基于安全特性電子液壓制動(dòng)前后軸制動(dòng)力分配改進(jìn)方法*

胡東海,何 仁

(江蘇大學(xué)汽車與交通工程學(xué)院，鎮(zhèn)江 212013)

2016095

基于安全特性電子液壓制動(dòng)前后軸制動(dòng)力分配改進(jìn)方法*

胡東海,何 仁

(江蘇大學(xué)汽車與交通工程學(xué)院，鎮(zhèn)江 212013)

為提高電子液壓制動(dòng)安全性能，本文中對(duì)前后軸制動(dòng)力分配方法進(jìn)行了改進(jìn)。首先研究ECE R13制動(dòng)法規(guī)對(duì)汽車前后軸制動(dòng)力分配的影響，然后對(duì)電子液壓制動(dòng)安全特性進(jìn)行分析，得到如下結(jié)論：電子液壓制動(dòng)中電機(jī)泵的作用頻次與制動(dòng)需液量成正比；輸出相同的制動(dòng)力矩的情況下，單獨(dú)使用后輪制動(dòng)器比單獨(dú)使用前輪制動(dòng)器需要更少的制動(dòng)液體積；在低于某一制動(dòng)強(qiáng)度時(shí)，共同使用前后軸制動(dòng)器時(shí)制動(dòng)需液量大于單獨(dú)使用前軸制動(dòng)器；利用單側(cè)車輪的進(jìn)/出液閥控制左右兩側(cè)車輪制動(dòng)器實(shí)施制動(dòng)，可以降低高速電磁閥的使用頻次。最后基于上述結(jié)論提出了基于安全特性的電子液壓制動(dòng)的前后軸制動(dòng)力分配改進(jìn)方法，并進(jìn)行NYCC循環(huán)工況的仿真。結(jié)果表明，與理想制動(dòng)力分配方法相比，采用所提出的改進(jìn)方法，電機(jī)泵和前軸進(jìn)/出液閥的作用頻次約降低50%，而后軸進(jìn)/出液閥的使用頻次降低90%。

電子液壓制動(dòng)；制動(dòng)力分配；安全特性；使用頻次

前言

電子液壓制動(dòng)(electronic hydraulic brake, EHB)在原理上彌補(bǔ)了傳統(tǒng)液壓制動(dòng)的缺陷，在功能上適應(yīng)了汽車制動(dòng)系統(tǒng)電氣化的發(fā)展趨勢(shì)，在技術(shù)儲(chǔ)備和應(yīng)用成本上具有明顯的優(yōu)勢(shì)[1]。Bosch公司最早于20世紀(jì)90年代在原有的ABS系統(tǒng)基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)出一套全新的EHB并裝車實(shí)驗(yàn)，取得了令人滿意的效果[2]。隨后TRW，Delphi和Continental等公司相繼開(kāi)發(fā)出各自的EHB產(chǎn)品。截止到目前，國(guó)際上著名的汽車零部件廠商仍在不斷研發(fā)新型的EHB產(chǎn)品[3]，但EHB的推廣工作仍困難重重,其主要原因?yàn)镋HB本身作為一種傳統(tǒng)液壓制動(dòng)向線控制動(dòng)過(guò)渡的產(chǎn)品，安全性一直被外界所質(zhì)疑，而且為了保證高效的安全性所增加的成本也阻礙了EHB的普及。

