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一文了解底盤域控之制動(dòng)功能

貞光科技 ? 2024-12-13 16:46 ? 次閱讀
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1 底盤域控基礎(chǔ)

1.1 底盤域控的概念

1.2 線控底盤技術(shù)

1)線控制動(dòng)系統(tǒng)

2)線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)

2 制動(dòng)系統(tǒng)功能

2.1 制動(dòng)系統(tǒng)原理

2.2 制動(dòng)系統(tǒng)的發(fā)展歷史

2.3 電子穩(wěn)定系統(tǒng)ESP

2.4 線控制動(dòng)系統(tǒng)--EHB

1)Two box - iBooster+ESP

2)One box -IPB

3 駐車制動(dòng)系統(tǒng)

3.1 駐車制動(dòng)系統(tǒng)基礎(chǔ)

3.2 EPB的功能

3.3 EPB的實(shí)現(xiàn)方案


1 底盤域控基礎(chǔ)

1.1 底盤域控的概念

隨著汽車行業(yè)的快速發(fā)展,最初用于發(fā)動(dòng)機(jī)控制的ECU逐漸擴(kuò)展到車身,底盤,智能座艙和智能駕駛。這樣使得整車電子電器架構(gòu)變得越來越復(fù)雜,也越來越難以維護(hù)和升級(jí)。

Source: EEA_BBMInnoChinese20160929.pptx

因此,在這樣的需求背景下,傳統(tǒng)的分布式架構(gòu)朝著域集中式架構(gòu)快速發(fā)展,新一代架構(gòu)采用了適當(dāng)?shù)募苫?,平臺(tái)的可擴(kuò)展性變得更好??紤]到車身與底盤等部分的少數(shù)ECU對(duì)安全性和可靠性要求較高,全部集成的難度較高,因此目前各OEM家會(huì)根據(jù)自身的設(shè)計(jì)理念差異而劃分成幾個(gè)不同的域,通常劃分為5個(gè)域:動(dòng)力域、底盤域、車身域、座艙域和ADAS域,如下所示:

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Source: Microsoft PowerPoint - EEA_BBMInnoChinese20160929.pptx

以底盤域?yàn)槔环矫?,底盤域控制器具備網(wǎng)關(guān)的協(xié)議轉(zhuǎn)換功能,通常利用CAN網(wǎng)絡(luò)接收駕駛員的操縱指令或智能駕駛指令,以及同汽車動(dòng)態(tài)特征有關(guān)的所有傳感器的信息;另一方面,底盤域控制器同本域內(nèi)所有的執(zhí)行ECU通過CAN網(wǎng)絡(luò)連接起來,底盤域控制器運(yùn)行底盤最高層的控制策略和控制邏輯,包括駕駛員意圖識(shí)別,XYZ控制,故障診斷與降級(jí)處理等。總之,底盤域控制器會(huì)進(jìn)行綜合平衡和全面協(xié)調(diào),會(huì)對(duì)汽車底盤各子執(zhí)行控制系統(tǒng)進(jìn)行合理分工,會(huì)用最佳的方法來完成汽車的動(dòng)態(tài)控制和穩(wěn)定。底盤域控的另一趨勢(shì)是正在向線控底盤發(fā)展。

1.2 線控底盤技術(shù)

線控底盤技術(shù)是指利用傳感器感知駕駛員駕駛意圖(方向,油門和制動(dòng)),并將其通過硬線輸送給底盤域控制器,然后底盤域控制器計(jì)算或決策出線控驅(qū)動(dòng)、線控轉(zhuǎn)向、線控制動(dòng)和線控懸掛的控制指令,然后響應(yīng)的執(zhí)行控制器根據(jù)控制指令來實(shí)現(xiàn)汽車的轉(zhuǎn)向、制動(dòng)、驅(qū)動(dòng)等功能,從而取代傳統(tǒng)汽車靠機(jī)械或液壓來傳遞操縱信號(hào)的控制方式。線控底盤最核心的是線控制動(dòng)和線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。

1)線控制動(dòng)系統(tǒng)

線控制動(dòng)系統(tǒng),即Brake-By-Wire,是線控底盤技術(shù)中是難度最高的,但也是最關(guān)鍵的技術(shù)。線控制動(dòng)系統(tǒng)掌控著自動(dòng)駕駛的底盤安全性和穩(wěn)定控制,只有擁有足夠好的制動(dòng)性能(包括響應(yīng)速度快、平順性好等),才能為我們的安全提供良好保障。

