【正文】 附錄 A 未來汽車制動控制系統(tǒng)的新技術及其發(fā)展趨勢 從汽車誕生時起，車輛制動系統(tǒng)在車輛的安全方面就扮演著至關重要的角色。近年來，隨著車輛技術的進步和汽車行駛速度的提高，這種重要性表現(xiàn)得越來越明顯。 隨著科學技術的發(fā)展及汽車工業(yè)的發(fā)展，尤其是軍用車輛及軍用技術的發(fā)展，車輛制動有了新的突破，液壓制動是繼機械制動后的又一重大革新。 Duesenberg Eight 車率先使用了轎車液壓制動器?？巳R斯勒的四輪液壓制動器于 1924 年問世。通用和福特分別于 1934年和 1939 年采用了液壓制動技術。到 20 世紀 50 年代，液壓助力 制動器才成為現(xiàn)實。 目前，車輛防抱制動控制系統(tǒng) (ABS)已發(fā)展成為成熟的產品，并在各種車輛上得到了廣泛的應用，但是這些產品基本都是基于車輪加、減速門限及參考滑移率方法設計的。方法雖然簡單實用，但是其調試比較困難，不同的車輛需要不同的匹配技術，在許多不同的道路上加以驗證；從理論上來說，整個控制過程車輪滑移率不是保持在最佳滑移率上，并未達到最佳的制動效果。另外，由于編制邏輯門限 ABS 有許多局限性，所以近年來在 ABS的基礎上發(fā)展了車輛動力學控制系統(tǒng) (VDC)。結合動力學控制的最佳 ABS 是以滑移率為控制目標的 ABS，它是以連續(xù)量控制形式，使制動過程中保持最佳的、穩(wěn)定的滑移率，理論上是一種理想的 ABS 控制系統(tǒng)。滑移率控制的難點在于確定各種路況下的最佳滑移率，另一個難點是車輛速度的測量問題，它應是低成本可靠的技術，并最終能發(fā)展成為使用的產品。對以滑移率為目標的 ABS 而言，控制精度并不是十分突出的問題，并且達到高精度的控制也比較困難；因為路面及車輛運動狀態(tài)的變化很大，多種干擾影響較大，所以重要的問題在于控制的穩(wěn)定性，即系統(tǒng)魯棒性，應保持在各種條件下不失控。防抱系統(tǒng)要求高可靠性，否則會導致人身傷亡及車輛損壞。因此，發(fā)展魯棒性 的 ABS 控制系統(tǒng)成為關鍵。現(xiàn)在，多種魯棒控制系統(tǒng)應用到 ABS 的控制邏輯中來。除傳統(tǒng)的邏輯門限方法是以比較為目的外，增益調度 PID 控制、變結構控制和模糊控制是常用的魯棒控制系統(tǒng)，是目前所采用的以滑移率為目標的連續(xù)控制系統(tǒng)。模糊控制法是基于經驗規(guī)則的控制，與系統(tǒng)的模型無關，具有很好的魯棒性和控制規(guī)則的靈活性，但調整控制參數(shù)比較困難，無理論而言，基本上是靠試湊的方法。然而對大多數(shù)基于目標值的控制而言，控制規(guī)律有一定的規(guī)律。另外，也有采用其它的控制方法，如基于狀態(tài)空門及線性反饋理論的方法，模糊神經網絡控制系統(tǒng)等。各 種控制方法并不是單獨應用在汽車上，通常是幾種控制方法組合起來實施。如可以將模糊控制和 PID 結合起來，兼顧模糊控制的魯棒性和 PID 控制的高精度，能達到很好的控制效果。 測控一體化制動控制系統(tǒng) (簡稱為 SBC)，是充滿創(chuàng)意的電子控制式制動系統(tǒng)，把它安裝在未來的乘用車上，將成為提高汽車駕駛安全性的一個新里程碑。 SBC 就是使用電子脈沖，將駕駛員的制動命令傳送到一個微處理器中，由它同步處理各種不同傳感器信號，并根據(jù)特定行駛狀態(tài)計算每一個車輪的最優(yōu)制動力。這樣，當在拐彎或者濕滑路面上制動時，SBC 能提供比傳統(tǒng)制動系統(tǒng)更好 的主動安全性。 