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汽车制动电控系统概述
作者: 果壳机动 来源: 燃云汽车 日期: 2019年6月6日

本文中的专有词汇缩写及解释:
◆ESP:Electronic Stability Program 电子稳定程序(博世独有名词,已注册商标)
◆ESC:Electronic Stability Control 电子稳定控制(等同于ESP,其他公司的叫法,如ZF和Conti)
◆EPB:Electronic Parking Brake 电子驻车制动
◆iBooster:电子助力器(博世的叫法)
 
1制动系统定义
制动系统的作用是实现车辆的主动减速,以及在坡道上保持静止。
 
实现这两方面功能的系统分别被称为行车制动系统和驻车制动系统。两个系统并非完全独立,而是共用了一部分的零件,比如后制动器总成,包括制动盘,制动卡钳。无论行车制动系统,还是驻车制动系统,施加在整车上的制动力都是通过这个总成来实现的。
 
制动系统由以下主要零件组成:
◆制动踏板
◆制动主缸
◆真空助力器
◆真空泵
◆iBooster
◆ESP/ABS
◆ESP开关
◆制动硬管/软管
◆制动钳总成(含摩擦片)
◆制动盘
◆驻车拉杆
◆驻车拉线
◆EPB开关/AutoHold功能开关
 
其中iBooster和真空助力器/真空泵属于替代关系,而驻车拉杆/驻车拉线和EPB开关/AutoHold功能开关也属于替代关系,因为他们分别用于机械系统或电控系统。
 
整个系统的安装关系如图(以下图片来自网络)
 

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行车制动系统图示
 
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机械驻车系统图示
 
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电子驻车制动系统图示
 
2,行车制动系统工作原理
汽车的行车制动系统本质上是一个将动能转化为热能,并通过热传导,热对流等方式将热能释放到空气中的能量转化系统。其工作原理如下:
 
◆驾驶员踩下制动踏板,输入机械力
◆真空助力器通过发动机真空度对驾驶员的输入进行助力(boost)
◆制动主缸将驾驶员的输入力和真空助力器的助力转化成制动系统液压
◆主缸液压通过制动硬管和软管传递至每一个车轮的制动卡钳轮缸
◆液压推动轮缸的活塞,产生压力,将摩擦片压紧到旋转的制动盘上
◆摩擦片在垂直压力的作用下,产生摩擦力和制动力矩,对整车进行制动
◆在摩擦片与制动盘摩擦的过程中,产生大量的热,并通过制动盘散佚到空气中
 
如此,行车制动系统实现了功能,每一次驾驶员踩下制动踏板,都是在重复这一过程。系统的动力源,就是驾驶员本人。整个过程都是由被称为“基础制动系统”的部分完成的,即上文中所有蓝色字体标出的零件。
 
与基础制动系统相对的就是所谓的“电控制动系统”了,包括iBooster和ESP。那么,电控制动系统又在哪个环节工作呢?我们在上面的步骤中加入ESP。
 
◆驾驶员踩下制动踏板,输入机械力
◆真空助力器通过发动机真空度对驾驶员的输入进行助力(boost)
◆制动主缸将驾驶员的输入力和真空助力器的助力转化成制动系统液压
◆主缸液压通过制动硬管传递到ESP
◆ESP对每个车轮回路的制动液压进行加压,泄压或保压等操作
◆ESP通过制动硬管和软管将液压传递至每一个车轮的制动卡钳轮缸
◆液压推动轮缸的活塞,产生压力,将摩擦片压紧到旋转的制动盘上
◆摩擦片在垂直压力的作用下,产生摩擦力和制动力矩,对整车进行制动
◆在摩擦片与制动盘摩擦的过程中,产生大量的热,并通过制动盘散佚到空气中
 
电控系统用红色的字体标出,所以很明显,ESP是安装在制动主缸和轮缸之间,也是在液压从主缸传递到轮缸的过程中产生作用的,它通过电机和阀来控制在每一个车轮上施加的液压,从而施加制动力。由于ESP具有电机,泵和相应的内部油路设计,它可以在驾驶员不踩制动踏板(也就是主缸液压为0)的情况下工作,主动的给车轮建压,这样就可以实现自动减速了。
 
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ESP
 
同样,电子助力器iBooster也可以实现自动减速,那么它是如何实现的呢?之前提过,iBooster在系统中会替代掉真空助力器,因此,实现制动的步骤会变成下面这样:
 
