重型汽车电子制动系统（EBS）应用

赵 阳，王卫翼

（北京福田戴姆勒汽车有限公司，北京 101400）

EBS电子制动系统基于制动踏板信号对行车制动进行控制，与传统ABS防抱死制动系统相比，它具有制动响应时间短、可靠性高等突出的优点。近年来重型汽车EBS系统装车率明显提高，一方面由于法规推动作用，另一方面因为用户对EBS系统性能优势的认可。

1 EBS电子制动系统的组成

欧曼EST 4×2牵引车EBS电子制动系统组成如图1所示。电子制动系统包括脚阀模块 （集成踏板位置传感器）、前/后桥模块（单/双通道电子压力控制模块EPM）、挂车模块（TCM）、轴荷传感器、轮速传感器、摩擦片磨损传感器和ECU电子控制单元等。为实现ESP（车身稳定控制）功能还配备方向盘转角传感器、横摆率及侧向加速度传感器。由于前桥采用单通道执行器，为实现单边制动独立控制，前桥左右制动气路各配备一个ABS电磁阀。

图1 欧曼EST牵引车EBS电子制动系统

1.1 脚阀模块

脚阀模块组成如图2所示，它由传统的行车制动阀和位移传感器组合而成。EBS电子制动系统正常工作时，依据制动踏板信号来计算和控制车轮制动力。如果电控工作模式因故障而关闭，则通过双腔制动阀控制行车制动。

图2 脚阀模块

1.2 前/后桥模块（单/双通道电子压力控制模块EPM）

电子压力控制模块是执行元件（图3），内部集成有继动阀、后备电磁阀、进气电磁阀、排气电磁阀、压力传感器、电控单元、气路、电路接口等。EPM通过专用CAN线接收ECU的控制指令，并通过3个电磁阀和压力传感器实现对制动气压的闭环控制；EPM也接收轮速传感器和摩擦片磨损传感器信号，通过专用CAN线传递给ECU。

图3 电子压力控制模块EPM

电子压力控制模块EPM有单通道和双通道两种类型。单通道EPM用于左右车轮制动控制，为实现ABS等功能，额外配备了压力控制阀（即ABS电磁阀）。双通道EPM用于左右后轮独立控制，其输出气路直接与分泵连接。

进气电磁阀和排气电磁阀是常闭阀（断电时断开，通电时打开），后备电磁阀是常开阀（断电时打开，通电时断开）。电控模式工作时，后备电磁阀一直保持通电，EPM通过控制进气电磁阀和排气电磁阀来实现制动气压闭环控制。电控工作模式因故障而关闭时，进气电磁阀和排气电磁阀一直处于断电断开状态，而后备电磁阀一直保持断电打开状态，此时如果踩下制动踏板，来自脚阀的前后桥制动气压通过接口4进入EPM内部，促动继动阀动作、实施前后桥制动。

1.3 挂车模块TCM

挂车模块TCM用于挂车制动控制，其结构如图4所示，它内部包括继动阀、后备电磁阀、进气电磁阀、排气电磁阀、压力传感器及气路、电路接口等元件。

图4 挂车模块TCM结构

挂车制动控制共有3种模式，分别是电控模式、后备模式、驻车制动/挂车手制动模式，各模式下工作情况见表1。

表1 仿真与测量数据对比

表1 挂车制动控制工作模式

1.4 ABS电磁阀

前桥左右分泵气路各配置一个ABS电磁阀（图5），以实现左右轮制动独立控制。电磁阀结构和常规制动系统ABS电磁阀结构相同，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。

图5 ABS电磁阀

1）增压控制：进气阀断电打开、排气阀断电断开。

2）保压控制：进气阀通电断开、排气阀断电断开。

3）减压控制：进气阀通电断开、排气阀通电打开。

1.5 轴荷（压力）传感器

在机械空气悬架车辆上，安装在气囊上的压力传感器通过硬线与后桥模块相连（图6）。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0.4～4.64V。气囊压力高低与轴荷成正比，控制单元依据轴荷信号完成制动力分配。

图6 轴荷 （压力）传感器

电控空气悬架系统通过CAN线发送给EBS电控单元气囊压力信号。

1.6 轮速传感器

轮速传感器为磁电式转速传感器（图7），用于检测车轮转速，也用于车速计算。

图7 轮速传感器

1.7 摩擦片磨损传感器

该传感器为三线传感器，如图8所示，通过检测调整螺杆的位移，计算摩擦片磨损量。摩擦片磨损超限时触发仪表报警。系统还根据摩擦片磨损差异，在各车桥间重新分配制动力，从而实现整车制动摩擦片同时更换。

图8 摩擦片磨损传感器

1.8 电子控制单元ECU

电子控制单元ECU负责行车制动控制运算及系统自诊断（图9），具体功能包括制动力控制、ABS防抱死功能、ASR驱动防滑功能、ESP车身稳定控制、行车制动与辅助制动间联动功能等。

