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汽車制動(dòng)系電控系統(tǒng)開發(fā)配套技術(shù)及關(guān)鍵設(shè)備

1 項(xiàng)目介紹近年來，汽車電子化程度的高低已成為衡量汽車綜合性能和現(xiàn)代化技術(shù)水平的重要標(biāo)志。自上世紀(jì) 80 年代以來，制動(dòng)系統(tǒng)電控水平不斷提高，出現(xiàn)了以 ABS、 EBD、 ESP 為代表的若干主動(dòng)安全電子控制系統(tǒng)，廣泛裝配在各種類型的道路車輛上。這些電子系統(tǒng)最重要的特征是：技術(shù)附加值高性能評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)苛刻可靠性要求嚴(yán)格以往由于開發(fā)過程具有較高的資金和技術(shù)門檻，此類產(chǎn)品的市場(chǎng)僅由少數(shù)幾家歐美大型零部件商分割占據(jù)。在中國(guó)汽車工業(yè)飛速發(fā)展的今天，已有多家本土零部件廠商涉足這一巨大市場(chǎng)，推出了初期產(chǎn)品，獲得了少量市場(chǎng)份額，但面臨技術(shù)門檻、性能瓶頸和資金壓力，遲遲不能取得有效突破。目前商用車氣壓制動(dòng)領(lǐng)域及乘用車液壓制動(dòng)領(lǐng)域均面臨著普通 ABS 產(chǎn)品全面普及， ESP 等高端產(chǎn)品利潤(rùn)豐厚的良好市場(chǎng)態(tài)勢(shì)，把握技術(shù)機(jī)遇、提升產(chǎn)品市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力要從以下兩方面入手：（ 1）降低開發(fā)成本：縮短樣機(jī)研發(fā)時(shí)間，爭(zhēng)取市場(chǎng)主動(dòng)權(quán)；降低測(cè)試（包括室內(nèi)及道路實(shí)驗(yàn)）費(fèi)用，節(jié)約直接開銷。（ 2）提高產(chǎn)品品質(zhì)：保證產(chǎn)品在復(fù)雜行車狀態(tài)下的控制性能，及實(shí)車環(huán)境條件下的電氣性能及電磁兼容性能。清華大學(xué)追蹤汽車電子行業(yè)技術(shù)發(fā)展最新趨勢(shì)，總結(jié)形成了一整套能夠支撐 ABS、 ESP 等復(fù)雜電控單元（ ECU）開發(fā)的配套技術(shù)，涵蓋產(chǎn)品開發(fā)——室內(nèi)測(cè)試——道路匹配的各個(gè)階段，尤其是硬件在環(huán)仿真（ Hardware-In-Loop Simulation——HIL 仿真）測(cè)試及 EMC 電磁兼容性測(cè)試兩個(gè)關(guān)鍵技術(shù)領(lǐng)域取得了階段性成果，有效縮短了產(chǎn)品開發(fā)周期并極大節(jié)省了測(cè)試費(fèi)用。HIL 仿真測(cè)試技術(shù)： HIL 仿真測(cè)試是一種將全套 ECU+執(zhí)行器硬件植入軟件環(huán)境，通過軟硬件協(xié)同工作實(shí)現(xiàn)運(yùn)行工況逼真模擬的工程應(yīng)用技術(shù)，被 Bosch 等著名廠商廣泛采用，是業(yè)內(nèi)公認(rèn)的提高開發(fā)效率，降低開發(fā)費(fèi)用的有效途徑。我處開發(fā)的 HIL 測(cè)試設(shè)備可實(shí)現(xiàn)如下功能：（ 1）測(cè)量制動(dòng)系部件性能，指導(dǎo) ECU 控制原理開發(fā)；（ 2）構(gòu)建室內(nèi)車輛運(yùn)行模擬環(huán)境，銜接道路測(cè)試；（ 3）構(gòu)建標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試工況，實(shí)現(xiàn)同類產(chǎn)品同等條件橫向?qū)Ρ龋?（ 4）安全模擬極限道路運(yùn)行工況，確定道路實(shí)驗(yàn)安全邊界；（ 5）安全模擬部件故障運(yùn)行模式，評(píng)估部件失效對(duì)行駛安全的風(fēng)險(xiǎn)。