現(xiàn)階段國(guó)內(nèi)外關(guān)于電子液壓制動(dòng)的研究主要關(guān)注兩個(gè)方面：一是電子液壓制動(dòng)自身特性的研究；二是電子液壓制動(dòng)在功能上的拓展，包括更有效地實(shí)現(xiàn)ABS/ASR/EBD/ESP等主動(dòng)制動(dòng)功能和與電機(jī)再生制動(dòng)和電磁制動(dòng)聯(lián)合制動(dòng)的規(guī)律研究[4]。文獻(xiàn)[5]中進(jìn)行EHB硬件在環(huán)仿真，評(píng)估EHB動(dòng)態(tài)特性，研究得到能夠估計(jì)液壓調(diào)節(jié)器各個(gè)部件性能的方法；文獻(xiàn)[6]在AMEsim中分別建立了EHB部件的數(shù)學(xué)模型，如制動(dòng)輪缸、電磁閥、直流電機(jī)、液壓泵等，通過(guò)與實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)比驗(yàn)證模型的正確性。文獻(xiàn)[7]中提出了基于EHB的車輪滑移率控制方法用于實(shí)現(xiàn)防抱死制動(dòng)，并在冰雪和干燥路面上進(jìn)行實(shí)車實(shí)驗(yàn)；文獻(xiàn)[8]中利用EHB實(shí)現(xiàn)汽車的穩(wěn)定性控制，提出了基于單控制變量橫擺角速度的穩(wěn)定性控制策略，仿真結(jié)果表明基于EHB穩(wěn)定性控制算法能有效控制車輛在高速低附著路面工況下的穩(wěn)定性。文獻(xiàn)[9]中基于ECE法規(guī)提出了電液復(fù)合制動(dòng)系統(tǒng)的再生制動(dòng)控制策略，仿真結(jié)果表明該控制策略能在保證汽車制動(dòng)安全性的前提下提高汽車的制動(dòng)能量回收能力；文獻(xiàn)[10]中研究電磁與摩擦集成制動(dòng)系統(tǒng)在汽車穩(wěn)定性控制方面的應(yīng)用，通過(guò)控制電磁制動(dòng)器制動(dòng)力矩的大小來(lái)使汽車在制動(dòng)時(shí)不會(huì)偏離原路徑行駛。

在電子液壓制動(dòng)主要部件的質(zhì)量和可靠性確定的前提下，通過(guò)改進(jìn)裝有EHB的汽車的前后軸制動(dòng)力分配方法以提高EHB的安全特性是值得深入研究的新思路。為此，本文中首先研究ECE R13制動(dòng)法規(guī)對(duì)EHB前后軸制動(dòng)力分配的影響；隨后分析了電子液壓制動(dòng)安全特性，提出了基于安全特性的EHB前后軸制動(dòng)力分配改進(jìn)方法。

1 電子液壓制動(dòng)數(shù)學(xué)建模

Bosch公司的EHB如圖1所示，它包括4個(gè)主要部分：制動(dòng)操作單元、壓力調(diào)節(jié)單元、電子控制單元和傳感器單元。制動(dòng)踏板與車輪制動(dòng)器之間沒(méi)有直接的能量連接，制動(dòng)操作單元用于模擬駕駛員的制動(dòng)感覺(jué)和感知駕駛員的制動(dòng)意圖，并通過(guò)CAN總線將駕駛員制動(dòng)意圖傳遞給電子控制單元。電子控制單元根據(jù)內(nèi)置的控制策略發(fā)出控制指令，控制壓力調(diào)節(jié)單元實(shí)現(xiàn)駕駛員的制動(dòng)意圖。電子液壓制動(dòng)與傳統(tǒng)的液壓制動(dòng)相比具有以下優(yōu)點(diǎn)：(1)EHB能夠有效地縮短制動(dòng)響應(yīng)時(shí)間，在防抱死制動(dòng)時(shí)制動(dòng)踏板不存在脈沖回振現(xiàn)象；(2)EHB能夠根據(jù)制動(dòng)襯片磨損傳感器的信息自動(dòng)調(diào)整制動(dòng)輪缸壓力，以保持良好的制動(dòng)效能；(3)EHB能夠獨(dú)立調(diào)節(jié)4個(gè)制動(dòng)輪缸的壓力，同時(shí)結(jié)合“道路識(shí)別系統(tǒng)”和“車輛狀態(tài)識(shí)別系統(tǒng)”，對(duì)汽車制動(dòng)的整個(gè)過(guò)程進(jìn)行精確控制[11]。

