汽車(chē)制動(dòng)系統(tǒng)的基本功能和工作原理

01汽車(chē)制動(dòng)系統(tǒng)基本功能

傳統(tǒng)汽車(chē)的底盤(pán)主要由傳動(dòng)系、行駛系、轉(zhuǎn)向系和制動(dòng)系四部分組成，除了支撐汽車(chē)的發(fā)動(dòng)機(jī)及其他零部件外，還具有接收駕駛員的操作指令，使汽車(chē)實(shí)現(xiàn)行駛、轉(zhuǎn)向以及制動(dòng)等功能， 是燃油車(chē)的重要組成部分。其中，傳動(dòng)系、行駛系、轉(zhuǎn)向系以及制動(dòng)系四部分相互連通、相輔相成，共同構(gòu)成了汽車(chē)底盤(pán)，也構(gòu)成了線控底盤(pán)技術(shù)的基礎(chǔ)。

圖 1 傳統(tǒng)汽車(chē)底盤(pán)機(jī)械結(jié)構(gòu)

制動(dòng)系主要由制動(dòng)器、助力器、制動(dòng)片等部件組成，主要功能是降低處于行駛過(guò)程中汽車(chē)的速度或使其停止，大致可分為行車(chē)制動(dòng)和駐車(chē)制動(dòng)。其中行車(chē)制動(dòng)主要用于行車(chē)時(shí)降低行車(chē)速度或使汽車(chē)停止，駐車(chē)制動(dòng)主要用于停車(chē)后防止汽車(chē)發(fā)生滑動(dòng)。

制動(dòng)技術(shù)可分為氣壓制動(dòng)和液壓制動(dòng)，通用和福特分別于1934年和1939年采用了液壓制動(dòng)技術(shù)。后續(xù)歷經(jīng)多次迭代，到20世紀(jì)50年代，液壓助力制動(dòng)器已開(kāi)始規(guī)?；慨a(chǎn)上車(chē)，成為后機(jī)械式制動(dòng)時(shí)代的主流制動(dòng)方案。以一輛配備液壓制動(dòng)系統(tǒng)的傳統(tǒng)乘用車(chē)為例：其制動(dòng)系統(tǒng)主要包括制動(dòng)踏板、真空助力器、制動(dòng)液、制動(dòng)油管、制動(dòng)主缸、制動(dòng)輪缸以及車(chē)輪制動(dòng)器，當(dāng)駕駛員踩住制動(dòng)踏板時(shí)發(fā)生作用力，推動(dòng)真空助力器的后腔進(jìn)氣控制閥打開(kāi)，隨即后腔充氣使壓力大于前腔形成壓力差，從而將制動(dòng)力放大形成對(duì)制動(dòng)主缸推桿向前的推力，推動(dòng)制動(dòng)主缸內(nèi)的液體進(jìn)入制動(dòng)管路形成車(chē)輪制動(dòng)力，由此車(chē)輪制動(dòng)器得以執(zhí)行制動(dòng)操作。

圖 2 真空助力器伺服制動(dòng)原理

此外，隨著汽車(chē)電子技術(shù)的發(fā)展，人們以液壓制動(dòng)系統(tǒng)為基礎(chǔ)，增加了很多制動(dòng)輔助系統(tǒng)，例如制動(dòng)防抱死系統(tǒng)(ABS、1978年博世首發(fā))、牽引力控制系統(tǒng)(TCS、1986 年博世首發(fā))、穩(wěn)定性控制系統(tǒng)(VDC、1992年博世首發(fā)，并推出同時(shí)集成 ABS/TCS/VDC 功能的劃時(shí)代產(chǎn)品ESP)、自動(dòng)駐車(chē)功能(AUTOHOLD)、陡坡緩降控制(HDC)、剎車(chē)優(yōu)先系統(tǒng)(BOS)等，均是在原液壓制動(dòng)系統(tǒng)中增設(shè)一套液壓控制裝置，控制制動(dòng)管路中制動(dòng)液的增減，以控制制動(dòng)壓力的變化適用于不同場(chǎng)景。

