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摘 要：为改善汽车主动安全性能，简化制动系统结构，研制一种电控液压制动系统，对其动态性能进行理论和试验研究。
关键词：汽车；电控液压制动系统；动态性能；试验
引言
制动系统是汽车安全性能的重要保障，传统的液压制动系统采用双液压回路设计保障汽车行驶安全。然而随着附加电控功能（如防抱死制动系统、车身汽车电控稳定系统等）的不断增加，传统的液压制动系统结构变得越来越复杂；且由于制动响应速度慢，在紧急工况下难以满足制动要求。因此，可控性好、响应速度快、高效、节能的线控制动系统成为改善汽车主动安全性能的重要研究方向。
1汽车电控液压制动系统的组成架构
汽车电控液压制动系统共分成4大部分：制动踏板单元、液压驱动单元、制动执行单元、控制系统。制动踏板单元包括制动踏板、踏板模拟器等，负责为驾驶员提供合适的制动踏板感觉，同时获取驾驶员意图。液压驱动单元包括“电动机+减速机构”、“液压泵+高压蓄能器”等形式。由于电动汽车制动主缸最高建压需求往往超过15MPa，因此在采用电动机作为液压压力动力源的汽车电控液压制动系统中，均需要加装减速增扭机构，以增大电动机的最大输出转矩，减小电动机体积，节约成本。“电动机+减速机构”负责将电动机的力矩转化成直线运动机构上的推力从而推动主缸产生相应的液压力；“液压泵+高压蓄能器”通过高压蓄能器的高壓能量来提供主缸液压力或轮缸制动力以实现主动调节。该系统通过制动踏板单元获取制动驾驶意图从而向整车控制器发送指令，以控制高压蓄能器、电磁阀和泵产生相应的液压力；当高压蓄能器内压力不足时，液压泵将对高压蓄能器增压。制动执行单元包括主缸，液压管路，轮缸等。这些机构跟传统制动系统的结构保持一致，将推动主缸的推力转化成制动器的液压力，最后通过摩擦力作用在制动盘上产生相应的制动力矩。
2动力学模型
电控液压制动系统是一个复杂的非线性系统。为了能有效研究系统的动态性能，从系统的关键零部件的液压特性出发，分别对增压、减压过程建立系统的动力学微分方程。由电控液压制动系统工作原理可知，增压过程液压油从高压蓄能器经油管及进油阀到制动轮缸；减压过程液压油从制动轮缸经油管及出油阀返回油杯。不考虑油管的压力损失，对蓄能器、进油阀、出油阀、轮缸的液压特性分别建模。蓄能器：电控液压制动系统增压过程中蓄能器内液压油减少，蓄能器内气室体积增大，压力降低，可认为是气体绝热膨胀过程。
3试验建模
3.1EHB系统试验台
利用自行研制的电控液压制动系统试验台对系统的增压、保压和减压过程动态性能进行试验建模。试验台中采用汽车电控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；计算机与汽车电控控制单元通信获得试验数据；压力表便于试者对蓄能器压力进行直观监测。
3.2模型验证
为了验证EHB系统参数辨识结果的可信度，将上述参数的辨识结果代入动力学微分方程式进行理论计算，并将计算结果与试验结果对比。通过相关图可以看出，对应前后轴车轮的增压、保压和减压过程电控液压制动系统各种工作模式时轮缸压力变化的理论计算结果与试验结果非常吻合，表明辨识结果准确可信。
4 EHB动态性能试验分析
4.1EHB的动态性能影响因素分析
4.1.1蓄能器压力对系统动态性能影响
左后轮缸压力单独控制工作模式增压过程，不同蓄能器压力时轮缸压力从0-7.5MPa的响应时间及轮缸压力稳态误差试验结果。可以看出，当轮缸压力工作在蓄能器压力的75%以内（即蓄能器压力大于10MPa）时，随着蓄能器压力增大，轮缸压力响应时间稍变短，轮缸压力稳态误差稍减小。因此，可根据实际车型所需最大制动强度设定合适的蓄能器工作压力。
4.1.2PWM占空比对系统动态性能影响
进/出油电磁阀均以PWM方式控制，因此PWM信号的周期和占空比b是EHB系统动态性能的主要影响因素。PWM周期选择与电磁阀特性有关，PWM周期过小，电磁阀在小占空比范围来不及响应；PWM周期过大，则电磁阀在大占空比范围轮缸压力变化大难以控制。左后轮缸压力单独控制工作模式增压过程，固定PWM周期10ms，不同占空比时轮缸压力变化率及轮缸压力稳态误差的试验结果。可以看出，PWM占空比大，轮缸压力变化率大，稳态误差也大；占空比小则轮缸压力变化率小，稳态误差也小；占空比小于30%时，轮缸压力变化率为0，电磁阀来不及响应。因此，当轮缸压力与设定压力相差大时，采用大占空比控制，提高控制灵敏度和系统响应时间；轮缸压力与设定压力差小时，采用小占空比控制，提高控制精度。
