顧韡婷，崔海峰，張斌

(泛亞汽車技術(shù)中心有限公司，上海 201201)

0 引言

隨著油耗/排放日漸嚴(yán)苛的需求，以及新能源車型的普及，驅(qū)動系統(tǒng)向低真空/無真空發(fā)展，電控制動助力系統(tǒng)取代傳統(tǒng)真空制動助力系統(tǒng)已成為制動系統(tǒng)發(fā)展主要趨勢[1]。

本文作者根據(jù)多年從事電控制動助力系統(tǒng)設(shè)計和實際應(yīng)用的經(jīng)驗，敘述新型一體式電控制動助力器的工作原理和系統(tǒng)診斷方法，以便在其他底盤電控零件的設(shè)計中推廣應(yīng)用。

1 新型一體式電控制動助力器簡介

圖1為一體式電控制動助力器。

圖1 一體式電控制動助力器

一體式電控制動助力器(eBoost)可視為電控制動助力器(ibooster)和電控穩(wěn)定控制模塊(ESP)集成化新技術(shù)產(chǎn)品，如圖1所示，由控制單元(ECU)，液壓調(diào)節(jié)模塊，助力電機(jī)，踏板感覺模擬器以及其他附件組成。

相比于傳統(tǒng)ABS/ESP模塊，電控制動助力器具有制動踏板解耦，可軟件標(biāo)定踏板感覺和多模式，同時還具有可高制動響應(yīng)速率主動增壓的特點，可實現(xiàn)極限駕駛員制動響應(yīng)能力(150 ms/10 MPa)，如圖2所示。以上特點使得一體式電控制動助力器在實現(xiàn)制動能量回收及主動安全功能上具有顯著的優(yōu)勢[2]。配置了一體式電控制動助力器的新能源車輛可實時根據(jù)駕駛員的制動需求調(diào)配驅(qū)動電機(jī)的倒拖扭矩和液壓系統(tǒng)制動的壓力，從而達(dá)到大于0.3g的全效能再生制動能量回饋。同時，隨著ENCAP 2020版新增側(cè)向行人和助動車AEB碰撞保護(hù)條目(6.5.7)，對于AEB響應(yīng)時間提出600 ms達(dá)到減速度0.81 m/s2的高性能要求，電控制動助力器的高速率制動建壓響應(yīng)是未來滿足NCAP 5星級安全評定的主要技術(shù)方案和智能駕駛線控冗余制動的發(fā)展趨勢[3]。

圖2 不同類型液壓制動系統(tǒng)建壓響應(yīng)速率對比

2 一體式電控制動助力器的工作原理和系統(tǒng)診斷

2.1 工作原理

一體式電控制動助力器eBoost可視為ibooster和ESP的集成化新產(chǎn)品，工作原理如圖3所示[4]。

圖3 一體式電控制動助力器液壓原理圖

除了傳統(tǒng)ABS/ESP模塊具有的4個常開的進(jìn)液閥(IV)和常閉的出液閥(OV)，電控制動助力器的液壓單元內(nèi)還包括了兩個常開的主缸隔離閥(CSV)，兩個常閉的柱塞泵隔離閥(PSV)，一個常開的測試隔離閥(TSV)，一個常閉的模擬器隔離閥(SSV)和一個單向補(bǔ)液閥(PRV)。當(dāng)電控制動助力器進(jìn)行電動助力時，SSV打開，制動主缸回路(TMC回路)的制動液通過模擬器回路(PFS回路)進(jìn)入踏板感覺模擬器(PFS)中，從而實現(xiàn)踏板解耦；與此同時PSV打開，CSV閉合，電機(jī)經(jīng)減速機(jī)構(gòu)推動柱塞泵建立和駕駛意圖相對應(yīng)的制動壓力，柱塞泵內(nèi)的制動液通過柱塞泵回路(Plunger回路)，液壓執(zhí)行回路和輪缸回路進(jìn)入制動卡鉗，實現(xiàn)了線控制動。當(dāng)電控制動助力器未通電或故障降級進(jìn)入助力關(guān)閉狀態(tài)時，電磁閥均處于初始狀態(tài)，制動主缸內(nèi)的制動液通過TMC回路和輪缸回路直接進(jìn)入制動卡鉗。