在新能源汽車(chē)時(shí)代，由于車(chē)內(nèi)失去了由發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的真空壓力來(lái)源，倒逼制動(dòng)系統(tǒng)再次改造升級(jí)。目前針對(duì)此問(wèn)題，提出了智能剎車(chē)系統(tǒng)(IBS)的概念，主要有兩種解決方案，分別為電子真空泵(EVP)方案和線控制動(dòng)方案(EMB/EHB)：

(1)EVP方案：在原有真空助力液壓制動(dòng)系統(tǒng)中增加EVP(Electronics Vacum Pump,電子真空泵)、PTS(Pedal Travel Sensor,踏板行程傳感器)和氣壓傳感器。

EVP的作用是為真空助力器提供動(dòng)力源，因?yàn)殡婒?qū)動(dòng)乘用車(chē)沒(méi)有傳統(tǒng)的發(fā)動(dòng)機(jī)，無(wú)法為真空助力器提供真空度，真空助力器無(wú)真空下無(wú)法提供制動(dòng)助力。該系統(tǒng)通常還會(huì)帶一個(gè)真空罐，用于存儲(chǔ)一定容積的真空，使系統(tǒng)的真空度更穩(wěn)定，同時(shí)降低EVP的啟動(dòng)頻次，增長(zhǎng)EVP使用壽命。PTS主要是為了給電機(jī)控制器提供制動(dòng)信號(hào)，有效利用制動(dòng)空行程進(jìn)行能量回收，提高能量回收率。

(2)線控制動(dòng)方案：相較于傳統(tǒng)的液壓制動(dòng)，線控制動(dòng)以電子助力器替代了真空助力、以導(dǎo)線替代液壓/氣壓管路。其工作原理為通過(guò)油門(mén)踏板傳感器將駕駛?cè)藢?shí)際操作轉(zhuǎn)變成電信號(hào) 傳遞給ECU，ECU對(duì)傳輸來(lái)的相關(guān)指令實(shí)施綜合計(jì)算(傳感器監(jiān)測(cè)油門(mén)踏板的行程和力， 車(chē)速傳感器判斷汽車(chē)是否處于正常減速中)，若判定為正常動(dòng)作則將信號(hào)再次傳遞給制動(dòng)執(zhí)行器，最終實(shí)現(xiàn)制動(dòng)。

圖 3 線控制動(dòng)原理

02制動(dòng)系統(tǒng)技術(shù)概覽

以市面常見(jiàn)的線控制動(dòng)系統(tǒng)為例，根據(jù)有無(wú)液壓后備分為EHB電子液壓制動(dòng)和EMB電子機(jī)械制動(dòng)。其中，EHB實(shí)現(xiàn)難度較低，僅用電子元件替代傳統(tǒng)制動(dòng)系統(tǒng)中的部分機(jī)械元件，保留傳統(tǒng)的液壓管路，當(dāng)線控系統(tǒng)失效時(shí)備用閥打開(kāi)即可變成傳統(tǒng)的液壓制動(dòng)系統(tǒng)，因此也可理解為線控制動(dòng)系統(tǒng)發(fā)展的第一階段。

EHB根據(jù)集成度分為兩種方案: Two-Box和One-Box。

Two-Box方案中，ESC和電子助力器是相互獨(dú)立的模塊，二者互為備份冗余;

One-Box方案中，ESC與電子助力器集成為一個(gè)模塊，須額外增加備份冗余系統(tǒng)滿足自動(dòng)駕駛的需求。One-Box 方案具有集成度高、成本低、能量回收效率高等優(yōu)勢(shì)，逐漸成為線控制動(dòng)的主流方案。

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2.1 Two-Box系統(tǒng)架構(gòu)(Bosch_IBooster)