線控制動(dòng)系統(tǒng)根據(jù)車輪制動(dòng)壓力系統(tǒng)的不同可分為電控液壓制動(dòng)系統(tǒng)EHB電控機(jī)械制動(dòng)系統(tǒng)EMB兩大類。

EHB由電子制動(dòng)踏板模塊、電控單元 (ECU)、液控單元(HCU)、傳感器和CAN網(wǎng)絡(luò)等部分組成。各車輪的制動(dòng)力矩仍然靠輪缸里的液壓產(chǎn)生,輪缸與EHB的HCU相連通,HCU的能量來源不再是駕駛員,而是由電動(dòng)液壓泵所產(chǎn)生的高壓油。當(dāng)駕駛員踩制動(dòng)踏板時(shí),制動(dòng)踏板力和行程由傳感元件所測(cè)量,將其結(jié)果傳遞給ECU,然后ECU對(duì)HCU 中不同的電磁閥門進(jìn)行相應(yīng)的控制來調(diào)節(jié)各輪缸的壓力。

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source: What is electro-hydraulic braking? PH Explains

同EHB系統(tǒng)相比, EMB的執(zhí)行機(jī)構(gòu)也發(fā)生了質(zhì)的變化。它的車輪制動(dòng)壓力不再由液壓產(chǎn)生,而是來源機(jī)電一體式制動(dòng)器,4個(gè)獨(dú)立的高性能機(jī)電一體式制動(dòng)器在每個(gè)車輪上產(chǎn)生制動(dòng)力。EMB系統(tǒng)由電子制動(dòng)踏板模塊、主電子控制單元(ECU)、4個(gè)包含電控模塊(WCU)的機(jī)電一體式制動(dòng)器、多種傳感器和CAN網(wǎng)絡(luò)等部分組成。剎車時(shí),電子制動(dòng)踏板模塊感知駕駛員的指令,通過CAN同時(shí)向主ECU發(fā)出信號(hào),主ECU計(jì)算出各個(gè)車輪期望制動(dòng)力,并將執(zhí)行指令傳遞給4個(gè)WCU。WCU對(duì)控制機(jī)電一體式制動(dòng)器作相應(yīng)的控制和調(diào)節(jié),來完成必要的制動(dòng)力矩響應(yīng)。

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source: Brembo details its Brake-by-Wire system - Professional Motor Mechanic

2)線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)

線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng),即Steer-By-Wire,能夠無束縛地得到無人駕駛進(jìn)行轉(zhuǎn)彎的指令目標(biāo)輸入和汽車轉(zhuǎn)向輪的變化之間的關(guān)系,可以控制轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)和行駛需要之間的關(guān)系,這樣就能夠?qū)囕v進(jìn)行調(diào)節(jié)。線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)直接關(guān)系到自動(dòng)駕駛路徑與方向的精確控制。

source: Steer by wire toyota (http://automotorpad.com)

線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)一般由轉(zhuǎn)向盤和轉(zhuǎn)向盤力矩模擬電機(jī)、轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角傳感器、控制器單元(ECU)以及車輪轉(zhuǎn)向執(zhí)行機(jī)構(gòu)等部分組成。當(dāng)駕駛員操縱轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)向時(shí),一方面執(zhí)行電機(jī)要根據(jù)駕駛員的意向?qū)η拜喌霓D(zhuǎn)角進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)節(jié)和控制;另一方面轉(zhuǎn)向盤力矩模擬電機(jī)要根據(jù)汽車的運(yùn)動(dòng)狀況計(jì)算出轉(zhuǎn)向盤的回正力矩,為駕駛員模擬相應(yīng)的路感。

除此之外,線控底盤技術(shù)還包括線控驅(qū)動(dòng)和線控懸架,總的來說線控底盤技術(shù)是一個(gè)很宏大的話題,本文接下來將只對(duì)線控制動(dòng)技術(shù)進(jìn)行介紹。

