启飞汽车

摘要

    分析了汽车线控制动系统的定义, 对其形式和特点进行了分析, 并对汽车线控制动系统安全控制技术创新进行了探讨。

一、汽车线控制动系统的定义

    汽车线控系统最早出现于20世纪90年代末期, 这一系统结合了机车电子技术和网络信息技术, 它的应用推动了汽车全自动化水平的提升, 使汽车技巧获得了极大的进步, 对于汽车行业的发展具有十分重要的作用。汽车线控系统可以分为两种, 即EHB系统和BBW系统, 下面对这两个系统进行介绍。

1.EHB系统

    EHB系统, 也可以被称为电子液压制动体系, 其主要功能是提升老旧制动体系的性能, 是一种介于传统的制动系统与电子机械制动系统之间的制动系统, 兼具这两种系统的特点, 系统中既有效把握了传统液压控制系统的结构, 同时又应用了电子控制系统的主要内容。这一系统主要包括踏板传感器、电子控制器、制动执行机构等几部分, 在运行过程中, 脚踏板传感器的功能是发出控制信号, 在这之后信号会传递到EUC并由其完成计算, 从而实现对制动力大小的充分把握, 然后又快又好的完成汽车的制动。EHB系统在应用过程中具有鲜明的优缺点, 优点是其具有较高的可靠性和安全性, 而且能够将噪音控制在比较小的范围内, 同时可以优化汽车的制动系统的设计, 系统的元件占用的空间较小, 实现汽车构造的优化;缺点在于在应用过程中需要使用制动液, 而且制动液存在一定的泄露风险, 从而给汽车的安全运行造成不利的影响。

2.BBW系统

    由于液压控制系统存在安全隐患, 而且存在控制时延长和结构复杂等方面的问题, 为了解决这一问题人们开发出一种完全无油液、全电子式的线传电控技术, 其依靠EMB (电机制动模块) 来进行制动, 人们将这一系统称为线控制动系统 (BBW) 。BBW系统和传统的制动系统存在很多方面的不同, 首先其执行机构和控制装置都是进行了重新的设计的, 系统中应用了电子制动踏板, 代替了传统会自动系统中应用的机械链接和真空助力器。应用的传感器会将踏板信息转换成电信号, 并且将信息传递到电动控制单元ECU, 通过其计算出每个车轮应施加的最适宜的制动压力, 然后安装在车轮上的电制动器就会对车轮精准的施加制动力, 实现车轮的制动。BBW系统的应用极大的提升了汽车制动系统的功能, 同时在汽车的智能控制方面有重要的作用, 给其创造了良好的条件。

二、线控制动系统的特点

    与传统的制动系统相比, BBW系统具有十分明显的优势, 主要体现在以下几方面:
    (1)应用BBW系统能够使车辆结构得到简化, BBW系统的应用使汽车可以省去制动油箱、制动主缸、助力装置、液压阀、复杂的管路系统等传统会自动系统中需要使用的部件, 机械和液压的连接结构也可以省去, 这样使车辆的结构得到了极大的简化。
    (2)极大地缩减制动相应的时间。制动系统的相应时延关系到汽车的运行安全, 在传统的机械和液压制动系统中, 由于存在运动惯性和间隙等结构问题, 制动命令发现之后, 会延迟一定时间后才能够完成执行操作, 给汽车的行驶安全带来了安全隐患, 通过应用BBW系统能够极大地减少制动控制的时延, 从而给紧急情况的处理带来更多的时间。
    (3)使车辆制动控制的鲁棒性得到了增强。由于BBW系统中, 车辆的每个轮子上都会配备独立的制动控制器, 因此能够通过更好的算法来完成制动力控制, 从而保证制动控制系统能够应对较为复杂工况条件。
    (4)能够实现和其它控制功能的集成。X.By.Wire技术能够提供硬件和功能的集成平台, 从而能够实现制动、油门和转向等独立控制系统的集成, 使这些控制系统都集成到统一的平台上, 通过计算机进行调控, 这样能够实现控制系统的无缝连接。通过这样的集成能够极大的提升汽车的操作性和安全性, 而且还使汽车的设计更加的智能和灵活。除此之外, 由于BBW系统能够实现每个车轮制动力的独立控制, 这样能够使轮胎的地面附着力达到最佳, 这样可以实现不增加硬件的情况下, 依靠软件来实现防抱死控制和电子制动力分配等功能。
    (5)维护简单, BBW由于没有使用制动液, 而且结构也比较加单, 因此其维护工作比较简单, 而且系统的耐久性也比较好, 从环保角度看也比较优秀。

三、汽车制动系统安全控制技术创新

1.车用电源系统

    BBW制动系统对于电源得需求较传统制动系统较高, 12V电源的不能够为其提供足够的驱动力, 该系统需要42V的驱动力才能够满足驱动力要求, 有效的预防紧急制动情况下出现电量不足的问题。而且42V电源还具有另一个优点, 那就是通过进行良好绝缘处理, 能够有效的防止出现线路接触不良的问题, 有效的提高控制系统的安全性。

2.高可靠性实时容错控制系统结构设计

    BBW系统的应用一直受到安全可靠性的较大影响, 因为任何一个电子信号的失效都可能会带来一个灾难性的后果, 而且在BBW系统之中, 不再拥有独立的备用制动系统, 这就对其设计的安全性有了更高的要求, 使其必须安全、实用并且是可维护的。虽然可以通过可靠性分析、事件树分析、故障树分析、危险分析等方法提高BBW系统在设计阶段的安全性, 并且通过有效的质量控制手段保证生产质量, 但是还是不能有效的防止某些故障的出现。
    因此为了保证系统的安全性, 需要提升系统的容错功能, 最合适的办法就是对系统的元件、单元和子系统, 甚至是软件进行冗余设计, 通过这样的方式能够是实现有效的系统容错结构设计, 提高系统的安全可靠性, 但是同时也会提高系统的成本, 因此设计时实现高安全性、成本、空间和重量等多方面因素的均衡。

四、基于时间触发网络协议的高速容错实时总线

    BBW系统是一个安全关键性分布式实时控制系统, 对于安全性和可靠性有着非常高的要求, 因此要求车载网络协议必须要具备高速率、可靠和支持容错等方面的性能, 而且消息的传输时间的实时和确定性也是其必备的条件, 只有这样才能够准确的完成实时性要求很高的控制任务, 诸如严格时序和参数定时刷新等。针对这样要求, 需要进行嵌入式实时控制系统的网络设计。嵌入式实时控制系统存在两种模式, 分别是事件触发和实践触发, 当前的研究结果表明, 基于时间触发的确定性通信网络协议在安全关键性实时控制方面的应用更具优势。在BBW系统中, TTP/C和、Flex Ray这两种时间性触发网络协议的应用比较普遍。其中TTP/C协议的特点是能够支持多种容错策略, Flex Ray协议具备同步时基、确定性、容错等特性。
 
 
作者：蔡海红  白彩盛  熊左桥  王启峰  来源：内燃机与配件
 

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