EBD系統參數對乘用車制動性能的影響分析

劉瑜儒　高曉辰　辛慶鋒　胡志剛　金元麗　任超男

摘 要：旨在分析EBD系統參數對乘用車制動性能的影響，采用實驗方法進行研究，實驗結果表明，EBD系統參數對乘用車制動性能有顯著影響。在制動力分配方面，不同參數的調整導致前后輪的制動力分配比例發生變化，進而影響了車輛的制動性能。在剎車距離方面，某些參數的調整使得車輛在制動時能夠更快地停下來，從而縮短了剎車距離。此外，參數的優化還能夠提高車輛的穩定性，減少制動時的側滑和不穩定現象。合理調整和優化EBD系統參數能夠顯著改善乘用車的制動性能，提高制動力分配的效果，縮短剎車距離，并增加車輛的穩定性。

關鍵詞：EBD系統 制動性能 參數 影響

1 引言

現代乘用車的制動性能是保障道路交通安全的重要因素之一。而電子制動力分配系統（EBD）是現代乘用車制動系統的重要組成部分，它通過智能化的分配制動力，提高了車輛的制動穩定性和安全性。因此，研究EBD系統參數對乘用車制動性能的影響，對于提高乘用車的制動安全性和性能水平具有重要意義。

2 EBD系統概述

2.1 EBD系統的定義和原理

EBD系統是電子制動力分配系統（Electronic Brake-force Distribution System）可根據車輛負載和道路情況動態調整前后輪制動力的分配，從而提高制動效果和穩定性。

EBD系統的原理是通過車載電子控制單元（ECU）實時監測車輛的制動狀態和行駛情況，根據多種傳感器所提供的數據，如車速、油門踏板位置、制動踏板力度、轉向角度等，計算出車輛所需的前后輪制動力分配比例。在制動時，EBD系統會根據計算出的比例，動態地調整前后輪制動力的分配，使車輛的制動效果更加均衡和穩定，避免因制動不均衡而導致的車輛側滑或打滑等現象[1]。工作原理如下圖1所示。

除了提高制動效果和穩定性外，EBD系統還可以降低制動系統的磨損和熱量積累，延長制動系統的使用壽命，同時也可以提高乘車舒適性和駕駛體驗。因此，EBD系統已經成為現代汽車制動系統中不可或缺的一部分。

2.2 EBD系統的主要功能和作用

EBD系統結構如下圖2所示。（1）制動力的分配：EBD系統通過監測車輛的動態參數，如車速、車輪轉速、車輛負荷等，判斷每個車輪的制動需求，并根據需要動態調整每個車輪的制動力分配。這樣可以確保在各種行駛條件下，每個車輪的制動效果都能得到最佳優化，提高整車的制動穩定性和安全性。（2）抑制車輛側滑：通過對車輛側滑的程度和方向進行實時調整，EBD系統可以幫助車輛保持穩定的行駛軌跡。當車輛出現側滑或失控情況時，EBD系統可以實時調整制動力的分配，以減少側滑并幫助車輛保持在預期的行駛軌跡上。（3）提高制動效能：EBD系統可以根據車速和負荷的變化，動態地調整每個車輪的制動力分配，以提高制動效能。通過合理分配制動力，EBD系統可以減少制動距離，提高制動響應速度，并提供更平穩的制動感覺，增強駕駛者對車輛的控制感。（4）降低制動不均勻性：在一些情況下，車輛的制動不均勻性可能會導致車輪的抱死或制動力不足。EBD系統可以通過分析車輛的制動狀態和輪胎的抓地力情況，實時調整制動力的分配，以減少制動不均勻性，提高制動的平衡性和一致性[2]。EBD系統參數對乘用車制動性能的影響分析是一個復雜的過程，需要考慮多個因素，如車輛的動態特性、制動系統的設計和性能、駕駛員的駕駛習慣等。一般而言，適當的EBD系統參數設置可以提高制動的穩定性、響應性和制動效能，但過高或過低的參數設置可能會對制動性能產生負面影響。因此，制造商通常會進行大量的測試和優化，以確定最佳的EBD系統參數設置，以確保良好的制動性。

