淺析電子控制制動系統在掛車上的應用 Application and Research of Electronic Control Braking System on Trailer

劉翔宇 LIU Xiang-yu 顧錦祥 GU Jin-xiang 何子燚 HE Zi-yi

摘要： 掛車是物流行業的重要運輸工具，其安全和效率備受關注。制動系統是車輛安全性能的核心部件，安裝電子控制制動系統的掛車具有更好的制動性能。本文以半掛車制動系統為例，詳細闡述了威伯科電子控制制動系統（TEBS）在半掛車上的應用。TEBS提高了舒適性、操縱穩定性和制動安全性，并提升了零部件的集成化，實現了制動系統的全過程監測。

Abstract： Trailer is an important means of transportation in logistics industry， and its safety and efficiency have attracted much attention. The braking system is the core component of vehicle safety performance. The trailer equipped with electronic control braking system has better braking performance. Taking the semi-trailer braking system as an example， this paper expounds in detail the application of wabcoti electronically controlled braking system （tebs） products in the trailer. Tebs improves the comfort， handling stability and braking safety， improves the integration of parts， and realizes the whole process monitoring of the braking system.

關鍵詞： 公路運輸;TEBS;操縱穩定性;制動安全性

Key words： road transportation;TEBS;handling stability;braking safety

中圖分類號：U46? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1674-957X（2021）22-0228-03

0? 引言

掛車作為公路運輸的重要載體，承擔著大量的生產運輸任務，掛車行駛的安全性和舒適性備受關注。隨著汽車技術的更新和進步，制動系統被持續優化，特別是在電子控制和技術集成方面，因此車輛的安全性和舒適性也有了極大提升。

20世紀70年代后期，防抱死制動系統（Antilock Brake System）ABS逐步引入到商用車，其作用是自動控制制動器制動力的大小，使車輪不被抱死，到目前已經成為車輛的標準配置[1]。隨后又推出了電子制動力分配系統（Electric Brakeforce Dis-tribution）EBD，可以自動調節車輛車軸之間的制動力分配比例，提高制動效能[2]。同時電子穩定性控制系統（Electronic Stability Controller）ESC也相繼問世，通過電子控制單元（Electronic Control Unit）ECU控制車輪的驅動力和制動力，確保車輛行駛的側向穩定性[3]。而電子控制制動系統（Electronic Brake System）EBS的出現，通過使用電控制氣的制動系統，并集成多種車輛行駛輔助功能，使得車輛安全性和舒適性都得以大大提高[4]。為了將牽引車和掛車的電子制動控制系統區分開來，通常掛車的EBS被稱為TEBS。

1? TEBS技術特點

1.1 氣壓控制制動系統

掛車無自帶的動力裝置，需要與牽引車連接組成汽車列車行駛，按掛車與牽引汽車的連接方式分為半掛車、全掛車和中置軸掛車三大類。物流運輸常用為半掛車，多應用于長途甩掛運輸，主要優勢在于其單次載貨量大，高速行駛穩定性好，主掛匹配容易[5]。本文以半掛車的制動系統為例進行研究和分析。

當前國內半掛車的制動系統一般采用雙管路氣壓制動，一條為供氣管路，另一條為控制管路。供氣管路和控制管路是牽引車和掛車之間重要的氣源傳輸裝置，牽引車空氣壓縮機產生的壓縮空氣經自身管路系統傳輸至掛車閥。通過管路握手閥的連接，壓縮空氣經供氣管路傳輸到半掛車儲氣筒，經控制管路傳輸到半掛車繼動閥。當半掛汽車列車進行行車制動，觸動牽引車制動踏板或者拉動掛車制動手閥時，控制管路的氣壓將迅速升高，半掛車繼動閥的閥門打開。此時半掛車儲氣筒中壓縮空氣經繼動閥閥門和ABS控制器，進入半掛車的制動氣室，使得制動器開始工作，產生制動力。當松開制動踏板或者制動手閥時，控制管路的氣壓將迅速下降，半掛車繼動閥的閥門關閉，同時繼動閥的排氣閥打開，半掛車制動氣室的壓縮空氣經排氣閥排入外界大氣，制動器在彈簧力的作用下回位，從而制動解除[6]。

1.2 電子控制制動系統

1.2.1 TEBS電磁繼動閥

隨著汽車技術和人們對交通安全要求的不斷提高，EBS應運而生，相比原有的ABS，車輛的運行效率、舒適性及安全性得到了極大的提升。而且GB 7258-2017《機動車安全技術條件》和JT/T 1285—2020《危險貨物道路運輸營運車輛安全技術條件》也明確了EBS的安裝對象，是國內法規對車輛生產企業作出的強制性要求。當前絕大部分國內掛車企業使用的是威伯科EBS系列產品，如圖1所示的是威伯科EBS-E 5版本的內置ECU控制模塊的電磁繼動閥示意圖，是整個電子控制制動系統的核心部件。

TEBS電磁繼動閥是帶有牽引車CAN接口的控制電子裝置，一般由以下部分組成：軸荷壓力傳感器、制動氣室壓力傳感器、監視系統壓力的內部壓力傳感器和監視行駛穩定性的橫向加速傳感器;用于斷電時應急運行的備壓閥和控制制動氣室的電磁閥;用于車輪轉速傳感器的輸入通道和控制車橋的輸出通道。如圖2所示的是EBS電磁繼動閥的電路接口示意圖。如圖3所示的是TEBS電磁繼動閥的氣路接口示意圖，排氣口朝下，分為正前、正后和正右三個方向視圖。