壓力調(diào)節(jié)單元如圖2所示，它包括液壓調(diào)節(jié)器、盤式制動(dòng)器、制動(dòng)管路等。而液壓調(diào)節(jié)器則由高速電磁閥(進(jìn)液閥和出液閥)、平衡閥、隔離閥、蓄能器和電機(jī)泵等組成[12-14]。打開(kāi)進(jìn)液閥，關(guān)閉出液閥，制動(dòng)液從蓄能器通過(guò)進(jìn)液閥進(jìn)入制動(dòng)輪缸實(shí)現(xiàn)增壓。打開(kāi)出液閥,關(guān)閉進(jìn)液閥，制動(dòng)液從制動(dòng)輪缸通過(guò)出液閥返回制動(dòng)液罐實(shí)現(xiàn)減壓。當(dāng)進(jìn)液閥和出液閥均處于關(guān)閉狀態(tài)時(shí)，制動(dòng)輪缸進(jìn)入保壓狀態(tài)。在普通制動(dòng)下，平衡閥保持常開(kāi)，用于防止因左右側(cè)車輪制動(dòng)力不同造成的汽車制動(dòng)跑偏現(xiàn)象；當(dāng)汽車進(jìn)行主動(dòng)制動(dòng)需要單獨(dú)控制某側(cè)車輪制動(dòng)力時(shí)，關(guān)閉平衡閥由其對(duì)應(yīng)的進(jìn)液閥和出液閥進(jìn)行調(diào)節(jié)。在正常制動(dòng)狀態(tài)下隔離閥是關(guān)閉的，用于阻斷制動(dòng)踏板單元與摩擦制動(dòng)器之間的能量連接，實(shí)現(xiàn)電子液壓制動(dòng)系統(tǒng)功能上的解耦；在電子液壓制動(dòng)系統(tǒng)失效的情況下，隔離閥打開(kāi)，制動(dòng)主缸的制動(dòng)液壓進(jìn)入前軸摩擦制動(dòng)器，使汽車保留一定的制動(dòng)能力。

2 制動(dòng)法規(guī)對(duì)電子液壓制動(dòng)前后軸力分配的影響

在汽車制動(dòng)過(guò)程中，前后軸的利用附著系數(shù)被定義為

(1)

式中：φi為第i軸的利用附著系數(shù)；Fxbi為地面制動(dòng)力，N；Fzi為地面法向反作用力，N。顯然，利用附著系數(shù)與制動(dòng)強(qiáng)度越接近，地面的附著條件發(fā)揮的越充分。制動(dòng)時(shí)雙軸汽車受力如圖3所示。

由圖3可見(jiàn)，汽車前后軸受到的地面法向反作用力[15]為

(2)

式中：lf，lr為汽車質(zhì)心到前后軸中心線的距離，m；z為汽車制動(dòng)強(qiáng)度；M為汽車總質(zhì)量，kg；hg為汽車質(zhì)心高度，m；l為汽車軸距，m。

汽車前后軸地面制動(dòng)力為

(3)

式中β為制動(dòng)器制動(dòng)力分配系數(shù)。

根據(jù)式(2)和式(3)可以求得前軸和后軸的利用附著系數(shù)分別為

(4)

為了保證汽車制動(dòng)時(shí)的方向穩(wěn)定性以及地面附著條件得到充分利用，ECE R13法規(guī)對(duì)雙軸轎車的前后軸制動(dòng)力作出如下規(guī)定：(1)對(duì)于行駛在路面附著條件為[0.2,0.8]范圍內(nèi)的各種車輛，要求制動(dòng)強(qiáng)度與利用附著系數(shù)滿足條件：φ≤(z+0.07)/0.85；(2)在各種裝載狀態(tài)下，車輛的前軸利用附著系數(shù)必須大于后軸利用附著系數(shù)；(3)當(dāng)制動(dòng)強(qiáng)度在[0.3,0.4]的范圍內(nèi)時(shí)，且后軸利用附著系數(shù)在不超過(guò)直線φ=z+0.05的情況下，允許后軸利用附著系數(shù)大于前軸利用附著系數(shù)[16]。

根據(jù)ECE R13法規(guī)對(duì)雙軸轎車的規(guī)定，確定前后軸利用附著系數(shù)應(yīng)滿足：

(5)

將式(4)代入式(5)，得到制動(dòng)力分配系數(shù)應(yīng)滿足

(6)

代入整車參數(shù)后可以得到前后軸制動(dòng)力分配系數(shù)控制曲線，如圖4所示。具體汽車模型參數(shù)如下：

空載時(shí)前軸載荷為840kg，后軸載荷為560kg，質(zhì)心高度為0.56m；滿載時(shí)前軸載荷為960kg，后軸載荷為815kg，質(zhì)心高度為0.544m；軸距為2.803m，車輪滾動(dòng)半徑為0.327m；前輪制動(dòng)器活塞直徑為60mm，前制動(dòng)盤直徑為280mm；后輪制動(dòng)器活塞直徑為42mm，后制動(dòng)盤直徑為225mm。

