GB7258-2017《机动车运行安全技术条件》明确要求总质量大于12000kg的危险货物运输货车装备EBS系统。EBS电子制动系统与传统气压制动系统不同,它基于制动踏板传感器信号对制动气压进行闭环控制,有效缩短了制动响应时间,对提高整车运行安全性意义重大。
EBS系统传感器包括制动踏板位置传感器、轮速传感器、压力传感器等。执行器有后备阀、进气阀、排气阀三个电磁阀,它们与继动阀、电控单元集成在一起,称为电子压力模块EPM。EPM内置电控单元通过CAN与中央控制单元通信。基于安全性考虑,系统保留了传动制动系统中的双回路制动控制阀作为后备控制元件,当电控制动功能因故障关闭时,系统自动切换至传统制动控制方式。
1、系统控制原理
(1)电控模式
EBS系统正常工作时,集成在脚阀模块FBM中的制动踏板位置传感器将踏板位置信号传递给中央控制单元ECU。依据踏板位置信号,同时参考其它相关条件,ECU计算出每一个气压回路目标压力值,然后通过CAN报文将其发送到电子压力控制模块EPM。
如果驾驶员踩下制动踏板,EPM接收到压力请求信号后,首先为后备阀通电;后备阀是个常开阀(断电打开、通电关闭),通电后关闭,将后备回路与继动阀分隔开来。接下来EPM通过控制进气阀和排气阀,完成对制动气压闭环控制。EPM根据目标制动压力和当前实际压力比较结果,确定进气阀和排气阀状态(见下表)。
(2)后备工作模式
EBS电控系统因故障关闭时,后备阀、进气阀、排气阀一直保持断电状态,后备阀打开,进气阀和排气阀均关闭。此时双腔制动阀输出的控制气压直接作用于继动阀控制接口,整个制动控制过程按着传统方式进行,制动控制气压和制动踏板深度成正比。
2、EBS系统部件
(1)脚阀模块FBM 脚阀模块组成如图所示,它由传统的双回路制动阀和位移传感器组合而成。电控模式工作时,只有输出的制动踏板位置传感器信号起作用,双腔制动阀输出由于被隔离,对制动气压不产生影响。后备模式工作时,踏板信号被忽略,制动气压由双腔制动阀直接控制。
(2)电子压力控制模块EPM 电子压力控制模块组成如图所示,包括继动阀、后备电磁阀、进气电磁阀、排气电磁阀、压力传感器、电控单元及气路电路接口等元件。EPM接收轮速传感器和蹄片磨损传感器信号,通过Brake-CAN传递给EBS-ECU。
EPM有两种不同类型,即单通道执行器和双通道执行器。单通道执行器用于左右车轮一同控制(实现ABS功能必须匹配PCV阀);双通道执行器用于左右车轮独立控制(实现ABS功能不需再匹配PCV阀)。
(3)挂车控制模块TCM TCM即挂车制动控制单元,它包括继动阀、后备电磁阀、进气阀、排气阀、压力传感器及气路电路接口等元件。
挂车制动有电控模式、备用模式、驻车模式三种控制方式。
(4)ABS电磁阀 当前桥使用单通道执行器时,左右车轮各配置一个ABS电磁阀,才能实现左右车轮制动压力独立控制。电磁阀结构和常规制动系统ABS电磁阀相同,其内部有两个电磁阀,一个进气阀,为常开阀;一个排气阀,为常闭阀。
(5)压力传感器 在空气悬架车辆上,配备压力传感器来检测轴荷。压力传感器信号电压与气囊压力成正比,信号电压变化范围为0.4V~4.64V。
(6)高度传感器 在板簧悬架的车辆上,配备高度传感器来检测轴荷。
(7)转向角度传感器 转向角度传感器安装于转向柱上,它是非接触式转角传感器,用于测量方向盘转角;它为数字传感器,通过CAN线输出信号,信号用于实现ESP功能。
