重型汽車電子制動系統（EBS）應用

趙 陽，王衛翼

（北京福田戴姆勒汽車有限公司，北京 101400）

EBS電子制動系統基于制動踏板信號對行車制動進行控制，與傳統ABS防抱死制動系統相比，它具有制動響應時間短、可靠性高等突出的優點。近年來重型汽車EBS系統裝車率明顯提高，一方面由于法規推動作用，另一方面因為用戶對EBS系統性能優勢的認可。

1 EBS電子制動系統的組成

歐曼EST 4×2牽引車EBS電子制動系統組成如圖1所示。電子制動系統包括腳閥模塊 （集成踏板位置傳感器）、前/后橋模塊（單/雙通道電子壓力控制模塊EPM）、掛車模塊（TCM）、軸荷傳感器、輪速傳感器、摩擦片磨損傳感器和ECU電子控制單元等。為實現ESP（車身穩定控制）功能還配備方向盤轉角傳感器、橫擺率及側向加速度傳感器。由于前橋采用單通道執行器，為實現單邊制動獨立控制，前橋左右制動氣路各配備一個ABS電磁閥。

圖1 歐曼EST牽引車EBS電子制動系統

1.1 腳閥模塊

腳閥模塊組成如圖2所示，它由傳統的行車制動閥和位移傳感器組合而成。EBS電子制動系統正常工作時，依據制動踏板信號來計算和控制車輪制動力。如果電控工作模式因故障而關閉，則通過雙腔制動閥控制行車制動。

圖2 腳閥模塊

1.2 前/后橋模塊（單/雙通道電子壓力控制模塊EPM）

電子壓力控制模塊是執行元件（圖3），內部集成有繼動閥、后備電磁閥、進氣電磁閥、排氣電磁閥、壓力傳感器、電控單元、氣路、電路接口等。EPM通過專用CAN線接收ECU的控制指令，并通過3個電磁閥和壓力傳感器實現對制動氣壓的閉環控制；EPM也接收輪速傳感器和摩擦片磨損傳感器信號，通過專用CAN線傳遞給ECU。

圖3 電子壓力控制模塊EPM

電子壓力控制模塊EPM有單通道和雙通道兩種類型。單通道EPM用于左右車輪制動控制，為實現ABS等功能，額外配備了壓力控制閥（即ABS電磁閥）。雙通道EPM用于左右后輪獨立控制，其輸出氣路直接與分泵連接。

進氣電磁閥和排氣電磁閥是常閉閥（斷電時斷開，通電時打開），后備電磁閥是常開閥（斷電時打開，通電時斷開）。電控模式工作時，后備電磁閥一直保持通電，EPM通過控制進氣電磁閥和排氣電磁閥來實現制動氣壓閉環控制。電控工作模式因故障而關閉時，進氣電磁閥和排氣電磁閥一直處于斷電斷開狀態，而后備電磁閥一直保持斷電打開狀態，此時如果踩下制動踏板，來自腳閥的前后橋制動氣壓通過接口4進入EPM內部，促動繼動閥動作、實施前后橋制動。

1.3 掛車模塊TCM

掛車模塊TCM用于掛車制動控制，其結構如圖4所示，它內部包括繼動閥、后備電磁閥、進氣電磁閥、排氣電磁閥、壓力傳感器及氣路、電路接口等元件。

圖4 掛車模塊TCM結構

掛車制動控制共有3種模式，分別是電控模式、后備模式、駐車制動/掛車手制動模式，各模式下工作情況見表1。

表1 仿真與測量數據對比

表1 掛車制動控制工作模式

1.4 ABS電磁閥

前橋左右分泵氣路各配置一個ABS電磁閥（圖5），以實現左右輪制動獨立控制。電磁閥結構和常規制動系統ABS電磁閥結構相同，其內部有兩個電磁閥，一個進氣閥，為常開閥；一個排氣閥，為常閉閥。

圖5 ABS電磁閥

1）增壓控制：進氣閥斷電打開、排氣閥斷電斷開。

2）保壓控制：進氣閥通電斷開、排氣閥斷電斷開。

3）減壓控制：進氣閥通電斷開、排氣閥通電打開。

1.5 軸荷（壓力）傳感器

在機械空氣懸架車輛上，安裝在氣囊上的壓力傳感器通過硬線與后橋模塊相連（圖6）。軸荷（壓力）傳感器信號電壓與氣囊壓力成正比，信號電壓變化范圍為0.4～4.64V。氣囊壓力高低與軸荷成正比，控制單元依據軸荷信號完成制動力分配。

圖6 軸荷 （壓力）傳感器

電控空氣懸架系統通過CAN線發送給EBS電控單元氣囊壓力信號。

1.6 輪速傳感器

輪速傳感器為磁電式轉速傳感器（圖7），用于檢測車輪轉速，也用于車速計算。

圖7 輪速傳感器

1.7 摩擦片磨損傳感器

該傳感器為三線傳感器，如圖8所示，通過檢測調整螺桿的位移，計算摩擦片磨損量。摩擦片磨損超限時觸發儀表報警。系統還根據摩擦片磨損差異，在各車橋間重新分配制動力，從而實現整車制動摩擦片同時更換。

圖8 摩擦片磨損傳感器

1.8 電子控制單元ECU

電子控制單元ECU負責行車制動控制運算及系統自診斷（圖9），具體功能包括制動力控制、ABS防抱死功能、ASR驅動防滑功能、ESP車身穩定控制、行車制動與輔助制動間聯動功能等。