當(dāng)制動(dòng)力分配系數(shù)值高于前后軸抱死順序控制線，前軸先于后軸抱死以避免出現(xiàn)后軸側(cè)滑的情況；當(dāng)制動(dòng)力分配系數(shù)在前軸嚴(yán)格上控制線下方且處在后軸嚴(yán)格下控制線上方時(shí)，前軸和后軸的利用附著系數(shù)均能滿足ECE R13法規(guī)的要求，如圖4所示。因此，按照ECE R13法規(guī)的要求，制動(dòng)力系數(shù)分配范圍應(yīng)該分布在前軸嚴(yán)格上控制線(虛線)與前后軸抱死順序控制線(實(shí)線)之間。

根據(jù)上面的分析可知，EHB具有可以獨(dú)立控制前后軸制動(dòng)力的特點(diǎn)，因此安裝有EHB的車輛其前后制動(dòng)器的制動(dòng)力不再需要設(shè)定固定比值，可以按照理想制動(dòng)力分配曲線進(jìn)行分配以保證汽車行駛的安全性，如圖5所示。根據(jù)理想制動(dòng)力分配，汽車前后軸地面制動(dòng)力為

(7)

3 EHB安全特性分析

3.1 EHB的安全特性分析

雖然相對(duì)電子機(jī)械制動(dòng)系統(tǒng)，EHB具有一條備用制動(dòng)回路可以在其供能裝置失效的情況下，提供汽車一定的制動(dòng)能力。但是EHB作為一種機(jī)電液一體化系統(tǒng)，其功能的實(shí)現(xiàn)依賴于它的主要部件的性能，包括電子控制單元(電子電路)、壓力調(diào)節(jié)單元(高速電磁閥、電機(jī)泵)、傳感器(壓力傳感器)等。這些主要部件有些是高精密元件，有些則對(duì)工作環(huán)境要求苛刻；任何一個(gè)部件的損壞，不僅會(huì)造成維修和使用成本的增加，嚴(yán)重的甚至?xí)斐扇藛T財(cái)產(chǎn)的損害[17-18]。

根據(jù)美國(guó)高速公路安全管理局統(tǒng)計(jì)分析，對(duì)于防抱死制動(dòng)系統(tǒng)而言，平均每輛汽車在1萬(wàn)次制動(dòng)中，高速電磁閥和回油泵僅工作1.4次,但是在防抱死制動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)之初仍要求高速電磁閥和回油泵具有很高的疲勞壽命以保證其可靠性。而對(duì)于EHB，高速電磁閥和電機(jī)泵除了需要完成頻繁的普通制動(dòng)外，還要保證其在緊急制動(dòng)工況下，仍能保證高的安全性能。為了克服存在的潛在風(fēng)險(xiǎn)，必須提高電機(jī)泵和高速電磁閥的疲勞壽命和可靠性，這將大幅度增加EHB的成本，這也是阻礙EHB廣泛使用的一個(gè)重要原因。

3.2 電機(jī)泵的作用頻次

不同于ABS或ESP液壓調(diào)節(jié)單元中的回油泵，汽車在城市中行駛時(shí)制動(dòng)很頻繁，EHB工作時(shí)需要蓄能器不斷地向車輪制動(dòng)器提供制動(dòng)液。當(dāng)蓄能器的氣體壓力低于規(guī)定的下限值時(shí)，電機(jī)泵開(kāi)始工作并向蓄能器加壓。因此有必要研究影響電機(jī)泵作用頻次的因素，因?yàn)殡姍C(jī)泵過(guò)高的作用頻次會(huì)導(dǎo)致其提前達(dá)到疲勞極限而失效。

根據(jù)上面的分析，首先須要考察在制動(dòng)時(shí)需液量的計(jì)算方法。對(duì)于制動(dòng)輪缸而言，其增壓過(guò)程可以分為兩個(gè)階段。第一階段為消除制動(dòng)襯片與制動(dòng)盤之間制動(dòng)間隙的空行程階段，此時(shí)制動(dòng)輪缸的壓力平衡方程為

