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汽車制動系電控系統開發配套技術及關鍵設備

1 項目介紹近年來，汽車電子化程度的高低已成為衡量汽車綜合性能和現代化技術水平的重要標志。自上世紀 80 年代以來，制動系統電控水平不斷提高，出現了以 ABS、 EBD、 ESP 為代表的若干主動安全電子控制系統，廣泛裝配在各種類型的道路車輛上。這些電子系統最重要的特征是：技術附加值高性能評價標準苛刻可靠性要求嚴格以往由于開發過程具有較高的資金和技術門檻，此類產品的市場僅由少數幾家歐美大型零部件商分割占據。在中國汽車工業飛速發展的今天，已有多家本土零部件廠商涉足這一巨大市場，推出了初期產品，獲得了少量市場份額，但面臨技術門檻、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領域及乘用車液壓制動領域均面臨著普通 ABS 產品全面普及， ESP 等高端產品利潤豐厚的良好市場態勢，把握技術機遇、提升產品市場競爭力要從以下兩方面入手：（ 1）降低開發成本：縮短樣機研發時間，爭取市場主動權；降低測試（包括室內及道路實驗）費用，節約直接開銷。（ 2）提高產品品質：保證產品在復雜行車狀態下的控制性能，及實車環境條件下的電氣性能及電磁兼容性能。清華大學追蹤汽車電子行業技術發展最新趨勢，總結形成了一整套能夠支撐 ABS、 ESP 等復雜電控單元（ ECU）開發的配套技術，涵蓋產品開發——室內測試——道路匹配的各個階段，尤其是硬件在環仿真（ Hardware-In-Loop Simulation——HIL 仿真）測試及 EMC 電磁兼容性測試兩個關鍵技術領域取得了階段性成果，有效縮短了產品開發周期并極大節省了測試費用。HIL 仿真測試技術： HIL 仿真測試是一種將全套 ECU+執行器硬件植入軟件環境，通過軟硬件協同工作實現運行工況逼真模擬的工程應用技術，被 Bosch 等著名廠商廣泛采用，是業內公認的提高開發效率，降低開發費用的有效途徑。我處開發的 HIL 測試設備可實現如下功能：（ 1）測量制動系部件性能，指導 ECU 控制原理開發；（ 2）構建室內車輛運行模擬環境，銜接道路測試；（ 3）構建標準測試工況，實現同類產品同等條件橫向對比；（ 4）安全模擬極限道路運行工況，確定道路實驗安全邊界；（ 5）安全模擬部件故障運行模式，評估部件失效對行駛安全的風險。實際運用中， HIL 設備實現了 ECU 控制邏輯實現——室內 HIL 測試——道路定型三階段的順利銜接，大量 ECU 控制功能的驗證及深入改進可在室內完成，不斷豐富的仿真運行工況還有效的降低了產品開發對于道路試驗的依賴，縮短了控制功能改進周期，降低了路試強度，控制了技術風險和成本膨脹。EMC 電磁兼容性測試技術： ECU 等電子部件在實車環境下的可靠性是產品品質的重要體現。制動相關電子產品在外界干擾下的故障運行將帶來極嚴重的安全隱患。我處除有能力按照 ISO16750《道路車輛電氣及電子設備的環境條件和試驗》等標準完成產品可靠性的一般性檢驗，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《道路車輛由傳導和耦合引起的電騷擾》標準測試環境建設引進瑞士 EM Test 公司 LD200、 UCS200、 VDS200 等測試設備，構建完成了能夠進行較全面的車輛零部件 EMC 瞬態傳導試驗的正規化電子實驗室，能夠有效的模擬通過線纜傳遞的干擾甚至破環信號，是控制器 ECU 電氣可靠性品質的有效保證手段。（ 2）特殊功能電路的專業化測試針對電控制動系統的專門應用，對輪速調理、電磁閥智能驅動、電機控制單元等特定功能電路進行了針對性研究，提出了縮減成本、提升性能的若干備選技術方案。現有大型設備：經過多年實際使用及改進，已有能力設計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（氣制動及液壓制動 ABS、 ESP 等）的 HIL 仿真測試系統，運行中設備包括：（ 1）商用車氣壓制動仿真測試系統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）氣制動系統的 ABS、 ASR、EBS 等控制器開發。（ 2）乘用車液壓制動仿真測試系統支持中小型乘用車液壓制動系統 ABS/EBD(4S/4M 或 4S/3M)、 TCS、 ESP 等控制器開發。2 應用說明經過多年校企合作，在前述各種配套技術支持下，已經實現了多款控制器 ECU 的開發并已向市場推廣，除在研產品外，主要的產業化成果如下：商用車氣制動 4S/4M ABS 控制系統商用車氣制動 ABS/ASR 控制系統掛車/半掛車氣制動 2S/2M ABS 控制系統乘用車液壓制動 4S/4M、 4S/3M ABS 控制系統

清華大學 2021-04-13

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