李竹芳， 杜迪， 姚尚明， 劉明遠(yuǎn)

（北京信息科技大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院，北京100192）

0 引言

汽車的安全性已成為世界性的課題，引起各國的高度重視［1-5］。汽車ABS系統(tǒng)提供了一種有效減少交通事故、全面提高汽車制動(dòng)性能的主動(dòng)安全裝置，EBD系統(tǒng)在ABS的基礎(chǔ)上進(jìn)一步提高了制動(dòng)時(shí)的操縱穩(wěn)定性?，F(xiàn)行EBD系統(tǒng)在汽車制動(dòng)的瞬間，高速計(jì)算出四個(gè)輪胎與地面的相互作用狀況，然后調(diào)整制動(dòng)裝置，達(dá)到制動(dòng)力與摩擦力（牽引力）的匹配，以保證車輛的平穩(wěn)和安全。當(dāng)緊急制動(dòng)時(shí)，EBD在ABS動(dòng)作之前就一直在平衡每個(gè)車輪的有效地面制動(dòng)力，以防止出現(xiàn)甩尾和側(cè)移，提高車輛行駛穩(wěn)定性，并有效縮短汽車制動(dòng)距離［2-3］。

1 汽車EBD的作用原理

在沒有到達(dá)ABS之前，前后輪制動(dòng)力應(yīng)如何分配，代替固定的制動(dòng)力分配方式，運(yùn)用一種各個(gè)車輪獨(dú)立的制動(dòng)力分配方式，這種分配方式不僅可以考慮到各個(gè)車輪不同的附著狀態(tài)，還可以考慮到由于裝載狀態(tài)的不同而引起的質(zhì)心位置的推移以及特殊的行駛狀態(tài)。這種系統(tǒng)稱為電子制動(dòng)力分配系統(tǒng)（Electronic Brake force Distribution，EBD），是ABS的一種輔助系統(tǒng)。在ABS系統(tǒng)的基礎(chǔ)上增加了功能［1］。EBD能夠根據(jù)汽車制動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的軸荷轉(zhuǎn)移及各個(gè)車輪不同的附著狀態(tài)而自動(dòng)調(diào)節(jié)前后軸及左右車輪的制動(dòng)力分配比例，提高制動(dòng)效能，并配合ABS提高制動(dòng)的穩(wěn)定性。

2 汽車EBD性能檢驗(yàn)臺(tái)簡(jiǎn)介

由EBD的原理可見，要評(píng)價(jià)汽車EBD系統(tǒng)的性能，首先要提高檢測(cè)的模擬行駛速度（GB 13594-1992規(guī)定50 km/h）［5］，其次要適時(shí)測(cè)出汽車的車輪速度和汽車的運(yùn)行速度（可求得汽車制動(dòng)時(shí)車輪與地面的滑移率及減速度等）。對(duì)于實(shí)際運(yùn)行的汽車而言，汽車的車輪速度和汽車的運(yùn)行速度是不容易測(cè)得的，如果能設(shè)計(jì)一種臺(tái)架能模擬待檢測(cè)汽車的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，并且當(dāng)汽車制動(dòng)時(shí)，能模擬測(cè)量出汽車的輪速和車速，問題就迎刃而解了。分析比較目前常用的制動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)，滾筒慣性式試驗(yàn)臺(tái)能較好地模擬車輛運(yùn)行狀態(tài)（檢測(cè)車速高），因此選擇增加第三滾筒的滾筒慣性式制動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)作為EBD檢測(cè)臺(tái)。

汽車EBD性能檢驗(yàn)臺(tái)機(jī)械傳動(dòng)及電連接如圖1（a）所示，總體機(jī)械結(jié)構(gòu)如圖1（b）所示，一個(gè)滾筒總成的機(jī)械結(jié)構(gòu)如圖 1（c）所示。

檢驗(yàn)臺(tái)的滾筒相當(dāng)于移動(dòng)路面，轉(zhuǎn)動(dòng)的滾筒系統(tǒng)具有轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)能，相當(dāng)于汽車在道路上行駛的平動(dòng)動(dòng)能。檢驗(yàn)臺(tái)工作原理如圖2。圖中EBD系統(tǒng)（包括輪速傳感器、壓力調(diào)節(jié)器、電子控制器等全套零部件）與汽車制動(dòng)系統(tǒng)實(shí)物（包括壓力源、管路、分泵、制動(dòng)器、輪胎等）按照在車輛上的運(yùn)行要求進(jìn)行連接，ECU的控制指令同時(shí)傳至測(cè)控系統(tǒng)（包括駕駛員模型、信號(hào)采集分析等模塊），電動(dòng)機(jī)通過離合器與模擬慣量系統(tǒng)連接。進(jìn)行測(cè)試時(shí)，電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)慣性系統(tǒng)轉(zhuǎn)動(dòng)到達(dá)某速度后離合器分離，駕駛員模塊發(fā)出制動(dòng)命令開始制動(dòng)測(cè)試直到車輪停止。在這個(gè)過程中第一滾筒上的車速傳感器及第三滾筒上的輪速傳感器測(cè)得的數(shù)據(jù)傳至EBD測(cè)控系統(tǒng)，試驗(yàn)臺(tái)快速高效地對(duì)不同車型的EBD系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試，檢測(cè)所測(cè)試的EBD是否正常工作以及滑移率變化的情況。因此，車輪緊急制動(dòng)時(shí)，在車輪與滾筒間無滑移的條件下，測(cè)得的滾筒在受檢車制動(dòng)過程中的轉(zhuǎn)數(shù)、轉(zhuǎn)速的變化和時(shí)間，即等同于受檢車的制動(dòng)距離、制動(dòng)減速度和制動(dòng)時(shí)間。

