1.1.1轿车线操控动技能的研讨布景
跟着我国轿车工业的飞速开展和人们日子水平的进步，轿车在人们日子中扮演的人物越来越重要，它现已成为人类日子中不行短少的一部分。人们在享用轿车带来舒适，便利的一起，也开端越来越重视轿车行进的安全性。轿车安全功用很大程度取决于轿车制动体系，杰出的轿车制动体系能够确保车辆的安全行进。因而怎么规划牢靠的制动体系，改进轿车的制动功用，始终是轿车研讨组织的重要任务。
环顾轿车制动体系的开展前史，轿车制动体系开展之初，完结制动的进程是驾驭员经过操作一组简略的机械体系，将作用力传递给制动器，但要求车辆质量小，低速行进的情况。跟着轿车自重的添加，车速的进步，关于机械制动器来说需求一种助力设备，这时呈现了真空助力设备。1923年凯迪拉克公司在其出产的V16车上开端很多设备真空助力器。随后液压制动技能的呈现，是继机械制动后的一制动体系的严重突破。通用和福特别离于1934年和1939年选用了液压制动技能。
80年代，跟着轿车电子技能的老练与开展，被称为轿车史上的三大创造之一防抱制动体系ABS(Anti-lock Braking System)开端运用和推行。因为轿车制动时会导致车轮与路面之间发生滑移，而滑移率会影响到轿车制动的作用。ABS体系依据轮速传感器传送的信号实时调理对应车轮的制动力，使制动进程中车轮滑移率操控在适宜的范围内，进步车轮侧向附着力，取得了最佳的制动作用。1954年FORD公司开端在林肯轿车配备ABS，到了80年代ABS走向老练。20世纪80年代中期，BOSCH公司研制了驱动防滑体系ASR(Anti-Skidding Restraint)，它能够在起步或弯道中速度发生急剧改变时，将滑转率操控在必定的范围内，改进车轮与地上的附着力，例如，车辆在冰雪路面或湿滑路面行进时，当轿车加快时驱动轮简略打滑，ASR体系会自动减低发动机马力并制动受影响的车轮，ASR体系挺高了车辆的牵引力和行进安稳性。1985年VOLOVO轿车公司将这项技能转化为产品，并将其设备在Volvo760 Turbo上。因为车轮的驱动打滑与制动抱死讲的是同一类问题，所以在ABS的根底上，添加了驱动防滑体系ASR来检测收集驱动轮的转速，将两者集成为一体，开展成为ABS/ASR体系。1980年12月Bosch公司第一次将ABS/ASR技能结合使用在Mercedes S级轿车上。跟着智能操控技能的开展，国外现已由ABS操控体系开展到TCS(牵引力操控体系)，在此根底上开展到VDC(轿车动态操控体系)。VDC体系是把轿车总成的操控体系(制动体系、驱动体系、悬架体系、转向体系、发动机等)集成在一起，大大进步了轿车操控体系的集成度和行进安全性。九十年代中期呈现的ESP(Electronic StabilityProgram)体系，是进步轿车自动安全性的又一严重腾跃。ESP首要是在轮胎与地上处于附着极限工况下，对轿车的行进情况进行实时监测，假如轿车行进轨迹和驾驭员所希望的轨迹不一致时，ESP体系会对制动压力进行调理，或许经过改动发动机输出转矩，实时的对车辆的行进情况进行调理，使轿车的实践行进情况更挨近驾驭员的驾驭目的，大大进步了轿车的行进安稳性。
因为传统制动体系首要由制动踏板、真空助力器、主缸、轮缸、制动鼓(或制动盘)及管路等构成。制动体系运用气体或液体作为力的传递介质以液压能的办法施加在各车轮上，对车辆进行直接制动。关于长轴距操控车辆，因为制动管路较长、呼应速度慢、易发生滞后现象、安全性下降，而且踏板感觉差、设备保护难度大、本钱也较高。
跟着轿车电子科技和轿车操控技能的开展，呈现了高效节能的线控技能，线控技能(x-by-wire)首要使用于航空航天范畴，经过开展老练后将这种操控办法引进到轿车驾驭上，线控技能使用将传感器获悉驾驭员踩制动，换挡，打转向盘等驾驭目的，转化为电信号输入电子操控单元，电子操控单元再发送指令给相应的履行组织完结相关操作。线控技能中(by-wire)可理解为电控办法，这儿的“x”类似于方程式中的变量，代表着传统上轿车中由机械或液压操控的各个操控单元，例如线控转向(steer-by-wire)、线操控动(brake -by-wire)体系、线控悬架(suspension-by-wire)体系、线控油门(throttle-by-wire)体系[9]，结合线控技能和轿车制动体系而构成的线操控动体系，将传统液压或气压制动履行元件改为了电驱动元件，进步了可控性和呼应速度，一起易完结底盘集成操控。