(8)式中：pC為制動(dòng)輪缸的壓力，Pa；mC為活塞的質(zhì)量，kg；BC為活塞在輪缸中運(yùn)動(dòng)的阻尼系數(shù)；Ks為回位彈簧的剛度，N/m；Kd為制動(dòng)盤等效的彈簧剛度，N/m。

隨后是制動(dòng)襯片與制動(dòng)盤產(chǎn)生變形的穩(wěn)定增壓階段，此時(shí)活塞的運(yùn)動(dòng)輸出可以忽略，主要考慮輪缸中制動(dòng)液的壓縮性和制動(dòng)器的彈性形變，則制動(dòng)輪缸的流量連續(xù)性方程為

(9)

式中：VC為制動(dòng)輪缸液體體積，m3；KC為制動(dòng)輪缸的等效體積彈性模量，Pa。

在制動(dòng)空行程階段，制動(dòng)輪缸中壓力變化緩慢，因此忽略液壓的動(dòng)態(tài)影響，假設(shè)：

(10)

將式(8)兩邊乘以制動(dòng)輪缸截面積，得到在制動(dòng)空行程階段制動(dòng)輪缸的需液量為

(11)

同時(shí)對(duì)式(9)兩邊同時(shí)求積分得到在穩(wěn)定增壓階段制動(dòng)輪缸的需液量為

(12)

式中：pC0，pC1分別為制動(dòng)前后制動(dòng)輪缸的壓力，Pa。

忽略制動(dòng)管路的變形造成的制動(dòng)液的消耗，聯(lián)合式(11)和(12)可以得到單個(gè)車輪制動(dòng)器在制動(dòng)過(guò)程中所需要制動(dòng)液的體積總量為

(13)

根據(jù)式(13)分析得到，制動(dòng)過(guò)程中車輪制動(dòng)器的制動(dòng)壓力(或制動(dòng)力矩)直接影響所需要制動(dòng)液體積的多少。如圖6所示，由于制動(dòng)輪缸活塞直徑和制動(dòng)盤直徑設(shè)計(jì)參數(shù)的限制，后車輪制動(dòng)器能夠輸出的制動(dòng)力矩明顯小于前車輪制動(dòng)器，但是在輸出相同制動(dòng)力矩的情況下，前輪制動(dòng)器消耗制動(dòng)液的體積大于后輪制動(dòng)器。

則電機(jī)泵的作用頻次為

(14)

式中：Vfi，Vri分別為制動(dòng)時(shí)前后輪制動(dòng)器總的需液量，m3；j為制動(dòng)次數(shù)；ΔV為蓄能器的有效排量，m3；k為制動(dòng)總次數(shù)。

由式(14)可以得到，制動(dòng)時(shí)總需液量越大和蓄能器排量越小則電機(jī)泵的作用頻次越高。因此可以得出結(jié)論，在EHB主要部件結(jié)構(gòu)參數(shù)確定的情況下，減小制動(dòng)時(shí)總的需液量是降低電機(jī)泵作用頻次的主要手段。

3.3 高速電磁閥的作用頻次

高速電磁閥作為EHB主要控制元件，實(shí)際上是一種高速開(kāi)關(guān)閥，具有開(kāi)啟和斷開(kāi)兩種工作狀態(tài)。當(dāng)高速電磁閥處于開(kāi)啟狀態(tài)時(shí)，出油口與泄油口連接；當(dāng)高速電磁閥斷開(kāi)狀態(tài)時(shí)，出油口與進(jìn)油口連接。

高速電磁閥進(jìn)油口與出油口的連續(xù)流量方程為

(15)

式中：Cd為流量系數(shù)；pvi，pvo分別為高速電磁閥進(jìn)油口、出油口處油壓，Pa；pval為高速電磁閥液壓腔內(nèi)油壓，Pa；Avi，Avo分別為進(jìn)油口、出油口的截面積，m2。

