呂福玲

一、機(jī)電復(fù)合制動(dòng)系統(tǒng)的意義

汽車(chē)電子技術(shù)可以說(shuō)是滿足人們對(duì)汽車(chē)工業(yè)實(shí)現(xiàn)環(huán)境保護(hù)、節(jié)約能源、安全性和智能性目標(biāo)的最活躍和最具革命性的力量。汽車(chē)電子技術(shù)革新與發(fā)展歷程中的一個(gè)重要方面就是對(duì)汽車(chē)行駛安全性的影響。 隨著汽車(chē)行駛速度向高速發(fā)展和高速公路網(wǎng)絡(luò)縱橫延伸，人們對(duì)汽車(chē)行駛安全性提出越來(lái)越嚴(yán)格的要求，許多國(guó)家都為此頒布了嚴(yán)厲的汽車(chē)安全法規(guī)。

如何提高汽車(chē)行駛安全性便成為現(xiàn)代汽車(chē)研究的重要課題之一。 汽車(chē)的行駛安全性從研究?jī)?nèi)容上講主要包括兩個(gè)方面：主動(dòng)安全性和被動(dòng)安全性。主動(dòng)安全性是指如何通過(guò)車(chē)輛設(shè)計(jì)盡量減少或避免交通事故的發(fā)生；被動(dòng)安全性是指通過(guò)車(chē)輛的設(shè)計(jì)使車(chē)輛在發(fā)生事故時(shí)盡量減少對(duì)乘員的傷害。汽車(chē)主動(dòng)安全性控制技術(shù)中的防抱死制動(dòng)控制技術(shù)可以提高制動(dòng)過(guò)程中的穩(wěn)定性并同時(shí)縮短制動(dòng)距離，大大提高了汽車(chē)行駛安全性，減少了車(chē)禍?zhǔn)鹿拾l(fā)生。該技術(shù)是主動(dòng)安全性技術(shù)的代表，已經(jīng)成為目前世界上普遍公認(rèn)的提高汽車(chē)安全性能的有效措施之一。目前，某些發(fā)達(dá)國(guó)家已把車(chē)輛穩(wěn)定性控制系統(tǒng)列為汽車(chē)出廠標(biāo)準(zhǔn)裝備。然而，該技術(shù)在我國(guó)還處于試驗(yàn)、研制階段，還沒(méi)有真正自主開(kāi)發(fā)出產(chǎn)業(yè)化產(chǎn)品為國(guó)內(nèi)汽車(chē)所用，特別是這方面的理論還不完善，遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到指導(dǎo)生產(chǎn)的需要。 汽車(chē)的行駛安全性從研究對(duì)象應(yīng)用基礎(chǔ)車(chē)型上講主要包括兩種車(chē)型：內(nèi)燃機(jī)汽車(chē)和電動(dòng)汽車(chē)?，F(xiàn)代新型電動(dòng)汽車(chē)具有的特殊動(dòng)力傳動(dòng)與制動(dòng)系統(tǒng)架構(gòu)對(duì)汽車(chē)的行駛安全性技術(shù)特別是穩(wěn)定性控制技術(shù)提出了更多的問(wèn)題與挑戰(zhàn)。以混合動(dòng)力汽車(chē)為例，在制動(dòng)減速過(guò)程中，電機(jī)施加回饋制動(dòng)力矩于動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)中，混合動(dòng)力汽車(chē)制動(dòng)系統(tǒng)就存在兩種不同的制動(dòng)力矩。其一是由電機(jī)提供的回饋制動(dòng)力矩，其二是由液壓制動(dòng)系統(tǒng)提供的液壓制動(dòng)力矩。由于電機(jī)回饋制動(dòng)力矩僅僅施加于前軸（混合動(dòng)力架構(gòu)不同，回饋制動(dòng)力矩施加部位也不同），因此在低附著系數(shù)路面制動(dòng)時(shí)與傳統(tǒng)車(chē)輛相比混合動(dòng)力汽車(chē)的前輪就較易抱死。

