KiCad 华秋发行版 new
供应链、设计、制造，一体成就未来
华秋PCB
高可靠多层板制造商
华秋SMT
高可靠一站式PCBA智造商
华秋商城
自营现货电子元器件商城
PCB Layout
高多层、高密度产品设计
钢网制造
专注高品质钢网制造
BOM配单
专业的一站式采购解决方案
华秋DFM
一键分析设计隐患
华秋认证
认证检测无可置疑
发资料
发帖
提问
发视频
扫码添加小助手
加入工程师交流群
01汽车制动系统基本功能
传统汽车的底盘主要由传动系、行驶系、转向系和制动系四部分组成，除了支撑汽车的发动机及其他零部件外，还具有接收驾驶员的操作指令，使汽车实现行驶、转向以及制动等功能， 是燃油车的重要组成部分。其中，传动系、行驶系、转向系以及制动系四部分相互连通、相辅相成，共同构成了汽车底盘，也构成了线控底盘技术的基础。
制动系主要由制动器、助力器、制动片等部件组成，主要功能是降低处于行驶过程中汽车的速度或使其停止，大致可分为行车制动和驻车制动。其中行车制动主要用于行车时降低行车速度或使汽车停止，驻车制动主要用于停车后防止汽车发生滑动。
制动技术可分为气压制动和液压制动，通用和福特分别于1934年和1939年采用了液压制动技术。后续历经多次迭代，到20世纪50年代，液压助力制动器已开始规模化量产上车，成为后机械式制动时代的主流制动方案。以一辆配备液压制动系统的传统乘用车为例：其制动系统主要包括制动踏板、真空助力器、制动液、制动油管、制动主缸、制动轮缸以及车轮制动器，当驾驶员踩住制动踏板时发生作用力，推动真空助力器的后腔进气控制阀打开，随即后腔充气使压力大于前腔形成压力差，从而将制动力放大形成对制动主缸推杆向前的推力，推动制动主缸内的液体进入制动管路形成车轮制动力，由此车轮制动器得以执行制动操作。
图 2 真空助力器伺服制动原理
图 3 线控制动原理
02制动系统技术概览
以市面常见的线控制动系统为例，根据有无液压后备分为EHB电子液压制动和EMB电子机械制动。其中，EHB实现难度较低，仅用电子元件替代传统制动系统中的部分机械元件，保留传统的液压管路，当线控系统失效时备用阀打开即可变成传统的液压制动系统，因此也可理解为线控制动系统发展的第一阶段。
EHB根据集成度分为两种方案: Two-Box和One-Box。
Two-Box方案中，ESC和电子助力器是相互独立的模块，二者互为备份冗余;
目前，市面常见的智能刹车系统多为Two-Box架构，通过以eBooster+ESC组合的方案。
ESC和eBooster在车上共用一套液压系统，两者协调工作，原理如下：
eBooster和ESC共用一套制动油壶、制动主缸和制动管路。
当eBooster不工作时，ESC也可以独立控制制动液从主缸流入轮缸，从而建立制动力。
eBooster建压的动态响应速度比ESC主动建压更快，且NVH表现更好，因此eBooster是制动控制系统中的主执行机构。
图 5 Two-Box系统架构
图 6 ESC降级策略
2.2 One-Box系统架构(Bosch_IPB)
以One-Box为例，从硬件构型来看，汽车线控制动系统仅由一个ECU和一个制动单元来构成;从软件控制来看，线控制动系统仅由一个ECU控制，该ECU一般称为ESC，ESC包含主要功能有：ABS、VCS、VDC、制动能量回收等功能。
ABS 可以将车轮滑移率保持在理想值，并防止车轮抱死;
TCS 用于保持车辆加速稳定，通过发动机 ECU(Electronic Control Unit)或者VCU和制动系统来调节驱动轮的过度滑转，保持驱动力处在最佳车轮滑转率范围;
图 7 Bosch IPB总成
其工作原理如下：
图 8 IPB的工作原理
2.3 ABS技术