在實(shí)施普通制動(dòng)工況時(shí)，電子控制單元控制進(jìn)液閥和出液閥的占空比，以響應(yīng)駕駛員的制動(dòng)意圖。但是由于平衡閥的存在，以前軸為例，單個(gè)車輪的進(jìn)/出液閥可以同時(shí)控制左右兩個(gè)車輪制動(dòng)器的制動(dòng)力。為了實(shí)現(xiàn)上述研究目的，需要進(jìn)行單個(gè)車輪的進(jìn)/出液閥同時(shí)控制左右兩個(gè)車輪制動(dòng)器的制動(dòng)力的實(shí)驗(yàn)研究。但是目前國(guó)內(nèi)外零部件廠商仍未推出成熟的EHB產(chǎn)品，使用已有產(chǎn)品直接進(jìn)行EHB實(shí)驗(yàn)研究并不可行。因此，作者聯(lián)合使用博世公司ESP8.0和NXQ氣囊式蓄能器建立了電磁與摩擦制動(dòng)集成系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，進(jìn)行EHB數(shù)學(xué)模型的驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)平臺(tái)如圖7所示，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖8所示。

由圖可見(jiàn)，仿真曲線與實(shí)驗(yàn)曲線基本吻合，但制動(dòng)輪缸增減壓特性仿真曲線與實(shí)驗(yàn)曲線存在差異，其主要原因是由制動(dòng)輪缸回位彈簧剛度參數(shù)和制動(dòng)間隙參數(shù)無(wú)法精確測(cè)量。

下面考察在3種不同的制動(dòng)強(qiáng)度下，僅僅依靠前軸右側(cè)車輪制動(dòng)器進(jìn)液閥實(shí)施制動(dòng)的情況，結(jié)果如圖9～圖11所示。由圖9可見(jiàn)，在制動(dòng)強(qiáng)度為0.1時(shí)，左側(cè)制動(dòng)輪缸的壓力則迅速升高到目標(biāo)壓力；而右側(cè)制動(dòng)輪缸的壓力在0.01s時(shí)出現(xiàn)一個(gè)波峰，然后下降至目標(biāo)壓力。由圖10可見(jiàn)，在制動(dòng)強(qiáng)度為0.3時(shí)，左右制動(dòng)輪缸的壓力變化特性與制動(dòng)強(qiáng)度為0.1時(shí)大致相同；但是右側(cè)制動(dòng)輪缸的壓力的波峰相對(duì)比較平緩。究其原因應(yīng)該是在低強(qiáng)度制動(dòng)時(shí)，進(jìn)液閥的占空比較小，進(jìn)液閥短暫開(kāi)啟后就立即關(guān)閉造成了右側(cè)制動(dòng)輪缸的壓力波動(dòng)。

由圖11可見(jiàn)，右側(cè)制動(dòng)輪缸壓力波峰在大強(qiáng)度制動(dòng)(制動(dòng)強(qiáng)度為0.7)時(shí)幾乎消失，左右制動(dòng)輪缸的壓力上升曲線非常接近，驗(yàn)證了上述解釋的合理性。雖然在低強(qiáng)度時(shí)右側(cè)制動(dòng)輪缸的壓力存在一定的超調(diào)，但是該超調(diào)的時(shí)間很短，考慮到輪胎的彈性變形等因素可以完全忽略；而在大強(qiáng)度制動(dòng)時(shí)，雖然左右制動(dòng)輪缸的壓力幾乎完全相同，但是實(shí)施大強(qiáng)度制動(dòng)時(shí)汽車一般處于緊急制動(dòng)狀態(tài)下，要求盡可能迅速地制動(dòng)響應(yīng)，此時(shí)不宜只采用單輪進(jìn)/出液閥控制。

4 基于EHB前后制動(dòng)力分配的改進(jìn)方法

由上面的分析可知，電機(jī)泵作用頻次的降低要求減小制動(dòng)時(shí)的總需液量。但是有一點(diǎn)需要注意的是,在輸出相同制動(dòng)力矩的情況下，前輪制動(dòng)器消耗制動(dòng)液的體積大于后輪制動(dòng)器。這就意味著在實(shí)現(xiàn)相同制動(dòng)強(qiáng)度時(shí)，盡量將制動(dòng)力分配到后輪制動(dòng)器，可以減小電機(jī)泵的作用頻次。然而再考察ECER13制動(dòng)法規(guī)對(duì)制動(dòng)力分配系數(shù)的要求，考慮到汽車制動(dòng)時(shí)的安全性，前后軸制動(dòng)力按照理想制動(dòng)力分配曲線分配才能使得后軸車輪的制動(dòng)力最大化。但是，對(duì)減小高速電磁閥作用頻次的需求必須給予足夠的重視。

