淺談汽車主動(dòng)安全控制系統(tǒng)

蘭天

摘 要 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(duì)汽車行駛安全性的要求也愈來愈高，改善汽車的制動(dòng)性能始終是汽車設(shè)計(jì)、制造部門的重要任務(wù)。汽車的安全性能分為主動(dòng)安全性能和被動(dòng)安全性能。汽車電子制動(dòng)力分配控制系統(tǒng)EBD屬于汽車主動(dòng)安全控制系統(tǒng)的一種。它是在汽車防抱死制動(dòng)系統(tǒng)ABS的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。配合ABS很好地提高了汽車的安全性能。因此本文首先從汽車主動(dòng)安全控制系統(tǒng)著手，對(duì)主動(dòng)安全性能和被動(dòng)安全性能的區(qū)別，主要的主動(dòng)安全控制系統(tǒng)進(jìn)行簡述。然后對(duì)EBD進(jìn)行詳細(xì)的介紹。從研究EBD的意義，到EBD與ABS的關(guān)系，再到EBD的組成和工作原理。最后，在此基礎(chǔ)上總結(jié)了EBD的發(fā)展過程和研究現(xiàn)狀，對(duì)EBD目前最新的研究有了一定的認(rèn)識(shí)。

關(guān)鍵詞 主動(dòng)安全控制系統(tǒng) EBD 電子控制器分級(jí)控制

中圖分類號(hào)：G718.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1002-7661（2016）03-0008-02

一、汽車主動(dòng)安全控制系統(tǒng)概述

1.汽車主動(dòng)安全控制系統(tǒng)的涵義

汽車主動(dòng)安全控制系統(tǒng)指以提高汽車的主動(dòng)安全性能為主要目標(biāo)的控制系統(tǒng)?？衫斫鉃椤胺阑加谖慈弧?。重點(diǎn)是將車輪懸架、制動(dòng)和轉(zhuǎn)向的性能達(dá)到最好的程度，盡量提高汽車行駛的穩(wěn)定性和舒服性， 減少行車時(shí)所產(chǎn)生的偏差。比如為了避免汽車緊急制動(dòng)時(shí)車輪抱死發(fā)生危險(xiǎn)事故而設(shè)計(jì)的ABS防抱死控制系統(tǒng)。我們要和被動(dòng)安全控制系統(tǒng)區(qū)別開來。

2.主動(dòng)安全控制系統(tǒng)與被動(dòng)安全控制系統(tǒng)的區(qū)別

汽車的安全性能分為主動(dòng)安全性能和被動(dòng)安全性能。主動(dòng)安全性能是指車輛防止事故發(fā)生的能力，主要依靠車輛底盤性能和相應(yīng)避免事故發(fā)生的裝置，例如制動(dòng)、防滑、防燃、防撞、限速、報(bào)警、照明等。被動(dòng)安全性能是指車輛在事故發(fā)生時(shí)大幅減低碰撞強(qiáng)度的功能，以最大程度保護(hù)乘客，盡可能避免重大傷亡事故。其主要依靠車身的抗變形和相應(yīng)的安全措施，如車身強(qiáng)度、吸能結(jié)構(gòu)、座椅強(qiáng)度、內(nèi)部設(shè)施強(qiáng)度、安全帶、逃逸出口、阻燃防毒內(nèi)飾、消防設(shè)施等。被動(dòng)安全控制系統(tǒng)提高了汽車的被動(dòng)安全性能。比如當(dāng)汽車發(fā)生交通事故后安全氣囊的自動(dòng)開啟就屬于被動(dòng)安全控制。

二、汽車電子制動(dòng)力分配系統(tǒng)EBD概述

1.研究EBD的目的 汽車制動(dòng)穩(wěn)定性直接影響到汽車安全，而制動(dòng)穩(wěn)定性與制動(dòng)時(shí)車輪是否抱死以及前后車輪的抱死順序密切相關(guān)。前輪抱死車輛將失去轉(zhuǎn)向能力，后輪抱死則會(huì)發(fā)生側(cè)滑甚至甩尾，后果更嚴(yán)重。理想的前后橋制動(dòng)力分配曲線（簡稱I線）如圖1所示，它只與汽車的總重及質(zhì)心位置有關(guān)，因此空載和滿載時(shí)的I曲線是不同的。實(shí)際上前后橋上的制動(dòng)力分配是由前后制動(dòng)器的大小決定的，因此它只能是一條直線即%[線。

傳統(tǒng)的汽車制動(dòng)系統(tǒng)通常都通過在前后軸制動(dòng)管路間增加一個(gè)比例閥來限制后軸的制動(dòng)力，以避免制動(dòng)時(shí)后輪先發(fā)生抱死側(cè)滑，從而獲得如下圖所示的制動(dòng)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中陰影。

EBD 采用電子技術(shù)替代傳統(tǒng)的比例閥來控制汽車液壓制動(dòng)系統(tǒng)的前后橋制動(dòng)力分配，其基本思想：盡可能增大后輪制動(dòng)力，由傳感器監(jiān)測車輪的運(yùn)動(dòng)情況，一旦發(fā)現(xiàn)后輪有抱死趨勢，電子控制器控制液壓制動(dòng)器降低制動(dòng)壓力。由于 EBD 調(diào)節(jié)頻率高、調(diào)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3所示）。因此 EBD 在保證制動(dòng)穩(wěn)定性的同時(shí)，使后輪獲得了最大制動(dòng)力，從而提高了整車的制動(dòng)效能。

