许国界
长安大学汽车学院

[摘要] 为克服现有大客车气制动系统的问题，设计出一种电子控制的气制动系统。这种电子控制的气制动系统利用传感器感知制动踏板的动作并且把它线性转化为制动阀的开度。另外，这种电子控制的后轮气制动系统还可以实现在紧急情况下的自动制动功能，提高了整车的制动安全性能。

[主题词] 制动系 电子控制器 汽车

0 引言

现有的大客车制动系统通常采用气压制动（如图1），制动过程由驾驶员操纵制动踏板来控制双腔气制动阀进而控制前后储气筒内高压气体与制动气室的通闭，进而实现制动。这种制动方式虽然使用广泛，但是前后制动系统的最大问题就是后轮制动响应时间过长，影响制动效能。虽然现在大客车气制动系统的后轮制动部分都装有继动快放阀，但是安装这种装置只能降低峰值压力的延迟，不能降低后轮制动响应时间的延迟，然而这个时间延迟值却达到0.3～0.9s之多。如果大客车以80 km/h的速度开始制动，以制动平均延迟为0.5s计算，这个延迟时间内客车行驶距离为11 m（不计前轮开始制动后减速），显然不能满足现代高速化大客车的制动需求。

为解决现有气制动系统的问题，在原有气制动系统的基础上设计出电子控制气制动系统。本系统使制动踏板与后轮制动部分无机械连接，而是通过位移传感器、电子控制器、后轮制动驱动装置来实现后轮制动电子控制的连接方式。使后轮制动的响应时间完全取决于电子设备的响应时间，这个时间只有几毫秒，而且这种制动方式可以根据制动踏板的位移量线性控制后轮制动阀的开启度，不仅缩短了后轮的制动时间而且还提高了制动的舒适性。另外，通过在新系统上增加距离传感器和速度传感器，可以实现车辆在紧急情况下的自动制动功能，提高了车辆的安全性。

1 电子控制气制动系统的组成

新型电子控制的大客车气制动系统（如图2）对于现有气制动系统的后轮制动部分做了很多修改，而前轮制动部分基本保持现有气制动方式，只是把现有的双腔串列气制动阀改为单腔气制动阀。新型电子控制的大客车气制动系统包括后轮制动储气筒、后轮单腔气制动阀、制动踏板位置传感器、后轮制动驱动装置位置传感器、电子控制器、后轮制动驱动装置、速度传感器、距离传感器、故障报警灯。其中后轮制动储气筒与后轮单腔气制动阀和后轮制动轮缸联动。

2 电子控制制动系统的工作原理

2.1 电子控制气制动系统主要部件的工作要求

电子控制的大客车气制动系统，其中后轮制动储气筒能够储存一定气量和气压的空气。后轮单腔气制动阀的开启受后轮制动驱动装置位置的控制并把储气筒的气压与制动轮缸导通。制动踏板位置传感器能够检测出制动踏板行程，并把行程转化为信号输送给电子控制器。后轮制动驱动装置位置传感器能够检测出后轮制动驱动装置的推杆行程，并把行程转化为信号输送给电子控制器。客车速度传感器能够检测出车轮转速，并把转速转化为信号输送给电子控制器。距离传感器能够检测出前车或客车前方物体与本车的距离，并把距离转化为信号输送给电子控制器。电子控制器能够根据以上4种信号判断驾驶员的制动意图或者判断出有紧急制动的需要时，输出信号给后轮制动驱动装置。

2.2 电子控制气制动系统工作原理

当电子控制器接受制动踏板位置传感器信号和后轮制动驱动装置推杆位置信号控制后轮制动驱动装置动作进而驱动后轮单腔气制动阀，控制后轮制动储气筒内的高压空气与后轮制动气室的通闭，实现后轮制动的电子控制。如果根据本车速度和与前车距离传感器信号计算出本车处于危险状况（不采取制动就有与前车发生碰撞的危险），而且驾驶员没有采取任何制动措施（踏板位置传感器没有检测到踏板行程的改变），那么电子控制器就直接启动后轮制动驱动装置，实现后轮自动制动。故障报警灯能够在电子控制器检测到系统有故障时闪烁，提醒驾驶员系统出现故障，提高安全性能。

3 制动驱动装置的结构和工作原理

制动驱动装置的作用就是根据电子控制器的控制信号把制动踏板的位移线性转化为后轮制动阀的开度。其主要部件是直线步进电动机。步进电动机的每一步转角固定，而直线步进电动机由普通步进电动机改进而来，把旋转运动通过涡轮蜗杆机构转化直线运动，则步进电动机的每一转角转化为定长的直线运动。电子控制器通过4个控制端子（S1、S2、S3、S4）输出电压脉冲来控制步进电动机转动步数和转动方向（如图3所示）。控制器以输出的电压脉冲数控制电动机的转动步数，以各电压脉冲顺序控制电动机的转向，如果按S1→S2→S3→S4的顺序输出控制脉冲时，电动机转动使制动阀开度增大，如果按S4→S3→S2→S1的顺序输出控制脉冲时，电动机转动使制动阀开度减小。

4 电子控制器的工作流程

电子控制器的工作流程如图4所示，当汽车启动接通电源后，电子控制器、制动踏板位置传感器、后轮制动驱动装置位置传感器、速度传感器距离传感器开始工作，电子控制器接受来自于制动踏板位置传感器、后轮制动驱动装置位置传感器、速度传感器距离传感器的信号。电子控制器首先检查系统是否有故障，如果发现系统有故障，必须控制故障报警灯闪烁。如果没有故障，电子控制器根据速度传感器和距离传感器的信号计算本车是否处在安全距离之内：如果是在安全距离之内，电子控制器根据制动踏板位置传感器的信号判断制动踏板是否动作，如果制动踏板动作了，电子控制器根据制动踏板位置传感器的信号控制后轮制动驱动装置动作，同时电子控制器根据后轮制动驱动装置位置传感器反馈的信号判断后轮制动驱动装置的动作与驾驶员的意图是否一致（与电子控制器输送给后轮制动驱动装置的信号是否一致），如果一致，本循环结束；如果不一致电子控制器根据制动踏板位置传感器、后轮制动驱动装置位置传感器的信号调整后轮制动驱动装置的行程，调整后再次进入判断后轮制动驱动装置的动作与驾驶员的制动意图是否一致这个循环。如果制动踏板没有动作，则本循环结束。如果汽车处在不安全状态，电子控制器判断制动踏板是否动作（驾驶员是否对危险状态作出反应），如果有动作，程序进入到与电子控制器判断汽车处于安全状态下并且制动踏板动作后的循环。如果没有动作，电子控制器控制后轮制动驱动装置直接动作，

实现危险状态下的自动制动。

5 结论

⑴ 采用了电子控制后，后轮制动阀的开启可以保证与制动踏板的移动距离成线性变化，这就保证了驾驶员的制动意图得到充分表现，使制动舒适性得以提高。

⑵ 后轮制动的驱动由原先的气路改为电路，采用电子控制后轮制动阀的开启，使得后轮制动响应时间大大缩短，缩短了制动距离提高了制动效能。这在现代客车高速化的形势下显得尤为重要。

⑶ 系统由于具有紧急情况下自动制动功能，使车辆的安全性能大为提高。

⑷ 电子控制的大客车气制动系统可以拓展到重型货车，尤其是挂车制动系统，当挂车采用了电子后轮制动系统，将大大缩短挂车的制动响应时间，使重型货车的制动效能大大提高。