下面分析汽車行駛工況對(duì)制動(dòng)力分配方法的影響。選擇ECE-EUDC循環(huán)工況和NYCC循環(huán)工況來(lái)進(jìn)行分析，兩種典型循環(huán)工況的主要參數(shù)[16]如表1所示。

兩種循環(huán)工況中車速隨時(shí)間而變化的關(guān)系曲線如圖12所示。

表1 兩種典型工況主要參數(shù)

兩種工況中的制動(dòng)減速度絕大多數(shù)小于1m/s2，而且制動(dòng)相當(dāng)頻繁。因此提出在制動(dòng)強(qiáng)度小于0.1的情況下，將汽車的制動(dòng)力全部分配到前軸，使后軸不實(shí)施制動(dòng)，以減小后軸高速電磁閥的使用頻次。

僅使用前軸制動(dòng)與理想制動(dòng)力分配時(shí)的制動(dòng)需液量與制動(dòng)強(qiáng)度的關(guān)系，如圖13所示。由圖可見(jiàn)：在制動(dòng)強(qiáng)度低于0.5的情況下，基于理想制動(dòng)力分配的制動(dòng)需液量大于僅使用前軸制動(dòng)的分配方法；而在制動(dòng)強(qiáng)度高于0.5時(shí)，兩者的制動(dòng)需液量基本相同。這是因?yàn)檐囕喼苿?dòng)器制動(dòng)空行程階段為消除制動(dòng)間隙而消耗的制動(dòng)液體積十分可觀，單次制動(dòng)減小參與制動(dòng)的車輪制動(dòng)器的數(shù)量可以減小蓄能器提供的制動(dòng)液體積。

根據(jù)上面的分析，本文中在綜合考慮EHB安全性和ECE R13制動(dòng)法規(guī)要求的基礎(chǔ)上，提出了前后軸制動(dòng)力分配的改進(jìn)方法。在制動(dòng)強(qiáng)度低于0.1時(shí)，僅使用前軸制動(dòng)；當(dāng)制動(dòng)強(qiáng)度高于0.1時(shí)，汽車前后軸制動(dòng)力按照理想制動(dòng)力分配曲線分配，如圖14所示。

同時(shí)，為了降低高速電磁閥的作用頻次，制動(dòng)力分配改進(jìn)方法又對(duì)高速電磁閥的使用提出了要求。在制動(dòng)強(qiáng)度低于0.1時(shí)，前軸平衡閥打開(kāi)，前軸左右側(cè)車輪的進(jìn)/出液閥分別控制前軸兩個(gè)車輪制動(dòng)器制動(dòng)，如圖15所示(加粗)；當(dāng)制動(dòng)強(qiáng)度高于0.1且小于0.7時(shí)，前后軸平衡閥均開(kāi)啟，前后軸左右側(cè)車輪的進(jìn)/出液閥分別控制前后軸兩個(gè)車輪制動(dòng)器制動(dòng)，如圖16所示(加粗)。當(dāng)制動(dòng)強(qiáng)度高于0.7時(shí)，認(rèn)為汽車進(jìn)入緊急制動(dòng)狀態(tài)，前后軸平衡閥均關(guān)閉，每個(gè)車輪由各自對(duì)應(yīng)的進(jìn)/出液閥單獨(dú)控制。

最后，本文中對(duì)理想制動(dòng)力分配方法和提出的制動(dòng)力分配改進(jìn)方法進(jìn)行了仿真研究，在完成10次NYCC循環(huán)工況后兩種制動(dòng)力分配方法對(duì)EHB安全性影響如表2所示，其中，電機(jī)泵的作用次數(shù)降低了43%，而前軸進(jìn)液閥作用次數(shù)降低了50%，后軸進(jìn)液閥作用次數(shù)降低為基于理想制動(dòng)力分配的8.6%，降低90%多。這表明，相對(duì)于理想制動(dòng)力分配方法，本文中提出的制動(dòng)力分配改進(jìn)方法能夠有效地減小電機(jī)泵和高速電磁閥的使用頻次，防止其過(guò)早疲勞損壞，保證了EHB的安全性，節(jié)約了維修成本。