宝马轿车公司在2000年巴黎车展上参展的概念车BMW Z22使用了steer-by-wire技能，并将在2005年今后正式付诸批量出产。在欧洲Daimler-Chrysler，Ford和Volvo等轿车公司联合发起了“Brite-EuRam‘x-by-wire’”方案，进行线控驱动体系的完结以及安全性和牢靠性方面的研讨。在第届日内瓦世界轿车展览会上，意大利Bertone轿车规划及开发公司展现了新式概念车“FILO”。“FILO”选用了“Drive-By-Wire”体系[11]。随后国外开端将高效、节能、环保的线控技能与车辆制动体系相结合，由此线操控动体系(brake-by-wire)应运而生，成为各大轿车研讨组织的研讨热门。
1.1.2树立EHB试验台的含义
在开发新产品的初期，将新产品设备到量产的实车上后进行检测和体系调试，假如试验进程中发现缺点，要从头测验并对其进行改进，这样做不光本钱较高而且设备拆开困难，为此树立试验台有着较大优势。本文中的试验台是一种调集体系功用点评和开发调试检测归纳功用于一体的车辆电子体系开发和改进的重要东西，大大促进了车辆电子体系的研讨和开发，并加快了体系操控逻辑和履行组织的规划开发。
本课题中要树立的EHB试验台，目的是要对方针轮缸压力进行跟从操控，关于不同办法的方针压力输入，使用PID操控算法进行操控，使实践轮缸压力呼应快速安稳。假如对输入方针轮缸压力跟从情况杰出，就能够更好的完结下一步各种制动功用如ABS(制动防抱死体系)功用，EBD(电子制动力分配)功用;ESP(电子安稳性操控)功用;TCS(牵引力操控体系)功用等，经过EHB试验渠道的试验，可对制动体系的各项功用进行查验，有效地改进EHB体系的功用及牢靠性，并为实车试验做好预备，在轿车制动体系开发上有着不行代替的作用和含义。
1.2 EHB体系简介及功用特色
1.2.1 EHB体系简介
EHB(Electronic Hydraulic Brake System)体系是线操控动两类体系中的一种。因为传统制动体系首要由制动踏板、真空助力器、主缸、轮缸、制动鼓(或制动盘)及管路等构成。制动体系对车辆进行直接制动。制动管路较长、呼应速度慢、易发生滞后现象、安全性下降。
EHB体系除去了巨大的真空助力器，以及一些液压管路等传统制动体系的部分机械元件并用一些电子元件代替，该体系用一个电子式制动踏板代替了传统的液压制动踏板，电子踏板单元辨认出驾驭人员践踏制动踏板的制动目的，经过数据收集体系将传感器收集的车辆情况信号传递给电子操控单元，一起电子操控单元依据不同的驾驭工况决议计划出车轮的最佳制动压力。这一体系缩短了制动反应时刻，减小了体系呼应时刻，一起也避免了因液压机械制动体系反作用力引起轰动而使驾驭员不自觉地减小制动力带来的风险[13]。线操控动两种体系中的EMB(Electronic Mechanical Brake System)体系是一种电子机械制动体系，它用线操控动体系代替了整个液压体系，并用踏板力模仿单元代替了传统液压制动体系中真空助力器和机械式传力组织。EMB体系依据数采体系收集的车辆情况信号，经过电子操控单元的剖析和处理，向车轮制动模块的电机宣布信号，从而发生所需的制动力，到达制动的目的。可是EMB没有备用体系，其牢靠性需求得到很好的实践验证，此外履行器的散热，耐高温，抗干扰等方面的条件要求严厉，因而距EMB技能老练期还有很长的路要走。
1.2.2 EHB体系的功用特色
(1)传统的制动体系，驾驭员经过踏板，制动主缸，真空助力器等将踏板力传递发生制动压力，制动器制动时刻较长。而关于EHB体系，电机泵和蓄能器充任体系的压力源，经过高速开关阀的调理操操控动液进入制动轮缸，制动进程平顺柔软，制动压力上升梯度大。轮缸制动压力经过轮缸压力传感器的实时监测，将信号传递给电子操控单元，可对轮缸压力准确调理，此进程中还能够消除制动噪声，缩短制动时刻。
(2)传统的制动体系，制动主缸经过活塞运动，将等量的制动液传递给各个制动轮缸，只能在必定程度上完结前后制动力的分配，不能很好地对各个制动轮独自操控，难以充分使用地上制动力，而EHB体系是经过闭环反应的操控办法，对每个制动轮缸的压力进行独自操控，它将传感器所收集到的各种信息传递给电子操控单元，电子操控单元经过剖析判别决议计划出各制动器所需最佳制动力，到达杰出制动作用。
