汽车电控液压助力制动系统设计
目 录
1 绪论 1
1.1 课题研究背景及意义 1
1.2 汽车EHB系统概述及其性能特点 2
1.2.1 EHB系统概述 2
1.2.2 EHB系统的性能特点 2
1.3 国内外汽车EHB系统的研究现状 3
1.3.1 国外的研究现状 3
1.3.2 国内的研究现状 4
1.4 本课题研究的内容与方法 5
2 汽车EHB系统总体方案设计 5
3 汽车EHB系统设计计算 7
3.1 汽车满载制动时受力分析与计算 8
3.2 汽车制动系统轮缸与主缸参数的选用 9
3.2.1 鼓式制动器基本参数的确定 9
3.2.2 盘式制动器基本参数的确定 11
3.2.3 制动主缸直径和工作容积的确定 12
3.3 制动管路最大压力的确定 13
3.4 增压器主要参数的设计计算 13
3.4.1 增压器活塞直径的计算 14
3.4.2 增压器活塞工作行程的计算 14
3.5 助力油缸的设计计算 15
3.5.1 助力油缸直径的计算 15
3.5.2 助力油缸活塞工作行程的计算 15
3.5.3 助力油缸液压力范围的确定 16
3.5.4 复位弹簧的选型 16
3.5.5 助力油缸内腔有效长度的计算 17
3.5.6 助力油缸活塞杆直径与长度的确定 17
3.6 电磁线圈与铁芯组件部分的设计 17
3.6.1 电磁线圈通电产生的吸 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
引力计算 17
3.6.2 电磁线圈匝数的确定 18
3.7 电磁线圈线径的确定 19
3.8 铁芯主要参数的设计计算 203.8.1 铁芯内部长度的确定 20
3.8.2 铁芯总长度的确定 20
3.8.3 铁芯总高度的确定 21
4 汽车EHB系统主要参数的获取 21
4.1 车轮的实际滑移率计算 21
4.2 制动踏板加速度计算 22
4.3 轮胎负荷系数的计算 22
4.3.1 汽车轮胎实际载荷的获取 22
4.3.2 计算轮胎负荷系数 24
5 汽车EHB系统工作策略 24
5.1 线圈电流与控制参数关系的分析 24
5.1.1 实际输出滑移率与线圈电流关系的分析 24
5.1.2 制动踏板加速度与线圈电流关系的分析 24
5.1.3 轮胎负荷系数与线圈电流关系的分析 25
5.2 汽车EHB系统的控制策略 25
5.2.1 建立线圈电流控制部分的模糊制动推理模型 25
5.2.2 制动模糊控制的实现过程 26
结 论 32
致 谢 33
参考文献 34
1 绪论
1.1 课题研究背景及意义
随着科技的迅速发展与人们生活水平的不断提高，汽车已经成为人们日常生活中十分重要的交通工具之一[1]。现代汽车的发展方向主要是安全舒适、节能环保与轻量化，其中的“安全”一词最为重要。汽车从产生之日起，在车辆行驶安全方面起着最为关键作用的就是制动系统。近几年来，高速公路建设迅速地发展，汽车的行驶速度得以提高以及车流量逐渐加大，这种重要程度就越来越显著。运用先进的生产技术与工艺方法，汽车的年产量不断增加，人们的日常出行便捷了许多，但也导致道路安全问题日益突出，引发的交通事故也越来越多，造成的人身伤亡与经济损失十分惨重[2]。根据有关报道，由于汽车本身因素而诱发的事故中就有45%是因为汽车制动系统存在问题或故障而导致的，所以，汽车制动系统性能的优劣直接关乎到人们日常的行车安全。
传统的纯液压制动系统随着电子控制装置(如ABS、ESP等)不断地运用于汽车上，其结构会变得十分复杂；而且由于传统的制动系统实现制动的响应速度较慢，在紧急工作状态下难以符合制动要求。电控液压制动系统（EHB）是采用一些相关的电子元件取代传统制动系统中的部分机械构件，使制动压力传递方式发生了变化，而且舍弃了真空助力器，其主要包含制动操作单元 ECU、液压调控单元 HCU、纵向及横向加速度传感器、转向盘转角传感器、横摆角速度传感器、轮速传感器、电子制动踏板和制动器等执行机构[3]。汽车电控液压助力制动系统是一种新型的制动系统，是在传统的液压制动系统的基础上，以助力油缸提供制动压力的方式代替传统的人力提供液压制动的方式，根据处理模块实时发出电信号从而实现有效地制动，使车轮的制动效果达到理想的状态。
现有的液压制动系统，制动安全性不高、制动感觉欠佳、响应速度慢、结构布置复杂以及制动力控制不够精确等一些不足。所以，制动安全性高、响应速度快、可控制性好、结构紧凑、环保节能的线控制动系统（b *好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
