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摘?要 详细介绍了基于ESP系统的液压制动辅助系统工作原理及性能评价方法。
关键词 液压制动辅助；工作原理；性能评价
中图分类号 TN914 文献标识码 A 文章编号 1673-9671-(2012)062-0234-03
作者在上文中详细介绍了汽车制动辅助系统的分类及现状（参见《科技与生活》2012年第10期《汽车制动辅助系统的分类及发展》），指出液压制动辅助（HBA）系统是目前汽车制动辅助系统中功能更可靠、效果更好的制动辅助系统。下面就详细介绍液压制动辅助（HBA）的工作原理与性能
评测。
1 HBA工作原理
1.1 系统组成
标准的ESP系统由电子液压控制单元（内部集成压力传感器）、轮速传感器、方向盘转角传感器、横摆角传感器、侧向加速度传感器及常规制动系统、CAN总线、用于显示及诊断的人机接口等组成。HBA所需的车速信号和主缸压力等信号从ESP系统可直接获得，因此HBA不需要额外的传感器就可以实现紧急制动辅助。HBA作为ESP系统的一项附加功能，逐渐成为一项标准配置，是符合ECE R13H法规要求的制动辅助系统。
1.2 控制过程
车辆在紧急制动时，HBA系统通过实时监控制动动作、车轮速度以及主缸压力来监测识别车辆紧急制动情况。当行驶车速已超过系统设定的初始速度、驾驶员急速踩下制动踏板、主缸压力已达到设定水平且同时压力升高速度超过设定的门限值时，HBA功能将会被触发。此时回流泵电机可快速将制动管路压力提高直至达到ABS触发水平。根据实际需要，驾驶员可在任意时间进行制动干预，并直接控制汽车的行驶性能。当驾驶员制动踏板施加压力降低或松开制动踏板时，那么HBA功能将解除，系统压力又恢复到驾驶员所施加的制动踏板压力。当车速较低时，HBA系统也将会退出。而如果防抱死系统失灵，该系统便会失去功效，不再工作。
HBA开启条件：①主缸压力超过设定的最低门限值；②压力提高速度超过设定门限值；③车速超过最低设定值；④检测到驾驶员踩制动踏板；⑤检测到主缸压力明显升高；⑥压力传感器无故障。当条件全部满足时，HBA功能才能够开启。
HBA功能退出条件：①车速低于最小门限值；②驾驶员松开制动踏板；③低于主缸最小压力值；④主缸压力显著降低。只要有一个条件达到，即可退出HBA。
1.3 液压调节过程
HBA功能通过对ESP液压控制单元的调节实现主动增压功能，从而可将制动系统内部压力迅速提高。当车轮出现抱死趋势时，可实现ABS调节过程，使制动过程中既保证良好的效能又能兼顾稳定性。一个完整的HBA液压调节过程可分为开启制动辅助、ABS干预及制动辅助终止三个阶段。
1.3.1 开启制动辅助系统功能
当驾驶员快速踩下制动踏板，液压单元内开始建立压力（图4a）。当达到HBA的开启条件时，液压单元将主动执行建压过程（图4b）。基于这个主动建立的压力，系统将很快达到ABS调节的底限，因此很容易触发ABS。在主动建压阶段，液压单元内的开关阀关闭，高压阀开启。回流泵启动工作。此时，制动轮缸内的压力将被提供到最大值，将会超过驾驶员触发的制动压力。若此时有车轮抱死的危险，ABS将介入干预。
1.3.2 ABS干预
ABS干预使得制动力不会产生车轮抱死。HBA功能中的ABS调节过程与普通ABS系统调节压力方式类似，同样分为“保压”、“减压”与“建压”三个阶段。区别为HBA建压需要回流泵来主动执行而不是依靠人力被动建立压力的方式。
在保压阶段，为了保持轮缸内的制动压力，进油阀和高压阀关闭（图4c）。制动轮内保持恒定压力，回流泵关闭。减压时，回流阀和开关阀开启（图4d）。制动液被回流泵泵回到制动主缸，以抵偿驾驶员的踏板力。为了重新逐渐建立起压力，开关阀和回油阀再次关闭，高压阀开启，回流泵启动工作（图4b）。进油阀在短时间内开启和关闭，此时制动压力得以逐渐增加。
1.3.3 制动辅助终止
