毕业设计（论文）- 汽车电子驻车制动控制系统应用研究.doc

常州机电职业技术学院毕业设计（论文）作 者： 学 号： 系 部： 汽车工程系 专 业： 汽车检测与维修技术 题 目： 汽车电子驻车制动控制系统应用研究 指导者： 评阅者：2011年 4月 毕业设计（论文）中文摘要本次毕业设计是汽车电子驻车制动控制系统的应用研究。主要包括传统驻车制动控制系统的组成及工作原理以及汽车电子驻车制动控制系统的简介，组成，构造，工作原理及发展前景。同时也就该系统的优、缺点进行一般的论述。另外，还就汽车电子驻车制动控制系统在一汽奥迪、迈腾车上的具体应用进行简单阐述。关键词： 汽车 驻车制动 控制系统 行星齿轮机构毕业设计（论文）外文摘要abstract the st ructure and the mechanism for the elect ric park brake ( epb) were analyzed first . then ,the dynamical analysis for the executive device of epb was done. after that , an epb system was designed in the viewpoint of practical application. aimed at applying or releasing braking , the elect ric cont rol unit ( ecu) adopted a single2chip microprocessor (scm) named philips 592 and the executive device , which was driven by a direct current motor that adopted a synchronous belt driven mechanism ,a planetary gear mechanism with small teeth difference and a screw2driven mechanism. lastly , the efficiency of the epb system was validated by bench test s for a detail automotive model. the result s of the bench test s showed that the static characteristic and the dynamic characteristic of the epb met the requirement of theoretical calculation.key words ：automobile , park brake , cont rol system , planetary gear transmission目录1 引言62 汽车电子技术的发展73 汽车传统驻车制动控制系统3.1 一般制动系的基本结构83.2 制动工作原理103.3 制动主缸的结构及工作过程113.4 制动轮缸的结构及工作过程123.5 传统驻车制动装置不足之处134 汽车电子驻车制动系统4.1电子驻车制动技术及其应用现状4.1.1汽车电子驻车制动技术概述144.2汽车电子驻车制动的组成174.3汽车电子驻车制动工作原理. 185 汽车电子驻车制动控制系统的动力学分析与台架试验5.1 汽车电子驻车制动的动力学分析195.2 汽车电子驻车制动的台架试验216 电子驻车制动系统的相关技术要求6.1 汽车电子驻车制动系统的基本要求236.2 汽车电子驻车制动系统的设计要求246.3 汽车电子驻车制动系统的评价指标256.4 汽车电子驻车制动系统的关键技术277 汽车电子驻车制动系统的优点 308 汽车电子驻车制动系统的应用与故障分析9 汽车电子驻车制动控技术国内外研究现状发展趋势31结论33 致谢 34参考文献51 引言汽车驻车制动系统是指可以使汽车可靠的在原地停驻，并使其在任何情况下不得自行滑行，而且在行车过程中遇到紧急情况时，可与行车制动系统同时使用，使汽车紧急制动的一种制动系统。驻车制动系统有别于行车制动系统，一般它们各自有相互独立的操纵装置。现在大多数汽车所使用的驻车制动系统属于人力机械式，其传动装置为机械式传动方式，使用杆系或者拉索的结构类型来完成制动功能；其操纵部分采用手柄控制。电子驻车制动系统(electronic parking brake,epb)是汽车线控制动系统的一类,也是车辆驻车制动系统的发展方向。它用电线取代传统手制动装置的拉索和传动机构,用电制动器代替传统的制动器,用电子控制单元结合车辆驻车环境的状况控制驻车制动力的大小和各轮驻车制动力的分配,并具有辅助驾驶员坡道起步和智能驻车/解除功能,是车辆驻车制动系统的革新。