EBD系统参数对乘用车制动性能的影响分析

刘瑜儒　高晓辰　辛庆锋　胡志刚　金元丽　任超男

摘 要：旨在分析EBD系统参数对乘用车制动性能的影响，采用实验方法进行研究，实验结果表明，EBD系统参数对乘用车制动性能有显著影响。在制动力分配方面，不同参数的调整导致前后轮的制动力分配比例发生变化，进而影响了车辆的制动性能。在刹车距离方面，某些参数的调整使得车辆在制动时能够更快地停下来，从而缩短了刹车距离。此外，参数的优化还能够提高车辆的稳定性，减少制动时的侧滑和不稳定现象。合理调整和优化EBD系统参数能够显著改善乘用车的制动性能，提高制动力分配的效果，缩短刹车距离，并增加车辆的稳定性。

关键词：EBD系统 制动性能 参数 影响

1 引言

现代乘用车的制动性能是保障道路交通安全的重要因素之一。而电子制动力分配系统（EBD）是现代乘用车制动系统的重要组成部分，它通过智能化的分配制动力，提高了车辆的制动稳定性和安全性。因此，研究EBD系统参数对乘用车制动性能的影响，对于提高乘用车的制动安全性和性能水平具有重要意义。

2 EBD系统概述

2.1 EBD系统的定义和原理

EBD系统是电子制动力分配系统（Electronic Brake-force Distribution System）可根据车辆负载和道路情况动态调整前后轮制动力的分配，从而提高制动效果和稳定性。

EBD系统的原理是通过车载电子控制单元（ECU）实时监测车辆的制动状态和行驶情况，根据多种传感器所提供的数据，如车速、油门踏板位置、制动踏板力度、转向角度等，计算出车辆所需的前后轮制动力分配比例。在制动时，EBD系统会根据计算出的比例，动态地调整前后轮制动力的分配，使车辆的制动效果更加均衡和稳定，避免因制动不均衡而导致的车辆侧滑或打滑等现象[1]。工作原理如下图1所示。

除了提高制动效果和稳定性外，EBD系统还可以降低制动系统的磨损和热量积累，延长制动系统的使用寿命，同时也可以提高乘车舒适性和驾驶体验。因此，EBD系统已经成为现代汽车制动系统中不可或缺的一部分。

2.2 EBD系统的主要功能和作用

EBD系统结构如下图2所示。（1）制动力的分配：EBD系统通过监测车辆的动态参数，如车速、车轮转速、车辆负荷等，判断每个车轮的制动需求，并根据需要动态调整每个车轮的制动力分配。这样可以确保在各种行驶条件下，每个车轮的制动效果都能得到最佳优化，提高整车的制动稳定性和安全性。（2）抑制车辆侧滑：通过对车辆侧滑的程度和方向进行实时调整，EBD系统可以帮助车辆保持稳定的行驶轨迹。当车辆出现侧滑或失控情况时，EBD系统可以实时调整制动力的分配，以减少侧滑并帮助车辆保持在预期的行驶轨迹上。（3）提高制動效能：EBD系统可以根据车速和负荷的变化，动态地调整每个车轮的制动力分配，以提高制动效能。通过合理分配制动力，EBD系统可以减少制动距离，提高制动响应速度，并提供更平稳的制动感觉，增强驾驶者对车辆的控制感。（4）降低制动不均匀性：在一些情况下，车辆的制动不均匀性可能会导致车轮的抱死或制动力不足。EBD系统可以通过分析车辆的制动状态和轮胎的抓地力情况，实时调整制动力的分配，以减少制动不均匀性，提高制动的平衡性和一致性[2]。EBD系统参数对乘用车制动性能的影响分析是一个复杂的过程，需要考虑多个因素，如车辆的动态特性、制动系统的设计和性能、驾驶员的驾驶习惯等。一般而言，适当的EBD系统参数设置可以提高制动的稳定性、响应性和制动效能，但过高或过低的参数设置可能会对制动性能产生负面影响。因此，制造商通常会进行大量的测试和优化，以确定最佳的EBD系统参数设置，以确保良好的制动性。