(8)横摆率及侧向加速度传感器 该传感器用于测量横摆率及侧向加速度。横摆率信号主要用于ESP功能的转向不足、转向过度控制;侧向加速度信号则主要用于防侧翻控制。该传感器为数字传感器,通过CAN线输出信号。
(9)中央控制单元ECU 它负责系统制动控制运算,及系统自诊断。
3、克诺尔4×2牵引车EBS系统(具备ESP功能)构成如下图所示。
1空气压缩机
2空气处理单元
3驻车气压报警开关
4前制动储气筒
5后制动储气筒
6复合储气筒
7放水阀
8脚制动阀
9后桥模块
10继动阀
11检测接头
12ABS电磁阀
13手制动阀
14气压传感器
15复合制动气室
16制动气室
17挂车手阀
18挂车阀
19供气接头
20控制接头
21前桥模块
4、EBS系统电路
EBS系统接线图如下图所示。
5、EBS系统功能
(1)电子制动力控制
制动压力计算依据是制动踏板位置传感器信号。制动压力在各轴分配,还要参考轴荷来完成。
(2)ABS防抱死功能
系统通过轮速信号,监测判断车轮趋于抱死时,对制动力进行干预。为实现ABS功能,配装单通道执行器的车轴,需要配备ABS电磁阀(PCV压力调节阀);而对于配备有双通道执行器的车轴,无需再配备ABS电磁阀,即可实现单侧车轮独立控制。
(3)ASR功能
当驱动轮因输出扭矩过大而打滑时,系统通过对驱动轮单独实施制动,或采取限制发动机扭矩等措施,抑制驱动轮滑转。
(4)ESP功能
电子车身稳定控制功能包括控制车行轨迹和防侧翻控制。
在低附着路面,车辆急拐、紧急避让、高速过弯时,容易发生转向不足(前轮打滑)或转向过度(后轮打滑、甩尾)。当系统发现车辆有转向不足或转向过度倾向时,通过单轮制动干预,来校正车行轨迹。转向不足发生时,通过制动转向一侧的后轮来校正轨迹;转向过度发生时,通过制动转向相对一侧的前轮来校正轨迹,如果是牵引车还会实施挂车制动(即拖拽制动)。
在高附着路面,车辆高速过弯、倾翻倾向出现时,系统实施防侧翻控制:降低发动机扭矩,同时对左右后轮实施制动,如果是牵引车还会实施挂车制动,来抑制倾翻。
(5)坡起功能
坡道起步时,驾驶员踩下刹车踏板,然后松开,ECU控制使制动气压仍然保持,直到变速箱和离合器均准备就绪,制动气压才释放,以防止车辆溜坡。
如果是手动变速箱,ECU依据发动机转速和实际扭矩百分比来判断制动解除点;如果是自动变速箱准备就绪后,变速器控制单元TCU会向EBS电脑发出退出坡起(解除制动)指令。无论自动档车辆还是手动挡车辆,坡起退出、制动解除时,都会使仪表上的坡起指示灯闪烁,提示驾驶员跟进油门、完成起步过程。
(6)制动辅助功能
EPM输出的制动压力,不单单取决于制动踏板深度,还会考虑踏板被踩下的速率。当驾驶员快速踩下制动踏板时,说明情况紧急,系统会适当提高输出的制动压力。制动踏板速率不同,采用不同的压力输出曲线,这在传统的制动系统中是无法实现的。
(7)辅助制动联动
EBS系统实现了行车制动与辅助制动间联动。系统根据制动踏板等相关信息判定驾驶员制动需求,辅助制动自动介入工作。
共用模式:行车制动和缓速器一起使用,根据踏板信号,分配行车制动与缓速器制动力矩。
辅助优先模式:踏板前半程只有缓速器工作,只有制动力需求大过缓速器最大输出扭矩时,行车制动才会介入工作(即缓速器优先)。该控制逻辑要求缓速器有高可靠性及力矩精度。
EBS电子制动系统,由于制动响应快(制动距离可缩短15%),智能性高,其推广应用对提高重型车辆运行安全,具有重要意义。