(3)传统的制动体系，制动踏板与制动轮缸之间是经过一些机械设备直接相衔接的，若长时刻制动，体系的机械特性会发生改变，会影响制动功用。而EHB操控体系，可经过对电子操控单元参加相应的操控算法对制动踏板部件机械特性的改变进行补偿，补偿传统机械特性对体系影响的缺乏，使踏板行程和制动压力等级坚持一致。EHB体系经过传感器收集的踏板的运动速度和踏板的行程，将信号传递给ECU，ECU经过对驾驭员目的的辨认，判别不同的制动行为，核算并供给最佳的压力改变特性。因为踏板力独立于制动轮缸，制作商能够依据车型的不同，驾驭者年龄段、性别以及驾驭习气的不同进行计算，经过调整牢靠的操控算法和对踏板模仿器进行自动操控，给驾驭者供给最适宜的踏板感觉。
(4)此外因为EHB体系在结构上取消了传统制动体系中的部分管路体系及液压阀，真空助力器等元件。使体系愈加紧凑，节省了车内制动体系的安置空间;制作、设备简略方便;因为模块化程度高，进步了车辆规划进程中的灵活性;一起改进了发动机功用，进步了轿车燃油经济性。
1.3 EHB体系的研讨现状和开展方向
从1993年开端到2000年是EHB技能开展初期。这个时期各大轿车公司都针对EHB体系进行了技能研制，首要设备在试验车型上。1993年FORD公司、通用公司开端选用EHB制动体系，在此期间最具有代表性的属Bosch公司推出的“Brake 2000”项目。1999年法兰克福车展上，Bosch公司展出了新的EHB体系。因为其结构上簇新的规划思路，使轿车制动进程中不只缩短了制动间隔而且确保了车辆安稳性，该体系刚一面世便得到了商场的认可，马上成为各大轿车研制部门争相学习的目标。
从2000年前后到2007年左右，EHB技能走向老练，并过度到商用阶段，许多公司将其进行了产品化，Bosch(博世)和Daimler-Chrysler公司在量产奔跑第七代e级轿车SL500上的设备;1997年日本的丰田(TOYOTA)公司推出世界上第一款量产化的混合动力车Prius，并发布混合动力体系“THS”。2002年韩国最大的轿车配件出产企业Mando公司开宣布了新一代HCU，并为各大公司供给此产品。同年在法兰克福车展上，美国通用轿车公司展现了Hy-Drive燃料电池概念车，该车使用由瑞典SKF公司开发的X-Drive电子线控操作体系。还有便是Continental Teves(大陆)公司的MK系列产品。在此阶段比较有代表性有以下几个公司的技能
Bosch公司在2001年的法兰克福车展上，展出了感应制动操控体系SBC(Sensotronic Brake Control)。2005年Bosch公司与戴姆勒-克莱斯勒公司一起协作，开端批量出产ABS 8.0，TCS 8.0，ESP 8.0第一阶段的ESP plus等EHB体系，并配备在各式中高档车型上，使“ESP premium”到达有用水平。到2009年，Bosch公司现已推出了ESP 9.0版别。
丰田公司于2003年1月在北美世界车展上展出了一款混合动力概念车SU-HV，配备了改进后的的混合动力体系“Hybrid Synergy Drive*1”。同年4月丰田公司将搭载了既有杰出动力功用又节能环保的第二代混合动力体系“THSⅡ”使用在第二代Prius普锐斯上。尔后，搭载车型扩展到了MPV、SUV、以及FR轿车。同年10月丰田公司在第37届东京车展上展出了全新的概念混合动力车，该车搭载了新式E-Four(电动四轮驱动)动力和SU-HV1混合动力体系。大陆公司从2000年开端在电子刹车体系使用EBS [27]技能，现已有了比较成型的产品，推出了MK20，MK25，MK50，MK60，MK70等类型的电子机械式制动履行器。其间MK60结构更紧凑，更轻便能够供给新能较强的液压制动力，现已设备到从紧凑型车到轻型货车等各种等级的车中。而Mk25则设备在尖端车以及轻卡上，MK50则设备在重型客车上。
从2007年左右开端到现在，EHB技能开端进入网络整合年代。制动体系不再是一个独立的体系，电子操控单元将它和转向体系、动力体系及辅佐驾驭体系经过网络进行集中操控。其间以日本丰田公司提出的车身动态归纳办理体系(VDIM)以及Bosch公司的主被迫安全整合(CAPS)体系最为有代表性。
丰田提出了整合办理体系(VDIM)，该体系对动力体系、转向体系和制动体系等首要总成进行集中操控，经过传感器收集驾驭员的驾驭情况和轿车行进情况，在轿车动态到达不安稳行进临界情况前就开端操控，以便坚持轿车的安稳性，进一步进步了该车的驾驭安稳功用和自动安全功用。
