汽車電控液壓制動系統動態性能分析及試驗研究

陳學明

摘 要：為改善汽車主動安全性能，簡化制動系統結構，研制一種電控液壓制動系統，對其動態性能進行理論和試驗研究。

關鍵詞：汽車；電控液壓制動系統；動態性能；試驗

引言

制動系統是汽車安全性能的重要保障，傳統的液壓制動系統采用雙液壓回路設計保障汽車行駛安全。然而隨著附加電控功能（如防抱死制動系統、車身汽車電控穩定系統等）的不斷增加，傳統的液壓制動系統結構變得越來越復雜；且由于制動響應速度慢，在緊急工況下難以滿足制動要求。因此，可控性好、響應速度快、高效、節能的線控制動系統成為改善汽車主動安全性能的重要研究方向。

1汽車電控液壓制動系統的組成架構

汽車電控液壓制動系統共分成4大部分：制動踏板單元、液壓驅動單元、制動執行單元、控制系統。制動踏板單元包括制動踏板、踏板模擬器等，負責為駕駛員提供合適的制動踏板感覺，同時獲取駕駛員意圖。液壓驅動單元包括“電動機+減速機構”、“液壓泵+高壓蓄能器”等形式。由于電動汽車制動主缸最高建壓需求往往超過15MPa，因此在采用電動機作為液壓壓力動力源的汽車電控液壓制動系統中，均需要加裝減速增扭機構，以增大電動機的最大輸出轉矩，減小電動機體積，節約成本。“電動機+減速機構”負責將電動機的力矩轉化成直線運動機構上的推力從而推動主缸產生相應的液壓力；“液壓泵+高壓蓄能器”通過高壓蓄能器的高壓能量來提供主缸液壓力或輪缸制動力以實現主動調節。該系統通過制動踏板單元獲取制動駕駛意圖從而向整車控制器發送指令，以控制高壓蓄能器、電磁閥和泵產生相應的液壓力；當高壓蓄能器內壓力不足時，液壓泵將對高壓蓄能器增壓。制動執行單元包括主缸，液壓管路，輪缸等。這些機構跟傳統制動系統的結構保持一致，將推動主缸的推力轉化成制動器的液壓力，最后通過摩擦力作用在制動盤上產生相應的制動力矩。

2動力學模型

電控液壓制動系統是一個復雜的非線性系統。為了能有效研究系統的動態性能，從系統的關鍵零部件的液壓特性出發，分別對增壓、減壓過程建立系統的動力學微分方程。由電控液壓制動系統工作原理可知，增壓過程液壓油從高壓蓄能器經油管及進油閥到制動輪缸；減壓過程液壓油從制動輪缸經油管及出油閥返回油杯。不考慮油管的壓力損失，對蓄能器、進油閥、出油閥、輪缸的液壓特性分別建模。蓄能器：電控液壓制動系統增壓過程中蓄能器內液壓油減少，蓄能器內氣室體積增大，壓力降低，可認為是氣體絕熱膨脹過程。

3試驗建模

3.1EHB系統試驗臺

利用自行研制的電控液壓制動系統試驗臺對系統的增壓、保壓和減壓過程動態性能進行試驗建模。試驗臺中采用汽車電控制動踏板替代踏板感覺模擬器發出駕駛員制動意圖指令；制動過程液壓控制單元的切換閥始終處于關閉狀態；計算機與汽車電控控制單元通信獲得試驗數據；壓力表便于試者對蓄能器壓力進行直觀監測。

3.2模型驗證

為了驗證EHB系統參數辨識結果的可信度，將上述參數的辨識結果代入動力學微分方程式進行理論計算，并將計算結果與試驗結果對比。通過相關圖可以看出，對應前后軸車輪的增壓、保壓和減壓過程電控液壓制動系統各種工作模式時輪缸壓力變化的理論計算結果與試驗結果非常吻合，表明辨識結果準確可信。

4 EHB動態性能試驗分析

4.1EHB的動態性能影響因素分析

4.1.1蓄能器壓力對系統動態性能影響

左后輪缸壓力單獨控制工作模式增壓過程，不同蓄能器壓力時輪缸壓力從0-7.5MPa的響應時間及輪缸壓力穩態誤差試驗結果。可以看出，當輪缸壓力工作在蓄能器壓力的75%以內（即蓄能器壓力大于10MPa）時，隨著蓄能器壓力增大，輪缸壓力響應時間稍變短，輪缸壓力穩態誤差稍減小。因此，可根據實際車型所需最大制動強度設定合適的蓄能器工作壓力。

4.1.2PWM占空比對系統動態性能影響

進/出油電磁閥均以PWM方式控制，因此PWM信號的周期和占空比b是EHB系統動態性能的主要影響因素。PWM周期選擇與電磁閥特性有關，PWM周期過小，電磁閥在小占空比范圍來不及響應；PWM周期過大，則電磁閥在大占空比范圍輪缸壓力變化大難以控制。左后輪缸壓力單獨控制工作模式增壓過程，固定PWM周期10ms，不同占空比時輪缸壓力變化率及輪缸壓力穩態誤差的試驗結果。可以看出，PWM占空比大，輪缸壓力變化率大，穩態誤差也大；占空比小則輪缸壓力變化率小，穩態誤差也小；占空比小于30%時，輪缸壓力變化率為0，電磁閥來不及響應。因此，當輪缸壓力與設定壓力相差大時，采用大占空比控制，提高控制靈敏度和系統響應時間；輪缸壓力與設定壓力差小時，采用小占空比控制，提高控制精度。

4.1.3輪缸工作點壓力對系統動態性能影響

左后輪缸壓力單獨控制工作模式減壓過程，不同輪缸工作點壓力時輪缸壓力變化率及輪缸壓力從5MPa降到2MPa的變化時間試驗結果。可以看出，輪缸工作點壓力越大則壓力變化率越大，EHB系統控制越靈敏；不同輪缸工作點壓力時從5MPa降到2MPa的壓力變化時間tP一致，即EHB系統動態性能穩定。

4.1.4液壓管路對系統動態性能影響

后軸車輪模式工作時左右輪缸壓力差及車身橫擺角速度。變化曲線。實線為原裝長度油管的試驗結果，點線為右后輪制動液管路加長lm并彎曲的試驗結果。可以看出，加長并彎曲管路后左右輪缸壓力差稍微偏大，車身橫擺角速度也稍變大，即管路加長lm前后的汽車制動方向穩定性基本一致。

4.2實車道路試驗

在汽車制動性能測試試驗場的干混泥土路面，以初速度50km/h的初速度進行EHB系統的實車制動試驗。實線為駕駛員通過踏板模擬器設定的輪缸壓力變化，點線為左后輪缸壓力變化，點劃線為右后輪缸壓力變化，可以看出左右輪缸壓力能快速精確地跟蹤反映駕駛員制動意圖的設定壓力，且左右輪缸壓力變化一致；圖10b，10c分別為車身橫擺角速度及速度響應曲線，可以看出EHB系統制動過程車身速度v變化平穩，汽車行駛方向穩定。

結束語

汽車電控液壓制動系統為整車控制提供了更迅速更精確的執行器，但其對液壓力控制的精度和控制算法的魯棒性要求也進一步提高。與傳統制動系統相比，EHB系統中主動控制在制動工況中的所占比重越來越高。因此，液壓力控制算法的優劣成為EHB系統能否實現精確快速液壓力調節的關鍵，也是能否與整車良好匹配的關鍵。

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