从重型卡车的EBS系统设计看涡流缓速器

呆桃奶赞

做一个帅气的卡友很累，这点我真的深有体会。

●  1. 综述

    我们知道当重型卡车位于长大下坡道时对于其制动系统是一个严峻的考验。汽车下长坡连续制动或频繁使用紧急制动时，都可能由于制动温度过高而导致制动器摩擦材料的摩擦系数降低使制动能力降低，既不经济也不安全。

    目前应用广泛的ABS系统虽然能够防止车轮抱死、车身侧滑，但是它也不能解决制动系统的所有缺陷,如系统响应滞后、制动过程存在驾驶员的犹豫及动作控制与愿望存在差异等。而本文所介绍的这种新型EBS系统则将发动机制动装置、涡流缓缓器及ABS三种制动方式相结合，通过检测踏板传感器信号的强弱可迅速启动制动，控制制动压力大小通过内部CAN数据总线完成内部通信，实现了重型卡车的经济、安全制动。

    EBS系统示意图如图1所示：

图1 EBS系统图

●  2. 涡流缓速器

    涡流缓速器（HSQ），是一种应用于汽车车辆制动的电磁装置。相比于传统的制动装置（制动鼓、制动蹄片等的制动系统）它的优越性在于可以有效减少机械式制动器的使用频率显著地延长机械式车轮制动器的使用寿命能够实现平缓、舒适、柔和的减速制动。下面简要介绍其工作原理。

    当驾驶员踩下制动踏板进行制动时，涡流缓速器的激磁线圈自动通过大小经调节的直流电流而激磁,产生的磁力线在定子磁轭、空气隙和转子铁圆盘之间构成回路。磁通的大小与励磁线圈的匝数以及所通过的励磁电流大小有关。当转子圆盘随传动轴旋转时，会引起磁通的变化，即产生旋转磁场，由于电磁感应的原理，会在旋转的转子铁圆盘上产生电涡流。

    这种涡流的大小与切割磁场的速度成正比，即随转子的旋转速度成正比，也就是与制动时的车速有关；电涡流的方向可用右手定则进行判断。这个涡流形成的磁场产生一个与转子旋转方向相同的转矩，由于作用与反作用的关系，转子则产生一个与自己转动方向相反的转矩，该转矩是转子转速即制动时的车速和定子磁场电流的函数。由于转子是安装在传动轴上，就等于给传动轴的转动施加了一个制动阻力矩，在这个阻力矩的作用下使汽车迅速减速。

    由于涡流缓速器通过电信号传输，制动响应时间极短，可早于传统制动器进行制动运做，能达到提前减速的目的。而且因为制动力矩的大小可以通过控制励磁电流来调节，所以涡流缓速器很容易实现自动控制。对不同型号的涡流缓速器有不同的调节方式，从当前进口的涡流缓速器的控制方式来看，是采用继电器分磁极的控制；而本文论述的涡流缓速器则为采用脉冲占空比的控制形式，这是一种很成熟的电流无级调节的技术，可参考其主程序流程图。理论分析表明，当转子圆盘以转速n(r/min)转动，且给定子励磁线圈加一定的电流时，因为定子外壳被车驾固定，则转子上的涡流就产生一定的阻力矩T（N.m），便可得到缓速器的制动吸收功率P，其计算式为：

    HSQ的主程序流程图如图2所示。

图2 HSQ主程序流程图

●  3. 汽车防抱死系统（ABS）

    防抱死制动系统（ABS）是一项日益标件化的主动安全系统，它能避免车轮在制动时产生抱死现象，防止前轮抱死及行车跑偏、甩尾，提高车辆的操纵性和方向稳定性。

    我们知道，汽车在制动时若将车轮抱死，则轮胎不能旋转而在路面上打滑，此时，将导致方向稳定性变坏。当前轮抱死时，转向失灵；当后轮抱死时，汽车就会发生侧滑、自转的危险状态,如果汽车上装有ABS系统则不会发生上述情况。

    下面简单介绍ABS工作原理：

    制动时，由轮速传感器测出与车轮或驱动轴共同旋转的传感齿圈的旋转齿数，从而得到与车轮转速成正比的交流信号。轮速传感器的交流信号被送入电子控制器，由电子控制器中的运算单元计算出车轮速度、滑移率及车轮的加、减速度，然后再由电子控制器中的控制单元对这信号加以分析后，给压力调节器发出制动压力控制指令。

    压力调节器（调节液压或气压）均安在制动传动系统的制动总泵和制动分泵之间，接收到电子控制器的指令后，由压力调节器中的电磁阀（液压制动系统时还有液压泵、驱动电机）控制制动力的增减，从而调节制动器制动力矩，使之与地面附着状况相适应，防止制动车轮被抱死。当ABS中的传感器、电磁阀等出现故障时，由电控单元自动切断ABS控制，使汽车制动时与无ABS时制动一样，从而保证安全行驶。当ABS中某部件发生故障时，ECU就会将故障以代码的形式存入RAM中，同时使ABS警告灯发亮或闪烁以显示有故障存在。

    图3 ABS工作流程图

●  4.EBS的实现方式

    经过对车身结构及驾驶员操作安全性的考虑，在本设计中将EBS系统设计为一个电子踏板，EBS中央处理CPU通过判断电子踏板位置传感器信息决定此时汽车采用哪种制动方式。当踏板被踩下1/3时，EBS中央控制CPU使得发动机制动系统处于工作状态；继续踩下1/3时，涡流缓行器制动系统被激活进行制动，此时，驾驶员通过拉动档位手柄来决定缓速器工作的档位；2/3位置以后缓速器及发动机制动系统进入睡眠状态,汽车采用ABS制动；驾驶员通过踩踏电子踏板即可完成汽车的安全制动。

●  5.结束语

    本文所介绍的EBS系统实现了多种不同制动方式的有机结合，充分发挥了每种制动方式的优势从而能够实现重型卡车的安全舒适制动。目前，EBS系统在国外已得到了越来越广泛的重视，它给重型汽车的制动带来了革命性的飞跃。在我国也有许多科研机构正致力于EBS系统的研究，可以预见EBS系统在我国的市场潜力将是十分巨大的。