電控液壓制動(dòng)系統(tǒng)EHB介紹

EHB是一種線控制動(dòng)(brake-by-wire)系統(tǒng)，它以電子元件替代了部分機(jī)械元件，制動(dòng)踏板不再與制動(dòng)輪缸直接相連，駕駛員操作由傳感器采集作為控制意圖，完全由液壓執(zhí)行器來完成制動(dòng)操作，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)制動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)和原理所導(dǎo)致的不足，使制動(dòng)控制得到最大的自由度，從而充分利用路面附著，提高制動(dòng)效率。

EHB系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀

作為一種較為新型的制動(dòng)系統(tǒng)，EHB發(fā)展時(shí)間較短，但發(fā)展前景廣闊，各大汽車廠商和研究機(jī)構(gòu)都在積極的開發(fā)這一系統(tǒng)。

1994年，Analogy公司用Saber仿真模擬的方法，開發(fā)出了一套EHB的控制系統(tǒng)。1996年，博世公司對其開發(fā)的EHB系統(tǒng)進(jìn)行了實(shí)車試驗(yàn)，得到了滿意的效果，該系統(tǒng)后來在實(shí)際應(yīng)用中也取得了巨大的成功，在縮短制動(dòng)距離以及保證車輛穩(wěn)定性方面效果明顯。天合、德爾福、大陸特威斯等公司也相繼開發(fā)出了類似的EHB系統(tǒng)，并于2000～2002年前后獲得了一系列的專利。

2001年9月，裝備了博世傳感制動(dòng)控制(Sensotronic Brake Control)系統(tǒng)的奔馳SL新型跑車在法蘭克福國際汽車展上首次展出，2002年該系統(tǒng)裝備于新型的奔馳E級車上，2003年裝備于Estate型車上，同年，博世首次推出了加裝在奔馳E-Class 4matic型車上的四輪驅(qū)動(dòng)SBC，這也是EHB系統(tǒng)首次應(yīng)用于系列化生產(chǎn)的汽車。韓國萬都公司、大陸特威斯公司、天合公司等都在EHB系統(tǒng)的開發(fā)中取得進(jìn)展，并開始為通用、福特、戴姆勒?克萊斯勒公司等汽車廠家供貨。

EHB系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)

傳統(tǒng)制動(dòng)系統(tǒng)如圖1所示，制動(dòng)主缸與制動(dòng)輪缸通過制動(dòng)管路相連，制動(dòng)壓力直接由人力通過制動(dòng)踏板輸入，而真空助力器作為輔助動(dòng)力源也要受到發(fā)動(dòng)機(jī)真空度的限制。這種結(jié)構(gòu)特點(diǎn)限制了制動(dòng)壓力建立、各輪制動(dòng)力的分配以及與其它系統(tǒng)的集成控制等，在進(jìn)一步提高制動(dòng)效果方面潛力有限。

圖2為EHB系統(tǒng)的示意圖，EHB系統(tǒng)由于改變了壓力建立方式，踏板力不再影響制動(dòng)力，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)制動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)和原理所導(dǎo)致的不足，具有許多傳統(tǒng)制動(dòng)系統(tǒng)無法比擬的優(yōu)越性：

1.在傳統(tǒng)制動(dòng)系統(tǒng)中，在緊急制動(dòng)或長時(shí)間制動(dòng)后，系統(tǒng)部件特性可能發(fā)生變化，進(jìn)而影響制動(dòng)性能，采用EHB控制系統(tǒng)，部件機(jī)械特性的變化可由控制算法進(jìn)行補(bǔ)償，使制動(dòng)壓力等級和踏板行程始終保持一致。

2.由于蓄能器壓力等級很高，高壓制動(dòng)液通過高速開關(guān)閥的控制進(jìn)入制動(dòng)輪缸，制動(dòng)過程平順柔和。在緊急制動(dòng)工況下，制動(dòng)壓力上升梯度大，能達(dá)到的制動(dòng)壓力也更高。制動(dòng)蹄(鉗)對制動(dòng)鼓(盤)的制動(dòng)壓力通過輪缸壓力傳感器的反饋進(jìn)行精確調(diào)節(jié)，消除制動(dòng)噪聲。

3.傳統(tǒng)制動(dòng)系統(tǒng)的制動(dòng)特性無法隨意改變，而EHB系統(tǒng)通過分析駕駛員意圖，判斷不同的制動(dòng)行為，并提供最合理的壓力變化特性。

4.傳統(tǒng)制動(dòng)系統(tǒng)只能在一定程度上實(shí)現(xiàn)前后制動(dòng)壓力的分配，而EHB系統(tǒng)在四輪壓力分配方面有很大的自由度，這在左右附著系數(shù)不同的路面上制動(dòng)時(shí)效果顯著。