目前，市面常見(jiàn)的智能剎車(chē)系統(tǒng)多為T(mén)wo-Box架構(gòu)，通過(guò)以eBooster+ESC組合的方案。

ESC和eBooster在車(chē)上共用一套液壓系統(tǒng)，兩者協(xié)調(diào)工作，原理如下：

eBooster和ESC共用一套制動(dòng)油壺、制動(dòng)主缸和制動(dòng)管路。

eBooster內(nèi)的助力電機(jī)產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)力推動(dòng)主缸活塞運(yùn)動(dòng)，使油壺中的制動(dòng)液流入主缸管路并進(jìn)入ESC進(jìn)液閥，經(jīng)ESC中的調(diào)壓閥和進(jìn)液閥流入4個(gè)輪缸，從而建立起制動(dòng)力。

當(dāng)eBooster不工作時(shí)，ESC也可以獨(dú)立控制制動(dòng)液從主缸流入輪缸，從而建立制動(dòng)力。

eBooster建壓的動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度比ESC主動(dòng)建壓更快，且NVH表現(xiàn)更好，因此eBooster是制動(dòng)控制系統(tǒng)中的主執(zhí)行機(jī)構(gòu)。

圖 5 Two-Box系統(tǒng)架構(gòu)

在正常功能下，eBooster通過(guò)控制助力單元高效精準(zhǔn)地輔助駕駛員制動(dòng);當(dāng)eBooster出現(xiàn)故障而導(dǎo)致助力系統(tǒng)失效時(shí)，eBooster請(qǐng)求ESC激活HBC(Hydraulic Brake Failure Compensation)功能，HBC功能激活后，當(dāng)駕駛員踩下制動(dòng)踏板時(shí)，主缸壓力發(fā)生變化，HBC功能根據(jù)主缸壓力變化識(shí)別駕駛員制動(dòng)意圖，并控制建壓泵工作主動(dòng)建立輪缸壓力，從而實(shí)現(xiàn)駕駛員助力。而在eBooster和ESC都失效的情況下(如整車(chē)電源故障)，駕駛員踩下制動(dòng)踏板，踏板力直接作用在推桿上，推桿推動(dòng)主缸活塞移動(dòng)使主缸液壓流入輪缸從而產(chǎn)生制動(dòng)力，該過(guò)程為純機(jī)械建壓。

圖 6 ESC降級(jí)策略

2.2 One-Box系統(tǒng)架構(gòu)(Bosch_IPB)

以O(shè)ne-Box為例，從硬件構(gòu)型來(lái)看，汽車(chē)線控制動(dòng)系統(tǒng)僅由一個(gè)ECU和一個(gè)制動(dòng)單元來(lái)構(gòu)成;從軟件控制來(lái)看，線控制動(dòng)系統(tǒng)僅由一個(gè)ECU控制，該ECU一般稱為ESC，ESC包含主要功能有：ABS、VCS、VDC、制動(dòng)能量回收等功能。

ABS 可以將車(chē)輪滑移率保持在理想值，并防止車(chē)輪抱死;

TCS 用于保持車(chē)輛加速穩(wěn)定，通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī) ECU(Electronic Control Unit)或者VCU和制動(dòng)系統(tǒng)來(lái)調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)輪的過(guò)度滑轉(zhuǎn)，保持驅(qū)動(dòng)力處在最佳車(chē)輪滑轉(zhuǎn)率范圍;

VDC 用于轉(zhuǎn)向角過(guò)大或者轉(zhuǎn)向速率過(guò)快的工況，控制器根據(jù)橫擺角速度或者質(zhì)心側(cè)偏角與目標(biāo)值的偏差判斷車(chē)輛是否跟隨駕駛員轉(zhuǎn)向意圖，并對(duì)各個(gè)車(chē)輪進(jìn)行有針對(duì)性的制動(dòng)，減輕駕駛員操作負(fù)擔(dān)并防止車(chē)輛側(cè)滑。