本文首先介绍了传统驻车制动控制系统的特点，以及电子驻车制动系统的应用现状、原理、优点与难点。按照系统电控部分的硬件功能要求,本文设计了电子驻车制动系统的中央控制单元ecu(electronic control unit)、左、右车轮ecu、车辆参数采集节点模块及其外围接口电路,设计了满足要求的h桥电机驱动模块电路,组成了电子驻车制动系统的硬件部分,并以can总线为脉络组成控制器局域网进行了调试。在车辆参量采集节点模块的设计中,采用了模块化设计的理念,主要包括:车速采集节点、发动机转速采集节点、驻车坡度采集节点、驻车电流采集节点,驻车制动盘压力采集节点、踏板(离合器和刹车踏板)行程采集节点,通过这些节点实现了与电子驻车制动系统相关的车辆状态信息的采集与处理,以供中央ecu及车轮ecu根据设定的安全策略和控制程序,实现对车辆驻车的安全控制。另外,在本系统电控部分的硬件设计中对停驻在上坡的汽车的坡道起步辅助控制进行了探索;考虑到信息在不同节点上的共享性、电子驻车制动系统的可扩展性以及与其他控制系统的可融合性,在系统硬件各节点的开发设计中均搭建了can网络数据通讯接口,并通过制定相应的can应用层协议,使左、右车轮制动节点接收can网络的信息,完成驻车制动功能。电子驻车制动装置与传统的手动驻车制动装置相比,不论在汽车起步,还是停驶驻车时,驾驶员都不需要再操作手动制动手柄,这大大降低了驾驶员的操作难度,提高了驾驶的舒适性和制动性能,同时也提高了驾驶的安全性、有利于环保,而且对电子行车制动系统的开发起到推进作用。所以说,电子驻车制动系统的开发具有极其重要的意义。2 汽车电子技术的发展汽车电子技术的发展归结为两方面：首先是不断适应各个时期的社会背景，如能源危机、环境污染和高速公路网的发展等，满足人们对汽车使用性能的更高要求，如舒适性、安全性、操纵方便等。目前，机械装置与技术己相当成熟，有的已达到了其物理极限。其次是由于电子技术的发展给汽车电子技术的发展提供了必要的物质条件：电子技术产品质量轻，占用空间小，处理速度快，传感精确，信息容量大，发展与应用前景十分广阔。电子技术的发展，同社会需求的牵引、法规的推动和技术的进步，导致了汽车上更多地采用电子技术，并蓬勃发展起来。因此汽车上许多机械控制系统被电子控制系统所取代，汽车电子化的程度也就越来越高。汽车电子技术的形成与发展主要分为如下三个阶段：第一阶段：从20世纪60年代中期到70年代末期，主要是从技术革新着眼，应用电子装置改善部分机械部件的性能，如燃油喷射控制、车载收音机、发电机硅整流器等。这些革新往往是局部的、不很关键的，针对汽车各部件完成相对独立的自动控制功能。第二阶段：从20世纪70年代末到90年代末期，汽车电子技术开始形成。主要特点是在汽车大部件及至总成的设计和生产中，应用电子装置解决机械部件所无法解决的复杂问题，如自动变速系统、制动防抱死系统、电子仪表群等。在这一阶段，大规模集成电路和4位、8位微处理器广泛应用，从而减少了电子系统的体积，增加了可靠性。第三阶段：从20世纪90年代末期，预测到2015年，汽车电子作为工程技术已经成熟。汽车电子学也就在这一时期诞生，它是一门机电一体化的多学科的特色鲜明的新兴边缘学科。它由第一和第二阶段的“机械功能替代或“增添式”的设计思路和方法转变为“机电一体化的汽车整体设计思想，重视总体、系统。在这一时期，出现更先进的灵巧电源、灵巧传感器和具有大容量内存的16位或32位微处理器。汽车电子技术开始广泛应用计算机网络与信息技术，使汽车更加自动化、智能化。就像汽车电子技术在20世纪70年代引入集成电路、80年代引入微处理器一样，近10年数据总线技术的引入将推动线控技术在汽车领域中的推广和使用，将会是汽车电子技术发展的一个里程碑。3 汽车传统驻车制动系统3.1 汽车传统驻车制动系统的组成与结构驻车制动装置是使汽车在路面(包括斜坡)上停驻时，为防止车辆滑行，以及汽车在坡道上起步时，用以防止车辆后退的装置。驻车制动装置有别于行车制动装置，它们各自有相互独立的操纵装置，驻车制动装置常采用手操纵机构，所以通常又称为手制动，但驻车制动装置既可以是手操纵也可以是脚操纵。一般小汽车和轻型卡车采用手操纵机构，而大型车辆则采用脚操纵的驻车制动踏板机构。驻车制动装置包括驻车制动器和驻车驱动机构两部分。驻车制动器按其作用部位分为两种类型，一种是制动传动轴的中央制动器，另一种是与行车制动器共用的车轮制动器， 目前，多采用作用于后轮的驻车机构。驻车驱动机构因其对可靠性的要求较高，一般都采用机械式的驱动机构，但究竟是采用中央制动器驻车还是采用车轮制动器驻车，其驻车驱动机构有所不同，而不管是哪一种的驻车类型，制动器都有鼓式和盘式之分，所以，驻车驱动机构还有所差异。在鼓式制动器中利用行车制动器作手制动器使用时，一般是在它的后制动蹄上通过周定销装有一个制动蹄杠杆，在这个杠杆的中间通过一根制动蹄推杆同前制动蹄连接。