電控制動助力器內(nèi)置有踏板位置傳感器(PTS)，主缸壓力傳感器(p_TMC)，柱塞泵壓力傳感器(p_Plunger)和電機(jī)位置傳感器(RPS)，可實現(xiàn)行程冗余校驗，壓力冗余校驗，以及行程和壓力的關(guān)系校驗。結(jié)合相關(guān)回路電磁閥作動并配合TSV測試隔離閥，可進(jìn)行多種液壓回路的壓力/容積(Pressure/Volume，PV)目標(biāo)關(guān)系曲線的診斷測試，以及進(jìn)行駕駛員或主動制動意圖和車輛實際制動壓力的校核，因此具備了對整個制動系統(tǒng)診斷和實時安全監(jiān)控的能力。文中以典型液壓系統(tǒng)自檢和制動工況為例，介紹了電控制動助力器的主動建壓和被動建壓診斷和檢測。

2.2 系統(tǒng)主動建壓診斷和檢測

主動建壓診斷和檢測目的是確認(rèn)包括電控制動助力器在內(nèi)的車輛制動系統(tǒng)，在日常使用的啟動和熄火狀態(tài)下功能正常，在生產(chǎn)制造和售后維修滿足產(chǎn)品和系統(tǒng)設(shè)計要求。它利用集成式電控制動助力器的液壓解耦特征，在車輛靜態(tài)非制動作動工況下，控制如圖3液壓原理圖中的電磁閥作動，并進(jìn)一步通過電機(jī)主動建立系統(tǒng)診斷壓力，可進(jìn)行如表1所示目標(biāo)檢測回路的阻滯和泄漏等診斷。

表1 主動建壓診斷和檢測工況梳理

該測試在每個點火循環(huán)內(nèi)至少進(jìn)行一次，且為電控制動助力器主動建壓測試，無需駕駛員介入。測試過程如遇到駕駛員或主動安全功能介入導(dǎo)致的系統(tǒng)檢測未完成，將中斷該次診斷，在后續(xù)循環(huán)滿足測試條件下，再次進(jìn)行相關(guān)診斷和檢測。

熄火自檢用于對制動系統(tǒng)進(jìn)行熄火后的全面檢測，確保下一個點火循環(huán)制動系統(tǒng)的安全可靠工作，因此診斷步驟較為復(fù)雜且涉及多個測試回路。該測試分為以下3個步驟：

(1)CSV關(guān)閉實現(xiàn)TMC回路隔離，PSV打開，電機(jī)對圖3中Plunger+輪缸回路增壓以消除摩擦片和制動盤之間的間隙，提高測試的準(zhǔn)確性。測試完成后電機(jī)泄壓，活塞退回至初始位置。

(2)PSV關(guān)閉，電機(jī)對Plunger回路增壓，通過對比柱塞泵壓力和活塞位置計算柱塞泵回路中存在的空氣量Vair1。測試完成后電機(jī)泄壓，活塞退回到初始位置。如果Vair1大于門限值，則系統(tǒng)置出故障碼并請求點亮故障燈，制動助力降級。

(3)PSV1打開，TSV關(guān)閉，電機(jī)對液壓備份回路(TMC+Plunger+輪缸)進(jìn)行建壓，通過對比柱塞泵壓力和活塞位置計算液壓備份回路中存在的空氣量Vair。因此TMC回路+ABS調(diào)節(jié)回路+輪缸回路的空氣量為Vair2=Vair-Vair1。如果Vair2大于門限值，則系統(tǒng)置出故障碼并請求點亮故障燈，制動助力降級。

