汽車主動安全技術之EDB

1、汽車主動安全技術之EBD EBD的英文全稱是Electric Brakeforce Dis-tribution 。EBD能夠根據由于汽車制動時產生軸荷轉移的不同，而自動調節(jié)前、后軸的制動力分配比例，提高制動效能，并配合ABS提高制動穩(wěn)定性。 1. 研究EBD的目的 汽車制動穩(wěn)定性直接影響到汽車安全，而制動穩(wěn)定性與制動時車輪是否抱死以及前后車輪的抱死順序密切相關。前輪抱死車輛將失去轉向能力，后輪抱死則會發(fā)生側滑甚至甩尾，后果更嚴重。理想的前后橋制動力分配曲線(簡稱I線)如圖2-1所示，它只與汽車的總重及質心位置有關，因此空載和滿載時的I曲線是不同

2、的。實際上前后橋上的制動力分配是由前后制動器的大小決定的，因此它只能是一條直線即線。圖2-1汽車前后橋制動力分配曲線傳統(tǒng)的汽車制動系統(tǒng)通常都通過在前后軸制動管路間增加一個比例閥來限制后軸的制動力，以避免制動時后輪先發(fā)生抱死側滑，從而獲得如下圖所示的制動力分配曲線，但后橋的附著利用率仍然不是最好，其附著損失見圖2-2中陰影部分 圖2-2帶比例閥的前后橋制動力分配曲線 圖2-3帶EBD的前后橋制動力分配曲線 EBD 采用電子技術替代傳統(tǒng)的比例閥來控制汽車液壓制動系統(tǒng)的前后橋制動力分配，其基本思想:盡可能增大后輪制動力，由傳感器監(jiān)測車輪的運動情況，一旦發(fā)現(xiàn)后輪有抱死趨勢，電子控制

3、器控制液壓制動器降低制動壓力。由于 EBD 調節(jié)頻率高、調節(jié)幅度小、控制精確，可使線始終位于 I 線下方且無限接近于 I 線(圖2-3所示)。因此 EBD 在保證制動穩(wěn)定性的同時，使后輪獲得了最大制動力，從而提高了整車的制動效能。2.EBD與ABS的關系及優(yōu)點： 隨著汽車工業(yè)的飛速發(fā)展和高速公路的迅速延伸, 汽車的行駛速度越來越快, 對汽車行駛安全性的要求也愈來愈高, 改善汽車的制動性能始終是汽車設計、制造部門的重要任務。汽車制動防抱死系統(tǒng)(ABS)和電子制動力分配系統(tǒng)(EB

4、D)在汽車上的開發(fā)成功, 使汽車的制動性能得到質的飛躍。ABS解決了汽車緊急制動時附著系數的利用，并可獲得較好的制動方向穩(wěn)定性及較短的制動距離，然而它不能解決制動系統(tǒng)中的所有缺陷。在車輪滑移率還沒有達到ABS的控制范圍時，作用在四個車輪上的制動壓力同時一致增大，然而前后車輪上的垂直載荷發(fā)生了轉移，前后車輪達到最佳滑移的時間并不一致，這時ABS系統(tǒng)對地面附著力的利用并沒有達到最大。因此ABS就進一步發(fā)展衍生出了電子制動力分配系統(tǒng)（EBD）。EBD是ABS的一種輔助系統(tǒng)，在ABS系統(tǒng)的基礎上增加了功能。裝載有EBD的汽車性能要遠高于只有ABS的汽車，見圖2-4。圖2-4有無EBD時車輛制

5、動性能對比圖EBD 相對于 ABS 并沒有任何硬件上的附加，而只是控制程序、功能上的優(yōu)化與增強，甚至可以說 EBD 是 ABS 衍生出的輔助功能，通過改進，增強ABS 電腦軟件控制邏輯，使運算功能更復雜，在一些汽車的產品說明書上就是以“ABS+EBD”來標明。汽車工程師們除了在編著電腦運算程序時需增加一定的控制程序之外，并沒有過多的硬件投入。EBD 在制動時能根據車輛各個車輪的運動狀態(tài)，智能分配各個車輪制動力大小，以維持車輛在制動狀態(tài)下的平穩(wěn)與方向。而且，即使 ABS 失效，EBD&#