驻车制动时，拉紧或摆动手制动操纵杆，经一系列杠杆和拉绳传动，将驻车制动杠杆的下端向前拉，使之绕固定销转动，其中间支点推动制动推杆左移，将前制动蹄推向制动鼓。当前制动蹄压靠到制动鼓上之后，推杆停止移动，此时制动杠杆绕中间支点继续转动，于是制动杠杆的上端向右移动，使后制动蹄压靠到制动鼓上，从而产生驻车制动作用。图1 解放cal09l汽车驻车制动装置图 2 鼓式车轮驻车制动装置对于带有驻车制动的盘式车轮制动器，如图21a，驻车时是通过驻车拉索的拉动使位于制动钳体内的推销推动辅助活塞移动，辅助活塞进而顶住活塞移动，先使活塞一侧的制动块压靠到制动盘，接着，此反作用力则推动制动钳体连同另一侧的制动块靠压到制动盘，从而产生驻车制动作用。图3 鼓式车轮驻车制动器 图 4 盘式车轮驻车制动器3.2 制动工作原理制动系统的一般工作原理是，利用与车身(或车架)相连的非旋转元件和与车轮(或传动轴)相连的旋转元件之间的相互摩擦来阻止车轮的转动或转动的趋势。 1)制动系不工作时 蹄鼓间有间隙，车轮和制动鼓可自由旋转 2)制动时 要汽车减速，脚踏下制动器踏板通过推杆和主缸活塞，使主缸油液在一定压力下流入轮缸，并通过两轮缸活塞推使制动蹄绕支承销转动，上端向两边分开而以其摩擦片压紧在制动鼓的内圆面上。不转的制动蹄对旋转制动鼓产生摩擦力矩，从而产生制动力 3）解除制动 当放开制动踏板时回位弹簧即将制动蹄拉回原位，制动力消失。3.3 制动主缸的结构及工作过程 制动主缸的作用是将自外界输入的机械能转换成液压能，从而液压能通过管路再输给制动轮缸 制动主缸分单腔和双腔式两种，分别用于单、双回路液压制动系。 （1）单腔式制动主缸 1)制动系不工作时 不制动时，主缸活塞位于补偿孔、回油孔之间 2)制动时 活塞左移，油压升高，进而车轮制动 3）解除制动 撤除踏板力，回位弹簧作用，活塞回位，油液回流，制动解除 （2）双腔式制动主缸 1）结构（如一汽奥迪100型轿车双回路液压制动系统中的串联式双腔制动主缸）主缸有两腔第一腔与右前、左后制动器相连；第二腔与左前、右后制动器相通。每套管路和工作腔又分别通过补偿孔和回油孔与储油罐相通。第二活塞由右端弹簧保持在正确的初始位置，使补偿孔和进油孔与缸内相通。第一活塞在左端弹簧作用下，压靠在套上，使其处于补偿孔和回油孔之间的位置。 2）工作原理 制动时，第一活塞左移，油压升高，克服弹力将制动液送入右前左后制动回路；同时又推动第二活塞，使第二腔液压升高，进而两轮制动解除制动时，活塞在弹簧作用下回位，液压油自轮缸和管路中流回制动主缸。如活塞回位迅速，工作腔内容积也迅速扩大，使油压迅速降低。储液罐里的油液可经进油孔和活塞上面的小孔推开密封圈流入工作腔。当活塞完全回位时，补偿孔打开，工作腔内多余的油由补偿孔流回储液罐。若液压系统由于漏油，以及由于温度变化引起主缸工作腔、管路、轮缸中油液的膨胀或收缩，都可以通过补偿孔进行调节。3.4 制动轮缸的结构及工作过程制动轮缸的功用：是将液力转变为机械推力。有单活塞和双活塞两种。1）结构奥迪100的双活塞式轮缸体内有两活塞，两皮碗，弹簧使皮碗、活塞、制动蹄紧密接触。 2）工作过程 制动时，液压油进入两活塞间油腔，进而推动制动蹄张开，实现制动。轮缸缸体上有放气螺栓，以保证制动灵敏可靠。3.5 手动驻车制动装置不足之处：(1)每次工作需要驾驶员手动操作，操作繁琐，在汽车坡起时，操作过于复杂，经常因难以控制而导致汽车溜坡，存在安全隐患；(2)在大角度的坡面上驻车时，操作费力，驻车比较困难，同时经常难以获得足够大的制动力来确保汽车可靠驻车，存在安全隐患；(3)不论平地还是坡面，驾驶员习惯把驻车制动操纵杆拉至较大行程，确保汽车可靠驻车，这样，在平地驻车制动的情况下，也就是说在大多数的使用条件下，增大了制动器、制动拉索等汽车制动机械零部件的磨损与变形；(4)手动制动装置使用时间久了，制动拉索中的钢索会变形伸长，钢索变长会影响其使用性，同时装置可能因此难以获得足够的制动力而存在安全隐患；(5)手动驻车制动装置具有较大的操纵机构，其占用了较大的车室空间。另外，在应用传统驻车制动系统的车辆上，驾驶员驻车后忘记拉手刹而离开或驻车制动力不足，车辆溜滑造成交通事故的情况并不少见；同样，也有驾驶员忘记松开手刹驾驶车辆行驶，造成驻车制动系统严重损坏或彻底报废；同一辆车驻车时，不同驾驶员的力量大小有别，手驻车制动杆的驻车制动可能由此对制动力的实际作用不同。4 汽车电子驻车制动系统4.1电子驻车制动技术及其应用现状4.11电子驻车制动技术概述电子驻车制动技术是线控技术的一类，而线控技术(x-bywh)源于飞机控制系统。飞机控制系统是最初投入实际应用的一种线控系统(fly-by-wire)，它将驾驶员的操纵命令转换成电信号，利用机载计算机控制飞机的飞行。这种控制方式引入到汽车驾驶上，就是将驾驶员的操作动作经过传感器转变成电信号，通过网络直接传输到执行机构。