博世推出的IPB(Integrated Power Brake)就是典型的One-Box架構(gòu);

圖 7 Bosch IPB總成

其工作原理如下：

圖 8 IPB的工作原理

正常工作時(shí)，閥1、4、5吸合，2、3斷開(kāi)。駕駛員踩踏板后制動(dòng)液進(jìn)入主缸和踏板模擬器并建立壓力，踏板力-踏板行程曲線由主缸和踏板模擬器特性決定。與此同時(shí)，IPB ECU識(shí)別踏板位移信號(hào)，依據(jù)標(biāo)定好的踏板位移-系統(tǒng)壓力曲線控制電機(jī)建壓，產(chǎn)生車(chē)輛減速度。在縱向及橫擺運(yùn)動(dòng)控制中，通過(guò)ABS/ESC液壓調(diào)制模塊對(duì)各輪輪缸壓力進(jìn)行調(diào)節(jié)。因此，對(duì)于IPB制動(dòng)系統(tǒng)，踏板位移-減速度曲線是可以通過(guò)刷新標(biāo)定參數(shù)進(jìn)行更改的。 IPB降級(jí)模式比較復(fù)雜，不同的失效類型對(duì)應(yīng)不同的降級(jí)模式，這里對(duì)助力失效(如IPB斷電)進(jìn)行討論。在此種模式下，IPB進(jìn)入機(jī)械backup模式，閥1，4，5關(guān)閉，2，3打開(kāi)，駕駛員踩踏板建立的壓力直接進(jìn)入輪缸并產(chǎn)生車(chē)輛減速度。根據(jù)法規(guī)ECE R13-H要求，系統(tǒng)應(yīng)產(chǎn)生不小于2.44m/s^2的制動(dòng)減速度。 因制動(dòng)踏板解耦，無(wú)需過(guò)多考慮主缸需液量對(duì)踏板位移的影響，IPB的主缸缸徑可比傳統(tǒng)brake apply系統(tǒng)小，機(jī)械backup模式下，相同踏板力下系統(tǒng)產(chǎn)生壓力較高。

2.3 ABS技術(shù)

ABS技術(shù)，又稱為制動(dòng)防抱死系統(tǒng)，顧名思義，就是指防止在汽車(chē)行車(chē)制動(dòng)時(shí)車(chē)輪出現(xiàn)抱死的情況。所謂抱死，是指汽車(chē)車(chē)輪在制動(dòng)時(shí)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，以盤(pán)式剎車(chē)為例。剎車(chē)的時(shí)候，制動(dòng)系統(tǒng)推動(dòng)剎車(chē)片夾住車(chē)輪上的剎車(chē)盤(pán)，通過(guò)巨大的摩擦力使車(chē)輪停止轉(zhuǎn)動(dòng)，車(chē)輛就會(huì)由于輪胎和地面間的摩擦力而停下來(lái)。剎車(chē)的實(shí)質(zhì)，其實(shí)就是將車(chē)輛的動(dòng)能轉(zhuǎn)換為剎車(chē)片與剎車(chē)盤(pán)之間，以及輪胎和路面之間發(fā)生摩擦而產(chǎn)生的熱能。如果讓車(chē)輪停止轉(zhuǎn)動(dòng)的制動(dòng)力(剎車(chē)片與剎車(chē)盤(pán)之間的摩擦力)超過(guò)了輪胎和路面之間的靜摩擦力，那么輪胎就會(huì)在路面上發(fā)生滑動(dòng)，而車(chē)輪并不轉(zhuǎn)動(dòng)，這種現(xiàn)象就是車(chē)輪抱死。車(chē)輪一旦被抱死，不再滾動(dòng)，那么在路面上滑行的汽車(chē)就像是在冰面上滑動(dòng)的冰球，完全失去控制方向的能力，無(wú)法躲避障礙，還容易發(fā)生旋轉(zhuǎn)，非常危險(xiǎn)。當(dāng)在濕滑路面上剎車(chē)時(shí)，由于輪胎與路面之間的靜摩擦力很小，比較容易被制動(dòng)力超過(guò)，造成抱死。而在干燥路面上大力急剎車(chē)的時(shí)候，要是制動(dòng)力非常大，也會(huì)超過(guò)輪胎和地面之間的靜摩擦力，同樣造成抱死。 在沒(méi)有ABS的年代，有經(jīng)驗(yàn)的駕駛員會(huì)通過(guò)“點(diǎn)剎”來(lái)防止車(chē)輪抱死，也就是踩一點(diǎn)剎車(chē)后再松一點(diǎn)剎車(chē)，不斷反復(fù)。ABS實(shí)際上就是在ECU控制下的自動(dòng)點(diǎn)剎。在需要緊急制動(dòng)的情況下，駕駛員只需要大力踩死剎車(chē)，專心控制方向。ABS會(huì)自動(dòng)根據(jù)傳感器獲得的信息高速做出交替剎車(chē)和松開(kāi)剎車(chē)的動(dòng)作，點(diǎn)剎的速度可以高達(dá)每秒十幾次。ABS還可以通過(guò)控制剎車(chē)液的壓力自動(dòng)調(diào)整每個(gè)車(chē)輪上剎車(chē)的力度，以達(dá)到最佳的剎車(chē)效果，同時(shí)保證車(chē)輪不被抱死。