EBD性能檢驗(yàn)臺(tái)的幾個(gè)問題的解決：

1）車輛質(zhì)量的模擬。由于受檢汽車型號(hào)不同，質(zhì)量各異，檢驗(yàn)臺(tái)必須能模擬出不同的質(zhì)量。滾筒帶有飛輪組，通過選擇不同的飛輪組合來進(jìn)行匹配，使得滾筒和飛輪組的慣性質(zhì)量與受檢汽車的慣性質(zhì)量相當(dāng)，從而模擬出不同受檢車輛的質(zhì)量。

圖1 檢驗(yàn)臺(tái)結(jié)構(gòu)圖

2）路面不同附著系數(shù)的模擬。檢驗(yàn)EBD作用效果，檢驗(yàn)臺(tái)必須能模擬不同的附著路面，通過改變兩滾筒中心距來改變安置角大小，從而改變滾筒與車輪接觸的當(dāng)量附著系數(shù)，即

其中，φk=φ/［（1+φ2）cosλ］為當(dāng)量附著系數(shù)。

圖2 檢驗(yàn)臺(tái)工作原理圖

3）載荷轉(zhuǎn)移的模擬。EBD要根據(jù)載荷轉(zhuǎn)移情況重新分配制動(dòng)力，所以檢驗(yàn)臺(tái)必須模擬不同的載荷分配。通過改變兩滾筒中心距實(shí)現(xiàn)不同載荷分配，原理如下式：

由式（2）可知，通過改變中心距來改變安置角，從而改變每個(gè)車輪軸荷的大小。

4）車輪速度的模擬。用傳感滾筒的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)模擬車輪的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。因?yàn)橹鞲睗L筒都裝有飛輪，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量大，制動(dòng)時(shí)車輪與滾筒之間有滑移，所以用主副滾筒的速度模擬車輪速度是不準(zhǔn)確的，必須用一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小的滾筒來模擬車輪速度。傳感滾筒軸是從動(dòng)軸，獨(dú)立安裝在兩滾筒之間，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量很小，放置在兩滾筒上的汽車車輪通過彈簧壓緊傳感滾筒軸，使傳感滾筒軸隨車輪一起轉(zhuǎn)動(dòng)，在傳感滾筒軸的端部安裝一脈沖傳感器，測(cè)量車輪速度。當(dāng)車輪抱死，停止轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，傳感滾筒軸也停止轉(zhuǎn)動(dòng)，即傳感滾筒軸可以直接反映車輪的轉(zhuǎn)動(dòng)狀態(tài)。

5）車身速度的模擬。因?yàn)橹鞲睗L筒軸轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)能之和等于汽車平動(dòng)動(dòng)能，所以安裝在主副滾筒軸的速度傳感器測(cè)出的速度用以模擬車身速度。

3 檢驗(yàn)臺(tái)結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)檢測(cè)結(jié)果的影響

3.1 滾筒直徑對(duì)檢測(cè)結(jié)果的影響

圖3（a）為滾筒直徑為268 mm制動(dòng)力矩-時(shí)間曲線，圖3（b）為滾筒直徑為368 mm制動(dòng)力矩-時(shí)間曲線，圖3（c）為滾筒直徑為468 mm制動(dòng)力矩-時(shí)間曲線，圖3（d）為不同滾筒直徑制動(dòng)距離-時(shí)間曲線，圖3（e）為不同滾筒直徑車速與輪速-時(shí)間曲線。表1列出了具體數(shù)值。

檢測(cè)結(jié)果如表1所示。結(jié)果表明，滾筒直徑越大，制動(dòng)距離越短，制動(dòng)時(shí)間越小，車輛平均加速度越大，平均制動(dòng)力矩變化不大，只是制動(dòng)力矩作用時(shí)間減小。

需要說明的是：改變滾筒直徑并不改變滾筒的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和檢驗(yàn)臺(tái)安置角的大小，在檢測(cè)中，滾筒直徑變化時(shí)，要調(diào)整安置角為定值。