ABS技术，又称为制动防抱死系统，顾名思义，就是指防止在汽车行车制动时车轮出现抱死的情况。所谓抱死，是指汽车车轮在制动时停止转动，以盘式刹车为例。刹车的时候，制动系统推动刹车片夹住车轮上的刹车盘，通过巨大的摩擦力使车轮停止转动，车辆就会由于轮胎和地面间的摩擦力而停下来。刹车的实质，其实就是将车辆的动能转换为刹车片与刹车盘之间，以及轮胎和路面之间发生摩擦而产生的热能。如果让车轮停止转动的制动力(刹车片与刹车盘之间的摩擦力)超过了轮胎和路面之间的静摩擦力，那么轮胎就会在路面上发生滑动，而车轮并不转动，这种现象就是车轮抱死。车轮一旦被抱死，不再滚动，那么在路面上滑行的汽车就像是在冰面上滑动的冰球，完全失去控制方向的能力，无法躲避障碍，还容易发生旋转，非常危险。当在湿滑路面上刹车时，由于轮胎与路面之间的静摩擦力很小，比较容易被制动力超过，造成抱死。而在干燥路面上大力急刹车的时候，要是制动力非常大，也会超过轮胎和地面之间的静摩擦力，同样造成抱死。 在没有ABS的年代，有经验的驾驶员会通过“点刹”来防止车轮抱死，也就是踩一点刹车后再松一点刹车，不断反复。ABS实际上就是在ECU控制下的自动点刹。在需要紧急制动的情况下，驾驶员只需要大力踩死刹车，专心控制方向。ABS会自动根据传感器获得的信息高速做出交替刹车和松开刹车的动作，点刹的速度可以高达每秒十几次。ABS还可以通过控制刹车液的压力自动调整每个车轮上刹车的力度，以达到最佳的刹车效果，同时保证车轮不被抱死。
图 9 ABS工作原理
2.4 TCS技术
牵引力控制系统简称TCS，又称驱动防滑控制系统。它能防止车辆尤其是大马力车在起步、加速时驱动轮打滑，维持汽车行驶的稳定性;本质上，TCS是ABS系统在汽车上的衍生产物。从汽车理论角度，TCS主要是通过调节驱动力矩的大小，保证该力矩不超过轮胎与路面的最大附着力，提高车辆安全性。
以混动汽车为例(涵盖发动机和电机)，TCS的常见控制方式如下：
发动机输出转矩调节
通过调节发动机节气门开度、点火参数和调节燃油供给量三种方法可以控制发动机的输出转矩。
节气门开度调节是通过控制发动机节气门的开度角来控制进气量，从而调节发动机的输出扭矩。采用这种控制方式时，发动机工作平稳，但响应较慢。
点火参数调节是指减小点火提前角，燃油供给调节是指减小供油量或暂停供油，这两种控制方法响应较快，但可能会引起发动机的不正常工作。
发动机输出转矩调节是最早应用的牵引力控制方式，它在低附路面上或在高速时控制效果比较好。但是发动机响应较慢，而且会同时调节所有驱动轮的驱动力矩，因此主要在低附路面和高速时使用，提高汽车的行驶稳定性。
驱动轮制动力矩调节
驱动轮制动力矩调节是比较常用的控制方式，是指在打滑的驱动轮上施加适当的制动力矩，从而控制其滑转率在最佳范围内。这种控制方式响应较快，而且对有独立通道的制动系统可以独立控制各车轮的制动力矩，这种方式在分离路面上效果较好;但长时间对驱动轮施加制动力矩会导致制动器过热;汽车中高速行驶时，可能造成驱动轮的驱动力相差较大而对车辆稳定性产生影响，所以中高速时不宜使用。
电机输出转矩调节
电机输出转矩调节是通过调节电机的电压、转速或电流来控制电机的输出转矩。这种控制方式响应快、灵敏度高且精确，比制动力矩的调节响应更快，而且控制方便，电机转矩在混合动力汽车中起“削峰填谷”的重要作用，所以电机转矩调节是混合动力汽车牵引力控制的重要控制方式。
图 10 TCS用途
图 11 TCS控制框图
上图描述了两个控制功能，一个是发动机扭矩调节，其通过与发动机 ECU 通讯，请求驱动单元通过调节电子节气门、燃油量和点火提前角来减少发动机转矩，如果车辆为汽油机，则由发动机 ECU通过控制空燃比或延迟点火时间以实现调节发动机实际转矩(电机);另一个是制动力矩调节，在液压控制系统的作用下，请求制动力矩介入制动打滑车轮，在这两个控制功能共同作用下保持驱动轮转速在理想范围内以提高复杂工况下汽车的加速性能。