2 制動(dòng)系統(tǒng)功能

線控制動(dòng)是底盤域控的重要內(nèi)容,其功能主要包括行車制動(dòng)和駐車制動(dòng)。為了深入了解線控制動(dòng),本文先從行車制動(dòng)系統(tǒng)為切入點(diǎn),梳理該制動(dòng)系統(tǒng)的基礎(chǔ)內(nèi)容,包括基本概念,發(fā)展過程,組成與工作原理等內(nèi)容,再對(duì)駐車制動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行介紹。

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為了建立對(duì)制動(dòng)系統(tǒng)的最初步認(rèn)識(shí),先了解制動(dòng)系統(tǒng)原理以及制動(dòng)系統(tǒng)的發(fā)展歷史。

2.1 制動(dòng)系統(tǒng)原理

關(guān)于制動(dòng)系統(tǒng)原理,本質(zhì)上各種類型制動(dòng)系統(tǒng)都一樣,這里以典型的真空助力制動(dòng)系統(tǒng)為例子來說明。如下圖所示,真空助力制動(dòng)系統(tǒng)組成包括制動(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)輪缸和車輪制動(dòng)器(盤式/鼓式制動(dòng)器)等。

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source: What You Need to Know About Brakes - R&L Automotive

其具體工作原理是:

  • 首先,駕駛員踩制動(dòng)踏板,施加到踏板的力經(jīng)過杠桿機(jī)構(gòu)第一級(jí)放大傳遞到真空助力器;
  • 然后,真空助力器經(jīng)過第二級(jí)放大將制動(dòng)力傳遞到制動(dòng)主缸,同時(shí)在蓄能器作用下進(jìn)一步加壓,將制動(dòng)主缸的制動(dòng)液推入到制動(dòng)輪缸;
  • 最后,制動(dòng)輪缸的制動(dòng)液推動(dòng)輪端制動(dòng)器加緊剎車盤,阻礙剎車盤轉(zhuǎn)動(dòng),以此實(shí)現(xiàn)制動(dòng)。

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source:vehicle brake system

2.2 制動(dòng)系統(tǒng)的發(fā)展歷史

制動(dòng)系統(tǒng)的發(fā)展過程大致分為5個(gè)階段,即:

1)人力機(jī)械式到真空助力液壓式

最初的汽車制動(dòng)系統(tǒng)是人力機(jī)械式,即駕駛員操縱一組簡(jiǎn)單的機(jī)械裝置向制動(dòng)器直接施加作用力。那時(shí)汽車小,重量輕,速度低,人力機(jī)械制動(dòng)能夠滿足汽車制動(dòng)的要求。隨著汽車的不斷發(fā)展,汽車變得越來越大,也越來越重,人力機(jī)械制動(dòng)系統(tǒng)不再好使了,同時(shí)伴隨著科技的不斷進(jìn)步,一些新技術(shù)被引入到汽車制動(dòng)系統(tǒng),真空助力液壓制動(dòng)系統(tǒng)被設(shè)計(jì)出來。

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source:148-001-Brakes101-BrakeDiagram.jpg

2)ABS+TCS+VDC-->ESP

隨著汽車的速度越來越快,對(duì)汽車的操作穩(wěn)定性能要求也越來越高。因此,最先是應(yīng)用ABS功能來解決車輪抱死問題,然后是應(yīng)用TCS功能來解決牽引力驅(qū)動(dòng)問題,再是應(yīng)用VDC功能來解決車輛動(dòng)態(tài)控制問題。這三個(gè)功能集成在一個(gè)控制器,也就是前面所提到的ESP,這樣,汽車制動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)化成真空助力液壓制動(dòng)+ESP組合形式。

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source: 汽車線控制動(dòng)系統(tǒng)ibooster詳解_ibooster工作原理

3)電動(dòng)助力代替真空助力

面對(duì)日益緊張的能源問題,對(duì)于汽車,一方面,需要發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒效率不斷提升,這時(shí)需要采取將更多的空氣通入氣缸的方法來提升燃燒效率,而這種方法會(huì)導(dǎo)致真空度降低,對(duì)制動(dòng)助力產(chǎn)生不利影響。另一方面,發(fā)展新能源汽車,用電機(jī)代替發(fā)動(dòng)機(jī),而發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生真空源,沒了發(fā)動(dòng)機(jī),真空助力器就使用受限。另外,新能源汽車為了更加節(jié)能,有再生制動(dòng)和能量回收的需求。為了解決這些問題,電動(dòng)助力就被推出,比如博世最先推出了iBooster:

source: 博世Bosch iBooster工作原理,ESP HEV Tesla model3

采用電動(dòng)助力后,制動(dòng)系統(tǒng)不需要真空源,取代了傳統(tǒng)的真空泵和真空軟管,使得整個(gè)系統(tǒng)體積更小,重量也更輕;又可以再生制動(dòng)和能量回收,整體系統(tǒng)更加節(jié)能;另外相較于真空助力,電動(dòng)助力響應(yīng)速度更快,控制壓力也更精準(zhǔn)。