SBC 系統(tǒng)的高壓儲能及電控閥裝置能保證最大制動壓力更快產生作用。另外，該系統(tǒng)提供的附加功能能減少駕駛員駕車中的操作強度。如交通擁擠輔助功能：在走走停停的交通狀態(tài)下，汽車可以在駕駛員松開加速踏板時自動制動。它的柔和停車功能則可以讓汽車在城市交通中特別柔和而平順地停下來。 目前采用的制動器工作原理是：駕駛員踩下制動踏板，推動與制動調壓器及制動主缸相連的活塞連桿。制動主缸將根據(jù)踏板力的大小，在制動路線上形成相應的壓力，在機械和液力相互作用下，通過輪邊制動缸推動制動壓向制動盤。在未來測控一體化的電控制 動系統(tǒng)中，電子元件將替代當前制動系統(tǒng)中大量使用的機械元件，調壓器也不再需要，取而代之的是用傳感器來測量制動主缸內的壓力以及制動踏板運動的速度，并將這些資料用電子脈沖的形式傳送到 SBC 的處理器中。為了讓駕駛員能夠有相似的制動感覺，工程師們開發(fā)了一個特別的模擬器，將它連接到前后制動主缸上，用彈簧力和液壓力來推動制動踏板。也就是說：在制動過程中，執(zhí)行元件是完全和系統(tǒng)的其余部分斷開的，它只負責記錄發(fā)出的任何制動命令。只有出現(xiàn)嚴重錯誤或 12V 車輛電池內發(fā)生問題時， SBC 才會自動使用前后制動主缸，并在制動踏板和前輪制動 器之間迅速建立液力聯(lián)系，以保證車輛安全減速。 在電子液壓技術的幫助下，制動輔助系統(tǒng)的性能也得到了進一步提高。當這個系統(tǒng)執(zhí)行制動命令、實現(xiàn)自動緊急停車時，迅速產生的制動壓力和車輪制動器的自動預裝可以縮短制動距距。 SBC 不僅是在緊急制動時體現(xiàn)其價值，其他關鍵情況也同樣。例如，在突然轉向的危險情況下， SBC 系統(tǒng)會與電子穩(wěn)定程式 (ESP)相互作用，通過向各個車輪發(fā)出精確的制動脈沖以及 /或者減小發(fā)動機轉速，來保證車輛在突然轉向過程中的安全性。 SBC 在此顯示了強大的動態(tài)性和精確性。正是由于有來自 SBC 高壓儲能器更快、更 精確的制動脈沖，ESP 才能在車輛即將脫距行駛軌道時，及時、平穩(wěn)將其穩(wěn)定下來。試驗表明，在 SBC 的參與下， ESP 可以通過快速、精確的制動脈沖工作更加有效，并能顯著地減少汽車的突然轉向。同時 ,駕駛員的轉向壓力隨之減少。有了 SBC 和 EPS，駕駛員在控制行駛中的汽車時就可以減少很多困難。在彎道上制動， SBC 能提供比傳統(tǒng)制動系統(tǒng)更高的安全性。可變制動力分配在積極影響汽車的轉向跟隨性方面有獨到的優(yōu)勢。 近些年， ABS/ASR 已經成為歐美和日本等發(fā)達國家汽車的標準設備。車輛制動控制系統(tǒng)的發(fā)展主要是控制技術的發(fā)展。一方面是 擴大控制范圍、增加控制功能；另一方面是采用優(yōu)化控制理論，實施伺服控制和高精度控制。 ABS 功能的擴充除 ASR 外，同時把懸架和轉向控制擴展進來，使 ABS 不僅僅是防抱死系統(tǒng)，而成為更綜合的車輛控制系統(tǒng)。制動器開發(fā)廠商還提出了未來將 ABS/TCS 和 VDC 與智能化運輸系統(tǒng)一體化運用的構想。隨著電子控制傳動、懸架系統(tǒng)及轉向裝置的發(fā)展，將產生電子控制系統(tǒng)之間的聯(lián)系網絡，從而產生一些新的功能，如：采用電子控制的離合器可大大提高汽車靜止啟動的效率；在制動過程中，通過輸入一個驅動命令給電子懸架系統(tǒng)，能防止車輛的俯仰。