（1-轮速传感器 2-液压控制单元（即制动压力调节器）3-制动主缸及真空助力器 4-ABS警告灯 5-自诊断接口 6-电子控制单元）

3 EBD系统参数与制动性能的关系

3.1 参数分析

3.1.1 前后轴制动力分配参数

前轴制动力分配比例：用于设置前轮制动力在整个制动过程中所占的比例。该参数可以调整前轮的制动力分配，以适应不同的行驶条件和负荷情况。后轴制动力分配比例：用于设置后轮制动力在整个制动过程中所占的比例。该参数可以调整后轮的制动力分配，以适应不同的行驶条件和负荷情况。

3.1.2 动态调整参数

车速补偿参数：根据车辆的速度变化调整制动力分配的响应速度。较高的补偿参数可以提供更敏感的制动力调整，而较低的参数可以提供更平滑的调整过程。

负荷补偿参数：根据车辆负荷的变化调整制动力分配的响应速度。较高的补偿参数可以更快地适应负荷变化，而较低的参数可以提供更稳定的制动力分配。

3.1.3 抗侧滑参数

侧滑控制参数：用于设置侧滑控制的灵敏度和响应速度。较高的参数值可以提供更强的侧滑控制，但可能会导致过于敏感的制动力调整；较低的参数值可以提供较为温和的侧滑控制[3]。

3.1.4 制动力不均衡调整参数

制动力分配不均衡补偿参数：用于校正制动力分配不均衡时的调整速度。该参数可以控制制动力的调整幅度，以减少制动力分配不均衡带来的影响。

3.2 EBD系统参数与制动力分配的关系

EBD系统参数对乘用车制动性能的影响主要表现在制动力分配上。制动力分配是车辆在制动时前后轮之间所分配的制动力的比例关系，如下图3所示。EBD系统通过感知车辆的负载情况和路面情况，根据预设的算法计算出合适的制动力分配比例，从而提高了车辆的制动性能。

根据表1数据，可以看出，当EBD系统参数设置为100%时，前轮制动力和后轮制动力的分配比例为50：50，也就是前后轮所分配的制动力相等。随着EBD系统参数的增加，前轮所分配的制动力逐渐减少，而后轮所分配的制动力逐渐增加，这是因为EBD系统感知到车辆负载情况和路面情况的变化，通过算法计算出合适的制动力分配比例，从而提高了车辆的制动性能。

因此，EBD系统参数对乘用车制动性能的影响可以总结为：通过调整制动力分配比例，提高车辆的制动性能，使得车辆在制动时更加平稳和安全。

3.3 EBD系统参数对刹车距离和稳定性的影响

实验过程：准备一辆试验车和一个刹车测试场地。在测试场地上设置标志物，标记刹车起点和刹车终点。将EBD系统参数设置为0，进行刹车测试，记录刹车距离和车辆稳定性表现。将EBD系统参数逐步增加，重复第3步，直到EBD系统参数增加到1[4]。根据实验数据绘制出EBD系统参数与刹车距离和稳定性表现的曲线图，并进行分析。

根据上述绘制的曲线图4和表格2，可以对EBD系统参数与刹车距离和稳定性表现之间的关系进行分析。

（1）刹车距离：从刹车距离的曲线图可以观察到，随着EBD系统参数的增加，刹车距离逐渐减小。初始时，参数为0时，刹车距离最大为35.6米。随着参数从0增加到0.3，刹车距离有明显的减小。然而，当参数超过0.3时，刹车距离的减小幅度变得相对较小。当参数达到1时，刹车距离为33.8米。因此，适当调整EBD系统参数可以显著缩短刹车距离，提高刹车性能。

（2）稳定性表现：稳定性表现的曲线图展示了侧倾情况、抖动情况和偏移情况随EBD系统参数变化的趋势。随着EBD系统参数的增加，稳定性逐渐提高。初始时，参数为0时，侧倾、抖动和偏移均较大。随着参数的增加，侧倾、抖动和偏移逐渐减小，并在参数达到0.4后趋于稳定。当参数为1时，稳定性表现达到最优水平，侧倾、抖动和偏移均显著减小。因此，适当调整EBD系统参数可以提高车辆刹车时的稳定性能力。