4)線控制動(dòng)系統(tǒng)

最近幾年,隨著智能駕駛的更高智能化需求,也考慮到未來自動(dòng)駕駛的發(fā)展,對(duì)線控制動(dòng)系統(tǒng)的需求也越來越強(qiáng)烈。各大供應(yīng)商積極響應(yīng)市場(chǎng)需求,陸續(xù)量產(chǎn)了相應(yīng)的產(chǎn)品。

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source: 線控制動(dòng)之BOX之爭(zhēng)_搜狐汽車

比如博世的IPB(Integrated Power Brake),本質(zhì)上是將iBooster和ESP合二為一。但I(xiàn)PB縮小了制動(dòng)系統(tǒng)的體積,減輕了重量,降低了成本;同時(shí),IPB解耦了踏板系統(tǒng),更能滿足智能駕駛的制動(dòng)需求。

5)線控制動(dòng)系統(tǒng): EHB & EMB

上面的iBooster+ESP和IPB都被劃分為線控制動(dòng)系統(tǒng)的一種-電子液壓制動(dòng)系統(tǒng)即EHB(Electro-hydraulic brake system),而EMB(Electro-mechanical brake system)屬于另一種-電控機(jī)械制動(dòng)系統(tǒng)。EMB是一種電控純機(jī)械制動(dòng),采用電子機(jī)械系統(tǒng)取代了傳統(tǒng)制動(dòng)系統(tǒng)中的液壓系統(tǒng),四輪的制動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)分別由獨(dú)立的電機(jī)來驅(qū)動(dòng),如下簡(jiǎn)圖:

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source: FlexRay_E: Brake-by-wire

可以說,EMB 是真正意義上的線控制動(dòng)系統(tǒng),但一些EMB的核心技術(shù)問題仍未解決,所以目前的EMB方案都沒有量產(chǎn)。現(xiàn)在市場(chǎng)主流的線控制動(dòng)系統(tǒng)都是EHB。

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source: Bosch video & Braking 101: The System, Physics and Science of the Motion Management

以上就簡(jiǎn)單介紹了制動(dòng)系統(tǒng)發(fā)展的過程與趨勢(shì),接下來繼續(xù)介紹主流的線控制動(dòng)系統(tǒng)--EHB,不過先得從ESP說起。

2.3 電子穩(wěn)定系統(tǒng)ESP

在了解了制動(dòng)系統(tǒng)的原理及其發(fā)展歷史后,接下來我們來了解行車制動(dòng)的主要功能,這個(gè)得從電子穩(wěn)定系統(tǒng)ESP開始。汽車雖然具備基本的制動(dòng)系統(tǒng),但隨著汽車速度越來越快,并不能完全保證行駛的安全穩(wěn)定。比如緊急剎車,踏板踩到底,這時(shí)車輛可能會(huì)出現(xiàn)轉(zhuǎn)向困難或側(cè)滑;或在光滑路面有時(shí)會(huì)出現(xiàn)驅(qū)動(dòng)輪打滑而失控,或者有時(shí)出現(xiàn)轉(zhuǎn)向不足或過度而失控等問題。

為了解決這些問題,一代代工程師不斷努力,迭代出了基于制動(dòng)系統(tǒng)的電子控制系統(tǒng)(ESP, Electronic Stability Program)。ESP的核心功能主要包含3塊:ABS(Anti-lock Brake System,防抱死系統(tǒng))、TCS(Traction Control System,牽引力控制系統(tǒng))、VDC(Vehicle Dynamics Controller,車輛動(dòng)態(tài)控制器)。