圖9 EBS電子控制單元（ECU）

1.9 方向盤轉角傳感器

轉向角度傳感器安裝于轉向柱上（圖10），它是非接觸式轉角傳感器，用于測量方向盤轉角；它為數字傳感器，通過CAN線輸出信號，信號用于實現ESP等功能。

圖10 轉向角度傳感器

1.10 橫擺率及側向加速度傳感器

該傳感器用于測量橫擺率及側向加速度（圖11）。橫擺率信號用于ESP功能的轉向不足、轉向過度控制；側向加速度信號則用于防側翻控制。該傳感器為數字傳感器，通過CAN線輸出信號。

圖11 橫擺率及側向加速度傳感器

2 EBS電子制動系統的系統電路

EBS電子制動系統電路如圖12所示。

圖12 EBS電子制動系統電路

EBS電子控制單元與外部通信共有4路CAN，包括與整車通信的PCAN、方向盤轉角及側向加速度傳感器CAN、前橋模塊CAN和后橋模塊CAN。

3 EBS電子制動系統行車制動控制

EBS電子制動系統行車制動控制分為電控模式和氣控（后備）模式兩種，正常情況下，系統以電控模式工作，當電控系統發生故障時，系統則以后備模式工作。

3.1 電控模式

電控模式工作時（圖13），前橋模塊、后橋模塊和掛車模塊的后備電磁閥一直保持通電斷開狀態，將腳閥和EPM隔離開來。當踩下制動踏板時，3個模塊的進氣電磁閥通電打開，前橋、后橋和掛車制動輸出壓力開始增長，當壓力達到目標值后進氣電磁閥斷電關閉，輸出壓力被保持。制動氣壓調節是個動態的過程，如果踏板深度繼續變化，系統再為進氣電磁閥或排氣電磁閥通電達到增大輸出氣壓或降低輸出氣壓的目的。完全放松踏板后，排氣電磁閥通電打開 （進氣電磁閥關閉），3個模塊控制為主車和掛車分泵放氣，直到壓力降為0制動解除后，排氣電磁閥斷電。

圖13 EBS電子制動系統電控工作模式

后橋模塊為雙通道模塊可以實現對單側車輪的獨立控制，通過對進氣電磁閥和排氣電磁閥控制就能夠實現車輪制動防抱死控制、ESP車身穩定控制等制動壓力調節要求。而前橋模塊為單通道類型，為實現單個車輪制動和車輪制動防抱死控制，它必須與兩個ABS電磁閥協同動作。

3.2 后備模式

后備模式 （即氣控）是指當電控模式因故障關閉時，腳閥直接控制制動氣路的工作模式，如圖14所示。

圖14 EBS電子制動系統氣控模式

氣控模式下，由于前橋模塊、后橋模塊和掛車模塊的所有電磁閥都一直保持斷電狀態，后備電磁閥開啟，將腳閥氣壓信號引入模塊內部，直接促動繼動閥，使前后橋和掛車產生制動。氣控模式下，進氣和排氣電磁閥一直關閉，ABS防抱死、ASR驅動防滑、ESP車身穩定控制等功能同時關閉。

4 EBS電子制動系統駐車制動控制

EBS電子制動系統的駐車制動采用機械控制方式（圖15）。拉緊手制動時，手制動閥22、21管口與排氣口3接通，手制動22管口經掛車手閥到掛車模塊43管口管路氣壓被放空，促動掛車模塊繼動閥動作使掛車產生制動（掛車模塊22口輸出制動氣壓）；手制動21管口到駐車繼動閥4管口管路氣壓被排空，促動駐車繼動閥動作，繼動閥2管口和排氣口3相通，左右后橋彈簧制動氣室內壓縮空氣被排空，左右后輪隨即產生制動。

圖15 EBS電子制動系統駐車制動控制

松開手制動時，手制動閥11口與21、22口同時相通（不再通排氣口3），掛車模塊43口和駐車繼動閥4口充氣，氣壓達到一定值后，后橋斷氣剎和掛車制動隨機解除。

駐車制動雖然是純機械控制方式，但系統仍有故障監測功能，當制動信號和掛車模塊輸出壓力相矛盾時（如EBS未收到制動信號，掛車模塊內檢測到壓力，或接收到制動信號，掛車模塊內沒檢測到壓力），EBS系統能夠報出相關故障碼。

5 EBS電子制動系統掛車手制動控制

EBS系統的掛車手制動也采用機械控制方式（圖16）。拉緊掛車手閥時，手閥2口與排氣口3接通，手閥2口到掛車模塊43口管路氣壓被排空，促動掛車模塊繼動閥動作使掛車產生制動。

圖16 EBS電子制動系統掛車手制動控制

松開掛車手閥時，手閥1口與2口相通（不通3口），掛車模塊43口充氣，氣壓達到一定值后，掛車制動隨即解除。

和駐車制動相似，掛車手制動也有故障監測功能，當制動開關信號和掛車制動氣壓輸出不相符時，會報出故障碼。

6 結語

隨著市場需求的不斷提升和法規要求的推進，重型汽車的相關主動安全系統的功能和性能也在不斷提升。EBS系統作為制動系統的重要構成，能夠給重卡車型提供快速、穩定和合理的制動性能，進一步提升車輛的主動安全性能，使得重卡車型也能具備良好的減速和制動能力。與此同時，EBS系統亦是重型汽車自動駕駛系統中的重要組成部分，能夠為車輛提供線控制動的相關控制接口，能夠快速響應其他系統（如智能駕駛控制系統）的減速和制動請求，為重型汽車的自動駕駛的開發和應用奠定了基礎。