汽车线控制动技术的研究与分析

董雪梅



汽车线控制动技术的研究与分析

董雪梅

（安徽车桥有限公司，安徽 宿州 234000）

随着电子控制技术在汽车上的广泛运用，线控制动技术作为一种新技术被各大汽车制造厂家所推崇，有的厂家已投入研发或已在试验车上进行实验验证。线控制动与传统制动技术相比具有结构简单、功能完善、响应迅速等特点。因此，线控制动技术在未来被用于替代汽车传统的制动控制方式已是必然趋势。文章简述了线控制动技术与传统制动技术的区别，并对线控制动技术的两种主要形式，即电子液压制动和电子机械制动进行了简单分析和介绍。

线控制动；电子液压制动；电子机械制动

1 线控技术的应用背景

线控（X-By-Wire）系统作为一种新技术，是用电源导线取代传统的机械连接，采用电动机或其他动力源驱动汽车部件的工作。线控技术最早由美国航天局应用于航天飞机，目前在汽车上的应用主要有线控电子油门、线控电子转向、线控电子悬架等。线控技术与传统的机械连接相比，具有质量更轻，布置更加方便，响应速度更加快捷等优点。同时，在电脑控制的基础上采用了线控技术，使线控部件的工作状态与整车的协调性得到有效的提升。

2 线控制动技术

传统制动是通过驾驶员踩下制动踏板，利用液压或气压驱动制动器工作，完成对汽车的制动。而线控制动（Brake-By- Wire），则由电源导线取代传统制动的机械连接，集成有位置传感器的电子制动踏板取代原有的机械制动踏板（类似于电子加速踏板）。当驾驶人踩下制动踏板时，制动踏板上的位置传感器将制动踏板的行程信号通过连接线传递给电子控制单元（ECU），ECU根据制动踏板行程的信号并结合其他信号综合分析车辆的行驶工况，计算出每个车轮需要的理想制动强度，并对安装在各车轮上的电动机或其他动力源发出指令，驱动制动器工作，实现对车轮的制动。

由于线控制动采用了ECU控制技术，ECU的可靠性、抗干扰性、容错性以及不同控制系统之间通信的实时性，包括CAN总线的容错性及动力电源的稳定性等都有可能对制动控制产生影响，这也是线控制动至今未广泛推广的原因之一。毕竟车辆行车中的制动是安全大事，容不得有半点瑕疵。目前，国内外多家汽车制造厂家和相关科研单位对线性制动控制相关产品的实用性进行实验论证，从而加快了线性制动控制技术推广应用的步伐。

根据工作原理的不同，线控制动控制技术分为电子液压制动系统（EHB）和电子机械制动系统（EMB）两种。

3 电子液压制动系统

电子液压制动（EHB）系统是在传统制动的基础上，将电子元件与原有的液压系统整合到一起，该系统也可以视为是线控制动控制技术的前期产物。

图1 电子液压制动系统示意图

当驾驶人踩下制动踏板时，集成在制动踏板上的传感器将制动踏板的行程及驾驶人踩下控制踏板时的速度，转换为电信号传递给制动控制单元（ECU），ECU通过CAN总线与外部系统交流，综合其他电信号判断车辆的运行工况，计算出每个车轮的最佳制动力，并通过智能接口输出控制信号到液压系统，液压系统中包含由电动油泵和高压蓄能器组成的液压供给部分和车轮制动压力模块，车轮制动压力模块独立的控制和调节各个车轮制动器中的油压大小，进液阀开启，液压供给部分的高压油液进入车轮制动器，使制动器工作对车轮产生制动力。当减小车轮制动强度或解除制动时，出液阀开启，车轮制动器中的油压降低，制动力也随之减小，直至制动器完全退出工作（图1）。此外，为了使驾驶员对于制动强度有直观的感受，线控制动系统中通常采用踏板行程模拟器，踩制动踏板的行程越大，模拟器上的阻力也就越大，使驾驶员在使用线控制动系统时和使用传动的液压制动系统感受基本相同。

为防止EHB系统失效造成制动失灵，EHB系统仍然保留着传统的液压制动系统，当EHB系统失效时，备用开关打开（图1），制动踏板连接的制动主缸通过备用开关连接各个车轮制动器的制动轮缸，进入常规的液压系统制动模式，保证车辆制动的基本需要。EHB系统的车轮制动压力模块能根据汽车行驶工况要求，计算出各车轮需要的制动力并分别进行控制，所以，EHB系统能够有效减少车辆制动距离，提高行驶安全性。另外，EHB系统能通过软件集成如ABS、ESP、TCS等功能模块，进一步提高行车的安全性及舒适性。

由于EHB采用了线控技术，在制动器和制动踏板之间没有液压或机械连接，因此，当制动强度过大，进行防抱死调节时，制动踏板上感受不到由于液压管路油压波动产生的反冲作用力，提高了驾驶员的操作舒适性。

当制动器涉水后，EHB系统可以通过适当的制动动作，恢复制动器的干燥，保持制动器的工作性能。与传统的液压或气压制动系统相比，EHB系统具有无可比拟的优越性，其结构紧凑、响应迅速、制动力可精确控制，易于实现再生制动、提高了制动效能、制动噪声更低、不需要助力机构、改善了驾驶员的操作舒适性。