1)ABS

緊急剎車會(huì)使輪胎抱死(車輪不能轉(zhuǎn)動(dòng)),前輪抱死會(huì)失去轉(zhuǎn)向能力,后輪抱死易側(cè)滑。這時(shí)有了ABS功能,就會(huì)采用類似于點(diǎn)剎的操作,讓車輪處于“邊滾邊滑”的狀態(tài),使得車輪不抱死,車輛就不會(huì)失控,從而避免撞上障礙物。

2)TCS

車輛起步時(shí)驅(qū)動(dòng)輪打滑,無法起步,同時(shí)可能會(huì)方向失控。這時(shí)啟用TCS,比如車輛在冰面起步,通過TCS調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)力,使得車輛正常起步;或車輛在分離路面(一側(cè)高附,另一側(cè)低附),通過TCS調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)力的同時(shí),對(duì)低附側(cè)車輪施加制動(dòng)力,使得車輛正常起步。

3)VDC

ABS/TCS解決了車輛縱向方向的控制問題,比如制動(dòng)和起步,但是車輛橫向方向的控制問題,比如轉(zhuǎn)向不足或轉(zhuǎn)向過度。這時(shí)需要使用VDC來解決,針對(duì)車輛出現(xiàn)轉(zhuǎn)向不足時(shí),VDC將對(duì)車輛內(nèi)側(cè)后輪進(jìn)行額外的制動(dòng),以增加車輛橫擺,讓車頭向彎內(nèi)方向擺動(dòng);針對(duì)車輛出現(xiàn)轉(zhuǎn)向過度時(shí),VDC將對(duì)車輛外側(cè)前輪進(jìn)行額外的制動(dòng),以減少車輛橫擺,讓車頭向彎外方向擺動(dòng)。

隨著技術(shù)的不斷優(yōu)化與迭代,除了上述三大功能,ESP還增加了更多的功能,比如電子制動(dòng)力分配功能(EBD),其取代了通過機(jī)械部件分配前后軸的制動(dòng)力。EBD不僅降低了成本,而且使制動(dòng)力的分配極其靈活。另外,ESP系統(tǒng)也逐漸在集成其他附加功能,包括

  • 液壓制動(dòng)輔助功能(Hydraulic Brake Assist, HBA): HBA檢測(cè)緊急制動(dòng)情況,通過將制動(dòng)壓力提高到車輪抱死的極限值來縮短制動(dòng)距離。
  • 駐車制動(dòng)的減速控制功能(Controlled Deceleration for Parking Brake, CDP): 當(dāng)駕駛員請(qǐng)求時(shí),CDP制動(dòng)車輛直至靜止。
  • 坡道輔助控制功能(Hill Hold Control, HHC): 當(dāng)車輛駛離坡道時(shí),HHC干預(yù)制動(dòng)系統(tǒng),防止溜坡。
  • 陡坡緩降控制功能(Hill Descent Control, HDC): HDC通過自動(dòng)剎車幫助駕駛員下陡坡。
  • 液壓衰退補(bǔ)償功能(Hydraulic Fading Compensation, HFC): 如果即使駕駛員用力踩下制動(dòng)踏板,也無法達(dá)到最大可能的車輛減速,HFC會(huì)進(jìn)行干預(yù)。
  • 液壓后輪增壓功能(Hydraulic Rear Wheel Boost, HRB): 在ABS制動(dòng)應(yīng)用期間,HRB還能增加后輪的制動(dòng)壓力達(dá)到車輪抱死的極限值。
  • 制動(dòng)盤擦拭功能(Brake Disk Wiping, BDW): BDW通過短暫的制動(dòng)去除制動(dòng)盤上的飛濺水,這個(gè)制動(dòng)不會(huì)被駕駛員感知到。

以上僅僅列舉幾種典型的附加功能,其實(shí)還有更多的附加功能,這里就不再列舉。

2.4 線控制動(dòng)系統(tǒng)--EHB

聊起線控制動(dòng)系統(tǒng),就常聽到two box和one box,它們是什么?