Bosch公司认为未来轿车电子产品的智能功用将以主、被迫安全体系与猜测型辅佐驾驭体系的紧密结合为根底，Bosch为所有这些功用打造了一起的称号—“主被迫安全整合”(CAPS)。从2007年4月起，Bosch现已成功将自动、被迫安全体系及辅佐驾驭体系树立成一个网络。如2007年投产的将偏航传感器及加快度传感器与油压组件规划为一体的“ESP8i ”，在2008年投产支撑新一代通讯网络FlexRay的“ESP premium with FlexRay”以及轻型车专用组件“ABS8k”，还有面向摩托车的“ABS8ME”。在2009年投产的支撑混合动力车的“ESP premium for HEV ”。该CAPS体系为完结先进的安全功用供给了根底，更能有效地避免事端发生。估计Bosch公司将在2010年开端推出ESP和ABS的第9代产品，该产品将在完结小型轻量化的一起下降噪音及振荡。而且Bosch的第一代CAPS功用整合了自适应巡航操控体系(ACC)和ESP 。第二阶段的开发作用是猜测性磕碰正告体系，现在现已在奥迪Q7上完结了批量出产。第三阶段的开发将推出猜测性紧迫制动体系，能够使车辆在紧迫情况下自行紧迫刹车。
1.4国内外EHB试验台的开展
轿车线性制动体系作为一种先进的线性操控体系，引起了国内外许多大学和研讨组织的重视，并为此树立起试验渠道进行研讨。
图1.3为都灵理工大学树立的ABS/ESC 试验台，首要由可载入轿车车辆模型的主机操控器和液压回路体系组成，试验台装备有：单板dSPACE DS1103 PPC操控板，可使用Matlab-Simulink软件树立的车辆模型，多块dSPACE-ControlDesk板卡来操控处理试验成果，后置处理器可认为用户供给杰出的图形演示的成果。液压动力单元由SL真空助力器和串联双腔制动主缸组成。第二液压回路与制动踏板单元衔接，由PID操控器操控，可完结踏板力的模仿，得知驾驭员的制动目的。压力传感器别离设备在主缸处和助力器出液端，用来丈量主缸压力和助力器压力。位移传感器用来丈量活塞杆方位，输出情况反应信号给电控单元从而对液压履行组织进行操控，继电器能够驱动的ESC电磁阀，能够完结ABS自动操控，ESC(Electronic Stability Control)电子安稳程序操控。
都灵理工大学在此根底上树立了EHB硬件在环试验台(如图1.4)，该试验台首要用来剖析和研讨线性制动体系，因为体系配备有高压蓄能器，由其为体系供给高压油液，使整个体系呼应速度更快，可发生更大的制动力矩，而且可对各个轮缸独立进行操控。可对开发电磁阀操控战略进行开发，以减小压力震动，缩短呼应时刻。修改和调整操控逻辑可增强驾驭员制动时的舒适性，还能够基于此试验台进行能量收回。该试验台装备有：两个鼓式制动器，两个盘式制动器，装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仿驾驭员制动目的。压力传感器设备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，为蓄能器供给高压安稳的油液。
图1.5布莱顿大学树立的EHB试验台。首要对踏板力模仿单元进行了具体的评论。对转角传感器所测转角与轮缸压力之间的联系进行了标定。使用AMESim联合Simulink软件树立起了车辆动力学模型，使用试验台对轮缸压力跟从特性进行了研讨，得出制动压力跟从的曲线与传统的制动体系压力曲线进行了比照，标明体系的呼应时刻更快，压力动摇跟小，并能显着改进驾驭员制动时的感觉。此试验台还能够进行EHB容错操控。
与国外研讨水平比较，国内的EHB体系试验台的建造还处于起步阶段，吉林大学的刘溧树立起了适于进行ABS功用点评与操控办法的混合仿真试验台(简称MST)
MST将可将ABS的要害部件嵌入仿真回路，扩展了传统仿真的研讨办法。因为液压体系动态特性对ABS的操控质量有较大的影响，经过对电磁阀的开关呼应进程剖析，对电磁阀进行了理论建模和仿真。将ABS液压体系简化为液压阀口、液压缸和液压管路三个根本液压元件构成，使用此试验台进行了液压体系动态特性的研讨，包含电磁阀开关呼应时刻、管路的传输滞后时刻及增、减压进程中的轮缸压力改变率等。验证了理论研讨定论的正确性，经过试验成果的剖析，得到了电磁阀呼应时刻、管路传输滞后时刻和轮缸压力改变率的经历模型。并对树立的模型进行了试验验证，模型参数进行了辨识。
最终对ABS操控逻辑与液压体系相结合，进行防抱制动进程的混合仿真试验研讨，经过液压体系嵌入的混合仿真试验对操控逻辑进行了验证。试验成果标明：操控逻辑与实践液压体系结合后，具有杰出的防抱制动作用。
