汽车电液制动台架试验综述-李竹芳
汽车电液制动台架试验综述
李竹芳
（北京信息科技大学机电工程学院，北京100192）
摘要：本文介绍了制动系统的相关国家标准，在介绍电液制动（EHB）的工作原理、工作性能的基础上，阐述了国内外对于EHB试验台的研究现状，包括试验台设计方法、控制方法、结构、关键部件的选型等。对基于国家标准进行的台架试验做了详细叙述。通过试验分析，验证台架试验的准确性和电液制动系统的高效性。
关键词：电液制动系统；台架试验；发展现状
中图分类号:U463.5文献标志码:A
Automobile Electronic Hydraulic Brake Bench Test Review
LI Zhu-fang，CAI Pu，DU Di
(Mechanical and Electrical Engineering School，Beijing Information Science and Technology University，Beijing 100192) Abstract:The relevant national standards of braking system is introduced in this paper. Based on the working principle and working performance of EHB system, expounds the research status for EHB test-bed at home and abroad, including design methods, control methods, structure and the selection of key components, etc. Goes into particulars for bench test based on national standard. Through test analysis, the accuracy of bench test and the efficiency of electronic hydraulic brake system is verified.
Key words: electric hydraulic braking system; bench test; Current Situation
0引言
在开发新产品的初期，需将新产品装配到实车上进行检测和系统调试，实验过程中如果发现缺陷，要重新测试并对其进行改进，这样做不但成本较高并且安装拆卸困难，为此搭建实验台有着较大优势，即只需在试验台上测试新产品的性能，测试通过后再装车。
从1993 年开始到2000 年是EHB 技术发展初期[1]。期间各大汽车公司都针对EHB 系统进行了技术研发，主要装配在试验车型上。21 世纪初以来，EHB 系统逐渐步入成熟阶段，被越来越多的公司所采用并进行了产品化[2]。2007 年以来，EHB 系统相关应用技术开始步入网络整合阶段，车辆ECU 将其与动力系统、转向系统等主要总成通过车载网络进行集中控制，而不再是完全独立的系统。
国内对于EHB 的研究起步相对较晚，仅部分高校、科研单位做了相应的初步研究工作，基本上仅限于结构方案及简单液压特性方面的研究，距离真正意义上的EHB 系统还有相当长的路要走，尚需进一步的深入研究[3]。本文主要介绍国内外对于EHB试验台研究，基于国家标准的试验研究，试验台关键部件的选型等。
1制动系统的相关国家标准
国家标准GB7258《机动车运行安全技术条件》(简称/GB72580)是我国机动车安全技术管理的最基本的技术性法规，是公安机关交通管理部门新车注册登记和在用车定期检验、事故车检验等安全技术检验的主要技术依据，同时也是我国机动车新车定型强制性检验、新车出厂检验及进口机动车检验的重要技术依据之一。GB7258规定了机动车的整车及主要总成、安全防护装置等有关运行安全的基本技术要求及检验方法。
国家标准GB12676一1999《汽车制动系统结构、性能和试验方法》(简称“GB12676”)，详细规定了制动系统的性能和试验方法，其中规定须对汽车的制动距离、制动平均减速度以及制动系统的踏板力、制动踏板行程、制动系统的液压和制动时间等项目进行检测。
2EHB系统简介
EHB（Electronic Hydraulic Brake System）系统是线控制动两类系统中的一种。由于传统制动系统主要由制动踏板、真空助力器、主缸、轮缸、制动鼓（或制动盘）及管路等构成。制动系统对车辆进行直接制动，制动管路较长、响应速度慢、易产生滞后现象、安全性降低。EHB 系统除去了巨大的真空助力器，以及一些液压管路等传统制动系统的部分机械元件，并用一些电子元件替代，该系统用一个电子式制动踏板替代传统的液压制动踏板，电子踏板单元识别出驾驶
人员踩踏制动踏板的制动意图，通过数据采集系统将传感器采集的车辆状态信号传递给电子控制单元，同时电子控制单元根据不同的驾驶工况决策出车轮的最佳制动压力。这一系统缩短了制动反应时间，减小了系统响应时间，同时也避免了因液压机械制动系统反作用力引起震动而使驾驶员不自觉地减小制动力带来的危险。
