳感器用于監(jiān)測(cè)駕駛員的操縱意圖，一般采用踏板行程傳感器，采用踏板力傳感器的較少，也有二者同時(shí)應(yīng)用，以提供冗余傳感器且可用于故障診斷。圖3為大陸特威斯生產(chǎn)電子制動(dòng)踏板單元。

2.液壓控制單元(HCU)

制動(dòng)壓力調(diào)節(jié)裝置用于實(shí)現(xiàn)車輪增減壓操作，圖4為大陸特威斯帶ECU的EHB的液壓控制單元(HCU)。

HCU中一般包括如下幾個(gè)部分：

獨(dú)立于制動(dòng)踏板的液壓控制系統(tǒng)一該系統(tǒng)帶有由電機(jī)、泵和高壓蓄能器組成的供能系統(tǒng)，經(jīng)制動(dòng)管路和方向控制閥與制動(dòng)輪缸相連，控制制動(dòng)液流入/流出制動(dòng)輪缸，從而實(shí)現(xiàn)制動(dòng)壓力控制。

人力驅(qū)動(dòng)的應(yīng)急制動(dòng)系統(tǒng)一當(dāng)伺服系統(tǒng)出現(xiàn)嚴(yán)重故障時(shí)，制動(dòng)液由人力驅(qū)動(dòng)的主缸進(jìn)入制動(dòng)輪缸，保證最基本的制動(dòng)力使車輛減速停車。

平衡閥一同軸的兩個(gè)制動(dòng)輪缸之間設(shè)置有平衡閥，除需對(duì)車輪進(jìn)行獨(dú)立制動(dòng)控制的工況之外，平衡閥均處于斷電開啟狀態(tài)，以保證同軸兩側(cè)車輪制動(dòng)力的平衡。

3.傳感器

包括輪速傳感器、壓力傳感器和溫度傳感器，用于監(jiān)測(cè)車輪運(yùn)動(dòng)狀態(tài)、輪缸壓力的反饋控制以及不同溫度范圍的修正控制等。

圖5所示為博世公司發(fā)布的一種關(guān)于EHB系統(tǒng)的專利，系統(tǒng)帶有踏板感覺模擬裝置，一套采用液壓伺服控制的行車制動(dòng)系統(tǒng)和一套人力操縱的應(yīng)急制動(dòng)系統(tǒng)，其中，液壓伺服系統(tǒng)控制四個(gè)車輪的壓力，而人力應(yīng)急制動(dòng)系統(tǒng)只能控制兩個(gè)前輪。系統(tǒng)共有14個(gè)電磁閥，均為二位二通閥。

正常的行車制動(dòng)中，當(dāng)制動(dòng)燈開關(guān)被觸發(fā)時(shí)，電控單元判定制動(dòng)發(fā)生，由踏板行程傳感器感知駕駛員制動(dòng)意圖，進(jìn)而通電關(guān)閉隔離閥，在人力作用下從制動(dòng)主缸輸出的制動(dòng)液進(jìn)入踏板感覺模擬器，使駕駛員產(chǎn)生與操作傳統(tǒng)制動(dòng)系統(tǒng)時(shí)相同的感覺。

車輪制動(dòng)所需的能源由動(dòng)力源提供，經(jīng)主供油管路送往各輪缸，輪缸進(jìn)油閥和出油閥可以實(shí)現(xiàn)各輪缸壓力控制。同軸兩輪缸間各設(shè)有一個(gè)平衡閥，用于在常規(guī)制動(dòng)時(shí)保持兩側(cè)車輪制動(dòng)力的協(xié)調(diào)。

EHB的控制

EHB所要實(shí)現(xiàn)的制動(dòng)動(dòng)作分為基本制動(dòng)和控制制動(dòng)。

所謂基本制動(dòng)，是指駕駛者根據(jù)自己的意圖，施加或大或小的踏板力，控制車輛的減速度并保證他所期望的行駛方向，踏板力的值還達(dá)不到使車輪抱死的程度。而此時(shí)的EHB系統(tǒng)要充分反應(yīng)駕駛者的意圖，給予車輪駕駛者所期望的制動(dòng)力。

控制制動(dòng)則指在必要的附加干預(yù)下施行的制動(dòng)。即當(dāng)駕駛者欲對(duì)車輛采取緊急的全力制動(dòng)，而大力并快速地踩下制動(dòng)踏板時(shí)，EHB系統(tǒng)就應(yīng)該識(shí)別出這一要求，在給予車輪足夠大的制動(dòng)壓力的同時(shí)，對(duì)車輪上的制動(dòng)壓力進(jìn)行控制以防止車輪抱死、車輛的制動(dòng)穩(wěn)定性下降等情況的出現(xiàn)。

EHB系統(tǒng)還可以融合多種車輛控制系統(tǒng)：當(dāng)車輛在低附著路面起步或加速時(shí)以及車輛從高附著路面行駛到低附著路面時(shí)，系統(tǒng)集成驅(qū)動(dòng)防滑功能;在車輛轉(zhuǎn)彎時(shí)，EHB系統(tǒng)通過(guò)車輪制動(dòng)實(shí)現(xiàn)車輛穩(wěn)定性控制;此外，前述的自動(dòng)清水功能、電子輔助制動(dòng)功能、電子駐車制動(dòng)功能等均屬于控制制動(dòng)。

EHB系統(tǒng)具有傳統(tǒng)制動(dòng)系統(tǒng)無(wú)法比擬的優(yōu)越性，但EHB系統(tǒng)仍然采用電液控制方式，嚴(yán)格意義上說(shuō)并不是純粹的線控制動(dòng)系統(tǒng)，與電子機(jī)械制動(dòng)系統(tǒng)EMB相比，EHB系統(tǒng)在當(dāng)前技術(shù)更加成熟，因而在短期內(nèi)有極佳的發(fā)展前景。