電子機(jī)械制動系統(tǒng)應(yīng)用及關(guān)鍵技術(shù)分析

劉亞歐 李睿申 李晶

（中汽研汽車檢驗中心（天津）有限公司）

隨著汽車行業(yè)的高速發(fā)展，人們對車輛的安全性需求越來越高，這也直接推動了車輛制動系統(tǒng)的發(fā)展。電子制動控制尤為引人關(guān)注。電子制動系統(tǒng)主要包括電液制動系統(tǒng)（EHB）和電子機(jī)械制動系統(tǒng)（EMB）2 種類型[1]。目前，電液制動系統(tǒng)的技術(shù)較為成熟，國內(nèi)外多家公司已開發(fā)出多種EHB 產(chǎn)品，有部分已實現(xiàn)量產(chǎn)，主要應(yīng)用到乘用車上，與EHB 相比，EMB 發(fā)展較為緩慢，因此EMB 系統(tǒng)應(yīng)用發(fā)展尤為引人關(guān)注。文章通過對某款裝有EMB 系統(tǒng)的試驗樣車進(jìn)行道路試驗，采集相關(guān)試驗數(shù)據(jù)，與裝有傳統(tǒng)制動系統(tǒng)的車型進(jìn)行試驗數(shù)據(jù)比對，因其可以實現(xiàn)制動系統(tǒng)的完全電氣化，將電子控制和機(jī)械執(zhí)行機(jī)構(gòu)緊密結(jié)合，具有比傳統(tǒng)氣控系統(tǒng)響應(yīng)快、制動效能好等優(yōu)點，是未來發(fā)展的主要趨勢。

1 EMB工作原理及性能優(yōu)勢

EMB 系統(tǒng)利用電子元件和電控信號進(jìn)行制動，實現(xiàn)了機(jī)電一體化汽車制動系統(tǒng)。主要包括電控單元（ECU）、電子制動踏板、傳感器、整車電源、輪端控制模塊等。工作原理為：當(dāng)駕駛員對電動汽車發(fā)出制動需求時，EMB 系統(tǒng)的ECU 根據(jù)行駛工況結(jié)合控制信號和制動踏板信號判斷前、后輪所需要的制動力大小，并將制動輪接收到的所需制動力大小的信號通過傳感器傳遞給對應(yīng)的輪端控制模塊，最終作用到制動盤上，從而達(dá)到制動目的[2]。

EMB 系統(tǒng)取消了儲氣筒、空壓機(jī)、制動氣室等部件，減輕了汽車總質(zhì)量，精簡配置，為汽車總裝節(jié)省出較大空間，提高了燃油經(jīng)濟(jì)性，使維修保養(yǎng)更加容易，并且能降低發(fā)動機(jī)負(fù)荷。同時，其系統(tǒng)關(guān)鍵性能優(yōu)勢體現(xiàn)在提高工作效率上。EMB 系統(tǒng)中各種指令都是通過電信號傳導(dǎo)，可以很方便地并入控制器局域網(wǎng)絡(luò)（CAN）總線中，與制動防抱死系統(tǒng)（ABS）、高級駕駛輔助系統(tǒng)（ADAS）等電控功能兼容，并且EMB 系統(tǒng)以電控線路取代了傳統(tǒng)氣路，可以縮短制動響應(yīng)時間，增大制動減速度，減少制動距離，優(yōu)化控制車輪滑動。此外，EMB 系統(tǒng)采用的是模擬電子踏板，可以有效避免因觸發(fā)ABS 而造成的制動踏板反復(fù)回彈，提高駕駛舒適性。

基于現(xiàn)有測評數(shù)據(jù)，以5 輛總質(zhì)量為40 t 的同型號牽引掛車（僅制動系統(tǒng)進(jìn)行改動，其他部件不進(jìn)行更換）為例：車1 配備ABS、鼓式制動器，氣室壓力最高值為800 kPa；車2 裝有ABS、盤式制動器，制動氣室壓力最高值為1 000 kPa；車3 牽引車頭裝有電子控制制動系統(tǒng)（EBS），掛車僅裝備ABS，制動氣室壓力最高值為1 000 kPa；車4 牽引掛車全部裝有EBS，制動氣室壓力最高值為1 000 kPa；車5 全部配備EMB。以90 km/h 的初速度，在同等踏板行程及踏板力的情況下進(jìn)行制動距離的對比，如圖1 所示。由圖1 可以看出，裝有EMB系統(tǒng)的車輛的制動距離優(yōu)勢明顯[3]。

圖1 不同制動系統(tǒng)制動距離比對

與此同時，EMB 系統(tǒng)在控制車輪滑移率上也有其優(yōu)勢，可以有效地提供更加優(yōu)化的滑移率控制[4]。

2 EMB系統(tǒng)測試平臺搭建及試驗過程分析

為驗證EMB 系統(tǒng)的制動效能及滑移率控制情況，需要對試驗樣車的車速、制動距離、充分發(fā)出的平均減速度（MFDD）、踏板力及輪速情況進(jìn)行測試，試驗儀器設(shè)備測量范圍，如表1 所示。

