第五節(jié) 電子感應(yīng)制動(dòng)控制系統(tǒng)

汽車電子感應(yīng)制動(dòng)控制（SBC，Sensotronic Brake Control）系統(tǒng)是在ABS、ASR（汽車驅(qū)動(dòng)輪防滑轉(zhuǎn)控制系統(tǒng)）、ESP（汽車電子穩(wěn)定系統(tǒng)）、BAS（輔助制動(dòng)系統(tǒng)）的基礎(chǔ)上得以發(fā)展和應(yīng)用的，SBC系統(tǒng)采用電子控制功能取代了傳統(tǒng)制動(dòng)系統(tǒng)中制動(dòng)踏板與輪邊制動(dòng)器之間的機(jī)械及液壓連接，即使用電子脈沖，將駕駛?cè)说闹苿?dòng)命令傳遞到一個(gè)微處理器中，由它同步處理各種不同的傳感器信號(hào)，并根據(jù)特定行駛狀態(tài)計(jì)算每一個(gè)車輪的最優(yōu)制動(dòng)力。駕駛?cè)藢⒛_從加速踏板移到制動(dòng)踏板上時(shí)，SBC系統(tǒng)就可以捕捉到緊急情況時(shí)的早期信號(hào)，借助高壓蓄能器，系統(tǒng)自動(dòng)提高管路的壓力，立即將制動(dòng)片貼緊制動(dòng)盤，這樣便能在駕駛?cè)瞬认轮苿?dòng)踏板時(shí)，使制動(dòng)器以最大的制動(dòng)力制動(dòng)。如果汽車的制動(dòng)系統(tǒng)在時(shí)速為120km/h的情況下緊急制動(dòng)時(shí)，使用SBC系統(tǒng)可減少高達(dá)3%的制動(dòng)距離。

一、電子感應(yīng)制動(dòng)控制系統(tǒng)的特點(diǎn)

1.電子感應(yīng)制動(dòng)控制系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)

1）SBC系統(tǒng)具有常規(guī)制動(dòng)系統(tǒng)的功能，如減速到駐車、駐車，并同時(shí)具有制動(dòng)力控制、制動(dòng)力分配及故障自診斷功能。

2）緊急制動(dòng)時(shí)，SBC系統(tǒng)借助電子部件感應(yīng)和傳遞制動(dòng)信號(hào)，其反應(yīng)速度比傳統(tǒng)制動(dòng)系統(tǒng)要快得多，由于采用高壓蓄能器，制動(dòng)壓力也比傳統(tǒng)制動(dòng)系統(tǒng)高，縮短了制動(dòng)時(shí)間。研究表明，裝備SBC系統(tǒng)的汽車在120km/h的速度下制動(dòng)時(shí)，其制動(dòng)距離比傳統(tǒng)制動(dòng)系統(tǒng)減少約3%。

3）SBC系統(tǒng)與ESP等系統(tǒng)配合工作，提高了汽車的行駛穩(wěn)定性。例如在突然轉(zhuǎn)向時(shí)，SBC系統(tǒng)與ESP系統(tǒng)相互作用，通過向各個(gè)車輪發(fā)出精確的制動(dòng)脈沖，減小發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，保證車輛在突然轉(zhuǎn)向過程中的安全性和穩(wěn)定性。

4）汽車在彎道上制動(dòng)時(shí)，SBC系統(tǒng)能根據(jù)實(shí)際情況分配制動(dòng)力，通過增加外側(cè)車輪的制動(dòng)力來提高制動(dòng)效果，同時(shí)減少內(nèi)側(cè)車輪的制動(dòng)力，以提高橫向牽引力，增強(qiáng)轉(zhuǎn)彎能力。可見，SBC系統(tǒng)使車輛具有良好的彎道制動(dòng)性能。

5）SBC系統(tǒng)制動(dòng)踏板采用分離式設(shè)計(jì)和機(jī)電一體化的均衡壓力控制，提高了制動(dòng)舒適性，尤其在緊急制動(dòng)或ABS工作時(shí)，感覺不到制動(dòng)踏板的脈沖。