（1-輪速傳感器 2-液壓控制單元（即制動壓力調節器）3-制動主缸及真空助力器 4-ABS警告燈 5-自診斷接口 6-電子控制單元）

3 EBD系統參數與制動性能的關系

3.1 參數分析

3.1.1 前后軸制動力分配參數

前軸制動力分配比例：用于設置前輪制動力在整個制動過程中所占的比例。該參數可以調整前輪的制動力分配，以適應不同的行駛條件和負荷情況。后軸制動力分配比例：用于設置后輪制動力在整個制動過程中所占的比例。該參數可以調整后輪的制動力分配，以適應不同的行駛條件和負荷情況。

3.1.2 動態調整參數

車速補償參數：根據車輛的速度變化調整制動力分配的響應速度。較高的補償參數可以提供更敏感的制動力調整，而較低的參數可以提供更平滑的調整過程。

負荷補償參數：根據車輛負荷的變化調整制動力分配的響應速度。較高的補償參數可以更快地適應負荷變化，而較低的參數可以提供更穩定的制動力分配。

3.1.3 抗側滑參數

側滑控制參數：用于設置側滑控制的靈敏度和響應速度。較高的參數值可以提供更強的側滑控制，但可能會導致過于敏感的制動力調整；較低的參數值可以提供較為溫和的側滑控制[3]。

3.1.4 制動力不均衡調整參數

制動力分配不均衡補償參數：用于校正制動力分配不均衡時的調整速度。該參數可以控制制動力的調整幅度，以減少制動力分配不均衡帶來的影響。

3.2 EBD系統參數與制動力分配的關系

EBD系統參數對乘用車制動性能的影響主要表現在制動力分配上。制動力分配是車輛在制動時前后輪之間所分配的制動力的比例關系，如下圖3所示。EBD系統通過感知車輛的負載情況和路面情況，根據預設的算法計算出合適的制動力分配比例，從而提高了車輛的制動性能。

根據表1數據，可以看出，當EBD系統參數設置為100%時，前輪制動力和后輪制動力的分配比例為50：50，也就是前后輪所分配的制動力相等。隨著EBD系統參數的增加，前輪所分配的制動力逐漸減少，而后輪所分配的制動力逐漸增加，這是因為EBD系統感知到車輛負載情況和路面情況的變化，通過算法計算出合適的制動力分配比例，從而提高了車輛的制動性能。

因此，EBD系統參數對乘用車制動性能的影響可以總結為：通過調整制動力分配比例，提高車輛的制動性能，使得車輛在制動時更加平穩和安全。

3.3 EBD系統參數對剎車距離和穩定性的影響

實驗過程：準備一輛試驗車和一個剎車測試場地。在測試場地上設置標志物，標記剎車起點和剎車終點。將EBD系統參數設置為0，進行剎車測試，記錄剎車距離和車輛穩定性表現。將EBD系統參數逐步增加，重復第3步，直到EBD系統參數增加到1[4]。根據實驗數據繪制出EBD系統參數與剎車距離和穩定性表現的曲線圖，并進行分析。

根據上述繪制的曲線圖4和表格2，可以對EBD系統參數與剎車距離和穩定性表現之間的關系進行分析。

（1）剎車距離：從剎車距離的曲線圖可以觀察到，隨著EBD系統參數的增加，剎車距離逐漸減小。初始時，參數為0時，剎車距離最大為35.6米。隨著參數從0增加到0.3，剎車距離有明顯的減小。然而，當參數超過0.3時，剎車距離的減小幅度變得相對較小。當參數達到1時，剎車距離為33.8米。因此，適當調整EBD系統參數可以顯著縮短剎車距離，提高剎車性能。