5.傳統(tǒng)的采用真空助力器的制動(dòng)系統(tǒng)助力能力受發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和負(fù)荷的影響，而EHB系統(tǒng)的制動(dòng)能力不受發(fā)動(dòng)機(jī)真空度影響。

6.由于制動(dòng)傳感器探測的是踏板的運(yùn)動(dòng)速度和踏板的行程，電控單元據(jù)此進(jìn)行制動(dòng)壓力調(diào)節(jié)，制造商可以根據(jù)不同的車型以及對駕駛者駕駛習(xí)慣的統(tǒng)計(jì)，僅僅通過更改控制算法和踏板感覺模擬器提供給駕駛者不同的踏板感覺，使得EHB的可移植性好。

7.傳統(tǒng)制動(dòng)系統(tǒng)在進(jìn)行ABS工作時(shí)，制動(dòng)管路內(nèi)的壓力波動(dòng)，使制動(dòng)踏板出現(xiàn)振動(dòng)現(xiàn)象，缺少經(jīng)驗(yàn)的駕駛者往往會(huì)因此而不自覺的減少踏板力，從而影響制動(dòng)效果。EHB由于踏板與制動(dòng)管路不直接相連而徹底解決了這一問題，不但可以保證各個(gè)車輪不會(huì)抱死，而且解除制動(dòng)迅速，制動(dòng)過程安全、高效，對動(dòng)力損失影響極小。

除了能夠?qū)崿F(xiàn)傳統(tǒng)制動(dòng)系統(tǒng)所能實(shí)現(xiàn)的基本制動(dòng)、ABS等基本功能外，EHB還能實(shí)現(xiàn)其他更為優(yōu)秀的輔助功能。

8.當(dāng)車輛在雨天或濕滑路面上行駛時(shí)，根據(jù)風(fēng)窗玻璃刮水器的動(dòng)作，EHB系統(tǒng)可以在固定間隔時(shí)間發(fā)出微弱的制動(dòng)脈沖，清干制動(dòng)摩擦片上的水膜，以消除制動(dòng)器的水衰退現(xiàn)象，保證可靠的制動(dòng)。

9.大部分駕駛員在遇到緊急情況時(shí)，在施加制動(dòng)力時(shí)會(huì)出現(xiàn)猶豫、施加踏板力不足，導(dǎo)致危險(xiǎn)情況的發(fā)生。EHB通過正確識(shí)別駕駛員意圖，對制動(dòng)力(由踏板行程以及踏板加速度來辨別計(jì)算)加以調(diào)整，以避免制動(dòng)力不足。

10.在需要保持駐車狀態(tài)時(shí)，可以使系統(tǒng)對車輪施加一定的制動(dòng)力，即使駕駛者松開制動(dòng)踏板依然能對車輪產(chǎn)生一定的制動(dòng)壓力，減輕駕駛者的負(fù)擔(dān)，提高駕駛舒適性，實(shí)現(xiàn)電子駐車控制EPB(Electric Parking Brake)。

11.在發(fā)生交通擁擠的情況下，系統(tǒng)與加速踏板單元傳感器相互配合，通過電控單元的分析計(jì)算做出判斷，駕駛者只需控制油門踏板，一旦把腳從油門踏板上挪開，EHB系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)施加一定的制動(dòng)力以減速停車。這樣，駕駛者就不需要在油門踏板和制動(dòng)踏板之間頻繁的轉(zhuǎn)換。

EHB系統(tǒng)的組成及工作原理

如圖2所示，EHB系統(tǒng)主要由制動(dòng)踏板單元、電子控制單元(ECU)、液壓控制單元(HCU)以及一系列的傳感器組成。

1.制動(dòng)踏板單元

包括踏板感覺模擬器、踏板力傳感器或/和踏板行程傳感器以及制動(dòng)踏板。踏板感覺模擬器是EHB系統(tǒng)的重要組成部分，為駕駛員提供與傳統(tǒng)制動(dòng)系統(tǒng)相似的踏板感覺(踏板反力和踏板行程)，使其能夠按照自己的習(xí)慣和經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行制動(dòng)操作。踏板傳感器用于監(jiān)測駕駛員的操縱意圖，一般采用踏板行程傳感器，采用踏板力傳感器的較少，也有二者同時(shí)應(yīng)用，以提供冗余傳感器且可用于故障診斷。圖3為大陸特威斯生產(chǎn)電子制動(dòng)踏板單元。

2.液壓控制單元(HCU)

制動(dòng)壓力調(diào)節(jié)裝置用于實(shí)現(xiàn)車輪增減壓操作，圖4為大陸特威斯帶ECU的EHB的液壓控制單元(HCU)。

HCU中一般包括如下幾個(gè)部分：

獨(dú)立于制動(dòng)踏板的液壓控制系統(tǒng)一該系統(tǒng)帶有由電機(jī)、泵和高壓蓄能器組成的供能系統(tǒng)，經(jīng)制動(dòng)管路和方向控制閥與制動(dòng)輪缸相連，控制制動(dòng)液流入/流出制動(dòng)輪缸，從而實(shí)現(xiàn)制動(dòng)壓力控制。