6）SBC系統(tǒng)的附加功能明顯地提高了汽車的安全性和舒適性，其主要附加功能包括：

①擴(kuò)大輔助制動(dòng)功能。松開加速踏板，借助自動(dòng)、定量地建立制動(dòng)壓力，可以使摩擦制動(dòng)襯片輕靠在制動(dòng)盤或制動(dòng)鼓上。當(dāng)駕駛?cè)嘶艁y制動(dòng)時(shí)，該措施可使汽車快速停下來，并縮短制動(dòng)距離。若系統(tǒng)識(shí)別出駕駛?cè)嘶艁y制動(dòng)，則可在短時(shí)間內(nèi)將制動(dòng)壓力提高到附著系數(shù)允許的最佳制動(dòng)壓力，在駕駛?cè)搜舆t制動(dòng)時(shí)仍可明顯縮短制動(dòng)距離。

②起步輔助制動(dòng)。在激活起步輔助制動(dòng)后，制動(dòng)力將明顯增加，汽車保持在靜止?fàn)顟B(tài)而不需馬上踩制動(dòng)踏板制動(dòng)。當(dāng)駕駛?cè)瞬认录铀偬ぐ澹l(fā)動(dòng)機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)，則系統(tǒng)退出起步輔助制動(dòng)功能。若汽車在山區(qū)沒有操縱駐車制動(dòng)時(shí)仍可起步，對(duì)于其他情況，如汽車在靜止?fàn)顟B(tài)沒有制動(dòng)而車輪滾動(dòng)時(shí)，在激活起步輔助制動(dòng)后駕駛?cè)瞬恍枰掷m(xù)制動(dòng)汽車。

③“軟”駐車。在駐車前短暫的時(shí)間內(nèi)，借助SBC系統(tǒng)的制動(dòng)壓力自動(dòng)減小功能，可以在駕駛?cè)撕统藛T沒有前沖時(shí)駐車，提高制動(dòng)時(shí)的舒適性。在較高的汽車減速度下，不會(huì)激活“軟”駐車功能，因?yàn)镾BC系統(tǒng)的制動(dòng)控制縮短了制動(dòng)距離。

④交通擁堵附加功能。激活交通擁堵附加功能后，利用SBC系統(tǒng)進(jìn)行制動(dòng)控制，駕駛?cè)嗽谒砷_加速踏板時(shí)可得到較大的發(fā)動(dòng)機(jī)倒拖轉(zhuǎn)矩。這樣，在交通擁堵時(shí)駕駛?cè)丝梢员苊庠诩铀偬ぐ搴椭苿?dòng)踏板之間不斷地轉(zhuǎn)換，SBC系統(tǒng)在需要時(shí)可對(duì)汽車自動(dòng)制動(dòng)直至停車并將汽車保持在靜止?fàn)顟B(tài)。交通擁堵附加功能只在汽車速度低于50～60km/h時(shí)才被激活。

⑤擦拭（干）制動(dòng)器附加功能。在制動(dòng)器潮濕時(shí)，擦拭制動(dòng)器附加功能可以擦掉制動(dòng)盤上的水膜，以縮短在制動(dòng)器潮濕時(shí)的汽車制動(dòng)距離。激活擦拭制動(dòng)器附加功能的信號(hào)來自風(fēng)窗玻璃刮水器信號(hào)。

⑥溫度補(bǔ)償功能。緊急和連續(xù)制動(dòng)后，制動(dòng)器溫度增加，此時(shí)隔離電磁閥開啟，一部分制動(dòng)液回流，實(shí)現(xiàn)溫度補(bǔ)償。

2.電子感應(yīng)制動(dòng)控制系統(tǒng)的不足

盡管SBC系統(tǒng)具有諸多優(yōu)點(diǎn)，但目前尚存在一些技術(shù)問題有待解決。如實(shí)現(xiàn)制動(dòng)的關(guān)鍵部件——電動(dòng)機(jī)技術(shù)目前還不成熟，在功率、質(zhì)量和成本方面與傳統(tǒng)的液壓系統(tǒng)還有差距；SBC系統(tǒng)要求采用42/36V的汽車電源，與目前14/12V的汽車電源有很大不同。