二、研究現(xiàn)狀

國(guó)外對(duì)電機(jī)回饋制動(dòng)技術(shù)已經(jīng)進(jìn)行了一些研究，多采用蓄電池吸收回饋能量，利用超級(jí)電容的較少，而且所采用的電容價(jià)格高、比能量較低、額定電壓低，因此多采用串、并聯(lián)上百只電容的方案，致使控制系統(tǒng)可靠性降低，整車(chē)成本大大提高。

電動(dòng)汽車(chē)電機(jī)回饋制動(dòng)研究的關(guān)鍵問(wèn)題：

電機(jī)回饋制動(dòng)是目前電動(dòng)汽車(chē)回收制動(dòng)能的普遍技術(shù)。對(duì)于電機(jī)回饋制動(dòng)系統(tǒng)是由常規(guī)摩擦制動(dòng)系與電制動(dòng)復(fù)合而成的電動(dòng)汽車(chē)，進(jìn)行該技術(shù)的研究需要解決如下的幾個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題。 首先是制動(dòng)的穩(wěn)定性問(wèn)題。由于電制動(dòng)力矩（即電機(jī)回饋制動(dòng)力矩）隨車(chē)速變化大，電動(dòng)汽車(chē)的制動(dòng)過(guò)程將與傳統(tǒng)的只具有摩擦制動(dòng)系的燃油車(chē)的制動(dòng)過(guò)程有所不同。因此，如何協(xié)調(diào)電機(jī)回饋制動(dòng)力矩和摩擦制動(dòng)力矩之間的分配進(jìn)行制動(dòng)的穩(wěn)定性控制是首先要解決的問(wèn)題。 其次是制動(dòng)能回收的充分性問(wèn)題。即在保證電動(dòng)汽車(chē)制動(dòng)穩(wěn)定性前提下，盡可能多的回收制動(dòng)能。電動(dòng)汽車(chē)的充電能力受動(dòng)力電池荷電狀態(tài)、電機(jī)工作特性、充電的快慢等因素的影響。由于電機(jī)回饋制動(dòng)時(shí)常存在過(guò)充電及急速充電等問(wèn)題，使得電機(jī)和蓄電池工作條件變得復(fù)雜，因此如何提高短時(shí)間內(nèi)充電系統(tǒng)的充電效率是保證制動(dòng)能回收充分性的關(guān)鍵。 最后是制動(dòng)過(guò)程的平順性問(wèn)題。電動(dòng)汽車(chē)制動(dòng)時(shí)，電機(jī)回饋制動(dòng)力矩作為輔助制動(dòng)力矩將影響制動(dòng)踏板與駕駛平順性。需要對(duì)電機(jī)回饋制動(dòng)力矩的大小進(jìn)行優(yōu)化控制以使電動(dòng)汽車(chē)的制動(dòng)與常規(guī)汽車(chē)制動(dòng)系的制動(dòng)感覺(jué)一樣。

三、車(chē)輛穩(wěn)定性控制系統(tǒng)的研究背景及發(fā)展趨勢(shì)

車(chē)輛穩(wěn)定性控制系統(tǒng)發(fā)展歷程大致可以分為三個(gè)階段。

1.第一階段

這一階段始于 ABS 在汽車(chē)上的應(yīng)用。ABS 是車(chē)輛在制動(dòng)過(guò)程中防止車(chē)輪抱死打滑的一種裝置，ABS 可以提高制動(dòng)過(guò)程中的穩(wěn)定性并同時(shí)縮短制動(dòng)距離，是主動(dòng)安全性技術(shù)的代表?，F(xiàn)今人們除了對(duì)汽車(chē)的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性、舒適性提出更高要求之外，對(duì)汽車(chē)的安全性也越來(lái)越關(guān)心，因此 ABS 在汽車(chē)上的應(yīng)用也日益廣泛?；谶@種技術(shù)的系統(tǒng)（以 ABS/TCS 為主）僅能控制車(chē)輪縱向的滑動(dòng)率，側(cè)向滑移的控制是間接得到考慮的，因而車(chē)輛側(cè)向穩(wěn)定性也是間接獲得控制的。這種系統(tǒng)的主要目的是優(yōu)化車(chē)輛制動(dòng)和加速性能，同時(shí)車(chē)輛的側(cè)向穩(wěn)定性和轉(zhuǎn)向性不被破壞。根據(jù)對(duì)輪速的分析計(jì)算，系統(tǒng)也能在一定程度上辨別汽車(chē)的轉(zhuǎn)向狀態(tài)，在制動(dòng)時(shí)，通過(guò)適當(dāng)調(diào)節(jié)內(nèi)外側(cè)和前后車(chē)輪的壓力達(dá)到調(diào)整整車(chē)轉(zhuǎn)向特性的目的。

