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汽车制动系电控系统开发配套技术及关键设备

1 项目介绍近年来，汽车电子化程度的高低已成为衡量汽车综合性能和现代化技术水平的重要标志。自上世纪 80 年代以来，制动系统电控水平不断提高，出现了以 ABS、 EBD、 ESP 为代表的若干主动安全电子控制系统，广泛装配在各种类型的道路车辆上。这些电子系统最重要的特征是：技术附加值高性能评价标准苛刻可靠性要求严格以往由于开发过程具有较高的资金和技术门槛，此类产品的市场仅由少数几家欧美大型零部件商分割占据。在中国汽车工业飞速发展的今天，已有多家本土零部件厂商涉足这一巨大市场，推出了初期产品，获得了少量市场份额，但面临技术门槛、性能瓶颈和资金压力，迟迟不能取得有效突破。目前商用车气压制动领域及乘用车液压制动领域均面临着普通 ABS 产品全面普及， ESP 等高端产品利润丰厚的良好市场态势，把握技术机遇、提升产品市场竞争力要从以下两方面入手：（ 1）降低开发成本：缩短样机研发时间，争取市场主动权；降低测试（包括室内及道路实验）费用，节约直接开销。（ 2）提高产品品质：保证产品在复杂行车状态下的控制性能，及实车环境条件下的电气性能及电磁兼容性能。清华大学追踪汽车电子行业技术发展最新趋势，总结形成了一整套能够支撑 ABS、 ESP 等复杂电控单元（ ECU）开发的配套技术，涵盖产品开发——室内测试——道路匹配的各个阶段，尤其是硬件在环仿真（ Hardware-In-Loop Simulation——HIL 仿真）测试及 EMC 电磁兼容性测试两个关键技术领域取得了阶段性成果，有效缩短了产品开发周期并极大节省了测试费用。HIL 仿真测试技术： HIL 仿真测试是一种将全套 ECU+执行器硬件植入软件环境，通过软硬件协同工作实现运行工况逼真模拟的工程应用技术，被 Bosch 等著名厂商广泛采用，是业内公认的提高开发效率，降低开发费用的有效途径。我处开发的 HIL 测试设备可实现如下功能：（ 1）测量制动系部件性能，指导 ECU 控制原理开发；（ 2）构建室内车辆运行模拟环境，衔接道路测试；（ 3）构建标准测试工况，实现同类产品同等条件横向对比；（ 4）安全模拟极限道路运行工况，确定道路实验安全边界；（ 5）安全模拟部件故障运行模式，评估部件失效对行驶安全的风险。实际运用中， HIL 设备实现了 ECU 控制逻辑实现——室内 HIL 测试——道路定型三阶段的顺利衔接，大量 ECU 控制功能的验证及深入改进可在室内完成，不断丰富的仿真运行工况还有效的降低了产品开发对于道路试验的依赖，缩短了控制功能改进周期，降低了路试强度，控制了技术风险和成本膨胀。EMC 电磁兼容性测试技术： ECU 等电子部件在实车环境下的可靠性是产品品质的重要体现。制动相关电子产品在外界干扰下的故障运行将带来极严重的安全隐患。我处除有能力按照 ISO16750《道路车辆电气及电子设备的环境条件和试验》等标准完成产品可靠性的一般性检验，还在汽车电子的电磁兼容性方向开展了着重以下两方面工作：（ 1） ISO7637-2： 2004《道路车辆由传导和耦合引起的电骚扰》标准测试环境建设引进瑞士 EM Test 公司 LD200、 UCS200、 VDS200 等测试设备，构建完成了能够进行较全面的车辆零部件 EMC 瞬态传导试验的正规化电子实验室，能够有效的模拟通过线缆传递的干扰甚至破环信号，是控制器 ECU 电气可靠性品质的有效保证手段。（ 2）特殊功能电路的专业化测试针对电控制动系统的专门应用，对轮速调理、电磁阀智能驱动、电机控制单元等特定功能电路进行了针对性研究，提出了缩减成本、提升性能的若干备选技术方案。现有大型设备：经过多年实际使用及改进，已有能力设计制造适合多种车辆类型（客车、半挂列车、轻型乘用车等）、多种电控系统（气制动及液压制动 ABS、 ESP 等）的 HIL 仿真测试系统，运行中设备包括：（ 1）商用车气压制动仿真测试系统最大支持三轴商用车（可变形适合 6×6、 6×4、 6×2、 4×2 等配置）气制动系统的 ABS、 ASR、EBS 等控制器开发。（ 2）乘用车液压制动仿真测试系统支持中小型乘用车液压制动系统 ABS/EBD(4S/4M 或 4S/3M)、 TCS、 ESP 等控制器开发。2 应用说明经过多年校企合作，在前述各种配套技术支持下，已经实现了多款控制器 ECU 的开发并已向市场推广，除在研产品外，主要的产业化成果如下：商用车气制动 4S/4M ABS 控制系统商用车气制动 ABS/ASR 控制系统挂车/半挂车气制动 2S/2M ABS 控制系统乘用车液压制动 4S/4M、 4S/3M ABS 控制系统

清华大学 2021-04-13