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机电制动系统
摘要
机电制动系统已经作为epb(电子停车剎车)与传统的“湿式”液压服务制动系统相结合投放市场。未来将出现所谓的混合动力制动系统，前轴仍由液压驱动，后轴采用新的“干式”机电制动系统，作为先进车辆可行的“高端”解决方案。
第一章 EHCB系统(电液联合制动，混合制动系统)
ehcb系统将液压伺服前轮制动器和机电动力后轮制动器结合在一起。驻车制动器完全集成在后轮驱动器(电子停车剎车，epb)。
1.1 目标
机电制动系统(emb)在后轮应用中比在前轮应用中消耗更少的电能，因为需要较低的夹紧力和动态响应。这种程度的能量消耗可以用传统的12/14V电力系统来满足。全线控制动系统的许多优点，如集成驻车制动、前后轮之间可变的制动力分配以及基于软件的设计，即使使用混合电液联合制动系统也是可以实现的。在执行独立于驾驶员的刹车要求时，这种系统也比传统系统提供更好的性能和舒适性，例如驾驶辅助系统。利用后桥上的电动马达/发电机实现制动能量回收的电动汽车，可配置后轮制动混合。
该系统还为汽车制造商提供了一系列其它优势。由于只有前刹车是液压驱动的，因此可以减小执行机构(真空刹车助力器)的尺寸，从而显著优化踏板感觉特性。由于机电式后轮制动器是独立于液压式前轮制动器驱动的，因此有可能实现更好、更适应性更强的整体制动响应特性。与此同时，“干式”后轮制动器不仅省去了液压制动管路和软管到后桥，而且还允许使用经过全面测试的模块和简单的界面进行预组装。
1.2 系统架构和组件
机电制动器
制动助力器
系统CAN总线
踏板行程传感器
EHCB HECU
液压制动卡钳
图1 EHCB系统，布局图（来源：奥迪）
转向角传感器
真空助力器
EPB 按钮
横向和纵向加速度传感器组偏航率
轮速传感器
EMB 执行器 (2x) 集成EPB
通信 (CAN)
液压 前卡钳(2x) 电流设计
电源 12V
ESC 单元
HCU, ECU
传感器信号线
液压管路
图2 EHCB系统，部件
在前轮，ehcb系统(strutz et al.2013;stemmer et al.2012)包括一个液压单回路或双回路驱动系统，作用于传统的液压制动卡钳。液压系统适用于单轴制动。驾驶员的愿望通过踏板上的传感器和中央赫库(液压电子控制单元)来识别。两个后轮机电驱动器(制动卡钳)完成制动系统(见图1)。驱动动力学传感器(轮速、转向角度、偏航速度和加速度)保持不变。还提供了一个电子停车剎车驱动按钮。
滑差控制功能继续由电子控制单元(ecu)在液压稳定性控制单元。正常使用制动功能的管理也是由该公司负责。任何来自驾驶员辅助系统的刹车请求，例如，自适应巡航控制命令，同样由这个单位处理。该车还能识别驾驶员的意愿，并通过公共汽车连接(例如，can)要求后轮制动器提供最佳的制动力，同时考虑到驾驶和负载情况。为了确保系统具备必要的高度功能性和可用性，系统内置了各种冗余，例如一个环状结构，可以精细地控制信号传输到后轮执行机构。
在现阶段，这个系统不需要对车辆设备作任何重大改动(见图二)。基本包装不变。
1.3 控制功能
现有的，熟悉的控制功能被完全保留(schmittner 2003)。然而，它们之间还有各种补充和新的功能:
在常规行车制动系统的基础上，考虑不同的负载和行车条件，增加自适应制动力分配，实现制动比例的最优化。具有柔性、舒适性偏差悬架的车辆在制动停止时容易产生令人不愉快的纵向俯仰。这种影响实际上可以通过在短时间内减少一个车轴上的制动力(“软停”/“反挺”功能)来消除。使用ehcb时，驾驶员不会意识到刹车踏板的干扰。同时，滑动控制功能可以通过增加后轮的制动力超过驾驶员要求的水平而得到优化，同时液压制动系统减少到前轴使踏板感觉更加舒适。综合驻车制动允许新的控制概念，充分利用服务制动和驻车制动功能，具有高度动态，两者之间的平稳过渡。由此产生的静止管理使汽车制造商能够实现几乎任何种类的操作概念(见第2.6节)。该系统还满足了对驾驶员辅助系统提示的刹车驱动的不断增长的需求，特别是在低负荷减速频谱(大约0.3克)。在这个范围内，只用后轮制动器就可以实现最佳可控制制动。司机注意到刹车踏板没有异常。
