智能網(wǎng)聯(lián)汽車線控制動系統(tǒng)技術(shù)淺議
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摘要：現(xiàn)在的中國在產(chǎn)業(yè)技術(shù)研發(fā)、政策法規(guī)制定等各個方面不僅有效推動了我國智能信息網(wǎng)絡(luò)汽車聯(lián)合電動汽車產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，為有效促進(jìn)汽車相關(guān)產(chǎn)業(yè)技術(shù)的不斷進(jìn)步。本文詳細(xì)性地介紹了智能網(wǎng)聯(lián)汽車線性制動剎車輔助控制制動系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)和應(yīng)用發(fā)展，并對其基本原理和功能特點分別進(jìn)行了分析比較。結(jié)合目前汽車市場上兩種主流的混合油壓線控制動技術(shù)系統(tǒng)，深入研究分析目前汽車采用線性式控制油壓制動技術(shù)系統(tǒng)所可能面臨的各種技術(shù)難題，我們最新提出了一種基于更實用的新型電子機(jī)械油壓制動器(EHB)和基于電機(jī)驅(qū)動器(EMB)的線性制動技術(shù)系統(tǒng)。為未來幾年智能網(wǎng)聯(lián)汽車高速制動監(jiān)控系統(tǒng)的廣泛發(fā)展應(yīng)用奠定了堅實基礎(chǔ)，推動汽車時代的快速發(fā)展。
關(guān)鍵詞：智能網(wǎng)聯(lián)；線控系統(tǒng)；技術(shù)分析
1引言
在汽車產(chǎn)業(yè)的進(jìn)步中，汽車線控制動系統(tǒng)是線控底盤技術(shù)的關(guān)鍵。實現(xiàn)電控制動，通過制動力分配，使各車輪摩擦片磨損更均勻，能有效提高汽車的操控穩(wěn)定性，有效防止側(cè)滑、甩尾現(xiàn)象，使駕駛員可以緊急避讓或修正方向。隨著汽車系統(tǒng)效果的持續(xù)發(fā)展，智能網(wǎng)聯(lián)汽車線控制動系統(tǒng)的技術(shù)研究成為研究者的一大課題。
2汽車線控系統(tǒng)的定義
汽車線控制系統(tǒng)的歷史是上世紀(jì)末，汽車線控制系統(tǒng)技術(shù)密切聯(lián)系汽車電子技巧和網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)，促進(jìn)汽車全自動化水平提高，使汽車技術(shù)得到突出的進(jìn)步。汽車行駛的高速傳動系統(tǒng)大致可以再細(xì)分為大型汽車高級EHB系統(tǒng)和小型汽車高級EMB控制傳動系統(tǒng)兩種[1]。
2.1EHB系統(tǒng)
EHB系統(tǒng)改進(jìn)了舊的制動系統(tǒng)，將電子控制系統(tǒng)用于電液制動系統(tǒng)，提高了油壓控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和效果，在利用的經(jīng)驗中同時利用踏板傳感器和電子控制器踏板傳感器控制信號的導(dǎo)火。同時EUC在過程中開始工作計算數(shù)據(jù)，掌握制動強(qiáng)弱，確保制動好快進(jìn)步，EHB系統(tǒng)可以保證運(yùn)行中較大的把握安全性提高將噪音帶來的危害程度減到最小，使車的構(gòu)造更符合現(xiàn)實的運(yùn)用狀況[2]。但是，電液制動系統(tǒng)在實際使用過程中有一定的限制，電液制動系統(tǒng)在使用時需要剎車液，因此使用不恰當(dāng)?shù)脑捜菀讓?dǎo)致剎車液泄漏的問題，造成了對汽車使用不利的安全風(fēng)險。最典型的EHB系統(tǒng)是采用博世的usb-sbc驅(qū)動系統(tǒng)。以往的齒輪制動時，備用制動閥門被打開，通過電機(jī)控制制動增壓泵和制動減壓閥的自動接通從而斷開制動狀態(tài)，完成制動作業(yè)[3]。通常的汽車制動系統(tǒng)失效后，控制器就會打開一個備用制動閥門，啟用一個備用的汽車制動管理系統(tǒng)，踩剎車踏板，就可以剎車前輪。