圖 9 ABS工作原理

從圖4可以看出，當(dāng)常規(guī)制動(dòng)時(shí)，ABS不起作用，但是即使在這種情況下，輪速傳感器也一直監(jiān)測(cè)著車(chē)輪的減速度，當(dāng)輪速傳感器信號(hào)表明車(chē)輪正在趨于抱死時(shí)，ECU給液壓調(diào)節(jié)單元發(fā)出控制指令，激活輸入閥，輸入閥的動(dòng)作將制動(dòng)回路與主缸斷開(kāi)，停止制動(dòng)壓力繼續(xù)增長(zhǎng)，由于輸出閥此時(shí)仍處于關(guān)閉狀態(tài)，使壓力保持不變，這就是保壓狀態(tài)。這種狀態(tài)下，如果輪速傳感器的信號(hào)表示車(chē)輪依舊減速太快，ECU就給液壓調(diào)節(jié)單元發(fā)出控制指令，打開(kāi)輸出閥，制動(dòng)液在回油泵的作用下從制動(dòng)回路回到制動(dòng)主缸，制動(dòng)輪缸的壓力減小，使車(chē)輪的制動(dòng)減弱，這就是減壓狀態(tài)。當(dāng)輪速傳感器的信號(hào)表明由于制動(dòng)液壓力的減小車(chē)輪重新加速時(shí)，ECU停止向液壓制動(dòng)單元發(fā)出電流，關(guān)閉輸出閥，打開(kāi)輸入閥，此時(shí)制動(dòng)液的壓力又增大，又使車(chē)輪開(kāi)始減速，每秒鐘這一循環(huán)重復(fù)四到六次。這就達(dá)到防止車(chē)輪抱死的目的。

2.4 TCS技術(shù)

牽引力控制系統(tǒng)簡(jiǎn)稱TCS，又稱驅(qū)動(dòng)防滑控制系統(tǒng)。它能防止車(chē)輛尤其是大馬力車(chē)在起步、加速時(shí)驅(qū)動(dòng)輪打滑，維持汽車(chē)行駛的穩(wěn)定性;本質(zhì)上，TCS是ABS系統(tǒng)在汽車(chē)上的衍生產(chǎn)物。從汽車(chē)?yán)碚摻嵌龋琓CS主要是通過(guò)調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)力矩的大小，保證該力矩不超過(guò)輪胎與路面的最大附著力，提高車(chē)輛安全性。

以混動(dòng)汽車(chē)為例(涵蓋發(fā)動(dòng)機(jī)和電機(jī))，TCS的常見(jiàn)控制方式如下：

發(fā)動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)