表1 EMB 系統(tǒng)性能測試所需儀器設(shè)備測量范圍

選取一輛M3 類車型作為試驗樣車，其行車、應(yīng)急、駐車制動系形式均為純電制動，樣車參數(shù)，如表2 所示。

表2 試驗樣車整車參數(shù)

試驗方法主要采用GB 12676—2014《商用車輛和掛車制動系統(tǒng)技術(shù)要求及試驗方法》[5]和GB 13594—2003《機(jī)動車和掛車防抱制動性能和試驗方法》[6]，為合理化與實際化考量樣車制動效能，僅針對試驗樣車滿載情況進(jìn)行發(fā)動機(jī)脫開（初速度為60 km/h）狀態(tài)下的制動距離、減速度及踏板力驗證，以及輪邊控制力響應(yīng)時間（因EMB 系統(tǒng)以輪邊力矩電機(jī)代替?zhèn)鹘y(tǒng)制動氣室等裝置，因此將法規(guī)中要求的氣壓響應(yīng)時間以輪邊控制力響應(yīng)時間替代）測量，該響應(yīng)時間為輪邊控制力達(dá)到穩(wěn)定值的75%時的時間，每種試驗狀態(tài)完成4 次測試。試驗結(jié)果，如表3 所示。

表3 試驗樣車行車制動系效能試驗測試工況

2019 年全年針對相似車型共進(jìn)行了14 次常規(guī)制動測試，由于涉及數(shù)據(jù)過于繁雜，僅針對部分傳統(tǒng)車型的發(fā)動機(jī)脫開0 型試驗、氣壓響應(yīng)時間試驗進(jìn)行簡單舉證，如表4 所示。

表4 不同質(zhì)量下發(fā)動機(jī)脫開0 型試驗及氣壓響應(yīng)時間試驗數(shù)據(jù)

通過將這14 組數(shù)據(jù)進(jìn)行線性擬合，得到汽車滿載質(zhì)量與MFDD 的關(guān)系圖，如圖2 所示。

圖2 汽車滿載質(zhì)量與MFDD 關(guān)系圖

將本次試驗中樣車滿載參數(shù)代入擬合曲線中，對比本次試驗驗證的數(shù)據(jù)，可以看出：裝備有EMB 系統(tǒng)的車輛減速度均優(yōu)于常規(guī)車輛的制動減速度，相比于傳統(tǒng)制動系統(tǒng)最優(yōu)減速度，在EMB 系統(tǒng)制動踏板力較小的情況下，也能超過其減速度的4%左右，同時，EMB系統(tǒng)在響應(yīng)時間上優(yōu)勢更加明顯，比傳統(tǒng)系統(tǒng)響應(yīng)時間快30%左右。

針對EMB 系統(tǒng)在優(yōu)化控制車輪滑動功能方面進(jìn)行驗證，由于傳統(tǒng)制動系統(tǒng)和EMB 系統(tǒng)在高附路面上差別不大，主要是在低附路面上行駛時制動表現(xiàn)有所差異，因此選取了滿載狀態(tài)下低附路面初速度為40 km/h的滑移曲線，其試驗結(jié)果與某款傳統(tǒng)制動系統(tǒng)M3 類車型總質(zhì)量10.8 t 的滑移曲線對比，如圖3 所示。

圖3 低附路面輪速曲線比對

經(jīng)過圖形對比可以看出：在傳統(tǒng)氣壓制動系統(tǒng)控制下的車輛，很難把車輪控制在某一理想值的附近，這就會造成車輪松放情況劇烈、波動較大，反饋到制動踏板時即表現(xiàn)為尤其明顯的彈腳感覺，極大地影響駕駛舒適性；但裝有EMB 制動系統(tǒng)的車輛通過整車ECU與輪速傳感器，可以以極快的速度對輪邊制動器進(jìn)行調(diào)節(jié)，更加充分地利用路面的附著情況，減少制動距離，保證良好的操控性能，并且制動踏板由于是模擬電子觸發(fā)器，不會產(chǎn)生較大跳動，使汽車能夠平穩(wěn)安全地在低附路面上行駛。

3 結(jié)論

文章通過分析EMB 系統(tǒng)的組成和工作原理，再結(jié)合實際道路測試對比，可以看出，機(jī)械式電子制動系統(tǒng)（EMB 系統(tǒng)）以其響應(yīng)時間短、制動減速度大，并且對于車輪滑動可更好地控制等優(yōu)點，將會在汽車行駛安全領(lǐng)域具有十分廣闊的應(yīng)用前景。不過，目前發(fā)展EMB還需要解決以下3 個問題：1）可靠性方面。力矩電機(jī)在一些例如冷、熱、潮濕、電子干擾等惡劣情況下要保證能夠可靠工作。2）成本控制方面。目前EMB 系統(tǒng)相對成本較高，有效降低系統(tǒng)裝配及匹配的成本會更快推動EMB 的發(fā)展與應(yīng)用。3）測試方案。EMB 制動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)制動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的工作原理存在很大不同，一些傳統(tǒng)測試手段也要進(jìn)行相應(yīng)轉(zhuǎn)變。因此，在今后的測試驗證試驗中將進(jìn)行更深層次的研究，助力EMB 制動系統(tǒng)的發(fā)展。