◆驾驶员踩下制动踏板,输入机械力
◆iBooster通过电机和泵对驾驶员的输入进行助力(boost)
◆制动主缸将驾驶员的输入力和iBooster的助力转化成制动系统液压
◆主缸液压通过制动硬管和软管传递至每一个车轮的制动卡钳轮缸
◆液压推动轮缸的活塞,产生压力,将摩擦片压紧到旋转的制动盘上
◆摩擦片在垂直压力的作用下,产生摩擦力和制动力矩,对整车进行制动
◆在摩擦片与制动盘摩擦的过程中,产生大量的热,并通过制动盘散佚到空气中
 
可见,iBooster是在踏板力转化到主缸液压这个过程中作用的。比ESP介入的环节要早不是么?这里描述的是一个常规的制动的过程,实际上iBooster也可以单独的对系统加压来实现整车自动减速。
 
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iBooster
 
ESP和iBooster都集成了ECU,它们也都分别连接到整车CAN网络上,自动驾驶控制器可以通过输入减速度指令来让它们工作,以实现功能。(当然实际会复杂很多,软件和信号接口都要支持才行)
 
ESP最早并不是用于自动驾驶系统的,它是一个“主动安全系统”的控制器,主要的任务是进行车辆稳定性控制。1983年,丰田皇冠推出了完整的四轮电子防滑控制系统。1987年,梅赛德斯--奔驰,宝马和丰田推出了他们的第一个牵引力控制系统。牵引力控制通过应用单独的车轮制动和油门来加速时保持牵引力,但与ESP不同,它不是为了辅助转向而设计的。1990年,三菱在日本发布了Diamante(Sigma)。它采用了三菱开发的新型轨迹和牵引力主动电子控制系统(世界上这两个系统的首次集成)。该系统于1990年简称为TCL,现已发展为三菱现代主动滑行和牵引力控制(ASTC)系统。(橙色部分来自Wiki)ESP是这个零件的名称,实际上它实现的功能有很多,比如:
 
◆ABS 防抱死系统
◆EBD 电子制动力分配
◆TCS 驱动力控制系统
◆ESP(ESC/VDC) 电子稳定程序
◆VLC 纵向控制
 
其中,VLC是和自动驾驶密切相关的,这个软件模块负责将减速度请求转化成ESP自身的液压请求以实现制动,和将加速度请求转化成对EMS或VCU的扭矩请求。而其他的功能,在驾驶自动化系统之前很久,就已经存在了。
 
3,驻车制动系统工作原理
驻车制动系统中,和电控相关的零部件有这些:
 
◆EPB控制器
◆EPB Actuator(电机及传动机构,集成在卡钳上)
◆EPB开关
 
驻车制动系统的原理要简单很多,对于一个机械驻车制动系统,实现的步骤只有四步:
 
◆驾驶员拉起驻车拉杆,将力施加到驻车拉杆上
◆驾驶员的手力通过驻车拉线传递到制动卡钳的Spindle上
◆Spindle推动活塞,产生压力,将摩擦片压紧到制动盘上
◆摩擦片在垂直压力下,和制动盘间产生静摩擦力,保持车辆静止
 
基础制动系统同样用蓝色字体标出。如果用EPB来替换机械驻车机构的话,同样也只需要四步:
 
◆驾驶员拉起EPB开关
◆EPB控制器接收到指令,控制制动卡钳上的Actuator中的电机,电机通过传动机构推动Spindle
◆Spindle推动活塞,产生压力,将摩擦片压紧到制动盘上
◆摩擦片在垂直压力下,和制动盘间产生静摩擦力,保持车辆静止
 
可见,EPB的电机取代了驾驶员的手力输入,作为动力源实现了驻车制动的动作。
 
在早期,EPB有一个相对ESP独立的控制器,但现在的EPB控制软件都已经集成到ESP里面。所以拥有独立控制器的EPB被称为EPB Standalone,而控制软件集成在ESP中的方案被称为EPBi,这里的i即integration。所以现在在整车上,一般驻车的请求,也是先发给ESP,再通过ESP控制Actuator实现驻车的。
 
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EPB Standalone ECU
 
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EPB卡钳总成
 
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EPB Actuator(Motor Assambly)
 
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EPB Switch

(转载请注明来源: 汽车制动网/chebrake.com 责任编辑:)

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