通過(guò)調(diào)節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)節(jié)氣門(mén)開(kāi)度、點(diǎn)火參數(shù)和調(diào)節(jié)燃油供給量三種方法可以控制發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩。

節(jié)氣門(mén)開(kāi)度調(diào)節(jié)是通過(guò)控制發(fā)動(dòng)機(jī)節(jié)氣門(mén)的開(kāi)度角來(lái)控制進(jìn)氣量，從而調(diào)節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出扭矩。采用這種控制方式時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)工作平穩(wěn)，但響應(yīng)較慢。

點(diǎn)火參數(shù)調(diào)節(jié)是指減小點(diǎn)火提前角，燃油供給調(diào)節(jié)是指減小供油量或暫停供油，這兩種控制方法響應(yīng)較快，但可能會(huì)引起發(fā)動(dòng)機(jī)的不正常工作。

發(fā)動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)是最早應(yīng)用的牽引力控制方式，它在低附路面上或在高速時(shí)控制效果比較好。但是發(fā)動(dòng)機(jī)響應(yīng)較慢，而且會(huì)同時(shí)調(diào)節(jié)所有驅(qū)動(dòng)輪的驅(qū)動(dòng)力矩，因此主要在低附路面和高速時(shí)使用，提高汽車(chē)的行駛穩(wěn)定性。

驅(qū)動(dòng)輪制動(dòng)力矩調(diào)節(jié)

驅(qū)動(dòng)輪制動(dòng)力矩調(diào)節(jié)是比較常用的控制方式，是指在打滑的驅(qū)動(dòng)輪上施加適當(dāng)?shù)闹苿?dòng)力矩，從而控制其滑轉(zhuǎn)率在最佳范圍內(nèi)。這種控制方式響應(yīng)較快，而且對(duì)有獨(dú)立通道的制動(dòng)系統(tǒng)可以獨(dú)立控制各車(chē)輪的制動(dòng)力矩，這種方式在分離路面上效果較好;但長(zhǎng)時(shí)間對(duì)驅(qū)動(dòng)輪施加制動(dòng)力矩會(huì)導(dǎo)致制動(dòng)器過(guò)熱;汽車(chē)中高速行駛時(shí)，可能造成驅(qū)動(dòng)輪的驅(qū)動(dòng)力相差較大而對(duì)車(chē)輛穩(wěn)定性產(chǎn)生影響，所以中高速時(shí)不宜使用。

電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)

電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)是通過(guò)調(diào)節(jié)電機(jī)的電壓、轉(zhuǎn)速或電流來(lái)控制電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩。這種控制方式響應(yīng)快、靈敏度高且精確，比制動(dòng)力矩的調(diào)節(jié)響應(yīng)更快，而且控制方便，電機(jī)轉(zhuǎn)矩在混合動(dòng)力汽車(chē)中起“削峰填谷”的重要作用，所以電機(jī)轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)是混合動(dòng)力汽車(chē)牽引力控制的重要控制方式。

圖 10 TCS用途

圖 11 TCS控制框圖

上圖描述了兩個(gè)控制功能，一個(gè)是發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩調(diào)節(jié)，其通過(guò)與發(fā)動(dòng)機(jī) ECU 通訊，請(qǐng)求驅(qū)動(dòng)單元通過(guò)調(diào)節(jié)電子節(jié)氣門(mén)、燃油量和點(diǎn)火提前角來(lái)減少發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩，如果車(chē)輛為汽油機(jī)，則由發(fā)動(dòng)機(jī) ECU通過(guò)控制空燃比或延遲點(diǎn)火時(shí)間以實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)矩(電機(jī));另一個(gè)是制動(dòng)力矩調(diào)節(jié)，在液壓控制系統(tǒng)的作用下，請(qǐng)求制動(dòng)力矩介入制動(dòng)打滑車(chē)輪，在這兩個(gè)控制功能共同作用下保持驅(qū)動(dòng)輪轉(zhuǎn)速在理想范圍內(nèi)以提高復(fù)雜工況下汽車(chē)的加速性能。