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這兩詞其實(shí)指從集成度角度劃分的兩種EHB技術(shù)方案。two box是指制動(dòng)系統(tǒng)主體包括電子助力器和電子穩(wěn)定控制模塊,比如博世的iBooster+ESP。而one box是指將制動(dòng)系統(tǒng)將電子助力器和ESP模塊集成為一體,比如博世的IPB。

下面借助博世這兩個(gè)產(chǎn)品,說明它們的組成和基本工作原理,以此來加深two box 和 one box的概念。

1)Two box - iBooster+ESP

先了解iBooster。iBooster這項(xiàng)制動(dòng)技術(shù)是博世2013推出,目前博世 iBooster 已經(jīng)更新到第二代產(chǎn)品。iBooster的組成如下圖所示:

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source: 博世IBooster系統(tǒng)解析

iBooster的工作原理是:駕駛員踩下制動(dòng)踏板,踏板移動(dòng)輸入推桿;踏板行程差傳感器檢測(cè)到輸入推桿的位移,提供位移信號(hào)給電控單元;電控單元計(jì)算并控制電機(jī)產(chǎn)生的目標(biāo)助力扭矩;傳動(dòng)裝置將該扭矩轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的制動(dòng)力,與踏板的輸入產(chǎn)生的輸入推桿力一起作用在制動(dòng)主缸,共同轉(zhuǎn)化為制動(dòng)器輪缸液壓力,以此來實(shí)現(xiàn)制動(dòng)。

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source: 博世iBooster系統(tǒng)解析

另外,iBooster的電機(jī)助力特性可充分考慮駕駛員的駕駛喜好和風(fēng)格,可提供不同類型的踏板感,可以偏舒適類型,也可以偏運(yùn)動(dòng)類型。

再了解ESP。ESP是以車輪滑動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)為基礎(chǔ),它不僅集成了ABS,TCS和VDC三大核心功能,還包括EBD(電子制動(dòng)力分配系統(tǒng)),HDC(陡坡緩降控制),HAS(坡道起步輔助),DTV(動(dòng)態(tài)扭矩哦控制)等多項(xiàng)功能。

ESP的組成包括傳感器(信號(hào)輸入裝置)、電子控制單元,制動(dòng)液壓系統(tǒng)和執(zhí)行器等部件,如下所示:

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source:圖解汽車ESP電子穩(wěn)定系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與功能_搜狐汽車

ESP的工作原理是:輪速傳感器、加速度傳感器 制動(dòng)壓力傳感器、轉(zhuǎn)向傳感器等檢測(cè)相應(yīng)的信號(hào),提供給控制器;控制器根據(jù)這些信號(hào)和其他控制器提供的信息對(duì)車輛狀態(tài)進(jìn)行判斷和計(jì)算,決策如何去控制相應(yīng)的執(zhí)行器;執(zhí)行器接收到實(shí)際的激勵(lì)而動(dòng)作,以此實(shí)現(xiàn)ESP里相應(yīng)的功能,確保車輛的操作穩(wěn)定性能。

通過上述對(duì)iBooster與ESP的基本說明,不難理解,使用兩者構(gòu)成two box的方案,一方面既可實(shí)現(xiàn)制動(dòng)功能又可確保操作穩(wěn)定性能;另一方面兩者可互為冗余,一旦 iBooster 失效,ESP 系統(tǒng)將接管并提供制動(dòng)助力,即使兩者都失效,仍然可依靠純液壓制動(dòng)系統(tǒng)制動(dòng),這樣雙冗余備份方法將對(duì)智能駕駛功能的實(shí)現(xiàn)極具價(jià)值。

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source:【雜談】——博世iBooster探秘

2)One box -IPB

IPB是博世著手針對(duì)未來更高智能化需求的L3和L4而推出,IPB可理解是將電子助力器和ESP集成為一體, 它具有最高的動(dòng)力性能,有助于提高混合動(dòng)力車和電動(dòng)車的效率,由于采用了一體化設(shè)計(jì),重量和復(fù)雜性都降到了最低。

對(duì)于IPB工作原理,與iBooster+EPS方案一樣,也就是:當(dāng)駕駛員踩下制動(dòng)踏板時(shí),控制單元通過集成傳感器計(jì)算駕駛員的制動(dòng)要求;IPB使兩個(gè)制動(dòng)回路與制動(dòng)踏板解耦,并與踏板感模擬器建立連接。與此同時(shí),控制單元會(huì)計(jì)算電機(jī)的驅(qū)動(dòng)信號(hào),電機(jī)通過一個(gè)齒輪裝置產(chǎn)生液壓活塞移動(dòng),由此產(chǎn)生的液壓力通過制動(dòng)液傳遞到車輪制動(dòng)器,以此實(shí)現(xiàn)制動(dòng)。