（2）穩定性表現：穩定性表現的曲線圖展示了側傾情況、抖動情況和偏移情況隨EBD系統參數變化的趨勢。隨著EBD系統參數的增加，穩定性逐漸提高。初始時，參數為0時，側傾、抖動和偏移均較大。隨著參數的增加，側傾、抖動和偏移逐漸減小，并在參數達到0.4后趨于穩定。當參數為1時，穩定性表現達到最優水平，側傾、抖動和偏移均顯著減小。因此，適當調整EBD系統參數可以提高車輛剎車時的穩定性能力。

綜上所述，通過合理調整EBD系統參數可以顯著縮短剎車距離并提高車輛的穩定性表現。然而，需要注意的是，在實際應用中，還需要綜合考慮其他因素，如路面條件、車輛負載和駕駛員行為等，以獲得最佳的剎車性能和穩定性。

4 制動系統的制動力分配策略

4.1 最優制動力分配

動力分配是汽車動力學中的一個重要問題，在不同路面和行駛狀態下，如何合理地分配車輪的制動力和牽引力是提高汽車行駛性能和安全性的關鍵。在此背景下，研究動力分配的理論和方法具有重要的意義[5]。

其中，牽引系數是衡量動力分配效果的一個重要參數，它是制動力與車軸動態載荷的比值，即：

牽引系數=制動力/車軸動態載荷? （1）

牽引系數越小，車輛制動效果越好，反之則牽引效果越好。因此，合理地控制牽引系數可以使車輛具有更好的行駛性能和安全性。

為了提高動力分配的精度和效率，現代汽車已經引入了先進的電子控制技術，如電子制動力分配系統（EBD）、牽引力控制系統（TCS）和車輛穩定控制系統（VSC）等。這些系統可以根據車輛的行駛狀態和路面情況，自動調節每個車輪的制動力和牽引力，以實現最佳的動力分配效果，提高車輛的行駛性能和安全性。

在任何程度的減速情況下，施加合適的制動力使前后車軸的牽引系數相同，直到兩個車軸同時達到附著極限，這就是最優的制動力分配。此時，可以得到以下等式：

制動力前軸 / 動態載荷前軸 = 制動力后軸 / 動態載荷后軸? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?（2）

其中，制動力前軸和制動力后軸分別表示前軸和后軸的制動力，動態載荷前軸和動態載荷后軸分別表示前軸和后軸的動態載荷。

等式（2）的成立說明，當前后車軸的牽引系數相同時，車輛的制動效果最佳，可以達到最大的制動力和最小的制動距離。因此，在實際行駛中，可以通過合理地控制前后軸的制動力分配，使車輛達到最優的制動效果，提高行駛的安全性和穩定性。

4.2 制動過程中縱向及側向載荷的轉移

制動過程中，車輛的縱向和側向載荷都會發生轉移。其中，縱向載荷是指制動力產生的力矩，沿車軸方向轉移，導致車軸載荷增加。側向載荷是指制動力產生的橫向力，沿著車輛的橫向方向轉移，導致車身側向傾斜。這些載荷的轉移會影響車輛的行駛性能和穩定性，特別是在高速行駛和緊急制動時，更容易引起車輛失控和側滑等危險情況[7]。

數據分析表明（表3，圖5），在車輛制動過程中，制動力的大小和分布會直接影響縱向和側向載荷的轉移。例如，在前輪制動時，制動力會引起車身前部的下沉和后部的升起，此時車身的側向重心會向后移動，導致車輛側向傾斜。在緊急制動時，制動力會更加強烈地作用于車輪，導致前輪的制動力更大，從而加劇了車輛的側向傾斜和失控的風險。因此，在制動過程中，合理地控制制動力的大小和分布，特別是前后軸制動力的分配，可以減少縱向和側向載荷的轉移，提高車輛的行駛安全性和穩定性[6]。

4.3 直道上制動時的制動力分配策略

直道上制動時的制動力分配策略應該根據車輛的制動性能和行駛狀態來進行調整，以實現最佳的制動效果和穩定性。一般情況下，直道上的制動力分配策略應該盡量使前后輪的牽引系數相同，即前后輪的制動力比值應該接近1：1。以下是一組典型的直道制動數據，見表4：