制動(dòng)時(shí)間和制動(dòng)距離減小的原因：由Jgαg=φGRg可知，增大Rg，αg即增大，車速下降變快，制動(dòng)距離和制動(dòng)時(shí)間就會(huì)減小。

圖3 不同滾筒直徑對(duì)檢測(cè)結(jié)果影響曲線

表1 不同滾筒直徑對(duì)應(yīng)的仿真結(jié)果

3.2 滾筒轉(zhuǎn)動(dòng)慣量對(duì)檢測(cè)結(jié)果的影響

圖4（a）為轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為12 kg·m2制動(dòng)力矩-時(shí)間曲線，圖4（b）為轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為17 kg·m2制動(dòng)力矩-時(shí)間曲線，圖4（c）為轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為 22 kg·m2制動(dòng)力矩-時(shí)間曲線，圖 4（d）為不同轉(zhuǎn)動(dòng)慣量制動(dòng)距離-時(shí)間曲線，圖4（e）為不同轉(zhuǎn)動(dòng)慣量車速與輪速-時(shí)間曲線。表2列出了具體數(shù)值。

圖4 不同轉(zhuǎn)動(dòng)慣量對(duì)檢測(cè)結(jié)果影響曲線

檢測(cè)結(jié)果如表2所示。結(jié)果表明，滾筒轉(zhuǎn)動(dòng)慣量越小，制動(dòng)距離越短，制動(dòng)時(shí)間越小，車輛平均加速度越大，平均制動(dòng)力矩變化不大，只是制動(dòng)力矩作用時(shí)間減小。

表2 不同滾筒轉(zhuǎn)動(dòng)慣量對(duì)應(yīng)的仿真結(jié)果

轉(zhuǎn)動(dòng)慣量對(duì)制動(dòng)距離和平均制動(dòng)力矩產(chǎn)生影響的原因。由J2=MR2g可知，當(dāng)滾筒半徑Rg一定時(shí)，滾筒轉(zhuǎn)動(dòng)慣量只與滾筒質(zhì)量M有關(guān)，而滾筒質(zhì)量越大，在制動(dòng)力矩一定的情況下，滾筒減速度越?。‵=ma），即滾筒減速越慢（v=v0-at），那么所對(duì)應(yīng)的制動(dòng)距離就越長（），這也就解釋了圖中所示為什么平均制動(dòng)力矩相差不大，而制動(dòng)力矩作用時(shí)間和制動(dòng)距離卻相差很大的原因。

事實(shí)上，由J2=MR2g可得：當(dāng)車輛質(zhì)量和滾筒半徑一定時(shí)，滾筒轉(zhuǎn)動(dòng)慣量就唯一確定了，如果隨意更改滾筒轉(zhuǎn)動(dòng)慣量會(huì)使試驗(yàn)結(jié)果出現(xiàn)錯(cuò)誤。本試驗(yàn)所選車型是唯一的，本車型所對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為17 N·m2，設(shè)置其余兩種轉(zhuǎn)動(dòng)慣量只想說明轉(zhuǎn)動(dòng)慣量對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果有影響，在設(shè)計(jì)檢驗(yàn)臺(tái)滾筒時(shí)一定要選擇正確的參數(shù)。

4結(jié) 論

本文論述了汽車EBD作用原理和檢測(cè)方法，研究了不同EBD性能檢驗(yàn)臺(tái)結(jié)構(gòu)參數(shù)（主要是檢驗(yàn)臺(tái)滾筒的直徑、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量）對(duì)檢測(cè)結(jié)果的影響。結(jié)果表明：EBD性能檢驗(yàn)臺(tái)的結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)仿真結(jié)果的影響很大，合適地選擇檢驗(yàn)臺(tái)結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)進(jìn)行仿真試驗(yàn)至關(guān)重要。

［1］ 胡學(xué)英.基于ABS的EBD控制技術(shù)的仿真研究［D］.北京：中國農(nóng)業(yè)大學(xué)，2006.

［2］ 胡學(xué)英.基于ABS硬件系統(tǒng)的汽車EBD控制策略［D］.成都：四川教育學(xué)院汽車應(yīng)用技術(shù)學(xué)院，2007.

［3］ 劉杰.汽車電子制動(dòng)力分配系統(tǒng)的控制策略研究［D］.合肥：合肥工業(yè)大學(xué)，2009.

［4］ 余志生.汽車?yán)碚摚跰］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2000.

［5］ 郝盛.汽車ABS試驗(yàn)臺(tái)整車測(cè)試技術(shù)及數(shù)據(jù)分析研究［D］.西安：長安大學(xué)，2007.

［6］ 于東.汽車防抱死制動(dòng)系統(tǒng)（ABS）控制方法仿真研究與控制器設(shè)計(jì)［D］.濟(jì)南：山東大學(xué)，2007.