若驾驶员减少踏板力或车辆到达HBA退出的最低速度，则将不再满足HBA的触发条件。ESP控制单元识别出紧急情况也得到缓解，开始终止制动辅助。HBA增加的制动力逐渐减弱，直至再次与驾驶员踏板力一致。液压系统通过关闭进油阀和开启回油阀，制动液排出进入到低压蓄能器。通过回流泵，将多余的制动液泵回到储液罐中（图4d）。
2 HBA参数的确定与性能评测
2.1 HBA开关门限值的确定
由于各种车辆的制动主缸、真空助力器、制动踏板以及制动轮缸等都不尽相同，这些差异造成了不同的主缸压力反应。因此触发HBA的压力梯度门限不能够直接定义，需要在对基础制动系统进行计算并测试，同时考虑目标客户的使用情况而定。通常，触发HBA开启的门限值由汽车生产厂家决定，因为其更加了解当地的用户的驾驶习惯。例如，欧美驾驶员踩制动踏板时比亚洲驾驶员的所用的力量更大；运动型轿车的驾驶员比家庭轿车的驾驶员在制动时会踩的更快更强。
如果HBA开启门限值设定过低将会导致车辆制动异常敏感，普通制动便可以触发制动辅助，降低了制动过程的渐进性；如果门限值设定较高，将使紧急情况下很难将其触发，则无法起到制动助力的作用。在确定HBA开启门限值的过程中，底盘标定工程师需要在各种路况下对车辆反复进行客观测试与主观检验。
以某自主品牌1.8L汽油增压发动机自动档轿车为例，其制动系统参数如表1所示。通过计算及试验后确定HBA开启门限值为：①主缸压力最小值≥30bar；②压力升高速度≥3500bar/s；③初始最低车速≥15kph。HBA退出门限值：①车速≤5kph；②主缸最小压力≤6bar。
2.2 性能评测
HBA性能的评价应以客观测试为主。主观评测应为快速轻踩制动踏板时HBA及时触发；在常规制动阶段不可误触发；在车辆即将停止前或减小踏板力时应迅速退出。参考ECE R13H对BAS系统的评价标准，制动辅助评价应从t0+0.8秒开始到车速减至15kph为止；t0为F踏板=20N时所对应的时刻。施加大小为Fabs,lower和Fabs,upper之间的制动时，减速度应大于aabs的70%。 Fabs,lower=0.5*Fabs （2）
Fabs,upper=0.7*Fabs （3）
Fabs为可以触发ABS控制的最小踏板力；aabs为五次初速度为100kph的ABS试验的减速度平均值。
根据以上测试方法对某1.8T发动机车型进行HBA功能测试。测试结果显示：在干燥沥青路面上车速达到110kph时快速轻踩制动踏板，主缸压力极短时间内升高到30bar以上，压力升高速度超过3500bar/s，已经达到HBA触发条件，HBA功能及时开启。在液压控制单元内部回流泵的作用下轮缸压力（＞100bar）明显高于主缸压力（＜60bar），系统主动增压效果显著。随着车轮滑移率的增大，在即将接近到抱死区域时，ABS开始干预，压力调节效果良好，未出现车轮抱死的情况，制动减速度迅速提高到最大值。随着制动踏板力减小，主缸压力随之减小，当满足HBA退出条件时返回常规制动阶段，轮缸压力趋于与主缸压力一致。测试结果表面此车的HBA功能良好，满足设计要求。
3 结论
由于制动辅助系统可以有效缩短制动距离，提高车辆行驶安全性。ECE R13H在2011年5月加入了BAS的相关测试内容，并要求2011年和2013年分阶段强制实施。现在，ESP及BAS的国家标准正在制定的过程中，预计在2012年以后陆续发布并实施。
本文通过介绍液压制动辅助系统HBA的原理及评测方法，为以后其在整车上的应用及测试提供参考。随着ESP系统的不断普及，HBA必将会在车辆上得到更加广泛的应用。
参考文献
[1]魏春源译.德国BOSCH公司汽车工程手册(第三版)[M].北京:北京理工大学出版社,2009.
[2]Bert Breuer , Karlheinz H.Bill. Brake Technology Handbook[M]. 1st. English Edition. Warrendale, Pennsylvania, USA: SAE international, 2008.
[3]牵引力控制和辅助系统结构与功能,服务培训自学手册374[K].沃尔夫斯堡:德国大众公司,2007,07.