6、160;也能保證車輛不會出現(xiàn)因甩尾而導致翻車等惡性事件的發(fā)生。 EBD 在汽車制動時即開始控制制動力，而 ABS 則是在車輪有抱死傾向時開始工作。ABS 與 EBD 都是對作用在車輪上的力矩進行控制，能防止車輪相對于路面發(fā)生滑動，以充分利用路面的附著系數，防止因左右道路附著系數不同而造成附加轉向力矩引起車輛方向失控。雖然 ABS 能夠保證后輪的穩(wěn)定性，但是 ABS 作用時的舒適性差而 EBD 只采用滑移率，相對 ABS 來說 EBD的滑

7、移率門檻值更低一些(如圖2-5所示)，制動壓力調節(jié)的升壓及降壓梯度明顯低一些，且優(yōu)先考慮持壓。其結果是制動液消耗少，且由于電磁閥工作少，液壓泵不工作，因而噪聲小，制動舒適性好，故有“高舒適性的后橋 ABS”之稱。EBD 的優(yōu)點還在于在不同的路面上都可以獲得最佳制動效果，縮短制動距離，提高制動靈敏度和協(xié)調性。EBD 另外一個特性就是它的隨動性。當車輛的載重或乘員數發(fā)生變化時，EBD 仍能根據各個車輪車速傳感器采集的信號，主動、適時、合理地進行制動力的“智能”分配，從而保證制動過程中車輛的直線行駛狀態(tài)和車身的穩(wěn)定性，讓危險夭折于萌芽狀態(tài)。圖2-5縱向力及側向

8、力與滑移率關系曲線圖3. EBD的組成及工作原理 3.1 EBD的組成 EBD 系統(tǒng)由轉速傳感器、電子控制器和液壓執(zhí)行器三部分組成。轉速傳感器安裝在 4 個車輪上，檢測車輪轉速。液壓執(zhí)行器主要由控制后橋壓力的常開閥，常閉閥和低壓蓄能器組成，低壓蓄能器的作用是暫存降壓時所排出的制動液。電子控制器接收轉速信號，根據這些信號計算車輛的參考速度及滑移率，當識別出后輪有抱死趨勢即滑移率大于某一個值時，控制器向液壓執(zhí)行器中的電磁閥發(fā)信號，使后輪制動力降低，以保證后輪不會抱死。 EBD 壓力調節(jié)過程分為升壓、保壓和降壓

9、三個階段。制動時通過助力器制動主缸建立制動壓力，此時常開閥打開、常閉閥關閉，制動壓力進入車輪制動器，車輪轉速迅速降低，直到電子控制器識別出車輪有抱死趨勢為止。當電子控制器識別出車輪有抱死趨勢時，電子控制器即關閉常開閥，此時常閉閥亦處于關閉狀態(tài)，系統(tǒng)進入低壓階段，若此時后輪仍有抱死趨勢，則進入降壓狀態(tài)，此時常開閥關閉，常閉閥打開，車輪壓力降低。降壓所排出的制動液暫存在低壓蓄能器中。制動結束后，制動踏板松開，制動主缸內的制動壓力為零。此時再次打開常閉閥，低壓蓄能器中的制動液經常閉閥、常開閥中的中單向閥返回制動主缸，低壓蓄能器排空，為下一次電子制動力分配調節(jié)做好準備。 3.2 電

10、子控制器的硬件和軟件圖2-6 EBD電子控制器硬件組成框圖圖2-6中電源變壓器把汽車電源電壓12V變?yōu)樘幚砥饔玫?V電壓。轉速傳感器信號經濾波后由觸發(fā)器把正弦波模擬信號變?yōu)橐幌盗械木匦尾}沖信號。在本設計中采用了兩個微處理器(處理器I和處理器II),這是考慮到汽車制動系統(tǒng)為主動安全件,因而采用了冗余設計。兩個處理器以相同的控制邏輯進行控制運算,僅當兩處理器的輸出結果完全一致時才會向電磁閥驅動電路送控制信號,同時電磁閥的監(jiān)控信號通過電磁閥信號反饋電路送回處理器,以確保電磁閥工作在有效狀態(tài)。兩個處理器互相間有數據交換以實現(xiàn)相互監(jiān)控。兩個看門狗結構完全相同,但彼此獨立運行,全過程監(jiān)控處理器