二、電子感應(yīng)制動(dòng)控制系統(tǒng)的組成

SBC系統(tǒng)主要由傳感器、ECU、液壓調(diào)節(jié)器和操縱單元等組成，各部件在車上的布置如圖2-28所示。操縱單元安裝在與制動(dòng)踏板相接的位置，主要由雙腔制動(dòng)主缸、制動(dòng)液儲(chǔ)液器、制動(dòng)踏板位置模擬器等組成。制動(dòng)踏板位置模擬器連接在主缸上，用彈簧力和液壓力推動(dòng)制動(dòng)踏板運(yùn)動(dòng)，其集成的行程傳感器及壓力傳感器檢測駕駛?cè)耸┘釉谥苿?dòng)踏板上的力的速度和強(qiáng)度，以識(shí)別駕駛?cè)说闹苿?dòng)意圖，將信號(hào)送給SBC ECU。制動(dòng)踏板位置模擬器可以有效地模擬制動(dòng)踏板作用力——位移的制動(dòng)過程和制動(dòng)踏板的一定緩沖作用。

圖2-28 SBC系統(tǒng)部件在車上的布置

1—輪速傳感器 2—發(fā)動(dòng)機(jī)ECU 3—SBC ECU 4—轉(zhuǎn)向角傳感器 5—汽車偏航率和橫向加速度傳感器 6—帶制動(dòng)踏板位置傳感器的操縱單元 7—SBC、ABS、ASR、ESP用的液壓調(diào)節(jié)器

輪速傳感器、偏航率傳感器、轉(zhuǎn)向角傳感器和橫向加速度傳感器將車速、車輪運(yùn)動(dòng)狀態(tài)以及在彎道行駛時(shí)的汽車狀態(tài)數(shù)據(jù)傳給SBC ECU，并與ABS、ASR和ESP共用。同時(shí)還采用4個(gè)壓力傳感器分別檢測每個(gè)車輪液壓制動(dòng)回路中的制動(dòng)液壓力。一個(gè)壓力傳感器檢測高壓蓄能器的制動(dòng)液壓力。利用安裝在操縱單元上的制動(dòng)踏板上的制動(dòng)壓力傳感器判定駕駛?cè)说闹苿?dòng)狀況。制動(dòng)踏板位置傳感器為兩個(gè)冗余的、獨(dú)立的角度傳感器。制動(dòng)踏板位置傳感器和檢測駕駛?cè)耸┘釉谥苿?dòng)踏板上的制動(dòng)壓力傳感器一起，檢測駕駛?cè)说闹苿?dòng)意向，若傳感器中有一個(gè)出現(xiàn)故障，則整個(gè)系統(tǒng)仍可繼續(xù)工作。

液壓調(diào)節(jié)器位于發(fā)動(dòng)機(jī)前端，由分離閥、壓力調(diào)節(jié)器、高壓蓄能器、液壓泵、電動(dòng)機(jī)等組成，用于連接操縱單元和制動(dòng)輪缸，并與SBC ECU通信。SBC系統(tǒng)的制動(dòng)力由SBC ECU控制電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)，電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)液壓柱塞泵，使高壓蓄能器中的制動(dòng)液壓力增高到9～13MPa，并由高壓蓄能器上的壓力傳感器監(jiān)控。高壓蓄能器中的制動(dòng)液輸入到4個(gè)獨(dú)立的車輪制動(dòng)壓力調(diào)節(jié)器中，分別控制各車輪所需的制動(dòng)液壓力。車輪制動(dòng)壓力調(diào)節(jié)器由兩個(gè)比例調(diào)節(jié)特性的分離閥和一個(gè)壓力傳感器組成。

三、電子感應(yīng)制動(dòng)控制系統(tǒng)的工作原理

電子感應(yīng)制動(dòng)控制系統(tǒng)的工作原理如圖2-29所示。

圖2-29 SBC系統(tǒng)工作原理圖

1.正常制動(dòng)