一些智能控 制技術如神經網絡控制技術是現(xiàn)在比較新的控制技術，已經有人將其應用在汽車的制動控制系統(tǒng)中。ABS/ASR 并不能解決汽車制動中的所有問題。因此由 ABS/ASR 進一步發(fā)展演變成電子控制制動系統(tǒng) (EBS)，這將是控制系統(tǒng)發(fā)展的一個重要的方向。但是 EBS 要想在實際中應用開來，并不是一個簡單的問題。除技術外，系統(tǒng)的成本和相關的法規(guī)是其投入應用的關鍵。 經過了一百多年的發(fā)展，汽車制動系統(tǒng)的形式已經基本固定下來。隨著電子，特別是大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路的發(fā)展，汽車制動系統(tǒng)的形式也將發(fā)生變化。如凱西 海斯 (KH)公司在一輛 實驗車上安裝了一種電 液 (EH)制動系統(tǒng)，該系統(tǒng)徹底改變了制動器的操作機理。通過采用 4 個比例閥和電力電子控制裝置， KH 公司的 EBM 就能考慮到基本制動、 ABS、牽引力控制、巡航控制制動干預等情況，而不需另外增加任何一種附加裝置。 EBM 系統(tǒng)潛在的優(yōu)點是比標準制動器能更加有效地分配基本制動力，從而使制動距離縮短 5%。一種完全無油液、完全的電路制動 BBW(BrakeByWire)的開發(fā)，使傳統(tǒng)的液壓制動裝置成為歷史。 全電制動控制系統(tǒng)是一個全新的系統(tǒng)，給制動控制系統(tǒng)帶來了巨大的變革，為將來的車輛智能控制提供條 件。要想全面推廣，還有不少問題需要解決：首先是驅動能源問題。采用全電路制動控制系統(tǒng)，需要較多的能源，一個盤式制動器大約需要 1kW 的驅動能量。目前車輛 12V 電力系統(tǒng)提供不了這么大的能量，因此，將來車輛動力系統(tǒng)采用高壓電，加大能源供應，可以滿足制動能量要求，同時需要解決高電壓帶來的安全問題。其次是控制系統(tǒng)失效處理。全電制動控制系統(tǒng)面臨的一個難題是制動失效的處理。因為不存在獨立的主動備用制動系統(tǒng)，因此需要一個備用系統(tǒng)保證制動安全，不論是 ECU 元件失效，傳感器失效還是制動器本身、線束失效，都能保證制動的基本性能。實 現(xiàn)全電制動控制的一個關鍵技術是系統(tǒng)失效時的信息交流協(xié)議，如 TTP/C。系統(tǒng)一旦出現(xiàn)故障，立即發(fā)出信息，確保信息傳遞符合法規(guī)最適合的方法是多重通道分時區(qū) (TDMA)，它可以保證不出現(xiàn)不可預測的信息滯后。 TTP/C 協(xié)議是根據(jù) TDMA 制定的。第三是抗干擾處理。車輛在運行過程中會有各種干擾信號，如何消除這些干擾信號造成的影響，目前存在多種抗干擾控制系統(tǒng)，基本上分為兩種：即對稱式和非對稱式抗干擾控制系統(tǒng)。 綜上所述，現(xiàn)代汽車制動控制技術正朝著電子制動控制方向發(fā)展。全電制動控制因其巨大的優(yōu)越性，將取代傳統(tǒng)的以液壓為主的 傳統(tǒng)制動控制系統(tǒng)。同時，隨著其他汽車電子技術特別是超大規(guī)模集成電路的發(fā)展，電子元件的成本及尺寸不斷下降。汽車制動控制技術的發(fā)展受整個汽車工業(yè)發(fā)展的制約。有一個巨大的現(xiàn)有及潛在的汽車市場的吸引，各種先進的電子技術、生物技術、信息技術以及各種智能技術才不斷應用到汽車制動控制系統(tǒng)中來。同時需要各種國際及國內的相關法規(guī)的健全，這