线控技术中“x-by-wire可理解为电控方式，而这里的“x就像数学方程中的未知数，代表汽车中传统上由机械或液压控制的各个部件，如：发动机、悬架、油门等。例如线控转向(steer-by-wire)、线控制动(brake-by-wire)、线控油门(throttle-by-wire)等。线控系统网络实际上是一种特殊的局域网，它的使用环境与普通的局域网不同。汽车机舱内温度变化大；汽车行驶中可能出现较大振动；点火喷射系统等装置会带来较大的电磁干扰等。尤其是转向系统和制动系统对车辆安全性的要求极高，这就要求网络系统具有高速度、实时性、可靠性和抗干扰能力。电子驻车制动技术就是利用线控技术将行车过程中的临时性制动和停车后的长时性制动功能整合在一起，并且由电子控制方式实现停车制动的技术。从技术升级上看，比长期使用的传统型手驻车制动模式推进了一大步。4.2 汽车电子驻车制动的组成控制系统的硬件主要由传感器及其信号处理电路、philips 592 单片机、执行机构驱动电路3 部分组成。系统以philips 592 单片机作为中央控制器,它具有抗干扰能力强、性能价格比高、编程效率高、运算速度快等优点。控制器采集车速、发动机转速、电动机转数、驻车制动开关等数字信号和离合器位置、制动踏板、坡度等模拟信号,控制系统输出左、右直流电动机的驱动信号。控制系统结构框图如图5 图5 epb 结构框图fig. 1 block diagram for epbepb 的执行机构主要由直流电动机、同步带传动机构、少齿差行星齿轮传动机构、蜗杆传动机构、制动摩擦块和制动盘等部件组成,如图2 所示。图6 epb 执行机构示意图fig. 2 scheme for executive device of epb4.3 汽车电子驻车制动工作原理epb系统由电子按钮手动操作，并兼备自动控制功能。该系统由装有行星减速机构和电机的左、右后制动钳及电控单元组成。电控单元与整车控制器局域网（can）通讯，对左、右后制动钳上的电机进行控制。当需要驻车制动时，epb 电子按钮被按下， 按钮操作信号反馈给电控单元，由电控单元控制电机和行星减速齿轮机构工作，对左、右后制动钳实施制动。常用的自动控制功能有2 种：一种是系统在发动机熄火后， 通过整车can 与该系统电控单元联合控制电机，对左、右后制动钳实施制动；另一种是坡道驶离，车辆在坡道上起步时，epb 电控单元控制左、右后制动钳，使其自动松开，车辆自动驶离。epb 系统还可以与电子稳定性控制系统（esc）联。5 汽车电子驻车制定系统动力学分析与台架试验5.1 汽车电子驻车制动的动力学分析1）最大制动力矩单个后轮驻车制动器的最大制动力矩为5 tmax =12 garesinmax(1式中ga 整车质量re 后轮滚动半径max 最大坡角2）制动器制动力矩传递特性对于盘式制动器而言,制动力矩为6 t = 2fr (2) 其中r =2 ( r32- r31)3 ( r22- r21)式中摩擦因数r 作用半径f 制动摩擦块对制动盘的压紧力r1 、r2 制动摩擦块扇形表面在制动盘上的内半径和外半径制动器传递制动力矩的可控参数是压紧力,而制动压紧力与制动器活塞位移又存在如图7 所示的关系。图7压紧力与活塞位移的关系fig. 3 relation between the compressive forceand the displacement of the piston图7中, x0 表示制动摩擦块的自由间隙; s 表示制动摩擦块的压缩量; x 表示制动器活塞的位移,实线和虚线分别表示不同自由间隙时的压紧力与活塞位移的关系曲线。对盘式制动器压紧力特性进行多项式拟合,得到制动压紧力f 与制动摩擦块的压缩量s 之间的关系式为f = a3 s3 + a2 s2 + a1 s + a0 (3)其中s = x - x0式中a3 、a2 、a1 、a0 拟合系数3）最大压紧力的确定为了确保驻车制动的可靠性,应满足tmax =tmax (4)式中安全系数,大于1 ,由实验确定7 根据式(1) 、(2) 得2fmax r =12garesinmax (5)fmax =garesinmax/ (4r) (6)式中fmax 最大压紧力由图3 压紧力与活塞位移的关系可以确定最大压紧力时制动器活塞的位移, 而此位移通过控制电动机的转速即可获得, 这样就确定了最大压紧力。实际应用中,电动机的输出经减速增扭后产生的压紧力略大于最大压紧力。5.2 汽车电子驻车制动的台架实验实验在德国申克贝加索公司( schenckpgasus gmbh) 生产的惯性式制动器测功机型号为:pwd2c/ v2752200) 上进行,如图8 所示。图8 惯性式制动器测功机fig. 8 inertia type brake dynamometer machine实验对应车型bj2500 ;汽车质量2 120 kg ;轮胎滚动半径350 mm;制动盘有效半径126 mm ,参照汽车驻车制动器台架实验方法进行。