2.EBD與ABS的關(guān)系及優(yōu)點(diǎn)

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(duì)汽車行駛安全性的要求也愈來愈高， 改善汽車的制動(dòng)性能始終是汽車設(shè)計(jì)、制造部門的重要任務(wù)。汽車制動(dòng)防抱死系統(tǒng)（ABS）和電子制動(dòng)力分配系統(tǒng)（EBD）在汽車上的開發(fā)成功， 使汽車的制動(dòng)性能得到質(zhì)的飛躍。ABS解決了汽車緊急動(dòng)時(shí)附著系數(shù)的利用，并可獲得較好的制動(dòng)方向穩(wěn)定性及較短的制動(dòng)距離，然而它不能解決制動(dòng)系統(tǒng)中的所有缺陷。在車輪滑移率還沒有達(dá)到ABS的控制范圍時(shí)，作用在四個(gè)車輪上的制動(dòng)壓力同時(shí)一致增大，然而前后車輪上的垂直載荷發(fā)生了轉(zhuǎn)移，前后車輪達(dá)到最佳滑移的時(shí)間并不一致，這時(shí)ABS系統(tǒng)對(duì)地面附著力的利用并沒有達(dá)到最大。因此ABS就進(jìn)一步發(fā)展衍生出了電子制動(dòng)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(chǔ)上增加了功能。裝載有EBD的汽車性能要遠(yuǎn)高于只有ABS的汽車，見圖4。

EBD 相對(duì)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(qiáng)，甚至可以說 EBD 是 ABS 衍生出的輔助功能，通過改進(jìn)，增強(qiáng)ABS 電腦軟件控制邏輯，使運(yùn)算功能更復(fù)雜，在一些汽車的產(chǎn)品說明書上就是以“ABS+EBD”來標(biāo)明。汽車工程師們除了在編著電腦運(yùn)算程序時(shí)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(dòng)時(shí)能根據(jù)車輛各個(gè)車輪的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，智能分配各個(gè)車輪制動(dòng)力大小，以維持車輛在制動(dòng)狀態(tài)下的平穩(wěn)與方向。而且，即使 ABS 失效，EBD 也能保證車輛不會(huì)出現(xiàn)因甩尾而導(dǎo)致翻車等惡性事件的發(fā)生。 EBD 在汽車制動(dòng)時(shí)即開始控制制動(dòng)力，而 ABS 則是在車輪有抱死傾向時(shí)開始工作。ABS 與 EBD 都是對(duì)作用在車輪上的力矩進(jìn)行控制，能防止車輪相對(duì)于路面發(fā)生滑動(dòng)，以充分利用路面的附著系數(shù)，防止因左右道路附著系數(shù)不同而造成附加轉(zhuǎn)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(shí)的舒適性差。而 EBD 只采用滑移率，相對(duì) ABS 來說 EBD滑移率門檻值更低一些（如圖5所示）。

制動(dòng)壓力調(diào)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(jié)果是制動(dòng)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(dòng)舒適性好，故有“高舒適性的后橋 ABS”之稱。EBD 的優(yōu)點(diǎn)還在于在不同的路面上都可以獲得最佳制動(dòng)效果，縮短制動(dòng)距離，提高制動(dòng)靈敏度和協(xié)調(diào)性。EBD 另外一個(gè)特性就是它的隨動(dòng)性。當(dāng)車輛的載重或乘員數(shù)發(fā)生變化時(shí)，EBD 仍能根據(jù)各個(gè)車輪車速傳感器采集的信號(hào)，主動(dòng)、適時(shí)、合理地進(jìn)行制動(dòng)力的“智能”分配，從而保證制動(dòng)過程中車輛的直線行駛狀態(tài)和車身的穩(wěn)定性，讓危險(xiǎn)夭折于萌芽狀態(tài)。

三、EBD的研究現(xiàn)狀

目前對(duì)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(fù)雜制動(dòng)條件對(duì)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(hào)，通過大量試驗(yàn)進(jìn)行匹配研究，開發(fā)周期長。而EBD 產(chǎn)品為提高性價(jià)比，往往只用輪速傳感器來獲取制動(dòng)信息，這給EBD 控制設(shè)計(jì)增加了困難。汽車制動(dòng)初期，各輪正壓力、地面附著系數(shù)、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(xué)特性著手，對(duì)EBD 的控制任務(wù)進(jìn)行劃分，用不依賴于精確模型的分級(jí)控制解決EBD 較為復(fù)雜的控制問題。在運(yùn)行級(jí)，設(shè)計(jì)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(jì)算各輪的預(yù)分配制動(dòng)力。在組織協(xié)調(diào)級(jí)，設(shè)計(jì)出基于模糊推理的整車制動(dòng)力協(xié)調(diào)控制器，根據(jù)各輪參考滑移率的差異對(duì)各輪預(yù)分配制動(dòng)力進(jìn)行調(diào)整。

（責(zé)任編輯 全 玲）