综上所述，通过合理调整EBD系统参数可以显著缩短刹车距离并提高车辆的稳定性表现。然而，需要注意的是，在实际应用中，还需要综合考虑其他因素，如路面条件、车辆负载和驾驶员行为等，以获得最佳的刹车性能和稳定性。

4 制动系统的制动力分配策略

4.1 最优制动力分配

动力分配是汽车动力学中的一个重要问题，在不同路面和行驶状态下，如何合理地分配车轮的制动力和牵引力是提高汽车行驶性能和安全性的关键。在此背景下，研究动力分配的理论和方法具有重要的意义[5]。

其中，牵引系数是衡量动力分配效果的一个重要参数，它是制动力与车轴动态载荷的比值，即：

牵引系数=制动力/车轴动态载荷  （1）

牵引系数越小，车辆制动效果越好，反之则牵引效果越好。因此，合理地控制牵引系数可以使车辆具有更好的行驶性能和安全性。

为了提高动力分配的精度和效率，現代汽车已经引入了先进的电子控制技术，如电子制动力分配系统（EBD）、牵引力控制系统（TCS）和车辆稳定控制系统（VSC）等。这些系统可以根据车辆的行驶状态和路面情况，自动调节每个车轮的制动力和牵引力，以实现最佳的动力分配效果，提高车辆的行驶性能和安全性。

在任何程度的减速情况下，施加合适的制动力使前后车轴的牵引系数相同，直到两个车轴同时达到附着极限，这就是最优的制动力分配。此时，可以得到以下等式：

制动力前轴 / 动态载荷前轴 = 制动力后轴 / 动态载荷后轴                           （2）

其中，制动力前轴和制动力后轴分别表示前轴和后轴的制动力，动态载荷前轴和动态载荷后轴分别表示前轴和后轴的动态载荷。

等式（2）的成立说明，当前后车轴的牵引系数相同时，车辆的制动效果最佳，可以达到最大的制动力和最小的制动距离。因此，在实际行驶中，可以通过合理地控制前后轴的制动力分配，使车辆达到最优的制动效果，提高行驶的安全性和稳定性。

4.2 制动过程中纵向及侧向载荷的转移

制动过程中，车辆的纵向和侧向载荷都会发生转移。其中，纵向载荷是指制动力产生的力矩，沿车轴方向转移，导致车轴载荷增加。侧向载荷是指制动力产生的横向力，沿着车辆的横向方向转移，导致车身侧向倾斜。这些载荷的转移会影响车辆的行驶性能和稳定性，特别是在高速行驶和紧急制动时，更容易引起车辆失控和侧滑等危险情况[7]。

数据分析表明（表3，图5），在车辆制动过程中，制动力的大小和分布会直接影响纵向和侧向载荷的转移。例如，在前轮制动时，制动力会引起车身前部的下沉和后部的升起，此时车身的侧向重心会向后移动，导致车辆侧向倾斜。在紧急制动时，制动力会更加强烈地作用于车轮，导致前轮的制动力更大，从而加剧了车辆的侧向倾斜和失控的风险。因此，在制动过程中，合理地控制制动力的大小和分布，特别是前后轴制动力的分配，可以减少纵向和侧向载荷的转移，提高车辆的行驶安全性和稳定性[6]。

4.3 直道上制动时的制动力分配策略

直道上制动时的制动力分配策略应该根据车辆的制动性能和行驶状态来进行调整，以实现最佳的制动效果和稳定性。一般情况下，直道上的制动力分配策略应该尽量使前后轮的牵引系数相同，即前后轮的制动力比值应该接近1：1。以下是一组典型的直道制动数据，见表4：