豐田的s-ecb汽車系統(tǒng)的內(nèi)部整體硬件結(jié)構(gòu)與它的sbc在工作原理上相似。所有的EHB剎車系統(tǒng)的工作原理基本上都相似，但是現(xiàn)在豐田仍然有一些新的系統(tǒng)設(shè)計。兩個脈沖回油閥在管道的兩端結(jié)合部由于流速不同，所以很多豐田汽車認(rèn)為流速會同時產(chǎn)生一個脈沖。這個傳動脈沖也是根據(jù)后輪和剎車的高速回油傳動管路慢慢不斷地被傳達(dá)，帶來大的噪音。基于這個設(shè)計想法，豐田把在兩個剎車控制回路的油管上同時施加一個脈沖的電流抑制電阻裝置也統(tǒng)稱為脈沖電阻抑制裝置。清華大學(xué)的數(shù)字d-ehb系統(tǒng)主要功能是針對分布式系統(tǒng)驅(qū)動的。主要特點有新穎的設(shè)計，增加了氣動壓力表以保證電磁閥的氣動設(shè)計。在各個方形圓筒的排氣管道中分別追加了自動壓力閥和保持控制閥。達(dá)到一定的壓力后，可以繼續(xù)維持這個新的壓力。
2.2EMB系統(tǒng)
EMB制動系統(tǒng)在實際應(yīng)用中主要采用了主干式交流線性微控制器和制動動力系統(tǒng)。所謂“干式”，主要指的是在使用EMB剎車系統(tǒng)自動剎車期間，取消制動油壓調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)和關(guān)閉制動排氣管道，這種自動控制剎車方式需要使用馬達(dá)鍵來執(zhí)行剎車控制系統(tǒng)命令。EMB制動系統(tǒng)在實現(xiàn)汽車高速制動應(yīng)用過程中，將系統(tǒng)結(jié)構(gòu)有效率地簡化，節(jié)省了大量汽車零部件的實際應(yīng)用。與原有EHB兩種系統(tǒng)版本相比，EMB傳動系統(tǒng)的所有動力油壓輸送裝置、主缸和汽缸、油壓輸送管道、動力裝置均由馬達(dá)驅(qū)動油壓裝置進(jìn)行代替，包括動力油壓盤和動力鼓閘。EMB制動系統(tǒng)本身正是一款先鋒型的制動動力系統(tǒng)。主要原理是用腳踩自動控制踏板，通過自動控制踏板上的傳感器直接得到汽車駕駛員的制動意圖，通過e-cud的處理直接高速驅(qū)動裝在車輪上的高速制動模塊。EMB系統(tǒng)沒有材料泄漏的安全隱患，具有更高的使用安全性。在汽車進(jìn)行高速控制的操作過程中，大幅提高了對命令行的響應(yīng)操作效率，具有較高的高速制動操作精度。此外，EMB監(jiān)控系統(tǒng)在汽車應(yīng)用修理過程中更好地直接實現(xiàn)了小型汽車的監(jiān)控一體化遠(yuǎn)程控制，在使用EMB監(jiān)控系統(tǒng)的汽車修理使用過程中很方便。結(jié)合我國線上監(jiān)控制動和制動管理系統(tǒng)的目前發(fā)展現(xiàn)狀情況，EMB系統(tǒng)對比于EHB制動系統(tǒng)來說有著更大的發(fā)展前景[4]。在對智能網(wǎng)聯(lián)汽車采用線性式控制器和制動管理系統(tǒng)設(shè)備進(jìn)行汽車安全性制動控制的應(yīng)用過程中，如何有效地正確使用汽車EMB控制系統(tǒng)，是我國汽車行業(yè)快速發(fā)展的大過程中必須認(rèn)真考慮的重要技術(shù)議題。與氣壓制動系統(tǒng)和傳統(tǒng)液壓制動系統(tǒng)相比，有非常大的優(yōu)勢，它用電導(dǎo)線的形式進(jìn)行信號的傳輸，不存在結(jié)構(gòu)設(shè)計復(fù)雜、笨重以及液壓油泄露、污染環(huán)境等問題，符合綠色環(huán)保的發(fā)展理念[5]。BBW系統(tǒng)是一個新的先進(jìn)系統(tǒng)，傳感器踏板，計算和控制踏板，電子控制文件和相應(yīng)的單制動模型。BBW系統(tǒng)進(jìn)行自動化分析，可以簡單地看到道路狀況的信息，全面、具體地正確地推測道路狀況的信息，及時地減輕危險。線控制動系統(tǒng)簡化了舊剎車系統(tǒng)的構(gòu)造，縮短了剎車所需的時間，沒有剎車系統(tǒng)之間的聯(lián)絡(luò)要素，縮短了系統(tǒng)之間的聯(lián)系時間，包含了輕松的運(yùn)用特征。