正常制動(dòng)時(shí)，兩個(gè)分離閥通電，處于分離狀態(tài)，切斷輪缸與操縱單元的連接，SBC系統(tǒng)處于線控制動(dòng)（Brake-by-Wire）方式。當(dāng)駕駛?cè)瞬认轮苿?dòng)踏板時(shí)，制動(dòng)踏板位置模擬器檢測駕駛?cè)耸┘釉谥苿?dòng)踏板上的力的速度及強(qiáng)度，將信號(hào)送給SBC ECU，SBC ECU根據(jù)該信號(hào)以及其他電子輔助系統(tǒng)（如ABS、ESP等）的傳感器（如輪速、轉(zhuǎn)向角、偏航率、橫向加速度等）信號(hào)和車輛行駛狀態(tài)精確計(jì)算出各車輪所需的制動(dòng)力，對(duì)制動(dòng)壓力調(diào)節(jié)器發(fā)出控制指令，控制電動(dòng)機(jī)通過高壓蓄能器分別向各車輪施加制動(dòng)力，使車輛快速、穩(wěn)定地制動(dòng)或減速。系統(tǒng)中每個(gè)車輪可以得到獨(dú)立的控制，都能平穩(wěn)減速，以達(dá)到最好的行駛穩(wěn)定性和最優(yōu)的減速度。SBC系統(tǒng)隨時(shí)監(jiān)測駕駛?cè)说鸟{駛過程，一旦駕駛?cè)说哪_離開加速踏板，SBC系統(tǒng)則做好制動(dòng)準(zhǔn)備，駕駛?cè)巳绻┘又苿?dòng)，SBC系統(tǒng)可在最短的時(shí)間內(nèi)達(dá)到最佳的制動(dòng)效果，以縮短制動(dòng)距離。

當(dāng)汽車直線行駛緊急制動(dòng)時(shí)，汽車的質(zhì)心前移，導(dǎo)致駕駛?cè)撕统丝偷纳眢w及頭部向前運(yùn)動(dòng)，造成不舒適感。SBC系統(tǒng)將作用在前、后軸上的制動(dòng)力合理分配為70%和30%，以降低汽車后軸的制動(dòng)力。

當(dāng)汽車轉(zhuǎn)彎行駛制動(dòng)時(shí)，SBC系統(tǒng)與ESP系統(tǒng)相互作用，通過向各個(gè)車輪發(fā)出精確的制動(dòng)脈沖，確保汽車轉(zhuǎn)向過程中的安全性。汽車左轉(zhuǎn)彎行駛進(jìn)行制動(dòng)，如圖2-30所示。對(duì)于常規(guī)制動(dòng)系統(tǒng)，汽車內(nèi)外側(cè)車輪具有相同的制動(dòng)力，制動(dòng)開始0.4s后，汽車保持原方向行駛，但1.3s以后，汽車行駛方向發(fā)生了改變。帶有SBC的制動(dòng)系統(tǒng)，能根據(jù)當(dāng)前汽車的行駛狀態(tài)，精確控制每個(gè)車輪上的制動(dòng)力。增大右前輪制動(dòng)力，減少左后輪的制動(dòng)力，汽車受到的側(cè)向力也有所降低，提高了汽車轉(zhuǎn)向能力和操縱穩(wěn)定性。

圖2-30 轉(zhuǎn)彎制動(dòng)時(shí)制動(dòng)力的變化情況

a）常規(guī)制動(dòng)系統(tǒng) b）帶SBC的制動(dòng)系統(tǒng)

與傳統(tǒng)制動(dòng)系統(tǒng)相比，SBC系統(tǒng)可在短時(shí)間內(nèi)給制動(dòng)系統(tǒng)提供持續(xù)穩(wěn)定的車輪制動(dòng)力，使制動(dòng)更迅速。SBC系統(tǒng)的傳輸速度比傳統(tǒng)的機(jī)械與液壓傳輸速度快0.2s，可縮短5～6m以上的制動(dòng)距離。

2.系統(tǒng)故障時(shí)制動(dòng)

當(dāng)SBC系統(tǒng)出現(xiàn)故障（如供電故障）時(shí)，兩個(gè)分離閥斷電，處于接通狀態(tài)，輪缸與操縱單元直接連接，從操縱單元到輪缸直接通過制動(dòng)液進(jìn)行制動(dòng)。

為了在系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)也有最好的制動(dòng)性能，SBC系統(tǒng)的主動(dòng)制動(dòng)回路和常規(guī)的前輪制動(dòng)回路之間裝配了用于制動(dòng)液分離器的柱塞式活塞，這樣可以防止從高壓蓄能器排出的氣體進(jìn)入前輪制動(dòng)器的制動(dòng)回路中，避免系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)因氣體進(jìn)入前輪制動(dòng)器制動(dòng)回路而減小制動(dòng)效率。