极大的舒适性改善，特别是在后轮加速滑动调节的情况下，可以实现，由于控制干预可以更精细地调整，不再听得见。
对于后轮驱动的电动或部分电动车辆(全电动和混合动力车辆)，ehcb系统提供了回收制动能量的最佳机会，并利用混合制动将其反馈给电池(将部分摩擦制动改为再生制动)。
1.4 后轮刹车驱动系统
在ehcb系统中，后轮制动器是由全机电“干式”后轮卡钳驱动的，没有制动液。该系统包括带电动机的浮动卡尺(拳头卡尺)、减速齿轮和主轴螺母驱动器(schmittner 2004)(见图3和图4)。重点是一体化的停车制动和成本优化的设计，仍然保持足够的水平的动态响应。该系统目前设计用于12/14 v车辆电气系统。
图3 EHCB系统，执行机构系统
集成控制电子
集成式电子驻车制动
图4 EHCB系统,机电式后钳
第二章 电子驻车刹车(EPB)
在越来越多的车辆中，机电驻车制动正在取代司机驱动的机械驻车制动，以满足在可靠性、驾驶舒适性和车内连接性方面日益增长的需求。无数不同版本的epb已经开发，以满足广泛的需求和不同的车辆概念。
2.1 目标
主要目标是确保简单、方便、低噪音、可靠的驻车制动功能。综合其他车辆系统和传感器数据，电子停车剎车可以在复杂驾驶情况下(例如在斜坡上行驶)或以自动功能(例如驾驶员离开车辆时自动启动停车制动器)为驾驶员提供更大的方便。用一个按钮取代驾驶员操作的机械系统的手操作的杠杆或脚操作的踏板释放了内部设计的选择，并提高被动安全性。此外，独立于驾驶员自动启动驻车制动的可能性允许在没有驾驶员干预的情况下稳固固定车辆。这是一个已经被纳入许多援助系统的安全概念的特征。
由于控制单元和驱动系统一体化方面的进展，系统费用将稳步减少，从而进一步提高这些效益的承受能力。
2.2 系统及组件
机电式驻车制动系统包括控制和显示系统、附带软件的控制单元和执行机构系统。除了法例规定的最低规格外，控制及显示系统亦经常加入制造商特有的功能，例如额外的舒适功能，或以发声信号或文字讯息的形式，向驾驶者提供有关系统功能及状态的额外资料。
组合钳式执行器
可选：离合器信号
EPB ECU
ESC ECU
CAN /
FlexRay
12V
组合钳式执行器
epb按钮 功能灯 错误指示灯
图5 带独立ECU的系统布局
EPB按钮
功能灯
错误指示灯
组合卡尺
可选：离合器信号
制动拉索
ESC ECU
CAN/
FlexRay
EPB ECU
12V
中央执行器
制动拉索
组合卡尺
图6 带中央执行器的系统布局
2.3 系统结构
在第一个epb系统中，控制单元及其软件被设计为一个独立的系统(见图5)。
集成的第一步是将硬件电子电路板安装在中央执行器外壳(电缆拉出系统，见图6)。
Epb和esc(电子稳定控制)系统之间的功能共性和车辆接口的共享使用提供了一个激励措施，以整合epb和esc电子控制系统在hecu。这样的设计在2012年首次投入生产，从那时起它变得越来越普遍(见图7)。与这个系统相关的一个挑战是与连接控制单元和执行器的电线的长度有关。特别是，高布线温度和/或高接触电阻倾向于限制布线的载流能力，因此重要的是要确保执行机构提供足够高的能量转换效率(电能转化为夹紧力)。
总线
EPB
开关
执行器
12V
CAN / FlexRay
ESC
执行器
图7 电子稳定控制单元集成了电子控制单元的系统布局
汽车总线
PB 执行器
驻车制动控制元件
V batt
ESC
PBC
PB 执行器
图8 开放式系统布局
最初，综合产品由同一供应商的esc和epb电子硬件和软件组成。然而，第二代集成的要求之一是设计一个标准化的接口(见图8)，使来自不同供应商的epb和esc系统能够结合在一起——这是车辆制造商接受集成系统的标准。该标准由vda(德国汽车工业协会)的成员制定，并在vda建议书305-100中发表。本建议既描述了接口的技术约束，又分配了开发和实现的责任。
2.4 执行器系统
一种机电驻车制动器，主要包括电动机、传动装置和传动机构。有些版本可能还包括额外的传感器。
制动拉索
ECU
电动机
力/行程传感器
减速器
花键轴
图9 中央执行器（单电缆拉具系统）
图10 固定卡钳（行车制动器）和浮动卡钳（驻
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