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source: Integrated Power Brake – modular set extension for highly automated driving

關(guān)于失效處理,IPB會(huì)比較復(fù)雜,不同的失效類型會(huì)對(duì)應(yīng)不同的降級(jí)模式。比如因斷電造成助力失效時(shí),IPB會(huì)進(jìn)入機(jī)械備份模式,通往踏板感模擬器的電磁閥關(guān)閉,電機(jī)通往輪端的電磁閥也關(guān)閉,主缸主、副腔通往輪端的電磁閥打開,駕駛員踩踏板建立的壓力直接傳遞到制動(dòng)輪缸,以此實(shí)現(xiàn)車輛制動(dòng)。

而對(duì)于更高級(jí)別自動(dòng)駕駛制動(dòng)系統(tǒng),在任何情況下,制動(dòng)都由制動(dòng)系統(tǒng)自動(dòng)完成,不在由駕駛員操作,因此失效處理就更為棘手。博世提出了一個(gè)冗余制動(dòng)單元(RBU,Redundant Brake Unit)作為IPB的補(bǔ)充,具體可參考:Integrated Power Brake – modular set extension for highly automated driving。

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source: Integrated Power Brake – modular set extension for highly automated driving

這樣,IPB作為主要的制動(dòng)系統(tǒng)來執(zhí)行絕大多數(shù)情況下的制動(dòng)請(qǐng)求,RBU作為IPB失效情況下的冗余制動(dòng),代替駕駛員操作,以此進(jìn)一步提高系統(tǒng)的可靠性。

以上就是基于博世的兩款產(chǎn)品對(duì)EHB的two box和 one box介紹。

3 駐車制動(dòng)系統(tǒng)

上面介紹完了行車制動(dòng)系統(tǒng)內(nèi)容,接下來將介紹駐車制動(dòng)系統(tǒng)內(nèi)容。

3.1 駐車制動(dòng)系統(tǒng)基礎(chǔ)

駐車制動(dòng)系統(tǒng)是指通過鎖住傳動(dòng)軸或者后輪來達(dá)到控制停車制動(dòng)的系統(tǒng),主要包括機(jī)械手剎和電子手剎。

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Source:你能hold住嗎?詳解四大駐車制動(dòng)裝置

關(guān)于機(jī)械手剎,即傳統(tǒng)的手剎或腳剎,由制動(dòng)桿、拉線、制動(dòng)機(jī)構(gòu)以及回位彈簧組成。制動(dòng)桿通過杠桿原理,使得駕駛員用很小的拉力就能將其拉到固定位置,然后通過鎖止牙鎖止駐車。

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Source: What Is Electric Parking Brake (EPB)? How Does It Work?

關(guān)于電子手剎,分為拉索式與卡鉗式兩種。拉索式電子手剎與傳統(tǒng)手剎差別不大,同為制動(dòng)蹄式,只是把手動(dòng)的拉索改為電動(dòng)形式。對(duì)于線控制動(dòng),關(guān)注的是卡鉗式電子手剎,即電子駐車系統(tǒng),即EPB(Electrical Park Brake)。

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Source: What Is Electric Parking Brake (EPB)? How Does It Work?

EPB主要由EPB開關(guān),電控單元ECU,卡鉗和卡鉗電機(jī)組成,其工作原理是駕駛員按下EPB開關(guān),電控單元ECU檢測(cè)到駐車功能激活,就會(huì)計(jì)算和發(fā)出控制指令來驅(qū)動(dòng)執(zhí)行電機(jī),進(jìn)而執(zhí)行電機(jī)會(huì)使卡鉗卡緊剎車片,從而控制停車制動(dòng)。

3.2 EPB的功能

EPB的功能要求包括下面3個(gè)方面:

  1. 產(chǎn)生穩(wěn)定的駐車制動(dòng)力;
  2. 可以根據(jù)檢測(cè)到的車況自動(dòng)調(diào)節(jié)車輛的制動(dòng)力;
  3. 將車輛駐車制動(dòng)狀態(tài)顯示給駕駛員。