EHB 系统具有安全、舒适、相应快、易于实现再生制动、制动力可精确控制等优点，并且通过控制算法可方便实现 ABS 、ESP 、TCS 等主动安全控制功能。
3 国内外EHB 试验台的发展
3.1都灵理工大学EHB 试验台
都灵理工大学在ABS/ESC 实验台基础上搭建了
EHB 硬件在环试验台[4]（如图 3.1），试验台主要用来分析和研究线性制动系统，因为系统配备有高压蓄能器，为系统提供高压油液，使整个系统响应速度更快，可产生更大的制动力矩，并且可对各个轮缸独立进行控制。对电磁阀控制策略进行开发，以减小压力震荡，缩短响应时间。编辑和调整控制逻辑可增强驾驶员制动时的舒适性，还可以基于此实验台进行能量回收。该试验台配置有：两个鼓式制动器，两个盘式制动器，装有高速开关阀四路液压回路与制动轮缸相连，与串联双腔制动主液相连的液压踏板单元用于模拟驾驶员制动意图。压力传感器安装在蓄能器出液端和四个轮缸进液端，可实时监测蓄能器和轮缸压力，储液器与蓄能器之间装有电机泵，
为蓄能器提供高压稳定的油液。
图3.1 都灵理工大学搭建的 EHB 试验台
3.2 布莱顿大学EHB 试验台
试验台（如图3.2）主要对踏板力模拟单元进行了详细的讨论。对转角传感器所测转角与轮缸压力之间的关系进行了标定。应用 AMESim 联合Simulink 软件建立车辆动力学模型[5]，利用试验台对轮缸压力跟随特性进行研究，将EHB 制动压力跟随曲线与传统制动系统压力曲线进行对比发现EHB 系统的响应
时间更快，压力波动更小，并能明显改善驾驶员制动时的感觉。此实验台还可以进行EHB 容错控制。
图3.2 布莱顿大学搭建的 EHB 实验台
3.3 南航与浙江亚太机电有限公司试验研究
南航的金智林与浙江亚太机电有限公司的郭立书联合做了汽车电控液压制动系统试验研究。在分析电控液压制动系统的结构原理和工作模式的基础上，根据关键零部件的液压特性理论推导了电控液压制动系统的动力学模型；利用自行研制的电控液压制动系统试验台测试数据进行模型验证；以 BJ2500 汽车为对象，研究电控液压制动系统制动过程，蓄能器压力、脉宽调制占空比、轮缸工作点压力及液压管路等因素对系统动态性能的影响；在制动性能测试试验场的平直路面进行电控液压制动系统的实车制动试验，结果表明所研制的电控液压制动系统动态响应速度快、控制精度高，制动过程车速平稳降低，制动方向稳定性好。图3.3为电控液压制动系统试验台架。
图3.3 电控液压制动系统试验台架
利用上述试验台对系统的增压、保压和减压过程动态性能进行试验。试验台采用电子制动踏板替代踏板感觉模拟器发出驾驶员制动意图指令；制动过程液压控制单元的切换阀始终处于关闭状态；计算机与电子控制单元通信获得试验数据；压力表便于试验者对蓄能器压力进行直观监测。 3.4 南京航空航天大学试验研究
南京航空航天大学的汪洋做了汽车 EHB 液压系统动态特性仿真与试验研究。详细分析了汽车 EHB 液压系统试验台的基本组成及其功能特点，分析了汽车EHB 液压系统试验台的工作过程和原理，为汽车 EHB 液压系统的动态特性试验研究提供了条件。
搭建了汽车EHB 系统试验平台，试验平台包括汽车EHB 液压系统试验台和汽车EHB液压系统的动态特性测试系统。测试系统包括硬件设计和软件设计。汽车EHB 液压系统的动态特性测试系统实现了基于CAN 总线的上位机（PC）和下位机（单片机）的通讯和电磁阀的控制以及轮缸制动压力数据的采集。
基于汽车EHB 液压系统试验平台，对汽车EHB 液压系统的动态特性进行了试验研究，试验结果验证了基于AMESim 所建立的汽车EHB 液压系统仿真模型的正确性，得到了电磁阀的开关响应时间以及汽车EHB 系统轮缸制动压力控制的MAP 图。图3.4为其所搭建的试验台。
图 3.4汽车EHB 液压系统试验台
系统选择额定压力为200bar、容积为1.6L皮囊式高压蓄能器。选择额定压力为210bar，排量为1ml/r 的齿轮泵以及额定转速为1400r/min的三相交流电机。选用的三位四通电磁换向阀是某公司生产的D5-02-3C2 系列电磁阀，其额定工作电压为24V。选用的压力传感器是某公司生产的PMR300 系列压力传感器，其额定工作电压是12 V ~24 V ，量程是0~200 bar ，输出信号是与压力成线性正比关系的0~5 V 的标准数字信号。传感器通过三通接头和管路接通。制动管路选用硬管。
3.5 武汉理工大学试验研究
武汉理工大学的袁涌在电子液压制动系统与整车性能匹配一文中提出了试验的方案设计，并介绍了目前试验台架的搭建情况、试验台的原理、布置以及重点对NEHB（EHB的一种新的形式）阀块的连接和构建做了详细的介绍。根据国家标准规定，对于基础制动试验做了许多基础研究。重点在于传统的真空助力器的制动系统的液压跟随特性，踏板力、踏板位移和轮缸压力的踏板感觉关系等。
为了验证NEHB常规制动系统防抱死失效时的最大制动效能，作者从仿真分析和试验测试角度共同说明了NEHB的有效性与可靠性。仿真初始值按照标准GB-T 13594-2003《机动车和挂车防抱死制动系能和试验方法》，按表3-1给出:
表3-1 机动车和挂车防抱死制动性能和试验方法
