商用车线控制动系统 / 四六文摘

汽车动力学与控制研究室

车辆与运载学院

1. 什么是线控制动系统？

汽车高速行驶失稳是交通事故主要原因。高速车辆极易因轮胎-路面附着饱和，发生纵滑或侧滑，且回稳操控困难，常引发交通安全事故，商用车问题尤为严重。气压线控制动系统因其制动压力控制精确、响应迅速，是实现动力学稳定性控制关键执行机构；其也因可电控制动的特性，成为了高级驾驶员辅助系统(ADAS)和自动驾驶系统的关键执行部件。

2. 线控制动系统设计

针对商用车对动力学控制及自动驾驶的需求，课题组基于前期在乘用车液压ESC的研发经验与所托瑞安深度合作，正向开发了集成式和分布式共两款线控制动系统。其中集成式线控制动系统基于传统气压ABS系统演化而来，通过增加电控比例阀实现ESC、线控制动功能，系统成本低、响应速度快、电路气路复杂；分布式线控制动系统将制动系统中的继动阀、电磁阀组等集成于桥模块内，其成本稍高、响应速度快、电路气路简单。

集成式线控制动系统（IBWS）

分布式线控制动系统（EBS）

针对上述两款线控制动系统控制策略的大运算量需求，课题组开发了集成式控制器、分布式桥控、分布式主控共三款控制器，采用32位主芯片，支持AUTOSAR自动代码生成。

针对线控制动执行器调节频率高、响应速度快的要求，经多轮迭代特殊设计继动阀、电磁阀等关键部件。

3. 控制算法设计与实车验证

针对线控制动系统结构及响应特性，基于汽车软件V型开发流程，遵循AUTOSAR代码标准，开发得到了制动防抱死（ABS）、拖拽扭矩控制（DTC）、驱动防滑（ASR）、横摆稳定性控制（AYC）、防侧翻控制（RSC）、电子驻车（EPB）、线控制动（BBW）、线控驱动（DBW）、制动能量回收等策略。开发过程中遵循模型在环、代码在环、硬件在环、实车试验的验证流程，已先后在高附、低附路面完成4.5T轻卡、6T纯电客车及牵引车等多款车辆的验证。

3.1 桥模块压力控制算法

线控制动系统桥模块压力控制算法基于前馈+反馈控制策略，大误差范围内采用前馈策略实现制动压力快速响应，小误差范围内采用反馈策略减小压力误差，并采用历史控制数据进行参数自标定和诊断，实现对制造误差、温度、使用磨损和车型的自动补偿。算法可实现0.008MPa的稳态响应误差和0.05MPa动态响应误差。

3.2 线控驱动与线控制动

线控驱制动算法基于前馈+反馈控制策略。在前馈控制策略中，根据车辆历史制动力矩和制动压力实现质量估计，并根据期望加速度得到目标制动压力或发动机扭矩；在反馈控制策略中，基于轮速信号计算车辆实际加速度，将其与期望加速度的偏差用于计算目标压力或发动机扭矩；结合前馈和反馈得到的控制量，用于制动系统或发动机的控制，实现加速度控制、减速度控制和巡航控制功能。该功能实现0.4m/s2响应误误差、300ms响应速度，并保证ABS触发时减速度稳定可控。

线控制动应用于 ACC\AEB场景

3.3 制动防抱死(ABS)

ABS通过控制制动压力调节车轮的抱死程度，其防止因前轮抱死导致的转向能力不足、因后轴抱死导致的车辆失控，并保证车辆的制动性能。其原理为，ABS通过轮速计算参考车速，进而计算车辆滑移率；当轮减速度大或滑移率大时，表明车轮抱死趋势强，ABS控制压力保持或减小；在对开路面上，ABS限制左右侧车轮的制动力偏差，防止制动跑偏；ABS根据控制效果，实时调节控制门限。

速度

制动压力

雪面ABS效果

3.4 拖拽扭矩控制(DTC)

DTC通过轮速计算驱动轮滑移率，通过动力系统主动升扭将滑移率控制在期望值附近，以减少驱动轮抱死。DTC通过发动机/电机扭矩控制调节驱动轮滑移率，防止动力系统导致的驱动轮抱死，有效防止低附路面制动能量回收导致的车辆失稳，有效防止极低附路面上因动力系统阻力导致的车轮失稳。

DTC关闭效果

DTC启用效果

DTC控制效果（上:off 下:on）

3.5 驱动防滑( ASR)

ASR用于防止在低附路面因驱动力过大导致的驱动轮过度滑移。其判断驱动轴制动滑移率，滑移率过大时控制发动机降扭，或对车轮进行主动制动。ASR基于前馈+反馈控制形式，实现扭矩和制动力快速精准响应，其在均一低附路面下仅控制发动机降扭，在对开路面下控制发动机降扭并配合低附侧车轮主动制动，保证车辆稳定性、对开路面起步和加速性能。