关键词 液压制动辅助；工作原理；性能评价
中图分类号 TN914 文献标识码 A 文章编号 1673-9671-(2012)062-0234-03
作者在上文中详细介绍了汽车制动辅助系统的分类及现状（参见《科技与生活》2012年第10期《汽车制动辅助系统的分类及发展》），指出液压制动辅助（HBA）系统是目前汽车制动辅助系统中功能更可靠、效果更好的制动辅助系统。下面就详细介绍液压制动辅助（HBA）的工作原理与性能
评测。
1 HBA工作原理
1.1 系统组成
标准的ESP系统由电子液压控制单元（内部集成压力传感器）、轮速传感器、方向盘转角传感器、横摆角传感器、侧向加速度传感器及常规制动系统、CAN总线、用于显示及诊断的人机接口等组成。HBA所需的车速信号和主缸压力等信号从ESP系统可直接获得，因此HBA不需要额外的传感器就可以实现紧急制动辅助。HBA作为ESP系统的一项附加功能，逐渐成为一项标准配置，是符合ECE R13H法规要求的制动辅助系统。
1.2 控制过程
车辆在紧急制动时，HBA系统通过实时监控制动动作、车轮速度以及主缸压力来监测识别车辆紧急制动情况。当行驶车速已超过系统设定的初始速度、驾驶员急速踩下制动踏板、主缸压力已达到设定水平且同时压力升高速度超过设定的门限值时，HBA功能将会被触发。此时回流泵电机可快速将制动管路压力提高直至达到ABS触发水平。根据实际需要，驾驶员可在任意时间进行制动干预，并直接控制汽车的行驶性能。当驾驶员制动踏板施加压力降低或松开制动踏板时，那么HBA功能将解除，系统压力又恢复到驾驶员所施加的制动踏板压力。当车速较低时，HBA系统也将会退出。而如果防抱死系统失灵，该系统便会失去功效，不再工作。
HBA开启条件：①主缸压力超过设定的最低门限值；②压力提高速度超过设定门限值；③车速超过最低设定值；④检测到驾驶员踩制动踏板；⑤检测到主缸压力明显升高；⑥压力传感器无故障。当条件全部满足时，HBA功能才能够开启。
HBA功能退出条件：①车速低于最小门限值；②驾驶员松开制动踏板；③低于主缸最小压力值；④主缸压力显著降低。只要有一个条件达到，即可退出HBA。
1.3 液压调节过程
HBA功能通过对ESP液压控制单元的调节实现主动增压功能，从而可将制动系统内部压力迅速提高。当车轮出现抱死趋势时，可实现ABS调节过程，使制动过程中既保证良好的效能又能兼顾稳定性。一个完整的HBA液压调节过程可分为开启制动辅助、ABS干预及制动辅助终止三个阶段。
1.3.1 开启制动辅助系统功能
当驾驶员快速踩下制动踏板，液压单元内开始建立压力（图4a）。当达到HBA的开启条件时，液压单元将主动执行建压过程（图4b）。基于这个主动建立的压力，系统将很快达到ABS调节的底限，因此很容易触发ABS。在主动建压阶段，液压单元内的开关阀关闭，高压阀开启。回流泵启动工作。此时，制动轮缸内的压力将被提供到最大值，将会超过驾驶员触发的制动压力。若此时有车轮抱死的危险，ABS将介入干预。
1.3.2 ABS干预
ABS干预使得制动力不会产生车轮抱死。HBA功能中的ABS调节过程与普通ABS系统调节压力方式类似，同样分为“保压”、“减压”与“建压”三个阶段。区别为HBA建压需要回流泵来主动执行而不是依靠人力被动建立压力的方式。
在保压阶段，为了保持轮缸内的制动压力，进油阀和高压阀关闭（图4c）。制动轮内保持恒定压力，回流泵关闭。减压时，回流阀和开关阀开启（图4d）。制动液被回流泵泵回到制动主缸，以抵偿驾驶员的踏板力。为了重新逐渐建立起压力，开关阀和回油阀再次关闭，高压阀开启，回流泵启动工作（图4b）。进油阀在短时间内开启和关闭，此时制动压力得以逐渐增加。
1.3.3 制动辅助终止
若驾驶员减少踏板力或车辆到达HBA退出的最低速度，则将不再满足HBA的触发条件。ESP控制单元识别出紧急情况也得到缓解，开始终止制动辅助。HBA增加的制动力逐渐减弱，直至再次与驾驶员踏板力一致。液压系统通过关闭进油阀和开启回油阀，制动液排出进入到低压蓄能器。通过回流泵，将多余的制动液泵回到储液罐中（图4d）。