實(shí)際運(yùn)用中， HIL 設(shè)備實(shí)現(xiàn)了 ECU 控制邏輯實(shí)現(xiàn)——室內(nèi) HIL 測(cè)試——道路定型三階段的順利銜接，大量 ECU 控制功能的驗(yàn)證及深入改進(jìn)可在室內(nèi)完成，不斷豐富的仿真運(yùn)行工況還有效的降低了產(chǎn)品開發(fā)對(duì)于道路試驗(yàn)的依賴，縮短了控制功能改進(jìn)周期，降低了路試強(qiáng)度，控制了技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)和成本膨脹。EMC 電磁兼容性測(cè)試技術(shù)： ECU 等電子部件在實(shí)車環(huán)境下的可靠性是產(chǎn)品品質(zhì)的重要體現(xiàn)。制動(dòng)相關(guān)電子產(chǎn)品在外界干擾下的故障運(yùn)行將帶來極嚴(yán)重的安全隱患。我處除有能力按照 ISO16750《道路車輛電氣及電子設(shè)備的環(huán)境條件和試驗(yàn)》等標(biāo)準(zhǔn)完成產(chǎn)品可靠性的一般性檢驗(yàn)，還在汽車電子的電磁兼容性方向開展了著重以下兩方面工作：（ 1） ISO7637-2： 2004《道路車輛由傳導(dǎo)和耦合引起的電騷擾》標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試環(huán)境建設(shè)引進(jìn)瑞士 EM Test 公司 LD200、 UCS200、 VDS200 等測(cè)試設(shè)備，構(gòu)建完成了能夠進(jìn)行較全面的車輛零部件 EMC 瞬態(tài)傳導(dǎo)試驗(yàn)的正規(guī)化電子實(shí)驗(yàn)室，能夠有效的模擬通過線纜傳遞的干擾甚至破環(huán)信號(hào)，是控制器 ECU 電氣可靠性品質(zhì)的有效保證手段。（ 2）特殊功能電路的專業(yè)化測(cè)試針對(duì)電控制動(dòng)系統(tǒng)的專門應(yīng)用，對(duì)輪速調(diào)理、電磁閥智能驅(qū)動(dòng)、電機(jī)控制單元等特定功能電路進(jìn)行了針對(duì)性研究，提出了縮減成本、提升性能的若干備選技術(shù)方案。現(xiàn)有大型設(shè)備：經(jīng)過多年實(shí)際使用及改進(jìn)，已有能力設(shè)計(jì)制造適合多種車輛類型（客車、半掛列車、輕型乘用車等）、多種電控系統(tǒng)（氣制動(dòng)及液壓制動(dòng) ABS、 ESP 等）的 HIL 仿真測(cè)試系統(tǒng)，運(yùn)行中設(shè)備包括：（ 1）商用車氣壓制動(dòng)仿真測(cè)試系統(tǒng) 最大支持三軸商用車（可變形適合 6×6、 6×4、 6×2、 4×2 等配置）氣制動(dòng)系統(tǒng)的 ABS、 ASR、EBS 等控制器開發(fā)。（ 2）乘用車液壓制動(dòng)仿真測(cè)試系統(tǒng) 支持中小型乘用車液壓制動(dòng)系統(tǒng) ABS/EBD(4S/4M 或 4S/3M)、 TCS、 ESP 等控制器開發(fā)。2 應(yīng)用說明經(jīng)過多年校企合作，在前述各種配套技術(shù)支持下，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了多款控制器 ECU 的開發(fā)并已向市場(chǎng)推廣，除在研產(chǎn)品外，主要的產(chǎn)業(yè)化成果如下：商用車氣制動(dòng) 4S/4M ABS 控制系統(tǒng)商用車氣制動(dòng) ABS/ASR 控制系統(tǒng)掛車/半掛車氣制動(dòng) 2S/2M ABS 控制系統(tǒng)乘用車液壓制動(dòng) 4S/4M、 4S/3M ABS 控制系統(tǒng)

清華大學(xué) 2021-04-13

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