图9 EBS电子控制单元（ECU）

1.9 方向盘转角传感器

转向角度传感器安装于转向柱上（图10），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等功能。

图10 转向角度传感器

1.10 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（图11）。横摆率信号用于ESP功能的转向不足、转向过度控制；侧向加速度信号则用于防侧翻控制。该传感器为数字传感器，通过CAN线输出信号。

图11 横摆率及侧向加速度传感器

2 EBS电子制动系统的系统电路

EBS电子制动系统电路如图12所示。

图12 EBS电子制动系统电路

EBS电子控制单元与外部通信共有4路CAN，包括与整车通信的PCAN、方向盘转角及侧向加速度传感器CAN、前桥模块CAN和后桥模块CAN。

3 EBS电子制动系统行车制动控制

EBS电子制动系统行车制动控制分为电控模式和气控（后备）模式两种，正常情况下，系统以电控模式工作，当电控系统发生故障时，系统则以后备模式工作。

3.1 电控模式

电控模式工作时（图13），前桥模块、后桥模块和挂车模块的后备电磁阀一直保持通电断开状态，将脚阀和EPM隔离开来。当踩下制动踏板时，3个模块的进气电磁阀通电打开，前桥、后桥和挂车制动输出压力开始增长，当压力达到目标值后进气电磁阀断电关闭，输出压力被保持。制动气压调节是个动态的过程，如果踏板深度继续变化，系统再为进气电磁阀或排气电磁阀通电达到增大输出气压或降低输出气压的目的。完全放松踏板后，排气电磁阀通电打开 （进气电磁阀关闭），3个模块控制为主车和挂车分泵放气，直到压力降为0制动解除后，排气电磁阀断电。

图13 EBS电子制动系统电控工作模式

后桥模块为双通道模块可以实现对单侧车轮的独立控制，通过对进气电磁阀和排气电磁阀控制就能够实现车轮制动防抱死控制、ESP车身稳定控制等制动压力调节要求。而前桥模块为单通道类型，为实现单个车轮制动和车轮制动防抱死控制，它必须与两个ABS电磁阀协同动作。

3.2 后备模式

后备模式 （即气控）是指当电控模式因故障关闭时，脚阀直接控制制动气路的工作模式，如图14所示。

图14 EBS电子制动系统气控模式

气控模式下，由于前桥模块、后桥模块和挂车模块的所有电磁阀都一直保持断电状态，后备电磁阀开启，将脚阀气压信号引入模块内部，直接促动继动阀，使前后桥和挂车产生制动。气控模式下，进气和排气电磁阀一直关闭，ABS防抱死、ASR驱动防滑、ESP车身稳定控制等功能同时关闭。

4 EBS电子制动系统驻车制动控制

EBS电子制动系统的驻车制动采用机械控制方式（图15）。拉紧手制动时，手制动阀22、21管口与排气口3接通，手制动22管口经挂车手阀到挂车模块43管口管路气压被放空，促动挂车模块继动阀动作使挂车产生制动（挂车模块22口输出制动气压）；手制动21管口到驻车继动阀4管口管路气压被排空，促动驻车继动阀动作，继动阀2管口和排气口3相通，左右后桥弹簧制动气室内压缩空气被排空，左右后轮随即产生制动。

图15 EBS电子制动系统驻车制动控制

松开手制动时，手制动阀11口与21、22口同时相通（不再通排气口3），挂车模块43口和驻车继动阀4口充气，气压达到一定值后，后桥断气刹和挂车制动随机解除。

驻车制动虽然是纯机械控制方式，但系统仍有故障监测功能，当制动信号和挂车模块输出压力相矛盾时（如EBS未收到制动信号，挂车模块内检测到压力，或接收到制动信号，挂车模块内没检测到压力），EBS系统能够报出相关故障码。

5 EBS电子制动系统挂车手制动控制

EBS系统的挂车手制动也采用机械控制方式（图16）。拉紧挂车手阀时，手阀2口与排气口3接通，手阀2口到挂车模块43口管路气压被排空，促动挂车模块继动阀动作使挂车产生制动。

图16 EBS电子制动系统挂车手制动控制

松开挂车手阀时，手阀1口与2口相通（不通3口），挂车模块43口充气，气压达到一定值后，挂车制动随即解除。

和驻车制动相似，挂车手制动也有故障监测功能，当制动开关信号和挂车制动气压输出不相符时，会报出故障码。

6 结语

随着市场需求的不断提升和法规要求的推进，重型汽车的相关主动安全系统的功能和性能也在不断提升。EBS系统作为制动系统的重要构成，能够给重卡车型提供快速、稳定和合理的制动性能，进一步提升车辆的主动安全性能，使得重卡车型也能具备良好的减速和制动能力。与此同时，EBS系统亦是重型汽车自动驾驶系统中的重要组成部分，能够为车辆提供线控制动的相关控制接口，能够快速响应其他系统（如智能驾驶控制系统）的减速和制动请求，为重型汽车的自动驾驶的开发和应用奠定了基础。