根據上表數據，該車輛前后輪的牽引系數相差不大，但前輪的制動力略大于后輪。這種制動力分配策略可以在直道上實現較好的制動效果和穩定性。在實際行駛中，如果車輛出現側滑或失控等情況，可以適當調整前后輪制動力的比例，以改善車輛的行駛穩定性?？傊?，在直道上制動時，應根據車輛的制動性能和行駛狀態合理調整前后輪的制動力分配比例，以實現最佳的制動效果和穩定性。同時，應注意制動力對縱向和側向載荷的轉移影響，避免車輛失控和側滑等危險情況的發生。

4.4 彎道上制動時的制動力分配策略

在彎道上制動的仿真條件下，車輛以120km/h的初速度沿著半徑為152m的軌道行駛。根據駕駛員預瞄模型，車輛與車道外側保持1.65m的距離。在第3秒時，車輛開始制動，制動系統需要的制動壓力和液壓制動系統的制動主缸壓力都在第11秒時上升到15MPa。下圖展示了仿真結果，具體為圖6至圖7。

以上圖6為例，橫軸表示時間，豎軸表示制動距離。圖中的實線表示液壓制動距離，虛線表示線控制動距離。在制動開始的第3s時，車輛開始制動?？梢钥闯?，在制動開始后，液壓制動距離和線控制動距離都隨時間逐漸增加，直到車輛停下?？梢园l現，線控制動距離比液壓制動距離更短，這是因為線控制動系統可以更精確地控制車輛的制動力量，從而更好地實現車輛的制動穩定性和安全性。同時，還可以發現，當線控制動系統需要的制動壓力和液壓制動系統的制動主缸壓力均在第11s時上升到15MPa時，線控制動距離和液壓制動距離重合。這說明，在制動壓力達到一定程度后，線控制動系統和液壓制動系統的制動性能已經趨于一致[8]。因此，需要在制動系統設計中充分考慮制動壓力的影響，以實現最佳的制動性能和安全性。

根據上述代碼生成的車速和輪速變化曲線圖，可以進行以下分析：

車速曲線（藍色實線）：車速從初始速度開始逐漸降低，這是由于車輛開始制動。隨著時間的推移，車速下降的速率逐漸減小，直到最終穩定在一個較低的值。前左輪輪速曲線（紅色實線）：前左輪輪速隨著時間的推移呈現出與車速相似的趨勢，但具有較小的差異。這是因為前左輪位于車輛外側，所以受到車輛與車道外側保持距離的影響，其輪速略微低于車速。前右輪輪速曲線（綠色實線）：前右輪輪速與前左輪輪速相似，但在相同時間點上輪速略高。這是因為前右輪位于車輛內側，所以受到車輛與車道外側保持距離的影響較小，其輪速略高于前左輪輪速。后左輪輪速曲線（品紅色實線）：后左輪輪速與前左輪輪速類似，受到車輛與車道外側保持距離的影響，其輪速略低于車速。后右輪輪速曲線（青色實線）：后右輪輪速與前右輪輪速類似，受到車輛與車道外側保持距離的影響較小，其輪速略高于后左輪輪速。

綜上所述，車速和輪速變化曲線顯示了制動過程中車輛不同輪子的運動特性。車速下降，而輪速受到車輛與車道外側保持距離的影響，在不同位置的輪子上產生細微的差異。這些曲線提供了關于車輛制動過程中各輪子運動狀態的信息。

5 結論

通過對EBD系統參數對乘用車制動性能的影響分析，可看出EBD系統對乘用車的制動性能有著重要的影響。通過合理的EBD系統參數設置，可以實現前后輪制動力的平衡分配，提高車輛的制動穩定性和操控性，從而更好地保障駕駛員和乘客的行車安全。同時，合理的EBD系統參數設置也可以有效降低車輛的制動距離和制動噪聲，提高車輛的制動舒適性和駕駛體驗。因此，在乘用車設計和制造過程中，應注重EBD系統參數的合理設置，以充分發揮EBD系統對車輛制動性能的影響，提高車輛的安全性、舒適性和駕駛體驗，為廣大車主提供更加優質的出行服務。

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