上表表明，在ABS失效的情况下，NEHB系统仍然可以进行可靠地制动。各项指标均可达到国标要求。
作者还指出NEHB主要的控制阀块是NEHB制动系统的核心部件，主要包括了电机泵和4个常开阀和常闭阀，为了便利起见，没有重新设计其阀块，而是将两个ABS阀块用螺栓拼接而成。NEHB阀块分为上下两部分，下部分的阀块其实是一套完整的ABS 阀块，上部分将ABS阀块的电机取下之后与下部分拼接而成。
3.6吉林大学试验研究
吉
林大学
的赵海
涛在汽
车电子
液压制动系统跟随特性的实验研究中分别对EHB系统的液压执行机构和电子控制系统进行了设计。其中液压制动
执行机
构的研制包括：液压供给单元（电动液压泵、高压蓄能器）的选型，液压控制单元（高速开关阀）的选型
试验指标实验结果仿真结果
剩余制动效能ABS失效
（80km/h）
制动距离（m）≤93.334.31 32.7
MFDD(m/s2) ≥2.98.85 7.9
控制力（N）≤500230 330 稳定性不超出3.7m车道不超出不超出
与设计及辅助单元（储油箱、制动管路、空气滤清器及压力传感器等）的选型与匹配。电子制动控制单元的研制包括：单片机芯片的选择、单片机数据采集输入通道设计、单片机输出通道的确定等。
对EHB 系统轮缸压力跟随的控制算法进行了研究，并对基于PID 的EHB 系统轮缸压力跟随控制算法进行了实验验证，用xPC 数据采集设备对跟随情况进行了监测，最后整定了PID 控制器参数并分析了实验过程中的影响因素。结果表明：实际轮缸压力能够快速、稳定跟随给定目标轮缸压力，为EHB 系统的装车试验提供保障。图3.6为试验台整体图。
图3.6吉林大学EHB 试验台整体图
3.7 北京信息科技大学实验研究
试验台集电液制动、能量回收与动力调节为一体，是一台多功能试验台。试验台分为液压、电控与测试三部分。
（1）根据Solidworks三维布置图，将再生制动蓄能器、电液制动蓄能器、比例减压阀、电磁换向阀等安装到合理的位置上，然后按照管路的正确布置方式，进行了管路的布置连接，完成了试验台液压部分的安装。
（2）试验采用外接电位器代替电子踏板控制，将外接电位器接在比例放大器的输入端，调节输出端的控制电压在0—+9V变化，输出0—0.8A的控制电流。为实现每个车轮制动力矩的合理分配，通过四个比例放大器分别单独控制每个比例减压阀，完成了试验台电控部分的安装。
（3）为测试系统关键点的压力、流量及温度等参数，分别在再生制动蓄能器出口处、电液制动蓄能器出口处与制动器入口处预留有压力传感器、流量及温度传感器接口，传感器接口又连接到可以进行相关参数测试、记录与分析的手持测试仪上，完成了试验台测试部分的安装。
实际安装完成后的节能型电液动力制动试验台架系统如图3.7所示。
1-制动器；2-制动器入口压力、流量传感器；3-蓄能器出口压力传感器；4-比例减压阀；5-液压蓄能器；6-比例放大器控制柜；7-电子踏板
图3.7 EHB 试验台整体图
4 结论
1）介绍了制动系统的相关国家标准；2）介绍了电液制动的工作原理、工作性能；3）介绍了国内外电液制动试验台的发展现状，基于国家标准的试验研究，试验台关键部件的选型等。
参考文献
[1] 汪洋.汽车EHB液压系统动态特性仿真与试验研究[D].南
京航空航天大学，2010.
[2] 袁涌.电子液压制动系统与整车性能匹配[D].武汉理工大
学，2013.
[3] 赵海涛.汽车电子液压制动系统跟随特性的实验研究[D].
吉林大学，2011.
[4] David F.Reuter.Hydraulic Design Considerations for EHB Systems.SAE Paper 2003-01-0324
[5] Luigi Petruccelli，Velardocchia .Electro-Hydraulic Braking System Modelling and Simulation .SAEPaper 2003-01-3336
[6] 曲文峰，林慕义，姚广伟.工程车辆电液制动系统的试验研
究[J].工程机械，2011，08:27-31+7.
[7] 金智林，郭立书，施瑞康，赵又群，施正堂.汽车电控液压
制动系统动态性能分析及试验研究[J].机械工程学报， 2012，12:127-132.
[8] 全国汽车标准化技术委员会.GB12676一1999汽车制动系
统结构、性能和试验方法[S].
[9] 公安部道路交通管理标准化技术委员会.GB7258一2004机
动车运行安全技术条件[S].
[10] 中华人民共和国国家发展和改革委员会.JB/T7149—2007
轮胎式装载机用制动器台架试验方法[S].
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作者简介：李竹芳(1987—)，女，汉族，内蒙古商县人，硕
士研究生，研究方向为电液控制。
通讯作者：李竹芳
通讯地址：北京市海淀区清河小营东路12号北京信息科技大学，100192
电话：188********
邮箱：lizhufang1987@https://www.wendangku.net/doc/311674423.html,