4.1.3轮缸工作点压力对系统动态性能影响
左后轮缸压力单独控制工作模式减压过程，不同轮缸工作点压力时轮缸压力变化率及轮缸压力从5MPa降到2MPa的变化时间试验结果。可以看出，轮缸工作点压力越大则压力变化率越大，EHB系统控制越灵敏；不同轮缸工作点压力时从5MPa降到2MPa的压力变化时间tP一致，即EHB系统动态性能稳定。
4.1.4液压管路对系统动态性能影响
后轴车轮模式工作时左右轮缸压力差及车身横摆角速度。变化曲线。实线为原装长度油管的试验结果，点线为右后轮制动液管路加长lm并弯曲的试验结果。可以看出，加长并弯曲管路后左右轮缸压力差稍微偏大，车身横摆角速度也稍变大，即管路加长lm前后的汽车制动方向稳定性基本一致。
4.2实车道路试验
在汽车制动性能测试试验场的干混泥土路面，以初速度50km/h的初速度进行EHB系统的实车制动试验。实线为驾驶员通过踏板模拟器设定的轮缸压力变化，点线为左后轮缸压力变化，点划线为右后轮缸压力变化，可以看出左右轮缸压力能快速精确地跟踪反映驾驶员制动意图的设定压力，且左右轮缸压力变化一致；图10b，10c分别为车身横摆角速度及速度响应曲线，可以看出EHB系统制动过程车身速度v变化平稳，汽车行驶方向稳定。
结束语
汽车电控液压制动系统为整车控制提供了更迅速更精确的执行器，但其对液压力控制的精度和控制算法的鲁棒性要求也进一步提高。与传统制动系统相比，EHB系统中主动控制在制动工况中的所占比重越来越高。因此，液压力控制算法的优劣成为EHB系统能否实现精确快速液压力调节的关键，也是能否与整车良好匹配的关键。
参考文献：
[1]汪洋，翁建生.车辆电控机械制动系统的研究现状和发展趋势[J].商用汽车，2015（11）：102—104.
[2]林逸，沈沉，王军，等.汽车线控制动技术及发展[J].汽车技术，2015（12）：1-3，43.
[3]王治中，于良耀，王语风，等.分布式电液制动系统执行机构液压控制[J].清华大学学报，2013（10）：1464.1469.
关键词：汽车；电控液压制动系统；动态性能；试验
引言
制动系统是汽车安全性能的重要保障，传统的液压制动系统采用双液压回路设计保障汽车行驶安全。然而随着附加电控功能（如防抱死制动系统、车身汽车电控稳定系统等）的不断增加，传统的液压制动系统结构变得越来越复杂；且由于制动响应速度慢，在紧急工况下难以满足制动要求。因此，可控性好、响应速度快、高效、节能的线控制动系统成为改善汽车主动安全性能的重要研究方向。
1汽车电控液压制动系统的组成架构
汽车电控液压制动系统共分成4大部分：制动踏板单元、液压驱动单元、制动执行单元、控制系统。制动踏板单元包括制动踏板、踏板模拟器等，负责为驾驶员提供合适的制动踏板感觉，同时获取驾驶员意图。液压驱动单元包括“电动机+减速机构”、“液压泵+高压蓄能器”等形式。由于电动汽车制动主缸最高建压需求往往超过15MPa，因此在采用电动机作为液压压力动力源的汽车电控液压制动系统中，均需要加装减速增扭机构，以增大电动机的最大输出转矩，减小电动机体积，节约成本。“电动机+减速机构”负责将电动机的力矩转化成直线运动机构上的推力从而推动主缸产生相应的液压力；“液压泵+高压蓄能器”通过高压蓄能器的高壓能量来提供主缸液压力或轮缸制动力以实现主动调节。该系统通过制动踏板单元获取制动驾驶意图从而向整车控制器发送指令，以控制高压蓄能器、电磁阀和泵产生相应的液压力；当高压蓄能器内压力不足时，液压泵将对高压蓄能器增压。制动执行单元包括主缸，液压管路，轮缸等。这些机构跟传统制动系统的结构保持一致，将推动主缸的推力转化成制动器的液压力，最后通过摩擦力作用在制动盘上产生相应的制动力矩。
2动力学模型
电控液压制动系统是一个复杂的非线性系统。为了能有效研究系统的动态性能，从系统的关键零部件的液压特性出发，分别对增压、减压过程建立系统的动力学微分方程。由电控液压制动系统工作原理可知，增压过程液压油从高压蓄能器经油管及进油阀到制动轮缸；减压过程液压油从制动轮缸经油管及出油阀返回油杯。不考虑油管的压力损失，对蓄能器、进油阀、出油阀、轮缸的液压特性分别建模。蓄能器：电控液压制动系统增压过程中蓄能器内液压油减少，蓄能器内气室体积增大，压力降低，可认为是气体绝热膨胀过程。