11、中的程序運行、控制處理器的初始化、識別過壓及欠壓故障,并在發(fā)現(xiàn)功能故障時通過電源驅動電路斷開電源負極。一旦發(fā)現(xiàn)故障情況,警告燈驅動電路就會點亮警告燈。3.3 EBD的軟件控制及控制執(zhí)行圖2-7 EBD軟件控制邏輯框圖圖2-8 階段識別及門檻值 參考車速：電子制動力分配系統(tǒng)的輸入信號為車輪速度信號,而控制輸入為滑移率。為此須根據輪速信號計算出車輛的參考速度和滑移率。 控制階段識別及其門檻值：圖中圓圈中的數字分別代表： 1S1km /h時，進入控制；  7S1km /h時，進入控制； 2退

12、出控制；                 8S2km /h時，進入控制； 3S2km /h時，進入控制； 9S2km /h時，進入控制； 4S2km /h時，進入控制； 10退出控制； 5S3km /h時，進入控制； 11退出控制； 6S2km /h時，進入控制； 上式中1，2，3分別代表

13、不同的門檻值。 其中:初始進入條件為制動減速度大于a g。退出控制條件為制動燈開關信 號由“1”變“0”或電子制動力分配功能連續(xù)工作t1ms。 控制階段執(zhí)行：階段執(zhí)行中使用由電子制動力控制邏輯計算出來的階段信息和控制條件,計算哪一個閥制動,制動時間多長,兩個壓力調節(jié)動作之間休息多長時間。 （1）階段0的執(zhí)行：無抱死趨勢,常開閥打開,常閉閥關閉,壓力直線上升。 （2）階段1的執(zhí)行：后輪有輕微抱死趨勢,常開閥、常閉閥均關閉,壓力保持 不變。這是電子制動力分配控制邏輯中優(yōu)先考慮的階段,因為它沒有噪聲,也不消耗制動液。 （

14、3）階段2的執(zhí)行：車輪有抱死趨勢,常開閥持續(xù)關閉,常閉閥脈沖通電。通 電時間一般取t2ms,間歇時間由Vc及 s 算出。降壓停止條件為電子制動力分配功能進入條件,即車輪減速度小于a·g。 （4）階段3的執(zhí)行：車輪穩(wěn)定,無抱死趨勢,常開閥脈沖通電,常閉閥持續(xù)關閉,脈沖升壓,升壓梯度為:通電t2ms間歇t3ms。 ABS 與 EBD 都是對作用在車輪上的力矩進行控制，能防止車輪相對于路 而發(fā)生滑動，以充分利用路面的附著系數，防止因左右道路附著系數不同而造成附加轉向力矩引起車輛方向失控。前面已經詳述了

15、EBD與ABS的關系，我們知道電子制動力分配是在 ABS 的基礎上發(fā)展起來的一種新功能。雖然ABS 能夠保證后輪的穩(wěn)定性，但是 ABS 作用時的舒適性差。而 EBD 只采用滑移率，不采用車輪減速度來檢測車輪的抱死趨勢，相對 ABS 來說，EBD 的滑移率門檻值更加低一些，制動壓力調節(jié)的升壓及降壓梯度明顯低一些，且優(yōu)先考慮保壓。其結果是制動液消耗少由山于電磁閥工作少，液壓泵不工作，因而噪聲小，制動舒適性好。 三，EBD的發(fā)展過程及研究現(xiàn)狀 1. EBD的發(fā)展過程