1.2.2 TEBS安裝及管路布置

TEBS適用于空氣懸架、液壓懸架和機械懸架，盤式或者鼓式制動器的O3和O4類單橋或者多橋掛車。當裝有符合ISO 7638電源線（7針24V帶CAN數據線路或者5針24V不帶CAN數據線路）的牽引車與掛車相連，TEBS均可實現功能。TEBS電磁繼動閥在安裝時，車輛必須位于一個水平的路面上（與水平面偏差<1°），需安裝于行走機構中心位置，以確保防側翻功能（RSS）的精確正常的工作。如圖4所示的是半掛車TEBS電磁繼動閥安裝位置示意圖，表1給出的是誤差范圍值。

從整體控制系統布置上來說，相比于氣壓控制制動系統，電子控制制動系統的管路布置并無明顯差異，核心在于電控制氣代替氣控制氣。此處的代替，并不是完全的取代，而是優先，即牽引車的制動電控信號將先于氣控信號傳遞至掛車，制動響應時間會大大提高。如果電控線路出現某處故障，氣控信號仍會通過氣源管路傳輸，只是制動響應時間會相對延后。氣動擴展模塊（PEM）為行車制動系統和空氣懸掛系統提供壓力分配;內置的溢流閥用于優先滿足制動控制系統的空氣供應;內置的過載保護閥以保護制動氣室，防止行車制動和駐車制動同時作用。緊急繼動雙釋放組合閥（PREV）組合了雙釋放閥和緊急繼動閥的功能，減少了系統零件數量，在脫掛的情況下，掛車會自動制動。如圖5所示是裝有TEBS常規式空氣懸架的管路布置示意圖。

當駕駛員踩踏板時，制動信號通過牽引車的CAN線通訊，經與符合ISO 7638電源供應要求的電源線傳輸，傳遞至TEBS電磁繼動閥。TEBS電磁繼動閥識別車輛制動要求，利用壓力傳感器感知車軸的載荷分配情況，通過輪速傳感器獲得輪速信號，ECU處理接收到的信號，然后計算并輸出符合當前狀態最佳的制動氣室壓力值信號。然后根據ECU輸出的信號調控壓縮空氣進入各車軸的制動氣室，產生相應的制動力，使車速下降。

2? TEBS技術優勢

TEBS是可根據載荷進行制動力控制分配（EBD）、自動防抱死制動（ABS）和電子側傾穩定性支持（RSS）的電子控制制動系統。所有裝用TEBS的掛車均需要制動計算，根據制動計算的結果進行參數以及功能設置，如果不進行初始化設置，系統功能無法實現。TEBS具有較短的制動響應時間，可優化分配各車軸的制動力，提升牽引車與掛車之間的制動協調性。TEBS還具備以下功能：

①壓力監視：當掛車中的系統壓力降低到4.5bar以下時，通過警告燈向司機發出警告信號。當系統壓力低于4.5bar時，車輛無法進行行車制動;當供氣管路壓力低于2.5bar時，車輛將通過制動氣室的彈簧制動腔自動進行駐車制動。

②應急管理：TEBS電磁繼動閥的備壓閥在正常運行時將控制壓力和控制管路隔離，當TEBS發生故障時，控制壓力通過控制管路直接到達制動氣室，盡可能的保證ABS功能。若駕駛員給出的制動要求超過了儲氣筒壓力的90%，此時TEBS認為是緊急制動，會進行全力制動，提供最大的制動力。

③實時調控：根據制動需求，通過計算和自動補償車輛的制動力，進而最小化主掛車之間的耦合力。同時感知車輛載荷的變化，調節空氣懸架氣囊的氣量，從而降低或升高底盤間隙。若帶有提升橋，可自動控制提升橋提起或放下，以增加車身的穩定性以及復雜路況的通過性。

3? 結束語

TEBS可擴展多種智能系統功能，如遠程信息處理系統、防盜系統等，可以優化掛車物流業務流程。掛車作為交通運輸物流行業的主力軍，其發展前景廣闊，智能化必將是一個主流趨勢。隨著行業標準化、信息化及集約化發展，基于TEBS在掛車上的應用，智能化掛車已不再遙遠，將更好地為公路物流運輸作出貢獻。

參考文獻：

[1]田敏，劉革，董兆晨.基于MATLAB的汽車ABS安全仿真研究[J].汽車實用技術，46（5）：3.

[2]陳燕，貝紹軼，汪偉，等.基于EMB與EBD的電動汽車制動能量回收系統研究[J].現代制造工程，2016（12）.

[3]孫勇，郭魁元，許志光.商用車電子穩定性控制系統測試評價方法研究[J].汽車技術，2018（04）：56-61.

[4]劉亞歐，魏仲文，陶仕佳.EBS在商用車上的應用及性能研究[J].重型汽車，2020（01）：29-30.

[5]王郭俊.雙半掛汽車列車橫向動力學仿真及模擬試驗的研究[D].吉林大學，2019.

[6]顧錦祥，韓非，陳小強.繼動閥對掛車制動響應時間的影響分析[J].專用汽車，2018（004）：84-86，90.