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Source: Teemo天尚元 EPB電子駐車系統(tǒng) 剎車冗余 防溜坡功能

下面列舉了幾項(xiàng)EPB的具體功能:

  • 靜態(tài)控制:在汽車處于靜止?fàn)顟B(tài)下,駕駛員能夠經(jīng)由EPB開關(guān)實(shí)現(xiàn)提供或者釋放駐車制動(dòng)力,便于汽車的駐車和被驅(qū)動(dòng)。
  • 溜車預(yù)防:通過對(duì)駐車制動(dòng)力的獲取和識(shí)別,實(shí)現(xiàn)在制動(dòng)器處在非正常狀態(tài)下的安全順利實(shí)施駐車制動(dòng),如制動(dòng)系統(tǒng)在長(zhǎng)時(shí)間實(shí)施制動(dòng)后制動(dòng)器過熱或者由于制動(dòng)器使用腳久而導(dǎo)致的制動(dòng)器摩擦力的產(chǎn)生不足,因而保證了車輛不發(fā)生溜車現(xiàn)象。
  • 坡道駛離輔助:駕駛員需要從坡道上起步時(shí),EPB需要根據(jù)傳統(tǒng)駐車制動(dòng)系統(tǒng)的專家經(jīng)驗(yàn),結(jié)合駕駛員踩下離合器和加速踏板的實(shí)際情況逐步的釋放駐車制動(dòng)力,直至最后得以實(shí)現(xiàn)車輛平穩(wěn)起步。
  • 自動(dòng)斜坡輔助駐車:駕駛員需要將車輛停在坡道上時(shí),駕駛員通過踩下制動(dòng)踏板,使車輛停止下來,而此時(shí),只要駕駛員釋放制動(dòng)踏板,EPB系統(tǒng)則自行啟動(dòng)駐車制動(dòng)。
  • 動(dòng)態(tài)控制:車輛行駛時(shí),EPB系統(tǒng)參與緊急制動(dòng),結(jié)合ESP系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)車輛的穩(wěn)定控制。
  • 緊急制動(dòng):車輛行駛的過程中,EPB系統(tǒng)通過監(jiān)測(cè)輪速來判別車輛全4輪是否處于鎖死狀態(tài),此時(shí),EPB系統(tǒng)可以和ABS 系統(tǒng)聯(lián)合作用,實(shí)現(xiàn)汽車制動(dòng)的最優(yōu)控制,保障汽車行駛安全。

當(dāng)然這些功能的實(shí)現(xiàn)需要EPB與其他ECU進(jìn)行信息交互,也要充分考慮車輛的狀態(tài)等信息,其控制邏輯比較復(fù)雜,如下示意其系統(tǒng)原理圖:

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Source: 電子駐車制動(dòng)系統(tǒng)(EPB)的組成和工作原理

3.3 EPB的實(shí)現(xiàn)方案

隨著汽車的電動(dòng)化和智能化的快速發(fā)展,EPB的實(shí)現(xiàn)方案也在不斷更新。

出于安全冗余等方面的考慮,正呈現(xiàn)出行車制動(dòng)和駐車制動(dòng)“合二為一”的趨勢(shì)。比如one box+EPB方案,即one box和EPB分別控制一個(gè)后輪端駐車執(zhí)行機(jī)構(gòu);或比如one box+底盤域控制器(CDC)方案,這時(shí)直接取消了EPB,即one box和CDC分別控制一個(gè)后輪端駐車執(zhí)行機(jī)構(gòu)。

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當(dāng)然,如果電控機(jī)械制動(dòng)系統(tǒng)EMB方案(即四個(gè)液壓輪缸被四個(gè)電機(jī)和卡鉗取代,制動(dòng)指令傳輸?shù)捷喍穗姍C(jī),電機(jī)控制卡鉗直接在輪端作用制動(dòng)力)最終能成熟落地,那么將實(shí)現(xiàn)完全線控,這時(shí)就能正真將行車制動(dòng)和駐車制動(dòng)合二為一。

4 小結(jié)

到此本文就介紹了底盤域控的制動(dòng)功能,即行車制動(dòng)系統(tǒng)和駐車制動(dòng)系統(tǒng)。

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Source: 智能底盤技術(shù)(2) | 汽車制動(dòng)系統(tǒng)的發(fā)展概述

來源:謙益行

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