rake-by-wire）是目前提高汽车制动安全性能的重要研究热点[4]。汽车电控液压助力制动系统（EHB）是一种新型的线控制动系统，它可以改善制动踏板感觉，也能够单独地控制调节每个车轮的制动力矩，易于集成ABS、TCS、EBD以及ESP等功能，在现代汽车上具有广泛的应用前景[5]。
1.2 汽车EHB系统概述及其性能特点
1.2.1 EHB系统概述
线控制动系统分为两类，分别是EHB（Electronic Hydraulic Brake System）系统与EMB（Electronic Mechanical Brake System）系统[6]。传统的制动系统主要组成部分是制动踏板、真空助力器、制动主缸、制动轮缸、制动盘（或制动鼓）及油管。利用踏板力给制动系统加压，对车轮直接实现制动控制。制动效果欠佳、响应速度较慢、容易产生滞后效应、安全性较低。
EHB保留了传统的液压制动系统的主要部分，没有运用真空助力器，而是采用一些相关的电子元器件代替了传统液压制动系统的部分机械构件，该系统用一个电子式制动踏板替代了传统的液压制动踏板，电子踏板单元识别出驾驶人员踩踏制动踏板的制动意图，通过相关传感器实时采集汽车行驶的状态信号并将其传输给处理模块，同时处理模块依靠内部控制模式输出相应电流，再借助电磁线圈产生吸引力，控制调节每个制动轮缸的压力，对车轮产生最佳的制动效果，以实现车轮实际的滑移率处于设定的滑移率范围之内。该系统使制动响应时间降低了，同时也避免了由液压机械制动系统的反作用力引起系统震动而使驾驶员不自觉地减小制动力带来的危险[7]。
EMB是一种电子机械制动系统，取代了现有的整个液压制动系统，运用踏板力模拟控制单元替换现有的真空助力器与机械传力机构，借助数据采集系统获取汽车行驶状态信号，经ECU分析与处理后，对车轮制动模块的电机发出指令，产生合适的制动力，实现最佳的制动[8]。然而EMB缺少备用系统，并且需要配置42V的车载电源，这在目前看来技术条件尚未达到，其可靠性难以得到保证，所以EMB技术成熟阶段在未来的研究中是个难点。
1 绪论 1
1.1 课题研究背景及意义 1
1.2 汽车EHB系统概述及其性能特点 2
1.2.1 EHB系统概述 2
1.2.2 EHB系统的性能特点 2
1.3 国内外汽车EHB系统的研究现状 3
1.3.1 国外的研究现状 3
1.3.2 国内的研究现状 4
1.4 本课题研究的内容与方法 5
2 汽车EHB系统总体方案设计 5
3 汽车EHB系统设计计算 7
3.1 汽车满载制动时受力分析与计算 8
3.2 汽车制动系统轮缸与主缸参数的选用 9
3.2.1 鼓式制动器基本参数的确定 9
3.2.2 盘式制动器基本参数的确定 11
3.2.3 制动主缸直径和工作容积的确定 12
3.3 制动管路最大压力的确定 13
3.4 增压器主要参数的设计计算 13
3.4.1 增压器活塞直径的计算 14
3.4.2 增压器活塞工作行程的计算 14
3.5 助力油缸的设计计算 15
3.5.1 助力油缸直径的计算 15
3.5.2 助力油缸活塞工作行程的计算 15
3.5.3 助力油缸液压力范围的确定 16
3.5.4 复位弹簧的选型 16
3.5.5 助力油缸内腔有效长度的计算 17
3.5.6 助力油缸活塞杆直径与长度的确定 17
3.6 电磁线圈与铁芯组件部分的设计 17
3.6.1 电磁线圈通电产生的吸 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
引力计算 17
3.6.2 电磁线圈匝数的确定 18
3.7 电磁线圈线径的确定 19
3.8 铁芯主要参数的设计计算 203.8.1 铁芯内部长度的确定 20
3.8.2 铁芯总长度的确定 20
3.8.3 铁芯总高度的确定 21
4 汽车EHB系统主要参数的获取 21
4.1 车轮的实际滑移率计算 21
4.2 制动踏板加速度计算 22
4.3 轮胎负荷系数的计算 22
4.3.1 汽车轮胎实际载荷的获取 22
4.3.2 计算轮胎负荷系数 24
5 汽车EHB系统工作策略 24
5.1 线圈电流与控制参数关系的分析 24
5.1.1 实际输出滑移率与线圈电流关系的分析 24
5.1.2 制动踏板加速度与线圈电流关系的分析 24
5.1.3 轮胎负荷系数与线圈电流关系的分析 25