16、60;因為電子制動力分配EBD是在防抱制動系統(tǒng)( ABS) 的基礎上發(fā)展起來的一種新的功能。所以它不需要增加任何硬件，只需通過軟件即可實現(xiàn)。當更精確，高級的控制策略出現(xiàn)時，只需要進行軟件方面的升級即可。非常方便。 4. EBD的研究現(xiàn)狀 目前對EBD 的控制大都采用邏輯門限法等單一控制方式，難以消除復雜制動條件對控制系統(tǒng)的影響; 或采用輪速、壓力等多種傳感器獲取信號，通過大量試驗進行匹配研究，開發(fā)周期長。而EBD 產品為提高性價比，往往只用輪速傳感器來獲取制動信息，這給EBD 控制設計增加了困難。汽車制動

17、初期，各輪正壓力、地面附著系數、摩擦力等都不盡相同，使得各輪速、滑移率等都有不同程度的變化，但很難為這些變化建立完整模型。從輪胎與地面接觸的力學特性著手，對EBD 的控制任務進行劃分，用不依賴于精確模型的分級控制解決EBD 較為復雜的控制問題。在運行級，設計了基于單輪參考滑移率和輪減速度的模糊智能控制器來計算各輪的預分配制動力。在組織協(xié)調級，設計出基于模糊推理的整車制動力協(xié)調控制器，根據各輪參考滑移率的差異對各輪預分配制動力進行調整。 由此而設計的汽車EBD 分級控制系統(tǒng)，見圖3-1?？刂萍壍? 個局部模糊控制器分別計算4 個車輪的預

18、分配制動力; 協(xié)調級中的協(xié)調控制器對各預分配制動力進行調整，讓整車各輪得到最佳的制動力分配。圖3-1EBD的分級控制系統(tǒng)框圖在分析汽車EBD 分級控制系統(tǒng)之前，我們需要充分分析車輛制動時輪胎與地面接觸的力學特性。 （1）車輛制動模型的建立 車輛采用單輪模型，輪胎采用以最佳滑移率為界的雙線性模型，制動器模型簡化為一階積分器，考慮到制動系統(tǒng)的特性，增加延時和比例環(huán)節(jié)。 （2）參考車速和參考滑移率的計算 根據輪速傳感器的信號來計算參考車速，對實現(xiàn)EBD 控制至關重要，且這種方法要具有通用性。研究實驗中得到多種車輛ABS 

19、的大量輪速變化曲線，經數據處理分析，發(fā)現(xiàn)在車輪不抱死的前提下，采用不同輪胎的不同車輛在各種路面制動時，輪速曲線變化的基本規(guī)律是一致的。根據制動壓力、輪速和地面附著力的關系，可將輪速變化分為增壓、減壓和保壓3 種狀態(tài)區(qū)間，輪速變化過程反映了制動過程中輪胎與地面接觸的力學特性: 制動開始時，車速較高且與輪速一致，為縮短制動時間需加大制動力，此時輪速下降率最大; 隨著輪速的迅速下降，為防止車輪抱死需減小制動壓力，導致輪速下降率變小; 若繼續(xù)減壓，將不利于充分利用路面的附著系數進行制動，因此需要采用保壓方式，但保壓過久輪速會有回升趨勢，當回升到一定程度時，又開始

20、下一個制動周期。由此，提出一種取輪速峰峰值之間的連線來求解參考車速的一般計算方法。畫法如圖3-2. 圖3-2 峰值連線法求解參考車速從圖3-2可知，由于在輪速峰值點處，車輪壓力位于保壓和增壓的交界點，輪速回升到局部最高，為區(qū)間極大值，此輪速峰值最可能與當前車速接近，是用 來求解參考車速的最佳點，進而求得最佳的參考滑移率。 裝有ABS 的汽車在制動初期給各輪預分配的制動力( 矩) 是一定的。但各車輪角減速度難以相同，會導致各車輪線減速度不同。另外，各輪的( 參考) 滑移率是否超過一定的范圍也是體現(xiàn)車輪是否抱死的重要依據。因此，在ABS 起作用前應對車輪的制動力進行調整控制，而參考滑移率、車輪減速度和制動力之間的變化是相互影響的，但很難建立相應模型。模糊推