2.5 VDC技術(shù)

VDC 控制主要用于防止車(chē)輛側(cè)向失穩(wěn)，比如限制汽車(chē)在高速行駛或者在附著力較低的路面上可能會(huì)發(fā)生轉(zhuǎn)向不足或轉(zhuǎn)向過(guò)度的現(xiàn)象，并且將車(chē)輛橫向穩(wěn)定性、跟隨理想橫擺角速度和抑制質(zhì)心側(cè)偏角作為目標(biāo)。車(chē)輛橫向失穩(wěn)產(chǎn)生的原因主要來(lái)自以下三個(gè)方面：

轉(zhuǎn)彎離心力的作用下，輪胎的彈性效應(yīng)和側(cè)偏特性，使得輪胎產(chǎn)生側(cè)偏角，導(dǎo)致車(chē)輛出現(xiàn)橫向偏移;

轉(zhuǎn)彎時(shí)突然的制動(dòng)和驅(qū)動(dòng)，使得輪胎的側(cè)偏剛度減低，因此車(chē)輛側(cè)滑;

駕駛員誤操作，比如快速打方向盤(pán)并且制動(dòng)，車(chē)輛進(jìn)入非線性區(qū)域，質(zhì)心側(cè)偏角迅速增大，偏離期望軌跡。

圖 12 VDC控制原理

VDC 接收車(chē)身物理狀態(tài)如速度、橫擺角速度、側(cè)向加速度;車(chē)輪的物理特性如車(chē)輪滑移率;方向盤(pán)轉(zhuǎn)角信號(hào)和發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩，并在極端工況下通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩調(diào)節(jié)與橫擺力矩修正共同用于調(diào)節(jié)車(chē)輛橫向穩(wěn)定性。首先根據(jù)質(zhì)心側(cè)偏角、側(cè)向加速度、方向盤(pán)轉(zhuǎn)角和車(chē)速的門(mén)限設(shè)定以識(shí)別車(chē)輛是否存在側(cè)滑危險(xiǎn)，并將其作為 VDC 介入判斷辦法;然后，在不同工況下修正并計(jì)算目標(biāo)橫擺角速度，并結(jié)合與車(chē)輛實(shí)際橫擺角速度差值和質(zhì)心側(cè)偏角，將失穩(wěn)

工況區(qū)分為過(guò)度轉(zhuǎn)向、不足轉(zhuǎn)向、反舵和激轉(zhuǎn);車(chē)輛處在不足轉(zhuǎn)向情況下，制動(dòng)內(nèi)后側(cè)車(chē)輪，如果內(nèi)后輪出現(xiàn)抱死，則協(xié)調(diào)制動(dòng)內(nèi)前車(chē)輪，車(chē)輛處在過(guò)度轉(zhuǎn)向情況下，制動(dòng)外前輪，如果前外輪出現(xiàn)抱死，則協(xié)調(diào)制動(dòng)前內(nèi)側(cè)車(chē)輪。最后，根據(jù)車(chē)輛橫擺力矩與制動(dòng)力的動(dòng)力學(xué)關(guān)系，確定被控車(chē)輪制動(dòng)力矩以產(chǎn)生目標(biāo)橫擺力矩。

2.6 EPB技術(shù)

EPB(電子駐車(chē)制動(dòng))是線控技術(shù)在駐車(chē)系統(tǒng)的應(yīng)用。EPB 采用電信號(hào)傳輸，實(shí)現(xiàn)了駐車(chē)制動(dòng)的電子化控制，具有更快的響應(yīng)速度。L2 的ACC/AP/AEB 等功能中，EPB起到請(qǐng)求和解除駐車(chē)的作用。 當(dāng)駕駛員按動(dòng) EPB 按鈕時(shí)， EPB 的控制模塊接到來(lái)自按鈕的信號(hào)，