人力驅(qū)動(dòng)的應(yīng)急制動(dòng)系統(tǒng)一當(dāng)伺服系統(tǒng)出現(xiàn)嚴(yán)重故障時(shí)，制動(dòng)液由人力驅(qū)動(dòng)的主缸進(jìn)入制動(dòng)輪缸，保證最基本的制動(dòng)力使車輛減速停車。

平衡閥一同軸的兩個(gè)制動(dòng)輪缸之間設(shè)置有平衡閥，除需對車輪進(jìn)行獨(dú)立制動(dòng)控制的工況之外，平衡閥均處于斷電開啟狀態(tài)，以保證同軸兩側(cè)車輪制動(dòng)力的平衡。

3.傳感器

包括輪速傳感器、壓力傳感器和溫度傳感器，用于監(jiān)測車輪運(yùn)動(dòng)狀態(tài)、輪缸壓力的反饋控制以及不同溫度范圍的修正控制等。

圖5所示為博世公司發(fā)布的一種關(guān)于EHB系統(tǒng)的專利，系統(tǒng)帶有踏板感覺模擬裝置，一套采用液壓伺服控制的行車制動(dòng)系統(tǒng)和一套人力操縱的應(yīng)急制動(dòng)系統(tǒng)，其中，液壓伺服系統(tǒng)控制四個(gè)車輪的壓力，而人力應(yīng)急制動(dòng)系統(tǒng)只能控制兩個(gè)前輪。系統(tǒng)共有14個(gè)電磁閥，均為二位二通閥。

正常的行車制動(dòng)中，當(dāng)制動(dòng)燈開關(guān)被觸發(fā)時(shí)，電控單元判定制動(dòng)發(fā)生，由踏板行程傳感器感知駕駛員制動(dòng)意圖，進(jìn)而通電關(guān)閉隔離閥，在人力作用下從制動(dòng)主缸輸出的制動(dòng)液進(jìn)入踏板感覺模擬器，使駕駛員產(chǎn)生與操作傳統(tǒng)制動(dòng)系統(tǒng)時(shí)相同的感覺。

車輪制動(dòng)所需的能源由動(dòng)力源提供，經(jīng)主供油管路送往各輪缸，輪缸進(jìn)油閥和出油閥可以實(shí)現(xiàn)各輪缸壓力控制。同軸兩輪缸間各設(shè)有一個(gè)平衡閥，用于在常規(guī)制動(dòng)時(shí)保持兩側(cè)車輪制動(dòng)力的協(xié)調(diào)。

EHB的控制

EHB所要實(shí)現(xiàn)的制動(dòng)動(dòng)作分為基本制動(dòng)和控制制動(dòng)。

所謂基本制動(dòng)，是指駕駛者根據(jù)自己的意圖，施加或大或小的踏板力，控制車輛的減速度并保證他所期望的行駛方向，踏板力的值還達(dá)不到使車輪抱死的程度。而此時(shí)的EHB系統(tǒng)要充分反應(yīng)駕駛者的意圖，給予車輪駕駛者所期望的制動(dòng)力。

控制制動(dòng)則指在必要的附加干預(yù)下施行的制動(dòng)。即當(dāng)駕駛者欲對車輛采取緊急的全力制動(dòng)，而大力并快速地踩下制動(dòng)踏板時(shí)，EHB系統(tǒng)就應(yīng)該識(shí)別出這一要求，在給予車輪足夠大的制動(dòng)壓力的同時(shí)，對車輪上的制動(dòng)壓力進(jìn)行控制以防止車輪抱死、車輛的制動(dòng)穩(wěn)定性下降等情況的出現(xiàn)。

EHB系統(tǒng)還可以融合多種車輛控制系統(tǒng)：當(dāng)車輛在低附著路面起步或加速時(shí)以及車輛從高附著路面行駛到低附著路面時(shí)，系統(tǒng)集成驅(qū)動(dòng)防滑功能;在車輛轉(zhuǎn)彎時(shí)，EHB系統(tǒng)通過車輪制動(dòng)實(shí)現(xiàn)車輛穩(wěn)定性控制;此外，前述的自動(dòng)清水功能、電子輔助制動(dòng)功能、電子駐車制動(dòng)功能等均屬于控制制動(dòng)。

EHB系統(tǒng)具有傳統(tǒng)制動(dòng)系統(tǒng)無法比擬的優(yōu)越性，但EHB系統(tǒng)仍然采用電液控制方式，嚴(yán)格意義上說并不是純粹的線控制動(dòng)系統(tǒng)，與電子機(jī)械制動(dòng)系統(tǒng)EMB相比，EHB系統(tǒng)在當(dāng)前技術(shù)更加成熟，因而在短期內(nèi)有極佳的發(fā)展前景。