5.2 汽车EHB系统的控制策略 25
5.2.1 建立线圈电流控制部分的模糊制动推理模型 25
5.2.2 制动模糊控制的实现过程 26
结 论 32
致 谢 33
参考文献 34
1 绪论
1.1 课题研究背景及意义
随着科技的迅速发展与人们生活水平的不断提高，汽车已经成为人们日常生活中十分重要的交通工具之一[1]。现代汽车的发展方向主要是安全舒适、节能环保与轻量化，其中的“安全”一词最为重要。汽车从产生之日起，在车辆行驶安全方面起着最为关键作用的就是制动系统。近几年来，高速公路建设迅速地发展，汽车的行驶速度得以提高以及车流量逐渐加大，这种重要程度就越来越显著。运用先进的生产技术与工艺方法，汽车的年产量不断增加，人们的日常出行便捷了许多，但也导致道路安全问题日益突出，引发的交通事故也越来越多，造成的人身伤亡与经济损失十分惨重[2]。根据有关报道，由于汽车本身因素而诱发的事故中就有45%是因为汽车制动系统存在问题或故障而导致的，所以，汽车制动系统性能的优劣直接关乎到人们日常的行车安全。
传统的纯液压制动系统随着电子控制装置(如ABS、ESP等)不断地运用于汽车上，其结构会变得十分复杂；而且由于传统的制动系统实现制动的响应速度较慢，在紧急工作状态下难以符合制动要求。电控液压制动系统（EHB）是采用一些相关的电子元件取代传统制动系统中的部分机械构件，使制动压力传递方式发生了变化，而且舍弃了真空助力器，其主要包含制动操作单元 ECU、液压调控单元 HCU、纵向及横向加速度传感器、转向盘转角传感器、横摆角速度传感器、轮速传感器、电子制动踏板和制动器等执行机构[3]。汽车电控液压助力制动系统是一种新型的制动系统，是在传统的液压制动系统的基础上，以助力油缸提供制动压力的方式代替传统的人力提供液压制动的方式，根据处理模块实时发出电信号从而实现有效地制动，使车轮的制动效果达到理想的状态。
现有的液压制动系统，制动安全性不高、制动感觉欠佳、响应速度慢、结构布置复杂以及制动力控制不够精确等一些不足。所以，制动安全性高、响应速度快、可控制性好、结构紧凑、环保节能的线控制动系统（b *好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
rake-by-wire）是目前提高汽车制动安全性能的重要研究热点[4]。汽车电控液压助力制动系统（EHB）是一种新型的线控制动系统，它可以改善制动踏板感觉，也能够单独地控制调节每个车轮的制动力矩，易于集成ABS、TCS、EBD以及ESP等功能，在现代汽车上具有广泛的应用前景[5]。
1.2 汽车EHB系统概述及其性能特点
1.2.1 EHB系统概述
线控制动系统分为两类，分别是EHB（Electronic Hydraulic Brake System）系统与EMB（Electronic Mechanical Brake System）系统[6]。传统的制动系统主要组成部分是制动踏板、真空助力器、制动主缸、制动轮缸、制动盘（或制动鼓）及油管。利用踏板力给制动系统加压，对车轮直接实现制动控制。制动效果欠佳、响应速度较慢、容易产生滞后效应、安全性较低。
EHB保留了传统的液压制动系统的主要部分，没有运用真空助力器，而是采用一些相关的电子元器件代替了传统液压制动系统的部分机械构件，该系统用一个电子式制动踏板替代了传统的液压制动踏板，电子踏板单元识别出驾驶人员踩踏制动踏板的制动意图，通过相关传感器实时采集汽车行驶的状态信号并将其传输给处理模块，同时处理模块依靠内部控制模式输出相应电流，再借助电磁线圈产生吸引力，控制调节每个制动轮缸的压力，对车轮产生最佳的制动效果，以实现车轮实际的滑移率处于设定的滑移率范围之内。该系统使制动响应时间降低了，同时也避免了由液压机械制动系统的反作用力引起系统震动而使驾驶员不自觉地减小制动力带来的危险[7]。
EMB是一种电子机械制动系统，取代了现有的整个液压制动系统，运用踏板力模拟控制单元替换现有的真空助力器与机械传力机构，借助数据采集系统获取汽车行驶状态信号，经ECU分析与处理后，对车轮制动模块的电机发出指令，产生合适的制动力，实现最佳的制动[8]。然而EMB缺少备用系统，并且需要配置42V的车载电源，这在目前看来技术条件尚未达到，其可靠性难以得到保证，所以EMB技术成熟阶段在未来的研究中是个难点。
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