2 HBA参数的确定与性能评测
2.1 HBA开关门限值的确定
由于各种车辆的制动主缸、真空助力器、制动踏板以及制动轮缸等都不尽相同，这些差异造成了不同的主缸压力反应。因此触发HBA的压力梯度门限不能够直接定义，需要在对基础制动系统进行计算并测试，同时考虑目标客户的使用情况而定。通常，触发HBA开启的门限值由汽车生产厂家决定，因为其更加了解当地的用户的驾驶习惯。例如，欧美驾驶员踩制动踏板时比亚洲驾驶员的所用的力量更大；运动型轿车的驾驶员比家庭轿车的驾驶员在制动时会踩的更快更强。
如果HBA开启门限值设定过低将会导致车辆制动异常敏感，普通制动便可以触发制动辅助，降低了制动过程的渐进性；如果门限值设定较高，将使紧急情况下很难将其触发，则无法起到制动助力的作用。在确定HBA开启门限值的过程中，底盘标定工程师需要在各种路况下对车辆反复进行客观测试与主观检验。
以某自主品牌1.8L汽油增压发动机自动档轿车为例，其制动系统参数如表1所示。通过计算及试验后确定HBA开启门限值为：①主缸压力最小值≥30bar；②压力升高速度≥3500bar/s；③初始最低车速≥15kph。HBA退出门限值：①车速≤5kph；②主缸最小压力≤6bar。
2.2 性能评测
HBA性能的评价应以客观测试为主。主观评测应为快速轻踩制动踏板时HBA及时触发；在常规制动阶段不可误触发；在车辆即将停止前或减小踏板力时应迅速退出。参考ECE R13H对BAS系统的评价标准，制动辅助评价应从t0+0.8秒开始到车速减至15kph为止；t0为F踏板=20N时所对应的时刻。施加大小为Fabs,lower和Fabs,upper之间的制动时，减速度应大于aabs的70%。 Fabs,lower=0.5*Fabs （2）
Fabs,upper=0.7*Fabs （3）
Fabs为可以触发ABS控制的最小踏板力；aabs为五次初速度为100kph的ABS试验的减速度平均值。
根据以上测试方法对某1.8T发动机车型进行HBA功能测试。测试结果显示：在干燥沥青路面上车速达到110kph时快速轻踩制动踏板，主缸压力极短时间内升高到30bar以上，压力升高速度超过3500bar/s，已经达到HBA触发条件，HBA功能及时开启。在液压控制单元内部回流泵的作用下轮缸压力（＞100bar）明显高于主缸压力（＜60bar），系统主动增压效果显著。随着车轮滑移率的增大，在即将接近到抱死区域时，ABS开始干预，压力调节效果良好，未出现车轮抱死的情况，制动减速度迅速提高到最大值。随着制动踏板力减小，主缸压力随之减小，当满足HBA退出条件时返回常规制动阶段，轮缸压力趋于与主缸压力一致。测试结果表面此车的HBA功能良好，满足设计要求。
3 结论
由于制动辅助系统可以有效缩短制动距离，提高车辆行驶安全性。ECE R13H在2011年5月加入了BAS的相关测试内容，并要求2011年和2013年分阶段强制实施。现在，ESP及BAS的国家标准正在制定的过程中，预计在2012年以后陆续发布并实施。
本文通过介绍液压制动辅助系统HBA的原理及评测方法，为以后其在整车上的应用及测试提供参考。随着ESP系统的不断普及，HBA必将会在车辆上得到更加广泛的应用。
参考文献
[1]魏春源译.德国BOSCH公司汽车工程手册(第三版)[M].北京:北京理工大学出版社,2009.
[2]Bert Breuer , Karlheinz H.Bill. Brake Technology Handbook[M]. 1st. English Edition. Warrendale, Pennsylvania, USA: SAE international, 2008.
[3]牵引力控制和辅助系统结构与功能,服务培训自学手册374[K].沃尔夫斯堡:德国大众公司,2007,07.