汽車電子機械制動技術的發展及關鍵技術研究

劉偉峰

（陜西工商職業學院，陜西 西安 710119）

引言

制動系統在汽車行駛性能以及安全性能方面具有非常重要的作用，是保障汽車安全行駛的關鍵所在。在汽車技術快速發展的背景下，汽車的行駛速度普遍提高，同時對制動系統提出了更高要求，制動系統必須能夠在汽車高速行駛的過程中發揮出作用，才能夠保障行駛安全。電子機械制動系統將線控技術與制動系統深入結合，將傳統的液壓和氣壓方式改變為電驅動方式，可靠性以及響應速度得到大幅提升，是提高汽車安全性能的關鍵所在。

1 汽車電子機械制動技術發展分析

Bosch企業在1999年車展中展出的電子液壓系統，被行業內普遍認為是電子機械制動系統的前身，在之后的幾年中，Bosch企業開展研發用于商業的EHB系統。同時，部分企業廠商開始將電子液壓系統應用于汽車中，如2004年奔馳CLK以及SL500等，都應用了電子液壓系統。在電子液壓系統廣泛應用后，關于電子機械制動系統的研究逐漸開始[1]。

2 汽車電子機械制動技術的原理和結構分析

2.1 電子機械制動技術原理

與傳統液壓制動基數相比，電子機械制動通過電源代替液壓源，利用機電做功代替液壓傳動裝置，不再使用液壓盤和鼓式制動器，通過電機提供驅動力，利用電子控制器對驅動力大小進行調節。電子機械制動系統運行過程中，通過對電子踏板模塊傳感器速率的感應，以及汽車的轉速表信號等，通過中央電子控制元件將信號輸送至制動模塊的電機，從而對轉子角度以及電流大小進行調節，汽車則會自動計算出需要的制動力，實現安全迅速制動。電子機械制動系統具有較高的可靠性，因為與傳統液壓系統相比，電源與通訊鏈路具有備用模塊，而傳統液壓渠道沒有備用模塊，通過內置的總線協議能夠實現安全、高效控制的目的[2]。

2.2 電子機械制動系統構成

通常情況下，汽車電子機械制動系統包括車輪制動模塊、中央電子控制單元、電子踏板模塊、電源模塊以及線束模塊，這些模塊共同構成高效的電子機械制動系統，以下為各模塊的詳細介紹：

1）車輪制動模塊是電子機械制動系統的關鍵部分，是系統的執行模塊，主要包括制動執行器以及制動執行器ECU，制動模塊采用電子制動和電子控制模式，通過控制電信號輸入和功能電流輸入，制動執行器ECU負責接收控制信號，根據電機輸出對力矩和旋轉方向進行調整，從而實現制動力的改變。

2）中央控制單元。中央控制單元能夠接收制動踏板發出的信號，從而控制制動器運行，并接收停車制動信號，控制車輛停止。通過接收來自車輪的傳感信號，識別車輪是否存在抱死以及打滑等問題，如果發現存在故障問題，則對其進行控制，啟動防抱死系統和驅動防滑系統。中央控制單元還能夠對電流實現管控，使得電流分配更加合理。

3）電子踏板模塊。電子機械制動系統沒有采用液壓控制系統中的機械式傳力結構和真空助力器，而是采用踏板模擬器，能夠提供與踏板轉角形成一定比例的反饋力，將作用在踏板中的力轉化為電信號，電信號傳遞到中央電子控制單元中，控制單元則會將電流傳輸到執行器模塊中，控制輸入需求的制動力，雖然從踏板到制動執行器的輸入更加復雜，但是通過可編程的中央控制單元，能夠使傳動更加柔性，且能夠實現踏板模塊信號與發動機控制單元、變速器控制單元的共享，從而在很大程度上提高汽車制動性能[3]。

4）電源模塊。電源是為電子機械制動系統提供能源的基礎模塊，且裝配有備用電源，如果發生主電源電力不足或故障問題時，備用電源能夠自動開啟，從而提高汽車運行的穩定性。

5）線束模塊。線束模塊主要是為系統傳遞能源和電控制信號。

3 汽車電子機械制動的關鍵技術分析

電子機械制動系統因為沒有后備機械系統和液壓系統，所以對于系統運行可靠性和穩定性要求更高，且電子機械制動系統必須具有一定的容錯性，才能夠保證車輛安全行駛。

3.1 執行器能量需求

電子機械制動系統采用全電模式，需要更多的電力能源，當前車輛的12 V電氣系統已經難以支持電氣控制對于功率的需求，所以需要更高的電壓才能夠滿足汽車電子機械制動系統運行需求，防止出現電壓不足的問題，是保障汽車行駛安全性的關鍵技術。

3.2 電子機械制動的容錯需求

由于電子機械制動系統完全去除液壓元件，沒有獨立的后備執行系統，裝配有后備電源，盡管許多技術能夠提高電子機械制動系統容錯，但是當前還沒有技術能夠解決其不具有后備系統的問題，如果節點或電子控制單元出現故障，在設備沒有被破壞的情況下能夠重新啟動，但是如果設備出現破壞情況，電子機械制動系統則無法正常運行。電子機械制動系統的容錯，需要根據具體使用場合進行設計，其中最為關鍵的是傳感器備用和控制器備用，系統中節點之間的串行通信也需要具有備用系統，才能夠滿足電子機械制動系統運行穩定性需求。

3.3 制動執行器需求

在裝有電機的電子機械制動系統中，對于材料的耐高溫性能具有更高要求，需要能夠承受制動執行器運行時所產生的高溫，同時需要開發輕量化、成本更低的制動器，但是會受到輪轂尺寸的限制，所以綜合設計難度較高[4]。

3.4 抗干擾技術

汽車在行駛過程中，會受到各種信號的干擾，如果汽車抗干擾能力較差，則會導致信號擾亂問題發生，無法保障電子機械制動系統安全運行。當前汽車中采用的抗干擾系統主要包括對稱式和非對稱式控制系統。對稱式抗干擾控制系統采用兩個相同的CPU和相同的計算程序對制動信號進行處理。非對稱式抗干擾則采用兩個不同的CPU和不同的計算程序對制動信號進行處理。這兩種模式各有優缺點，但是整體來看，仍無法滿足電子機械制動系統對抗干擾能力的要求[5]。

3.5 部件化技術

電子機械制動系統硬件以及軟件的部件化處理，是一項重要的關鍵技術，通過部件化處理才能夠滿足不同車型的需求，但是當前在部件化處理方面尚未取得良好效果[6-7]。

4 結語

汽車作為現代重要的交通工具，為貨物運輸以及人們日常出行帶來很大的便利。汽車制動技術在發展過程中，需要經過較長時間的研發。由于我國汽車技術研究工作起步較晚，各項核心技術掌握不足，尤其是汽車的電子機械制動技術，當前還處于整體較為落后的水平，因此，需要掌握其中的關鍵技術，促進汽車技術創新。汽車電子機械制動技術的優化將對我國汽車技術創新起到一定的借鑒和幫助作用，以提高我國汽車電子機械制動技術的研發能力。