根据上表数据，该车辆前后轮的牵引系数相差不大，但前轮的制动力略大于后轮。这种制动力分配策略可以在直道上实现较好的制动效果和稳定性。在实际行驶中，如果车辆出现侧滑或失控等情况，可以适当调整前后轮制动力的比例，以改善车辆的行驶稳定性。总之，在直道上制动时，应根据车辆的制动性能和行驶状态合理调整前后轮的制动力分配比例，以实现最佳的制动效果和稳定性。同时，应注意制动力对纵向和侧向载荷的转移影响，避免车辆失控和侧滑等危险情况的发生。

4.4 弯道上制动时的制动力分配策略

在弯道上制动的仿真条件下，车辆以120km/h的初速度沿着半径为152m的轨道行驶。根据驾驶员预瞄模型，车辆与车道外侧保持1.65m的距离。在第3秒时，车辆开始制动，制动系统需要的制动压力和液压制动系统的制动主缸压力都在第11秒时上升到15MPa。下图展示了仿真结果，具体为图6至图7。

以上图6为例，横轴表示时間，竖轴表示制动距离。图中的实线表示液压制动距离，虚线表示线控制动距离。在制动开始的第3s时，车辆开始制动。可以看出，在制动开始后，液压制动距离和线控制动距离都随时间逐渐增加，直到车辆停下。可以发现，线控制动距离比液压制动距离更短，这是因为线控制动系统可以更精确地控制车辆的制动力量，从而更好地实现车辆的制动稳定性和安全性。同时，还可以发现，当线控制动系统需要的制动压力和液压制动系统的制动主缸压力均在第11s时上升到15MPa时，线控制动距离和液压制动距离重合。这说明，在制动压力达到一定程度后，线控制动系统和液压制动系统的制动性能已经趋于一致[8]。因此，需要在制动系统设计中充分考虑制动压力的影响，以实现最佳的制动性能和安全性。

根据上述代码生成的车速和轮速变化曲线图，可以进行以下分析：

车速曲线（蓝色实线）：车速从初始速度开始逐渐降低，这是由于车辆开始制动。随着时间的推移，车速下降的速率逐渐减小，直到最终稳定在一个较低的值。前左轮轮速曲线（红色实线）：前左轮轮速随着时间的推移呈现出与车速相似的趋势，但具有较小的差异。这是因为前左轮位于车辆外侧，所以受到车辆与车道外侧保持距离的影响，其轮速略微低于车速。前右轮轮速曲线（绿色实线）：前右轮轮速与前左轮轮速相似，但在相同时间点上轮速略高。这是因为前右轮位于车辆内侧，所以受到车辆与车道外侧保持距离的影响较小，其轮速略高于前左轮轮速。后左轮轮速曲线（品红色实线）：后左轮轮速与前左轮轮速类似，受到车辆与车道外侧保持距离的影响，其轮速略低于车速。后右轮轮速曲线（青色实线）：后右轮轮速与前右轮轮速类似，受到车辆与车道外侧保持距离的影响较小，其轮速略高于后左轮轮速。

综上所述，车速和轮速变化曲线显示了制动过程中车辆不同轮子的运动特性。车速下降，而轮速受到车辆与车道外侧保持距离的影响，在不同位置的轮子上产生细微的差异。这些曲线提供了关于车辆制动过程中各轮子运动状态的信息。

5 结论

通过对EBD系统参数对乘用车制动性能的影响分析，可看出EBD系统对乘用车的制动性能有着重要的影响。通过合理的EBD系统参数设置，可以实现前后轮制动力的平衡分配，提高车辆的制动稳定性和操控性，从而更好地保障驾驶员和乘客的行车安全。同时，合理的EBD系统参数设置也可以有效降低车辆的制动距离和制动噪声，提高车辆的制动舒适性和驾驶体验。因此，在乘用车设计和制造过程中，应注重EBD系统参数的合理设置，以充分发挥EBD系统对车辆制动性能的影响，提高车辆的安全性、舒适性和驾驶体验，为广大车主提供更加优质的出行服务。

参考文献：

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[6]王漫. 汽车ABS与EBD联合制动控制系统的研究[D].淮南：安徽理工大学，2015.

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