图5 为epb在测功机上的安装情况。静态实验中,测功机模拟3 km/ h 车速运转, 实测单轮制动扭矩达750 820 nm ,高于理论计算的最大制动力矩730 nm;图9 安装在测功机上的epb 执行机构fig. 9 executive device of epb in the dynamometer machine动态实验中,测功机分别模拟制动初速度80 、30km/ h 的车速运转,制动平稳、响应快速,制动减速度分别达到317 、313 m/ s2 ,能够满足驻车制动要求,实验结果如图10 和图11 所示。迈腾车电子驻车制动系统的组成图10 制动初速度80 km/ h 的实验结果fig.10 experimental results for the initialspeed of braking of 80 km/ h图11 制动初速度30 km/ h 的实验结果fig.11 experimental results for the initialspeed of braking of 30 km/ h6汽车电子驻车制动系统的相关技术要求61电子驻车制动系统的基本要求电子驻车系统的基本要求包括系统安全、可靠性、可维护性、实用性等几个方面：(1)安全性：在出现突发失效的情况下，系统要具备保持正常工作的能力，而且要保持足够的驻车制动力；(2)可靠性：线控制动系统至少要能够和现有的机械制动系统具有同样的可靠性；(3)实用性：具备现有系统的基本功能；(4)可维护性：维护周期至少要和目前的系统一样长；(5)寿命：不低于目前的水平；(6)汽车工程协会定义的汽车通信系统分为了a、b、c三类。和安全相关的通信系统中，采用c类协议是必须的；(7)成本：与传统的系统成本相差不大；(8)车内空间：占用空间尽可能小。为了达到这些基本要求，常用且有效的方法是在线控制动系统中采用冗余技术。6.2电子驻车制动系统的设计要求制动系统的结构和性能直接关系着车辆和人员的安全，是汽车重要的安全件，受到普遍重视。在国家强制性标准gbl2761999汽车制动系统结构、性能和试验方法以及gb72582004机动车运行安全条件中，对制动系统的结构和性能都做出了严格的规定。具体设计要求如下：(1)行车制动的控制装置与驻车制动的控制装置应相互独立；(2)采用弹簧储能制动装置做驻车制动时，应保证在失效状态下能快速解除驻车状态；如需使用专用工具，这种工具应作为随车工具；(3)驻车制动应能使机动车即使在没有驾驶员的情况下，也能停在上、下坡道上。驾驶员必须在座位上就可以实现驻车制动。对于汽车列车和轮式拖拉机运输机组，若挂车与牵引车脱离，挂车(由轮式拖拉机牵引的装载质量3 000 kg以下的挂车除外)应能产生驻车制动。挂车的驻车制动装置应能够由站在地面上的人实施操纵。；(4)驻车制动应通过纯机械装置把工作部件锁止，并且驾驶员施加于操纵装置上的力：手操纵时，乘用车不应大于400 n，其它机动车不应大于600 n；脚操纵时，乘用车不应大于500 n，其它机动车不应大于700 n；(5)驻车制动的控制装置的安装位置应适当，其操纵装置应有足够的储备行程(开关类操作装置除外)，一般应在操纵装置全行程的三分之二以内产生规定的制动效能；驻车制动机构装有自动调节装置时允许在全行程的四分之三以内达到规定的制动效能。棘轮式制动操纵装置应保证在达到规定驻车制动效能时，操纵杆往复拉动的次数不允许超过三次；(6)驻车制动性能的检验：在空载状态下，驻车制动装置应能保证机动车在坡度为20(x,-j-总质量为整备质量的12倍以下的机动车为15)、轮胎与路面间的附着系数不小于07的坡道上正、反两个方向保持固定不动，其时间不应少于5min。对于允许挂接挂车的汽车，其驻车制动装置必须能使汽车列车在满载状态下时能停在坡度为12的坡道(坡道上轮胎与路面间的附着系数不应小于07)上；(7)制动衬片(块)磨损小，制动间隙的检查、调整和制动衬片(块)的更换应方便；6.3汽车电子驻车制动系统的评价指标汽车的制动性是指强制汽车在短距离内减速、停车、控制下坡速度且维持行驶方向的稳定性和保证汽车较长时间停放在斜坡上的能力。前者为汽车的行车制动性能，后者为汽车的驻车制动性能。作为汽车制动性能的一部分，驻车制动性和行车制动性一样都要从制动效能、制动效能的恒定性和制动时汽车的方向稳定性三方面来评价。(1)制动效能：即制动距离与制动减速度，是指在良好路面上，汽车以一定初速制动到停车的制动距离或制动时汽车的减速度，是制动性能最基本的评价指标。制动距离与汽车的行驶安全有直接的关系，它指的是汽车空档时以一定初速，从驾驶员踩着制动踏板开始到汽车停止为止所驶过的距离。制动距离与制动踏板力以及路面附着条件有关。