3试验建模
3.1EHB系统试验台
利用自行研制的电控液压制动系统试验台对系统的增压、保压和减压过程动态性能进行试验建模。试验台中采用汽车电控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；计算机与汽车电控控制单元通信获得试验数据；压力表便于试者对蓄能器压力进行直观监测。
3.2模型验证
为了验证EHB系统参数辨识结果的可信度，将上述参数的辨识结果代入动力学微分方程式进行理论计算，并将计算结果与试验结果对比。通过相关图可以看出，对应前后轴车轮的增压、保压和减压过程电控液压制动系统各种工作模式时轮缸压力变化的理论计算结果与试验结果非常吻合，表明辨识结果准确可信。
4 EHB动态性能试验分析
4.1EHB的动态性能影响因素分析
4.1.1蓄能器压力对系统动态性能影响
左后轮缸压力单独控制工作模式增压过程，不同蓄能器压力时轮缸压力从0-7.5MPa的响应时间及轮缸压力稳态误差试验结果。可以看出，当轮缸压力工作在蓄能器压力的75%以内（即蓄能器压力大于10MPa）时，随着蓄能器压力增大，轮缸压力响应时间稍变短，轮缸压力稳态误差稍减小。因此，可根据实际车型所需最大制动强度设定合适的蓄能器工作压力。
4.1.2PWM占空比对系统动态性能影响
进/出油电磁阀均以PWM方式控制，因此PWM信号的周期和占空比b是EHB系统动态性能的主要影响因素。PWM周期选择与电磁阀特性有关，PWM周期过小，电磁阀在小占空比范围来不及响应；PWM周期过大，则电磁阀在大占空比范围轮缸压力变化大难以控制。左后轮缸压力单独控制工作模式增压过程，固定PWM周期10ms，不同占空比时轮缸压力变化率及轮缸压力稳态误差的试验结果。可以看出，PWM占空比大，轮缸压力变化率大，稳态误差也大；占空比小则轮缸压力变化率小，稳态误差也小；占空比小于30%时，轮缸压力变化率为0，电磁阀来不及响应。因此，当轮缸压力与设定压力相差大时，采用大占空比控制，提高控制灵敏度和系统响应时间；轮缸压力与设定压力差小时，采用小占空比控制，提高控制精度。
4.1.3轮缸工作点压力对系统动态性能影响
左后轮缸压力单独控制工作模式减压过程，不同轮缸工作点压力时轮缸压力变化率及轮缸压力从5MPa降到2MPa的变化时间试验结果。可以看出，轮缸工作点压力越大则压力变化率越大，EHB系统控制越灵敏；不同轮缸工作点压力时从5MPa降到2MPa的压力变化时间tP一致，即EHB系统动态性能稳定。
4.1.4液压管路对系统动态性能影响
后轴车轮模式工作时左右轮缸压力差及车身横摆角速度。变化曲线。实线为原装长度油管的试验结果，点线为右后轮制动液管路加长lm并弯曲的试验结果。可以看出，加长并弯曲管路后左右轮缸压力差稍微偏大，车身横摆角速度也稍变大，即管路加长lm前后的汽车制动方向稳定性基本一致。
4.2实车道路试验
在汽车制动性能测试试验场的干混泥土路面，以初速度50km/h的初速度进行EHB系统的实车制动试验。实线为驾驶员通过踏板模拟器设定的轮缸压力变化，点线为左后轮缸压力变化，点划线为右后轮缸压力变化，可以看出左右轮缸压力能快速精确地跟踪反映驾驶员制动意图的设定压力，且左右轮缸压力变化一致；图10b，10c分别为车身横摆角速度及速度响应曲线，可以看出EHB系统制动过程车身速度v变化平稳，汽车行驶方向稳定。
结束语
汽车电控液压制动系统为整车控制提供了更迅速更精确的执行器，但其对液压力控制的精度和控制算法的鲁棒性要求也进一步提高。与传统制动系统相比，EHB系统中主动控制在制动工况中的所占比重越来越高。因此，液压力控制算法的优劣成为EHB系统能否实现精确快速液压力调节的关键，也是能否与整车良好匹配的关键。
参考文献：
[1]汪洋，翁建生.车辆电控机械制动系统的研究现状和发展趋势[J].商用汽车，2015（11）：102—104.
[2]林逸，沈沉，王军，等.汽车线控制动技术及发展[J].汽车技术，2015（12）：1-3，43.
[3]王治中，于良耀，王语风，等.分布式电液制动系统执行机构液压控制[J].清华大学学报，2013（10）：1464.1469.