2.第二階段

車(chē)輛穩(wěn)定性控制系統(tǒng)應(yīng)用了方向盤(pán)轉(zhuǎn)角傳感器。方向盤(pán)轉(zhuǎn)角被用來(lái)確定駕駛員想要得到的行車(chē)路線，然后將之與車(chē)輛的實(shí)際位置比較來(lái)改進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出力矩和制動(dòng)力，從而避免車(chē)輛在轉(zhuǎn)彎時(shí)出現(xiàn)過(guò)多的不足轉(zhuǎn)向或過(guò)度轉(zhuǎn)向，加強(qiáng)了車(chē)輛在拐彎時(shí)的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性。1992 年 BMW 公司和 BOSCH 公司合作，在 ABS/TCS的基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)了汽車(chē)穩(wěn)定控制系統(tǒng)并稱(chēng)之為 DSCI（第一代 DSC），應(yīng)用于 BMW 850Ci 轎車(chē)上。1994 年，BMW 公司和 BOSCH 公司再次合作，在 DSC1 的基礎(chǔ)上進(jìn)一步發(fā)展為 DSC2，并引入 CAN 總線與發(fā)動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)通訊。無(wú)論是第一代還是第二代 DSC 都相對(duì)比較簡(jiǎn)單，只是在 ABS/ASR 的基礎(chǔ)上增加了方向盤(pán)轉(zhuǎn)角傳感器，并未增加測(cè)量汽車(chē)運(yùn)行姿態(tài)的側(cè)向加速度傳感器和橫擺角速度傳感器，汽車(chē)的橫擺角速度是通過(guò)內(nèi)外車(chē)輪的轉(zhuǎn)速差間接估計(jì)得到的，這在很多情況下，尤其是在輪胎附著極限情況下是不準(zhǔn)確的。

3.第三階段

1995年，BOSCH 公司提出了 VDC 的概念，Benz 公司提出了 ESP 的概念，豐田公司也提出了VSC 的概念，真正意義上的汽車(chē)穩(wěn)定性控制一般認(rèn)為是這個(gè)時(shí)間段出現(xiàn)的。但該階段出現(xiàn)的 VSC 系統(tǒng)向前更進(jìn)了一步，是在 ABS/TCS 系統(tǒng)上的一大飛躍，它是一個(gè)主動(dòng)控制系統(tǒng)，能獨(dú)立于駕駛員對(duì)車(chē)輛的動(dòng)態(tài)特性進(jìn)行控制。該類(lèi)系統(tǒng)要求更多的傳感器（如橫擺角速度傳感器、側(cè)向加速度傳感器和壓力傳感器等）來(lái)確定車(chē)輛的動(dòng)態(tài)變量，還需要更復(fù)雜的控制算法和邏輯來(lái)對(duì)車(chē)輛進(jìn)行控制。1996 年 BMW 公司和 BOSCH 公司再次合作推出的 DSC3 就是此類(lèi)穩(wěn)定性控制系統(tǒng)。1997 年 Vanity Kelsey-Hayes 和 Lucas PLC 合并，聯(lián)手開(kāi)發(fā)VSC。德國(guó)的大陸 TEVES 公司也以 MK60 液壓調(diào)節(jié)器為基礎(chǔ)進(jìn)行 VSC 的研制與開(kāi)發(fā)。