制动减速度反映了地面制动力，因此它与制动器制动力(车轮滚动时)及附着力(车轮抱死拖滑时)有关汽车动力性不同，对制动效能的要求也就不同：一般轿车、轻型货车的行驶速度高，所以要求其制动效能高；而重型货车行驶速度相对较低，其制动效能的要求相对稍低。(2)制动效能的恒定性：制动过程实际上是把汽车行驶的动能通过制动器吸收转化为热能，汽车在繁重的工作条件下制动(例如下长坡长时间、连续制动)或高速制动时，制动器温度常在300以上，有时甚至达到600700*(2，制动器温度上升后，摩擦力矩会显著下降，这种现象就称为制动器的热衰退。所以制动器温度升高后，能否保持在冷状态时的制动效能已成为设计制动器时要考虑的一个重要问题。汽车在高速行驶或下长坡连续制动时制动效能保持的程度，称为抗热衰退性能。制动器抗热衰退性能一般用一系列连续制动时制动效能的保持程度来衡量。根据国际标准草案isodis6597，要求以一定车速连续制动15次，每次的制动强度为3mis2，最后的制动效能应不低于规定的冷试验制动效能(583mis2)的60(在制动踏板力相同的条件下)。制动器抗热衰退性能与制动器材料和制动器的结构型式有关。汽车在涉水行驶后，制动器还存在水衰退的问题。当汽车涉水时，水进入制动器，短时间内制动效能的降低称为水衰退。汽车应该在短时间内迅速恢复原有的制动效能。(3)制动时汽车的方向稳定性：即制动时汽车不发生跑偏、侧滑以及失去转向能力的性能。制动过程中，有时会出现制动跑偏、后轴侧滑或前轮失去转向能力而使汽车失去控制离开原来的行驶方向，甚至发生撞入对方车辆行驶轨道、下沟、滑下山坡的危险情况。一般把汽车在制动过程中维持直线行驶或按预定弯道行驶的能力称为制动时汽车的方向稳定性。在试验时常规定一定宽度的试验通道(如15倍车宽或37m)，制动时方向稳定性合格的车辆在试验过程中不允许产生不可控制的效应使它离开这条通道。制动时汽车自动向左或向右偏驶称为“制动跑偏”。造成汽车制动时跑偏的原因有两个：一是汽车左、右车轮，特别是前轴左、右车轮(转向轮)制动器动力不相等；二是制动时悬架导向杆系与转向系拉杆在运动学上的不协调(互相干涉)。其中第一个原因是制造、调整误差造成的，汽车究竟向左还是向右跑偏，要根据具体的情况而定：第二个原因是设计造成的，制动时汽车总是向左(或向右)跑偏。6.4汽车电子驻车制动系统的关键技术1）驱动能源问题现在汽车普遍使用12v电源系统，即汽车蓄电池电压是12v，工作时的电压约为14v。线控技术的应用，使得汽车电气消耗明显增加。如线控制动系统中的一个电制动器就需要1000w左右的功率。由于系统负担的增加，将现有电压提高3倍，即蓄电池电压是36v，汽车工作时的电压是42v，加大能源供应是比较可行的方案。对于特定的功率，电压越高，电流越小，导线上损失的能量越小，传输系统越有效。并且可以使用更细小的线束。提高电压值，可以减少电器本身的体积、重量和损耗，有利于控制装置的小型化，提高集成度。42v电压的峰值电压是58v，对于直流电，60v是一个安全极限。超过60v要考虑到系统的安全性，要使用更加昂贵的材料。因此，使用42v电压方案是可取的。尽管42v电源系统有很多优点，但因为产品需要重新设计和制造，从12v系统转变到42v系统对汽车零部件制造业是个不小的冲击。14v和42v双电压方案可以作为42v单电源系统的过渡。双电压方案由36v蓄电池产生的42v高压，经过dcdc电源转换模块，输出14v电压。这是两个互相隔离的电压系统。高电压供给大功率用电设备(线控转向，线控制动等)，低电压供给小功率用电设备(车灯，仪表板，门锁等)。要保证整个系统的稳定工作，动力电源的性能至关重要。随着电子元件及其高功耗零部件的不断增加，使得汽车的电负荷成倍增加，若继续维持12v供电系统，就必须通过提高电流来获得更多的功率，但是过高的电流将给整个系统带来不安全隐患，汽车电路上的热能消耗大大增加，所以汽车供电系统必须提高电压以满足现代汽车电气系统负荷日益增长的需要。于是，42v供电系统应运而生。42v电源的采用也为发展全电路制动系统(the brakeby-wire system，简称bbw系统)创造了条件，即：电动机的质量可减轻20；线束直径可减小23，如此降低了设计与使用成本，方便安装；提高了电子元件的集成度等。这些优点必将大大推动bbw系统的发展。2）传感器技术现代汽车技术发展的特征之一就是越来越多的部件采用电子控制。汽车电子控制系统的控制效果依赖于传感器的信息采集和反馈精度。传感器技术的发展直接关系着整个汽车电子控制系统的性能。汽车电子驻车制动系统epb中涉及到的传感器有：车轮速度传感器、踏板行程传感器、驻车坡度传感器等。3）容错控制技术容错控制技术与机械部件相比，线控系统由于其复杂性并且影响因素多，可靠性有时较低，而且失效形式各不相同。因此，线控系统必须尽可能地具有容错能力，使之不会导致整个系统的失效。一方面可以采用冗余元件，使系统失效时，备份系统能立即接替工作，保证系统的可靠运行，但这会使整个系统更复杂，成本更高。