控制模塊向執(zhí)行機(jī)構(gòu)的電機(jī)施加電流使其轉(zhuǎn)動(dòng)，電機(jī)釋放的轉(zhuǎn)矩在降速、增扭后，通過(guò)輸 出軸螺紋副或滾珠絲杠副將電動(dòng)制動(dòng)單元輸出的扭矩轉(zhuǎn)化為直線推力，推動(dòng)制動(dòng)活塞運(yùn)動(dòng)， 將推力轉(zhuǎn)化為制動(dòng)塊壓緊至制動(dòng)盤(pán)的壓力，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)車(chē)輛車(chē)速減少或駐車(chē)制動(dòng)。

圖 13 EPB執(zhí)行機(jī)構(gòu)

集成型 EPB 可聯(lián)動(dòng) ABS/ESC 等核心安全系統(tǒng)。根據(jù)是否有單獨(dú) EPB ECU 劃分，EPB可分為ECU獨(dú)立型和ECU集成型，集成型EPB將EPB和ESC系統(tǒng)整合在一個(gè)控制器里，降低了ECU成本和線束等部件布局的復(fù)雜性，并且 EPB 硬件更加模塊化(可整合ABS、ESC、 ACC等功能)，提高車(chē)輛行駛的安全性。因技術(shù)要求，集成型EPB需要企業(yè)具備ESC的生產(chǎn)能力。

圖 14 ECU集成式EPB 圖 15 ECU獨(dú)立式EPB

2.7 小結(jié)

可以看到，從ABS技術(shù)誕生開(kāi)始，逐步衍生出了TCS、VDC等技術(shù)。隨著芯片技術(shù)的發(fā)展，已逐漸將上述功能都融入到一個(gè)ECU中;其本質(zhì)還是根據(jù)車(chē)輛當(dāng)前狀態(tài)通過(guò)調(diào)節(jié)制動(dòng)液壓、發(fā)動(dòng)機(jī)力矩、電機(jī)力矩來(lái)合理分配驅(qū)動(dòng)力、制動(dòng)力，以達(dá)到保持車(chē)輛制動(dòng)和穩(wěn)定的目的。

03發(fā)展趨勢(shì)

隨著技術(shù)的發(fā)展，底盤(pán)相關(guān)控制會(huì)逐步趨向于域控的形式。底盤(pán)域控制器是包括域主控硬件、操作系統(tǒng)、算法和應(yīng)用軟件等組成的整個(gè)系統(tǒng)的統(tǒng)稱，是一個(gè)大的運(yùn)算平臺(tái)， 在“中央集成+域控制器”架構(gòu)下， 底盤(pán)域控制器將作為汽車(chē)“小腦”，其作用如下：

接受上層感知層和決策層的指令;

建立統(tǒng)一的車(chē)輛動(dòng)力學(xué)概率模型，實(shí)現(xiàn)多執(zhí)行系統(tǒng)的優(yōu)化協(xié)同控制;

將上層決策指令傳遞給各線控底盤(pán)子系統(tǒng) ECU，實(shí)現(xiàn)動(dòng)力控制。底盤(pán)域控能夠?qū)崿F(xiàn)底盤(pán)傳感系統(tǒng)整合與信號(hào)融合，優(yōu)化整車(chē)功能安全等級(jí)與駕乘體驗(yàn)，是實(shí)現(xiàn)線控底盤(pán)運(yùn)算集成化的必要構(gòu)件。目前，主機(jī)廠將更多精力放在“大腦”(智能駕駛域控制器)上，而開(kāi)發(fā)流程較為復(fù)雜、調(diào)校周期較長(zhǎng)的“小腦”(底盤(pán)域控制器) 更多交由第三方供應(yīng)商協(xié)作完成。

圖 16 底盤(pán)域控架構(gòu)

審核編輯：湯梓紅