EMB夹紧力控制与传感器故障诊断研究进展

doi:10.19562/j.chinasae.qcgc.2022.05.011

汽车工程 ›› 2022, Vol. 44 ›› Issue (5): 736-746.doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2022.05.011

所属专题：底盘&动力学&整车性能专题2022年

EMB夹紧力控制与传感器故障诊断研究进展

张奇祥¹,靳立强¹,靳博豪¹,张伊晗¹,陈鹏飞²,刘永腾^3,⁴,李建华¹()

^1.吉林大学，汽车仿真与控制国家重点实验室，长春　130022
^2.浙江亚太机电股份有限公司智能汽车控制系统研究院，杭州　311200
^3.北京汽车研究所有限公司，北京　100079
^4.国家汽车质量监督检验中心（北京顺义），北京　101300

收稿日期:2021-07-19 修回日期:2021-12-02 出版日期:2022-05-25 发布日期:2022-05-27
通讯作者: 靳立强,李建华 E-mail:ljh_lotus@jlu.edu.cn
基金资助:
国家重点研发计划(2021YFB2500703);深圳市自然科学基金(2021Szvup0)

Research Progress of EMB Clamping Force Control and Sensor Fault Diagnosis

Qixiang Zhang¹,Liqiang Jin¹,Bohao Jin¹,Yihan Zhang¹,Pengfei Chen²,Yongteng Liu^3,⁴,Jianhua Li¹()

^1.Jilin University，State Key Laboratory of Automotive Simulation and Control，Changchun 　130022
^2.Intelligent Vehicle Control System Research Institute，Zhejiang Asia-Pacific Mechanical and Electronic Co. ，Ltd. ，Hangzhou 　311200
^3.Beijing Automotive Research Institute Co. ，Ltd. ，Beijing 　100079
^4.National Automobile Quality Supervision and Inspection Center （Beijing Shunyi），Beijing 　101300

Received:2021-07-19 Revised:2021-12-02 Online:2022-05-25 Published:2022-05-27
Contact: Liqiang Jin,Jianhua Li E-mail:ljh_lotus@jlu.edu.cn

摘要/Abstract

摘要：

电子机械制动系统（electro-mechanical brake system， EMB）采用电控纯机械制动技术，可实现多种主动安全控制功能，具有结构精简、响应迅速，能够对车轮制动力矩进行独立精确控制等优势。为全面梳理EMB系统的发展现状，明确其未来技术走向，本文首先介绍了EMB的组成架构，分析了EMB典型结构型式的优缺点并确定了相关内容的主要研究方向。然后从夹紧力控制和传感器故障诊断两个层面分别对国内外的研究进展展开综述；分析了夹紧力控制算法的发展历程及未来研究重点，对比了3种典型夹紧力控制算法的试验效果；接着介绍了传感器故障诊断的具体类型及作用，通过定量化的指标分析不同故障诊断算法的实际控制效果。最后对EMB系统所面临的问题及未来发展趋势进行了分析和展望，指明了进一步的研究可以集中在夹紧力控制和传感器故障诊断等算法准确性和鲁棒性的提高、EMB与线控底盘集成控制技术的协调控制以及EMB对整车稳定性和舒适性的影响等方面。

关键词: 电子机械制动系统（EMB）, 结构型式, 夹紧力控制, 传感器故障诊断

Abstract:

The electro-mechanical brake system （EMB） uses electronic control pure mechanical brake technology to realize various active safety control functions. It has the advantages of simple structure， rapid response， independent and precise control of wheel braking torque. To comprehensively sort out the development status of the EMB system and clarify its future technology trend， the structure of the EMB is introduced first， and the advantages and disadvantages of several typical structure types of the EMB are analyzed and main research directions in the future are determined. Then， the research progress at home and abroad is reviewed from two levels of clamping force control and sensor fault diagnosis. The development history and the focus of future research of clamping force control algorithms are analyzed， and the experiments’ results of three typical clamping force control algorithms are compared.Then， the specific types and functions of sensor fault diagnosis are introduced， and the actual control effect of different fault diagnosis algorithms is analyzed through quantitative indicators. Finally， the problems faced by the EMB system and future development trends are analyzed and prospected. It is pointed out that further research can be concentrated on improving the accuracy and robustness of algorithms of clamping force control and sensor fault diagnosis， etc.， the coordinated controlling of the EMB and wire-controlled chassis integrated control technology and the influence of the EMB on the stability and comfort of the vehicle.