此外，还要提高元件和设备的可靠性，针对汽车工作的恶劣环境，选择高性能的电子元器件；提高系统的集成度，减少元件数量。增强抗干扰电路，提高系统抵抗电磁干扰能力。这些措施都可以提高线控系统的可靠性。考虑到汽车安全性和可靠性的要求，线控制动系统必须要采用容错控制技术。容错控制技术方法包括硬件冗余方法和解析冗余方法两种：(1)硬件沉余方法是通过对系统重要部件及易发生故障部件进行备份，以提高系统的容错性能。冗余是容错控制的基础，一旦某个部件出现问题，则可以利用冗余关系，用其它部件代替故障部件，以消除故障；(2)解析冗余方法主要是通过设计控制器的软件来提高整个系统的冗余度，进而改善整个系统的容错性能。4）总线技术汽车上应用的总线技术都是从工业现场总线移植过来的。而现场总线是指应用在工业生产现场，在微机化测量控制设备之间实现双向串行多节点数字通信的系统，是一种开放式、数字化、多点通信的底层控制网络。汇集了计算机技术、网络通信技术和自动控制技术(3c)的现场总线技术，从20世纪80年代开始发展起来，并逐步在制造业、流程工业、交通、楼宇等方面的自动化系统中得到了广泛的重视和应用。现场总线主要有以下几种类型：基金会现场总线(ff)、lonworks、profibus、can、hart，而其中can(controllerarea network)即控制器局域网因为具有高性能、高可靠性以及独特的设计而越来越受到关注，现已形成国际标准，被公认为几种最有前途的现场总线之一。国际上众多知名汽车公司也是从20世纪80年代就开始积极致力于汽车总线技术的研究与开发的。随着汽车总线技术的发展，将会有多种不同的总线技术用于汽车中，尤其是具有高速实时传输特性的一些总线标准和协议，如：can、rrp、byteflight和flexray。can总线网络用于各电控单元ecu之间的信息交换，车载故障诊断等，应用最广泛。can网根据传输速率的不同分为低速can网和高速can网。低速can网运行在125kbps以下，连接座椅、天窗、车灯等无实时要求的控制模块。高速can网一般为500kbps，用于满足实时性高的重要控制。如发动机控制、线控转向、线控制动等。尽管高速can网最大的波特率可达到1mbps，但是can网高速运行时双绞线电缆中产生很大的电磁辐射，当传输速率超过500kbps时，其能量的损失会迅速增大。ttp(时间触发协议)是一个应用于分布式实时控制系统的完整的通信协议，能够支持多种容错策略，具有节点的恢复和再整合功能；bmw公司的byteflight可用于汽车线控系统的网络通信，其特点是既能满足某些高优先级消息的时间触发，以保证确定延迟的要求，又能满足某些消息需要事件触发和需要中断处理的要求；而其他汽车制造商目前计划采用flexray，这是一种特别适合下一代汽车应用的网络通信系统，具有容错功能和确定的消息传输时间，能够满足汽车控制系统的高速率通信要求。目前flexray标准的物理层标准己经由philips公司开发完成，通讯协议正在研发中。该标准的出台不仅提高了信息传输的一致性、可靠性，而且还简化了信息开发和使用过程，并降低了成本从现在的发展来看，由于flexray是基于时间和事件的触发协议，要优于ttp。基于总线技术的线控制动系统将传统的机械系统变成通过高速容错通信总线相连的电气系统，实现系统的自动化、智能化、网络化与信息化。7汽车电子驻车制动系统的优点汽车电子驻车制动系统的创新点首先体现在全新的电制动器上，还有其全新的制动管理系统。传统驻车制动系统中手柄和机械传动部件全部被取代，汽车电制动器直接采用电力进行制动，驻车制动系统由电制动控制单元(ecu)控制，单个制动器又分别由各自制动器ecu控制。电子驻车制动系统的优点如下：(1)系统结构简单，省去了大量的车内空间和机械传动等部件。减轻了汽车的质量，降低了汽车制造成本，提高了汽车燃油经济性。(2)整个系统使用电传操纵，制动响应时间短，基本上没有迟滞时间，提高了驻车制动系统的实时性。(3)系统制造、装配、测试简单快捷，采用模块化结构，维护简单。(4)所有部件之间采用电线连接，都是柔性连接，没有任何力和扭矩载荷，系统耐久性能良好。(5)对单个车轮的制动力控制更加精准和及时，实现其他的一些功能(abs或者asr等)不需要增加额外的部件，只需在控制单元的指令数据库中设置好相关控制程序即可。(6)取消了驻车制动的拉锁或杆系，并有智能辅助坡道起步功能，提高驾驶的安全性和舒适性，降低了驾驶难度。8汽车电子驻车制动控制系统的应用及故障分析市面上常见的拥有电子手刹功能的车型也是大家常见的几款车型,如大众的迈腾、奥迪a4、a6以及新君威等等。电子手刹的使用方法也是大同小异,都是通过一个按键来启动关闭手刹功能。