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汽車制動電控系統概述
作者: 果殼機動 來源: 燃云汽車 日期: 2019年6月6日

本文中的專有詞匯縮寫及解釋:
◆ESP:Electronic Stability Program 電子穩定程序(博世獨有名詞,已注冊商標)
◆ESC:Electronic Stability Control 電子穩定控制(等同于ESP,其他公司的叫法,如ZF和Conti)
◆EPB:Electronic Parking Brake 電子駐車制動
◆iBooster:電子助力器(博世的叫法)
 
1制動系統定義
制動系統的作用是實現車輛的主動減速,以及在坡道上保持靜止。
 
實現這兩方面功能的系統分別被稱為行車制動系統和駐車制動系統。兩個系統并非完全獨立,而是共用了一部分的零件,比如后制動器總成,包括制動盤,制動卡鉗。無論行車制動系統,還是駐車制動系統,施加在整車上的制動力都是通過這個總成來實現的。
 
制動系統由以下主要零件組成:
◆制動踏板
◆制動主缸
◆真空助力器
◆真空泵
◆iBooster
◆ESP/ABS
◆ESP開關
◆制動硬管/軟管
◆制動鉗總成(含摩擦片)
◆制動盤
◆駐車拉桿
◆駐車拉線
◆EPB開關/AutoHold功能開關
 
其中iBooster和真空助力器/真空泵屬于替代關系,而駐車拉桿/駐車拉線和EPB開關/AutoHold功能開關也屬于替代關系,因為他們分別用于機械系統或電控系統。
 
整個系統的安裝關系如圖(以下圖片來自網絡)
 

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行車制動系統圖示
 
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機械駐車系統圖示
 
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電子駐車制動系統圖示
 
2,行車制動系統工作原理
汽車的行車制動系統本質上是一個將動能轉化為熱能,并通過熱傳導,熱對流等方式將熱能釋放到空氣中的能量轉化系統。其工作原理如下:
 
◆駕駛員踩下制動踏板,輸入機械力
◆真空助力器通過發動機真空度對駕駛員的輸入進行助力(boost)
◆制動主缸將駕駛員的輸入力和真空助力器的助力轉化成制動系統液壓
◆主缸液壓通過制動硬管和軟管傳遞至每一個車輪的制動卡鉗輪缸
◆液壓推動輪缸的活塞,產生壓力,將摩擦片壓緊到旋轉的制動盤上
◆摩擦片在垂直壓力的作用下,產生摩擦力和制動力矩,對整車進行制動
◆在摩擦片與制動盤摩擦的過程中,產生大量的熱,并通過制動盤散佚到空氣中
 
如此,行車制動系統實現了功能,每一次駕駛員踩下制動踏板,都是在重復這一過程。系統的動力源,就是駕駛員本人。整個過程都是由被稱為“基礎制動系統”的部分完成的,即上文中所有藍色字體標出的零件。
 
與基礎制動系統相對的就是所謂的“電控制動系統”了,包括iBooster和ESP。那么,電控制動系統又在哪個環節工作呢?我們在上面的步驟中加入ESP。
 
◆駕駛員踩下制動踏板,輸入機械力
◆真空助力器通過發動機真空度對駕駛員的輸入進行助力(boost)
◆制動主缸將駕駛員的輸入力和真空助力器的助力轉化成制動系統液壓
◆主缸液壓通過制動硬管傳遞到ESP
◆ESP對每個車輪回路的制動液壓進行加壓,泄壓或保壓等操作
◆ESP通過制動硬管和軟管將液壓傳遞至每一個車輪的制動卡鉗輪缸
◆液壓推動輪缸的活塞,產生壓力,將摩擦片壓緊到旋轉的制動盤上
◆摩擦片在垂直壓力的作用下,產生摩擦力和制動力矩,對整車進行制動
◆在摩擦片與制動盤摩擦的過程中,產生大量的熱,并通過制動盤散佚到空氣中
 
電控系統用紅色的字體標出,所以很明顯,ESP是安裝在制動主缸和輪缸之間,也是在液壓從主缸傳遞到輪缸的過程中產生作用的,它通過電機和閥來控制在每一個車輪上施加的液壓,從而施加制動力。由于ESP具有電機,泵和相應的內部油路設計,它可以在駕駛員不踩制動踏板(也就是主缸液壓為0)的情況下工作,主動的給車輪建壓,這樣就可以實現自動減速了。
 
\
ESP
 
同樣,電子助力器iBooster也可以實現自動減速,那么它是如何實現的呢?之前提過,iBooster在系統中會替代掉真空助力器,因此,實現制動的步驟會變成下面這樣:
 