Key words: electro-mechanical braking system （EMB）, structure type, clamping force control, sensor fault diagnosis

张奇祥,靳立强,靳博豪,张伊晗,陈鹏飞,刘永腾,李建华. EMB夹紧力控制与传感器故障诊断研究进展[J]. 汽车工程, 2022, 44(5): 736-746.

Qixiang Zhang,Liqiang Jin,Bohao Jin,Yihan Zhang,Pengfei Chen,Yongteng Liu,Jianhua Li. Research Progress of EMB Clamping Force Control and Sensor Fault Diagnosis[J]. Automotive Engineering, 2022, 44(5): 736-746.

图/表 10

图1

图2

图3

表1

表2

电子机械制动系统夹紧力控制方案"

控制算法	结构型式
前馈控制	外电机+减速齿轮副+滚珠丝杠^［37］
PID控制	内电机+行星齿轮+滚珠丝杠^［41］
自适应PID控制	外电机+行星齿轮+滚珠丝杠^［44］
摩擦补偿+PID控制	外电机+减速齿轮副+滚珠丝杠^［45］
模型预测控制+PID控制	内电机+行星齿轮+滚珠丝杠^［46］
非线性模型预测控制	内电机+行星齿轮+滚珠丝杠^［47］
滑模变结构控制	外电机+减速齿轮副+滚珠丝杠+楔块^［28］
自适应滑模变结构控制	外电机+两级齿轮副+行星齿轮+滚珠丝杠^［49］
鲁棒性控制	外电机+行星齿轮+锥齿轮+滚轴^［51］
鲁棒 $H ∞$ 最优控制	内电机+行星齿轮+滚珠丝杠^［27］
逆推法+非线性鲁棒控制	内电机+行星齿轮+滚珠丝杠^［52］
准时间最优控制	外电机+减速齿轮副+滚珠丝杠^［53-54］
遗传算法+卡尔曼滤波	外电机+减速齿轮副+滚珠丝杠^{［31，57］}

表2

图4

图5

表3

表4

图6

参考文献 72

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方案名称	Bosch方案^［21］	Siemens方案	Continental方案	同济大学方案^［29］
电机布置形式	电机外置	电机内置	电机内置	电机内置
图3中编号	（a）	（b）	（c）	（d）
减速增矩装置	两个行星齿轮	杠杆增力机构	行星轮系	行星齿轮
运动转换装置	滚珠丝杠	滚珠丝杠	滚珠丝杠	滚珠丝杠
间隙磨损调整方式	手动调整	机械结构调整	智能控制调整	智能控制调整
有无电磁离合器（销）	两组电磁离合器	无	无	两组电磁离合销
优点	利用电磁离合器和行星轮系，可实现变减速比，提高机构响应速度；具有制动力保持功能。	取消一级齿轮减速装置，采用杠杆增力机构，结构简单；增矩效果明显，可有效降低电机成本；通过机械结构实现间隙自动调整。	一级减速为行星轮系且电机内置，结构紧凑；能自动调整间隙且精度最高；具有制动力保持和驻车功能。	有两个减速比，可实现变减速比传动；一级减速只有一套行星轮系，机构紧凑；能自动调整间隙且精度较高；具有制动力保持功能。
缺点	结构复杂且轴向尺寸偏大；需手动调整制动盘和制动垫块的间隙，可靠性较低；对电磁离合器的依赖性大，系统可靠性较差。	对机械工艺及加工精度要求较高；对电机转矩控制的要求高；不具备制动力保持功能。	减速增矩装置对制动转矩的提升有限，导致系统对电机特性的依赖性强。	减速增矩装置对制动转矩的提升有限，导致系统对电机特性的依赖性强；对电磁离合销依赖性强，系统可靠性较差。

控制类型	诊断算法
现代控制	奉献观测器^［60］
	等价空间算法^［61］
	等价空间算法+观测器^［62-64］
智能控制	T-S模糊控制^［66］
	支持向量机回归算法+遗传算法^［67］
	克隆选择算法+支持向量机回归算法^［68-69］
	粒子滤波算法^［71-72］

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Research Progress of EMB Clamping Force Control and Sensor Fault Diagnosis

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