表2 10次NYCC工況下不同制動(dòng)力分配方法EHB安全性對(duì)比

5 結(jié)論

本文中首先分析了ECE制動(dòng)法規(guī)對(duì)電子液壓制動(dòng)前后軸制動(dòng)力分配的影響；隨后分析了電子液壓制動(dòng)的安全特性，提出了基于安全特性的EHB前后軸制動(dòng)力分配改進(jìn)方法，分析得到如下結(jié)論。

ECE R13制動(dòng)法規(guī)要求雙軸汽車的制動(dòng)力分配系數(shù)應(yīng)在前后軸抱死順序控制線和前軸嚴(yán)格上控制線之間。而安裝有EHB的車輛其前后制動(dòng)器的制動(dòng)力不再需要設(shè)置固定比值，可以按照理想制動(dòng)力分配曲線進(jìn)行分配。

電機(jī)泵的作用頻次與制動(dòng)時(shí)總需液量成正比。而在低于某一制動(dòng)強(qiáng)度時(shí)，共同使用前后軸制動(dòng)器時(shí)需要的制動(dòng)液的體積大于單獨(dú)使用前軸車輪制動(dòng)器時(shí)。在普通制動(dòng)的情況下，可以利用單側(cè)車輪的進(jìn)/出液閥控制左右兩側(cè)車輪制動(dòng)，以降低高速電磁閥的使用頻次。

在低制動(dòng)強(qiáng)度時(shí)由前軸實(shí)施制動(dòng)，并且左右側(cè)車輪的進(jìn)/出液閥依次控制前軸兩個(gè)車輪制動(dòng)器制動(dòng)；當(dāng)中等制動(dòng)強(qiáng)度時(shí)前后軸制動(dòng)力按照理想制動(dòng)力分配曲線分配，且左右側(cè)車輪的進(jìn)/出液閥依次控制前軸兩個(gè)車輪制動(dòng)器制動(dòng)。這種制動(dòng)力分配方法可使電機(jī)泵和前軸進(jìn)/出液閥的作用頻次約降低50%，而后軸進(jìn)/出液閥的使用頻次降低90%，防止其過(guò)早的疲勞損壞，保證了EHB的安全性，節(jié)約了維修成本。

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A Modified Method for Braking Force Distribution Between Front and Rear Axles of Electro-hydraulic Brake Based on Safety Features

Hu Donghai & He Ren

SchoolofAutomobileandTrafficEngineering，JiangsuUniversity，Zhenjiang212013

For improving the safety performance of electro-hydraulic braking (EHB) system, a modified method for braking force distribution between front and rear axles is proposed in this paper. Firstly the influence of ECE R13 braking regulations on vehicle braking force distribution between front and rear axles is studied. Then the safety features of EHB system are analyzed with some conclusions drawn: The operating frequency of motor pump is proportional to the total amounts of braking fluid required. Sole use of rear wheel brake requires less volume of braking fluid than that with front wheel brake used only under same braking torque output. When braking intensity is lower than certain value, concurrent use of both front and rear axle brakes needs more volume of braking fluid than that with front axle brake used only. Using inlet and outlet valves of single wheel brake to control both left and right wheel brakes can reduce the operating frequency of high-speed solenoid valve. Finally based on the above-mentioned conclusions, a modified method for braking force distribution between front and rear axles of EHB system is proposed and a simulation with NYCC cycle is conducted. The results show that compared with ideal braking force distribution method, when the modified method is used the operating frequencies of the motor pump and inlet and outlet valves in front axle reduce by 50%, while the operating frequency of the inlet and outlet valves in rear axle reduces by 90 %.

EHB; braking force distribution; safety features; operating frequency

*國(guó)家自然科學(xué)基金(51275212)、江蘇高校優(yōu)勢(shì)學(xué)科建設(shè)工程和江蘇省2014年度普通高校研究生科研創(chuàng)新計(jì)劃項(xiàng)目(KYLX_1025)資助。

原稿收到日期為2015年1月6日，修改稿收到日期為2015年4月7日。