- 文献综述(或调研报告):
线控制动系统是智能驾驶汽车的关键系统,其决定了整车的制动性、舒适性、经济性和安全性。而当前的线控制动性能普遍具备效率降低和响应延迟增大的缺点。本文献综述将就目前市场存在的线控制动系统进行原理性分析,对各系统优缺点进行对比并针对本课题中直线电机的设计方法进行调研分析。
线控机械制动系统(EMB)与电子液压制动系统(EHB)的分析与应用
尘帅、王吉忠在《线控机械制动系统关键技术分析》[1]中指出,随着无人驾驶、智能网联车辆技术的不断发展、学科交叉的深度融合,对于车辆各个子系统的研究也都提出了新的要求。其中动力及传动系统、制动系统、转向系统、悬挂系统都需要进一步的应用新技术来更好的达成车辆设计目标。作为未来制动系统的终极形式之一,线控机械制动系统(EMB)具有很高的研究价值,未来EMB会为车辆制动系统带来巨大的变革,且会为车辆的智能控制提供良好的条件。
当下线控制动系统主要有线控液压制动系统(EHB)、线控机械制动系统及混合线控制动系统三种物理形式,其中混合线控制动系统的主流布置形式为前轮采用线控液压制动系统、后轮采用线控机械制动系统。而作为传统制动系统的过渡应用产品,线控液压制动系统保留了原有的液压制动零部件,只是更换了系统的初始信号触发及传送装置。而混合线控制动系统的技术应用建立在对EMB及EHB技术的深度学习之上。[2]
线控机械制动系统毫无保留的删减了传统制动系统中的液压零部件,使用电机加减速机构作为制动执行器对车轮进行制动动作,这种形式可以充分的利用电子制动的优势。系统主要由以下五个模块组成:1. 电源模块;2 电控模块 ;3 车载通讯网络模块;4 车轮制动执行器模块;5 电子制动踏板模块。线控机械制动系统结构如图一所示[3]:
图1 EMB系统结构
当汽车在不同工况上行驶时,如果产生减速需求时,驾驶员会踏下电子制动踏板,电子制动踏板上的传感器具备检测踏板位移及其变化率、角度等功能并将此等信号经车载网络传递给电控模块(ECU)。然后电控模块会依据来自电子制动踏板的制动信号并结合相应的意图识别算法识别出驾驶员的制动意图及相应的制动强度,该结果经工况判断模块求解出当下路面的最佳滑移率。然后经制动力分配模块求解出当下路面上各个车轮的转矩分配情况并分配给每个车轮,再通过车载网络将各车轮所需的制动力信号传递到各车轮的制动控制器,此时制动控制器按照目标制动力的大小来操纵电动机输出对应大小的力矩来对车轮实施适当的减速动作。
EMB系统的特点包含以下几点:1 重新定义了车辆制动系统结构组成。包括触发机构、传递机构以及制动执行器都发生了不同程度的变革;2 制动相应快。由于触发机构及制动执行器都是用车载网络进行通信,比传统的机械和液压制动装置要快,从而反映到制动过程中就可以很大程度上缩短了制动相应时间;3 易于与其他控制模块进行集成,由于线控机械制动系统采用模块化理念,各个系统之间都可以衔接在同一个芯片上进行集成;4 需要进行系统冗余设计,不论是物理冗余设计还是软件冗余设计,其容错设计是当下急需解决的问题。
EMB系统的主控制器通过接收踏板位移传感器的位移信号,以及整车其他ECU发出的车速信号、方向盘转角信号等相关信号,经分析后进行制动。车辆转向时,每个车轮制动系统分配的制动力不一样,从而达到平稳转向的目的。EMB系统由于没有了液压制动管路的存在,避免了制动液泄露的风险,有利于环保。同时由于是独立的制动系统,布局上更加灵活。但是由于制动电机的增多以及功率的加大,12V电源无法满足制动需求,12V电源成为限制EMB发展的重要因素。同时由于没有备用的制动系统,安全性还有待提升。[4]
而EHB系统不同于EMB系统,张海山,伍星星,杨昭辉在《汽车线控制动技术研究》[5]指出,EHB即电子液压制动系统只用了一个伺服电机和一套控制器为系统提供动力,取消了部分传动制动部件,但保留了成熟的液压部分。EHB系统目前主要有两种:一种由液压泵和高压蓄能器提供动力源(P-EHB);另一种由电机和减速机构作为动力源(I-EHB),同时集成电控模块。P-EHB系统获取制动信号后,向电机液压泵发出相应的电信号,将足够的制动液泵入高压储能器,利用高速开关阀实现车辆的制动。
I-EHB系统主缸液压力由电机通过减速机构提供,电机接受来自控制器的制动信号,经过减速机构直接推动主缸活塞对制动主缸进行减压。相较于P-EHB,I-EHB结构更加紧凑,响应快速,更易于集成诸如EPB,ESP等多种主动安全功能,解耦单元使得整套系统灵活制定制动方案,不仅节约了成本,更可缩短车辆的开发周期。[6]