2.5 VDC技术
VDC 控制主要用于防止车辆侧向失稳，比如限制汽车在高速行驶或者在附着力较低的路面上可能会发生转向不足或转向过度的现象，并且将车辆横向稳定性、跟随理想横摆角速度和抑制质心侧偏角作为目标。车辆横向失稳产生的原因主要来自以下三个方面：
转弯离心力的作用下，轮胎的弹性效应和侧偏特性，使得轮胎产生侧偏角，导致车辆出现横向偏移;
转弯时突然的制动和驱动，使得轮胎的侧偏刚度减低，因此车辆侧滑;
驾驶员误操作，比如快速打方向盘并且制动，车辆进入非线性区域，质心侧偏角迅速增大，偏离期望轨迹。
图 12 VDC控制原理
VDC 接收车身物理状态如速度、横摆角速度、侧向加速度;车轮的物理特性如车轮滑移率;方向盘转角信号和发动机转矩，并在极端工况下通过发动机扭矩调节与横摆力矩修正共同用于调节车辆横向稳定性。首先根据质心侧偏角、侧向加速度、方向盘转角和车速的门限设定以识别车辆是否存在侧滑危险，并将其作为 VDC 介入判断办法;然后，在不同工况下修正并计算目标横摆角速度，并结合与车辆实际横摆角速度差值和质心侧偏角，将失稳
工况区分为过度转向、不足转向、反舵和激转;车辆处在不足转向情况下，制动内后侧车轮，如果内后轮出现抱死，则协调制动内前车轮，车辆处在过度转向情况下，制动外前轮，如果前外轮出现抱死，则协调制动前内侧车轮。最后，根据车辆横摆力矩与制动力的动力学关系，确定被控车轮制动力矩以产生目标横摆力矩。
2.6 EPB技术
EPB(电子驻车制动)是线控技术在驻车系统的应用。EPB 采用电信号传输，实现了驻车制动的电子化控制，具有更快的响应速度。L2 的ACC/AP/AEB 等功能中，EPB起到请求和解除驻车的作用。 当驾驶员按动 EPB 按钮时， EPB 的控制模块接到来自按钮的信号，
控制模块向执行机构的电机施加电流使其转动，电机释放的转矩在降速、增扭后，通过输 出轴螺纹副或滚珠丝杠副将电动制动单元输出的扭矩转化为直线推力，推动制动活塞运动， 将推力转化为制动块压紧至制动盘的压力，进而实现车辆车速减少或驻车制动。
图 13 EPB执行机构
集成型 EPB 可联动 ABS/ESC 等核心安全系统。根据是否有单独 EPB ECU 划分，EPB可分为ECU独立型和ECU集成型，集成型EPB将EPB和ESC系统整合在一个控制器里，降低了ECU成本和线束等部件布局的复杂性，并且 EPB 硬件更加模块化(可整合ABS、ESC、 ACC等功能)，提高车辆行驶的安全性。因技术要求，集成型EPB需要企业具备ESC的生产能力。
图 14 ECU集成式EPB 图 15 ECU独立式EPB
2.7 小结
03发展趋势
接受上层感知层和决策层的指令;
建立统一的车辆动力学概率模型，实现多执行系统的优化协同控制;
将上层决策指令传递给各线控底盘子系统 ECU，实现动力控制。底盘域控能够实现底盘传感系统整合与信号融合，优化整车功能安全等级与驾乘体验，是实现线控底盘运算集成化的必要构件。目前，主机厂将更多精力放在“大脑”(智能驾驶域控制器)上，而开发流程较为复杂、调校周期较长的“小脑”(底盘域控制器) 更多交由第三方供应商协作完成。
图 16 底盘域控架构
审核编辑：汤梓红
浏览量
浏览量
浏览量
浏览量
原文标题：以市面常见的线控制动系统为例，根据有无液压后备分为EHB电子液压制动和EMB电子机械制动。
扫码添加小助手
加入工程师交流群
下载发烧友APP
电子发烧友观察
长沙市望城经济技术开发区航空路6号手机智能终端产业园2号厂房3层（0731-88081133）