3智能網(wǎng)聯(lián)汽車線控制動技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀
為了大大提高民用汽車安全駕駛的線路安全性和系統(tǒng)可靠性，歐盟專門設(shè)計了安全和高性能的通信容錯安全控制結(jié)構(gòu)，開始深入研究各種汽車線路和通信容錯控制安全系統(tǒng)。這個電子系統(tǒng)里安裝了電線和電子制動器，但是這個和以前的機(jī)器和油壓系統(tǒng)不同。這是通過計算機(jī)來控制駕駛員的命令，將其轉(zhuǎn)換成一定的電子信號來驅(qū)動電子制動器。汽車通用線性電控制動器技術(shù)的相關(guān)研究最早興起于20世紀(jì)90年代，這項技術(shù)研究最初可能是由當(dāng)時世界上一些著名的通用汽車制造公司共同組織開展起來的。瑞典SKF集團(tuán)在2001年9月展示的第一號汽車berton1-skffiilo小型概念車上的它使用了基于skf的一種線性式控制剎車技術(shù)。這個傳動技術(shù)的廣泛使用大大解決了由于方向盤、加速、剎車踏板等復(fù)雜機(jī)械部件操作傳動方式的復(fù)雜問題。2002年，美國通用汽車公司中國發(fā)售了一款搭載汽車電線自動控制系統(tǒng)技術(shù)和搭載燃料轉(zhuǎn)化電池控制技術(shù)的新車autoomy(具有自主駕駛魔力)跑車。戴爾菲于2004年3月開發(fā)了一種可以利用電動剎車鉗進(jìn)行操作的前后輪動力制動器的四輪混合動力制動技術(shù)系統(tǒng)。世界上第一輛EMB類型汽車設(shè)計是由澳大利亞PBR公司于2005年期間開發(fā)的。之后，這家汽車公司陸續(xù)開發(fā)了“esequel”等概念車。2016年WangF等人針對單輪爆胎的問題進(jìn)行了深入研究，并提出將BBW以及前輪轉(zhuǎn)向協(xié)同的容錯控制策略[6]。2017年XiangzhiLiu利用FlexRay總線作為車載網(wǎng)絡(luò)搭建線控制動實物平臺，并驗證了實物平臺的可行性[7]。2020年ShuaiChen等人針對汽車制動舒適性問題，提出了基于汽車制動舒適性的制動意圖分類策略[8]。現(xiàn)在又出現(xiàn)了電機(jī)制動器EMB。根據(jù)構(gòu)造，分為機(jī)電鼓制動器和機(jī)電盤制動器。其中，機(jī)電盤制動器也分為無自增力和自增力兩種形式。機(jī)電盤式剎車具有高穩(wěn)定性，結(jié)構(gòu)設(shè)計簡單，質(zhì)量好，尺寸適中，市場前景比鼓式制動器更廣闊。
4汽車制動系統(tǒng)方式分析
4.1滯空現(xiàn)象
滯空形式及多個威脅形式是應(yīng)該重視的現(xiàn)象，這些現(xiàn)象對汽車能否安全使用造成一定的威脅，找出滯留點所在，通過深度探討引起滯留現(xiàn)象的原因?qū)ιa(chǎn)方面存在的問題進(jìn)行研究生考試，找出合適的解決方法，在開展滯空形式的剖析的過程中，可以根據(jù)重要的基準(zhǔn)進(jìn)行測定，同時根據(jù)引起滯空現(xiàn)象的因素，在計劃中持續(xù)改善甚至可以避免滯空現(xiàn)象。
4.2制動器故障分析
剎車故障形式的要點是，在剎車展開過程中，剎車系統(tǒng)出現(xiàn)剎車反應(yīng)遲鈍或完全故障的現(xiàn)象，剎車發(fā)生不能工作，降低速度的行為發(fā)生了故障?；旧?，這種原因是由于剎車系統(tǒng)內(nèi)部的布線故障、踏板接觸不足、ECU硬盤發(fā)生錯誤等，根據(jù)故障的重要水平來區(qū)分，剎車故障給汽車帶來的不利條件更加嚴(yán)重應(yīng)該密切改變建設(shè)失誤的可能性和系統(tǒng)體制的修理。
5線控制動系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)分析
與以往的中控制動管理系統(tǒng)技術(shù)相比，控制器和制動管理系統(tǒng)雖然具有無可比擬的技術(shù)優(yōu)勢，對現(xiàn)代汽車的制動結(jié)構(gòu)和中控制動系統(tǒng)性能發(fā)展帶來了一些根本性的重大變革，但在全面深入推進(jìn)汽車應(yīng)用之前，還有很多重要的關(guān)鍵技術(shù)保障問題。