启动电子手刹可以在车辆任何状况下进行启动,即使在行进过程中误按,由于油门还处在工作位置所以电子手刹功能也会立即关闭;如果在紧急刹车过程中按下,大部分电子手刹系统都会额外提供更强的制动力来辅助,部分车型更具有电子制动力分布以及限速制停的功能。 图12 新君威的电子手刹 电子驻车制动系统图 13 迈腾的电子手刹 电子驻车制动系统而当关闭电子手刹时则全部车型均需要在踏下刹车踏板的状态下才能生效,这样对于自动挡车型来说就能避免在塞车蠕动时由于大意造成的事故。但在手动挡车型上也同样加入这样的限制似乎就有的多余了,浪费了手刹对于斜坡起步的帮助这一基本功能。例如在迈腾1.8t手动挡上就发现了这一鸡肋。 图 14 奥迪的电子手刹 电子驻车制动系统在大众和奥迪系列的自动挡车型里,电子手刹系统也加入了上文所说的auto hold自动驻车功能。这个功能可能在刚开始用的时候会要有一段适应期,特别是起步时,油门踩下去而刹车又未能及时松开的尴尬时间就特别需要适应。不过总的来说还是利大于弊,解放了的右脚和右手就可以在塞车时做很多事情现在以迈腾车为例，说明汽车电子驻车制动出现的相关故障：故障现象1 ：一辆2007年产一汽-大众迈腾1.8t轿车，行驶里程3.7万km。用户抱怨前照灯开关左侧的epb电子机械式驻车系统按键e538按下不起作用，而且换挡杆旁的autoholde540按键按下也没有反应，同时仪表上的黄色驻车灯k213点亮。此故障偶尔会出现，故障出现后，车辆行驶一段距离故障一般会消失，当epb按键恢复正常时，autohold按键也恢复正常。 检查分析：连接故障诊断仪vas5052进行诊断，输入地址码53进入epb系统，系统内存储2个故障码，分别是02434(左侧通道供电控制单元断路/对地短路)和02435(右侧通道供电控制单元断路/对地短路)。简单地讲，epb系统的控制程序是由e538按键发出请求信号，信号传递到电子机械式驻车制动控制单元j540，再由j540发出执行信号到左后轮驻车制动电机v282和右后轮驻车制动电机v283，整个控制过程比较简单。autohold自动驻车功能作为epb系统的一个强化功能，首先由j540通过can总线收集满足autohold工作的条件，当按下按键e540时，信号传递到j540，由j540通过abs控制单元j104对左、右制动器执行控制。 由后轮驻车制动电机电路图看出，故障码应与熔丝sc29和sc30供电的2条线路有关，还与后轮驻车制动电机v283和v282以及相关线路有关。如果将熔丝sc29和sc30同时断开，epb控制单元j540无法通讯，而且esp警告灯亮起，断开其中任意一个熔丝，相应一侧的电机不工作。首先检查2个熔丝供电(正常，均为12v)，再检查j540的t30/13脚与t30/15脚的供电(正常，均为12v)，这说明线束无断路，线路阻值小于1.5。再检查v282与v283的线路情况，t30/14脚与t2an1脚、t30/29脚与t2an2脚、t30/12脚与t2ao1脚、t30/27脚与t2ao2脚之间电阻均小于1.5，而且无短路或断路现象。检查至此，电机v282与v283的电源线路确定没有问题。读取数据流，数据流显示epb按键e538状态错误，于是维修人员决定按照电路图检查按钮按键e538与j540之间线路。 测量j540的t30/20脚与按键e538的t10i/2脚之间导通，j540的t30/11脚与e538的t10i/5脚之间导通。对于按键e538，释放开关时电路走向：t30/19t10i/6t10i/2t30/20；按下开关时电路走向：t30/18t10i/4t10i/5t30/11。autohold按键e540按下时，电路走向：t30/11t6h/5t6h/4t30/9。经过检查e540与e538开关线路均正常，于是决定更换j540。 故障排除：更换j540后，需要进行多项设定，设定完成后故障排除。 回顾总结：下面对更换j540后需要进行的设定进行介绍。 更换j540后首先需要对abs系统和epb系统进行编码，查看2个控制单元内存储有多个未进行设定的故障码，故障码无法清除，这是因为j540内部集成了横向加速度与纵向加速度传感器，于是先进行传感器的基本设定。执行03-11-40168-04-60对g85进行设定，03-11-40168-04-61对纵向加速度传感器进行基本设定，03-11-40168-04-66对制动压力传感器进行设定。进行完上述设定后，在存储器里还有仪表的k213与驱动防滑灯亮，03-10-61-0进行设定后，驱动防滑灯熄灭，而且abs控制单元内无故障存储。仪表的k213还是点亮，查看epb系统里面有01087故障码(未执行基础设定)，于是对epb系统进行功能引导基本设定。以上设定完成后，车辆一切恢复正常。故障现象2：一辆2007年产一汽-大众迈腾1.8t轿车，行驶里程3.7万km。用户抱怨前照灯开关左侧的epb电子机械式驻车系统按键e538按下不起作用，而且换挡杆旁的autoholde540按键按下