4 电子机械制动系统

电子机械制动（EMB）系统是一种全新的设计理念，EMB系统完全摒弃了传统制动系统的制动液及液压管路等部件，由电机驱动产生制动力，每个车轮上安装一个可以独立工作的电子机械制动器，系统工作时，制动控制单元ECU接收制动踏板传来的踏板行程信号及踩制动踏板的速度信号并结合其他电信号，明确汽车行驶状态，分析各个车轮上的制动需求，计算出各个车轮的最佳制动力大小，并输出控制信号，分别控制各车轮上的电子机械制动器中工作电机的电流大小和转角，通过电子机械制动器中的减速增矩以及运动方向转换，将电机的转动力矩转换为制动钳块的夹紧力，产生足够的制动转矩。制动强度的调整以及解除制动，也通过ECU输出电信号控制电机的电流大小和转角实现。EMB系统内没有液压驱动和控制部分，机械连接只是存在于电机到制动钳的驱动部分，由导线传递能量，数据线传递信号，因而被称为完全的线控制动系统。

EMB系统的关键部件之一是电子机械制动器，它通过减速增矩以及运动方向转换，将电机的转矩改变为制动钳块的夹紧，通过相应的机构或控制算法补偿由于摩擦片的磨损造成的制动间隙变化，同时，电机和驱动机构等都装在制动器上，其结构设计必须十分紧凑，以满足空间要求。电子机械制动器按其结构特点和工作原理可以分为两大类。

（1）无自增力制动器：电动机通过减速增矩的机械执行机构产生夹紧力作用到制动盘上，制动力矩与制动盘和摩擦片之间的压力、摩擦系数成线性关系，因而控制驱动电机的电流和转角大小即可实现对于制动转矩的控制，控制系统相对简单，制动器的工作性能稳定，但对于电机的功率要求较高，因而尺寸较大，如图2所示。

图2 无自增力制动器

（2）自增力制动器：在制动盘与制动钳块之间增加了一个楔块，制动工作时，制动盘的摩擦力有使楔块楔入，增大夹紧力的趋势，从而产生自增力效果，故又称为电子楔块制动（EWB，Electronic Wedge Brake），这一类制动器中，电机驱动楔块移动，与摩擦片接触后，自增力机构作用使压力增加，产生更强的制动效能，因此电机的功率较小，装置的体积和重量也较小，但EWB的制动效能取决于楔块的工作状况，因此对楔块的工艺及精度要求很高，不易加工。而且其制动稳定性相对较差，难于控制。如图3所示。

图3 自增力制动器

电子制动系统作为汽车安全行驶的灵魂，在现阶段的汽车安全性能评测方面具有举足轻重的重要作用。而随着电子科技的迅速发展，传统的机械制动系统渐渐难以和汽车行驶过程中日益增加的安全需求相匹配，其依靠传统的气压、液压的制动方式不仅使得整个制动系统的响应速度较长，也使得后期的装配及维修工作更为困难。而电子机械制动系统的主要元件是电驱动元件，其在保证迅速的响应速度的基础上，还能够进一步整合ABS、TCS及电子驻车制动等多样化功能，提供更为可靠的制动方式。

与EHB相比，EMB中没有液压驱动部分，系统的响应速度更高，工作稳定性和可靠性更好，但由于完全采取线控的方式，不存在备用的制动功能，因而对系统的工作可靠性和容错要求更高。与传统制动系统相比，EMB系统中主要由电子机械制动器、ECU和传感器等组成，结构极为简单紧凑，从而使制动系统的布置、装配和维修都非常方便，同时由于减少了很多现有部件，大大减轻了系统的重量，更为显著的是随着制动液的取消，使环境得到很大程度地改善。另外，使用电信号控制电机驱动，使制动系统的响应时间缩短，同时，传感器信号的共享以及制动系统和其他模块功能的集成，便于对汽车的所有行驶工况进行全面的综合控制，提高了汽车的行驶安全性。

5 结束语

线控制动技术是一种先进的制动理念，显著地提高了汽车的制动安全性。现代汽车制动控制技术正朝着线控制动控制的方向发展，线控制动系统将取代以液压或气压为主的传统制动控制系统。与传统制动系统相比，线控制动系统具有无可比拟的优越性和广阔的应用前景，是将来汽车制动系统发展的必然趋势。随着汽车电子技术特别是超大规模集成电路的发展，电子元件的成本不断降低，汽车线控制动控制系统将与其他汽车电子系统融合在一起成为综合的汽车电子控制系统。

[1] 王玉群,林向阳,杨清林.汽车电子机械制动器（EMB）的发展研究[J].轻型汽车技术,2009,（09）:20-24.

[2] 杨琪,施雯.线控制动系统工作原理及关键技术[J].上海汽车,2015,（01）36-38.

[3] 彭晓燕.汽车线控制动系统安全控制技术研究[D].湖南大学,2013.

[4] 徐晓虎.汽车底盘新技术[J].汽车实用技术,2012,（01）:28-30.

Research and Analysis of Vehicle Brake by Wire Technology

Dong Xuemei

( Anhui axle co. LTD, Anhui Suzhou 234000 )

With the extensive use of electronic control technology in automobiles, brake by wire technology has been highly praised by major automobile manufacturers as a new technology, and some manufacturers have invested in research and development or have been experimentally verified on prototype vehicles. Compared with the traditional brake technology, thebrake by wire hasmany advantages such as simple structure, perfect function and rapid response and so on. Therefore, it is inevitable trends that brake by wire technology will be used to replace the traditional brake control method in the future. This paper briefly describes the difference between the brake by wire technology and the traditional brake technology, and briefly analyzes and introduces the two main forms of brake by wire technology, namely electro-hydraulic brake and electro-mechanical brake.

brake by wire;electro-hydraulic brake;electro-mechanical brake

A

1671-7988(2019)05-123-03

U462

A

1671-7988(2019)05-123-03

U462

董雪梅（1976-），女，工程师，就职于安徽车桥有限公司，多年从事车桥设计开发工作。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2019.05.037