5.1車用42V電源系統(tǒng)的開發(fā)
線性式控制轉(zhuǎn)向制動管理系統(tǒng)主要通過42v直流電源控制系統(tǒng)合并驅(qū)動電氣動力操作器件來實現(xiàn)電動車輪轉(zhuǎn)向制動，同時整車使用42v電源供電控制系統(tǒng)，有利于電動汽車執(zhí)行控制裝置的最佳性能設(shè)計。但是，高壓輸電會直接造成輸電線路中的絕緣、耐壓、電磁波和噪音的嚴(yán)重問題[9]?，F(xiàn)在電子汽車的每個電子零件一般需要符合12v的工作電壓，而42v這個電壓一定可能會給電子汽車零件制造商和其他的電子汽車零部件產(chǎn)品供應(yīng)商之間帶來新的技術(shù)挑戰(zhàn)。車體內(nèi)部供電的最基本的供電系統(tǒng)元件是42v的直流電源。BBW制動系統(tǒng)對備用電源也是具有一定的性能要求。由于舊式的電源12v本身的輸出電壓比較小，動力的產(chǎn)生絕對不夠，所以必須提高剎車的力量。但是，42v的直流電源電壓可以對它進(jìn)行最好的散熱處理。知道各種力量強(qiáng)度不足的物理現(xiàn)象。防止緊急剎車有電未充分保存的狀態(tài)。同時將絕緣作為正確的解決方法。拒絕因侵蝕導(dǎo)致的線路接觸不足，保證控制系統(tǒng)的安全性。
5.2基于數(shù)字技術(shù)的新型控制管理系統(tǒng)
在電氣控制汽車制動軟件系統(tǒng)的不斷普及中和使用中最大的一個問題當(dāng)然是系統(tǒng)可靠性和系統(tǒng)安全性的兩個問題，解決系統(tǒng)可靠性和系統(tǒng)安全性兩個問題的最有效的解決方法當(dāng)然是冗余系統(tǒng)設(shè)計，包括控制汽車的主要電氣控制零部件、控制制動單元、甚至控制軟件的冗余設(shè)計這些都可以防止使制動系統(tǒng)更加復(fù)雜和大大提高制造成本[10]。
5.3基于觸發(fā)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的高速總線
基于無線時間控制觸發(fā)的無線通信控制網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)是用戶實現(xiàn)對BBW系統(tǒng)的實時時間控制的最佳網(wǎng)絡(luò)選擇。Flexray定時具有三種同步定時、確定性和定時容錯性的基本特征[11]。兩種治療方法各自都有其優(yōu)缺點。另外，只有不斷優(yōu)化改善手機(jī)網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程通信，才能真正實現(xiàn)實時遠(yuǎn)程控制。
5.4制動性能的評價方式
剎車的評價主要包括剎車的效用、制動能力以及恒久性和制動方向的平定性。剎車的效用說明，將汽車的速度減低至最小，直到靜止技能，這也是評價制動性的最基本標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)制動路徑、制度力量、制動速度和制動所需的時間。剎車的路程是在固定的初級速度值中，說停下來的車完全靜止所需的汽車的滑行距離。
5.5高速汽車協(xié)議控制系統(tǒng)
汽車在運(yùn)用過程中，為了重視安全特征，確保數(shù)據(jù)的導(dǎo)入和輸出的完全安全，將高速穩(wěn)定的車載網(wǎng)絡(luò)信息貫徹始終，全面構(gòu)建一個控制系統(tǒng)要確保各環(huán)節(jié)嚴(yán)密組織和數(shù)據(jù)最新情況的跟進(jìn)，保持?jǐn)?shù)據(jù)最新化[12]。
5.6汽車制動系統(tǒng)安全的重要性
隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，交通量密度增加，汽車速度也提高，汽車制動系統(tǒng)的控制越來越主要。就目前的情況而言，相關(guān)的汽車制動系統(tǒng)基本上集中在制動控制的道理和方式上。使用線路控制技術(shù)的結(jié)構(gòu)相關(guān)的汽車安全知識電子控制系統(tǒng)越來越成為汽車技術(shù)進(jìn)步的目標(biāo)。安全的特征和穩(wěn)定的特征是阻礙線控制系統(tǒng)的使用的主要原因。因此，線控系統(tǒng)的安全管理要把握文化和方式，展開系統(tǒng)比較，有剎車安全控制，適當(dāng)?shù)闹苿訖C(jī)可以保證汽車的安全質(zhì)量，提高機(jī)動性[13]。另外，線路控制的技能在汽車及許多電氣控制系統(tǒng)或不同的運(yùn)輸技術(shù)方面有著無法比擬的優(yōu)勢。
6網(wǎng)聯(lián)汽車線控制動技術(shù)探究
BBW系統(tǒng)大大提高了汽車的性能。此系統(tǒng)成為與傳統(tǒng)汽車區(qū)別的一大特征。但是，此系統(tǒng)的全面普及的推廣仍有一定的距離，特別是許多關(guān)鍵技術(shù)是最大的制約壁壘。車載42V電源系統(tǒng)。電動機(jī)車執(zhí)行控制裝置的系統(tǒng)設(shè)計經(jīng)由42v的直流供電控制系統(tǒng)開始進(jìn)行。但是，42V電源系統(tǒng)的開發(fā)還必須解決絕緣、耐壓、噪音、電化學(xué)腐蝕、電弧放電等問題[14]。解決這些問題可以大大提高電源系統(tǒng)的性能。實時容錯控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的設(shè)計。面臨線控制動系統(tǒng)使用的最大難題是安全性和可靠性。首先，行車與地面接觸和碰撞多，線路容易發(fā)生故障，線控制動系統(tǒng)的電子信號失效對汽車來說是極大的隱患。其次，線控制動系統(tǒng)的安全性、可靠性可以通過可靠性分析、事件樹分析、故障樹分析等來提高，但并不是通過上述方法可以避免任何災(zāi)害[15]。因此，線控制動系統(tǒng)在考慮元素、單元或子系統(tǒng)以及軟件的冗余設(shè)計的同時，在設(shè)計研究階段，必須考慮成本、空間、重量等因素?；诟咚贂r間軸的觸發(fā)器和網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的高速容錯器和實時數(shù)據(jù)總線。為了大大提高車載汽車的信息安全性和信息可靠性，為了有效保證車載信息數(shù)據(jù)傳遞的及時和安全，設(shè)置出了支持高速、可靠性和較高容錯性的車載信息網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，構(gòu)建分散了安全性重要性的實時控制系統(tǒng)必須保證及時完成嚴(yán)格的時機(jī)和時機(jī)的刷新的重要任務(wù)。因此，對于車載消息網(wǎng)絡(luò)協(xié)議需要有非常嚴(yán)格的技術(shù)要求，消息數(shù)據(jù)傳輸要長時間實時可靠，同時車載網(wǎng)絡(luò)協(xié)議還非常需要它所支持的超高速率、可靠性和超高容錯性。
7結(jié)束語
本文指出智能網(wǎng)聯(lián)汽車線性控制機(jī)動系統(tǒng)的技術(shù)與通用電子汽車科學(xué)制造技術(shù)相密切聯(lián)系，提高了系統(tǒng)的自動性，重視剎車機(jī)構(gòu)的成果，降低了成本，掌握了剎車系統(tǒng)的特點。促進(jìn)安全性飛躍，決定汽車剎車系統(tǒng)的安全性。汽車制動線路監(jiān)控制動與制動監(jiān)測系統(tǒng)的應(yīng)用安全控制制動技術(shù)的廣泛應(yīng)用與汽車電子技術(shù)緊密結(jié)合，需要不斷提高系統(tǒng)的制動智能性，重視汽車制動監(jiān)控效果，減少制動布線，提高汽車制動監(jiān)控系統(tǒng)的安全可控性。在現(xiàn)階段的產(chǎn)品生產(chǎn)中，利用新型生產(chǎn)設(shè)備，進(jìn)一步提高產(chǎn)品生產(chǎn)工藝技術(shù)，滿足人們對汽車安全性的要求，提高汽車智能化。由此，保證汽車的線控制動系統(tǒng)的可靠性。
作者:劉彪杰 楊果仁 鄒瑾 蘭旭 陳偉 李定明 單位:成都師范學(xué)院