2.3 系統(tǒng)被動建壓診斷和檢測

由于主動建壓檢測存在駕駛員介入導(dǎo)致的診斷過程中斷，需進(jìn)一步采用被動建壓診斷和檢測確保每一次駕駛員制動或主動安全的制動控制工況，如AEB、ACC等，制動系統(tǒng)功能和性能的安全可靠實現(xiàn)。

在駕駛員制動作動工況下，CSV關(guān)閉，PSV打開，TMC回路和輪缸回路處于液壓解耦狀態(tài)。利用TMC回路中的踏板推桿行程傳感器和主缸回路的壓力傳感器，可進(jìn)行該回路的制動工作過程故障診斷。利用Plunger回路中的電機(jī)位置傳感器和輪缸回路的壓力傳感器，可以進(jìn)行Plunger回路和輪缸回路的制動工作過程故障診斷，系統(tǒng)被動建壓原理圖如圖4所示。

圖4 被動建壓診斷和測試系統(tǒng)原理圖

表2梳理了被動建壓診斷和檢測工況。其中Plunger回路+輪缸回路，由于涉及零部件較多，潛在失效原因包括CSV電磁閥泄漏、Plunger回路液壓泄漏、OV電磁閥泄漏等等。

表2 被動建壓診斷和檢測工況梳理

同時故障診斷設(shè)計還需考慮制動系統(tǒng)使用過程中合理的pV變化，既要保證故障診斷的可靠性，也要避免極限使用工況下pV變化導(dǎo)致的誤診斷。如比利時路制動卡鉗的Knock Back回彈，卡鉗剛度和摩擦片彈性變形，摩擦片磨損和制動系統(tǒng)熱變形等等。以該診斷為例，介紹診斷閾值的設(shè)計原理。

某車型Plunger回路目標(biāo)壓力過低診斷閾值設(shè)計原理如圖5所示，首先，車輛處于無電機(jī)制動助力的初始工作狀態(tài)，得到TMC主缸行程(耗液量)同液壓回路傳感器設(shè)計關(guān)系曲線，如圖中實線所示?？紤]上述各種極限工況pV變化的變差范圍，最終得到虛線所示的理論故障診斷報警關(guān)系曲線MC_Travel/Pressure。其次，利用TMC活塞面積S1和Plunger活塞面積S2關(guān)系，換算可以得到車輛正常制動助力工況的故障報警關(guān)系曲線Plunger_Travel/Pressure，Plunger_Travel=MC_Travel*S1/S2。

圖5 Plunger回路目標(biāo)壓力過低被動建壓診斷設(shè)計原理

當(dāng)Plunger回路被動診斷探測到目標(biāo)壓力過低，會首先交叉進(jìn)行對角線回路電機(jī)制動助力，如可判斷某對角線回路存在空氣侵入或泄漏，會保留另一條對角線回路的電機(jī)制動助力功能，制動踏板感降級，從而實現(xiàn)了更好的降級助力性能。當(dāng)兩條對角線回路均無法實現(xiàn)制動助力，如Plunger回路故障，則電機(jī)關(guān)閉助力，保留EBD功能。

3 結(jié)論

文中結(jié)合新型電控助力器工作原理和液壓解耦的工作特點，分別以系統(tǒng)靜態(tài)熄火自檢和動態(tài)輪缸目標(biāo)壓力過低為例，介紹了基于全制動系統(tǒng)主動加壓測試和被動加壓測試的方法、診斷和降級策略，上述方案可用于該新技術(shù)制動系統(tǒng)的啟動和熄火自檢，制動作動過程實時診斷，生產(chǎn)線和售后的檢測，保證了再生制動和線控制動等先進(jìn)控制功能的安全可靠工作，也為其他先進(jìn)底盤線控電控系統(tǒng)的穩(wěn)健診斷提供了借鑒經(jīng)驗。