◆駕駛員踩下制動踏板,輸入機械力
◆iBooster通過電機和泵對駕駛員的輸入進行助力(boost)
◆制動主缸將駕駛員的輸入力和iBooster的助力轉化成制動系統液壓
◆主缸液壓通過制動硬管和軟管傳遞至每一個車輪的制動卡鉗輪缸
◆液壓推動輪缸的活塞,產生壓力,將摩擦片壓緊到旋轉的制動盤上
◆摩擦片在垂直壓力的作用下,產生摩擦力和制動力矩,對整車進行制動
◆在摩擦片與制動盤摩擦的過程中,產生大量的熱,并通過制動盤散佚到空氣中
 
可見,iBooster是在踏板力轉化到主缸液壓這個過程中作用的。比ESP介入的環節要早不是么?這里描述的是一個常規的制動的過程,實際上iBooster也可以單獨的對系統加壓來實現整車自動減速。
 
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iBooster
 
ESP和iBooster都集成了ECU,它們也都分別連接到整車CAN網絡上,自動駕駛控制器可以通過輸入減速度指令來讓它們工作,以實現功能。(當然實際會復雜很多,軟件和信號接口都要支持才行)
 
ESP最早并不是用于自動駕駛系統的,它是一個“主動安全系統”的控制器,主要的任務是進行車輛穩定性控制。1983年,豐田皇冠推出了完整的四輪電子防滑控制系統。1987年,梅賽德斯--奔馳,寶馬和豐田推出了他們的第一個牽引力控制系統。牽引力控制通過應用單獨的車輪制動和油門來加速時保持牽引力,但與ESP不同,它不是為了輔助轉向而設計的。1990年,三菱在日本發布了Diamante(Sigma)。它采用了三菱開發的新型軌跡和牽引力主動電子控制系統(世界上這兩個系統的首次集成)。該系統于1990年簡稱為TCL,現已發展為三菱現代主動滑行和牽引力控制(ASTC)系統。(橙色部分來自Wiki)ESP是這個零件的名稱,實際上它實現的功能有很多,比如:
 
◆ABS 防抱死系統
◆EBD 電子制動力分配
◆TCS 驅動力控制系統
◆ESP(ESC/VDC) 電子穩定程序
◆VLC 縱向控制
 
其中,VLC是和自動駕駛密切相關的,這個軟件模塊負責將減速度請求轉化成ESP自身的液壓請求以實現制動,和將加速度請求轉化成對EMS或VCU的扭矩請求。而其他的功能,在駕駛自動化系統之前很久,就已經存在了。
 
3,駐車制動系統工作原理
駐車制動系統中,和電控相關的零部件有這些:
 
◆EPB控制器
◆EPB Actuator(電機及傳動機構,集成在卡鉗上)
◆EPB開關
 
駐車制動系統的原理要簡單很多,對于一個機械駐車制動系統,實現的步驟只有四步:
 
◆駕駛員拉起駐車拉桿,將力施加到駐車拉桿上
◆駕駛員的手力通過駐車拉線傳遞到制動卡鉗的Spindle上
◆Spindle推動活塞,產生壓力,將摩擦片壓緊到制動盤上
◆摩擦片在垂直壓力下,和制動盤間產生靜摩擦力,保持車輛靜止
 
基礎制動系統同樣用藍色字體標出。如果用EPB來替換機械駐車機構的話,同樣也只需要四步:
 
◆駕駛員拉起EPB開關
◆EPB控制器接收到指令,控制制動卡鉗上的Actuator中的電機,電機通過傳動機構推動Spindle
◆Spindle推動活塞,產生壓力,將摩擦片壓緊到制動盤上
◆摩擦片在垂直壓力下,和制動盤間產生靜摩擦力,保持車輛靜止
 
可見,EPB的電機取代了駕駛員的手力輸入,作為動力源實現了駐車制動的動作。
 
在早期,EPB有一個相對ESP獨立的控制器,但現在的EPB控制軟件都已經集成到ESP里面。所以擁有獨立控制器的EPB被稱為EPB Standalone,而控制軟件集成在ESP中的方案被稱為EPBi,這里的i即integration。所以現在在整車上,一般駐車的請求,也是先發給ESP,再通過ESP控制Actuator實現駐車的。
 
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EPB Standalone ECU
 
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EPB卡鉗總成
 
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EPB Actuator(Motor Assambly)
 
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EPB Switch

(轉載請注明來源: 汽車制動網/chebrake.com 責任編輯:)

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