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電動(dòng)汽車(chē)電子機械制動(dòng)系統的研究與設計論文
相對于傳統的液壓制動(dòng)技術(shù)，在電動(dòng)汽車(chē)電子機械制動(dòng)系統中應用線(xiàn)控技術(shù)，其中所采用的電子制動(dòng)踏板能夠很好的避免制動(dòng)過(guò)程中踏板出現抖動(dòng)現象，這使得汽車(chē)制動(dòng)過(guò)程中的舒適性大大提升，同時(shí)也有利于發(fā)動(dòng)機負載損害的降低，總的來(lái)說(shuō)其具有穩定性能高、效應速度快、成本低、操作簡(jiǎn)單等諸多的優(yōu)點(diǎn)，這使得其在電動(dòng)汽車(chē)中應用范圍越來(lái)越廣，開(kāi)展其系統設計的研究具有非常重要的意義。
1電動(dòng)汽車(chē)電子機械制動(dòng)系統的總體設計
本次研究中所設計的電動(dòng)汽車(chē)電子機械制動(dòng)系統主要有：控制驅動(dòng)單元、機械手剎拉桿、電制動(dòng)器、輪速傳感器、電子駐車(chē)開(kāi)關(guān)、電子制動(dòng)踏板幾個(gè)部分組成。
其工作原理主要為：當系統中的控制驅動(dòng)單位檢測到點(diǎn)火開(kāi)關(guān)信號時(shí)，系統就會(huì )自動(dòng)的開(kāi)展靜態(tài)自檢，然后車(chē)輛啟動(dòng)，在其速度超出10km/h之前，系統會(huì )自動(dòng)的開(kāi)展動(dòng)態(tài)自檢，駐車(chē)制動(dòng)或者是行車(chē)制動(dòng)的過(guò)程中，其控制驅動(dòng)單元主要是通過(guò)電子駐車(chē)開(kāi)關(guān)信號、踏板位移信號、集電制動(dòng)踏板開(kāi)關(guān)信號結合控制策略算法，來(lái)進(jìn)行相關(guān)的運算與判斷，最終得到輸出控制的目標值，電磁離合器、驅動(dòng)制動(dòng)電機、驅動(dòng)電路控制等單位都是通過(guò)控制量MCU控制單元結合目標值來(lái)進(jìn)行控制的，電制動(dòng)器制動(dòng)力的保持是由電磁離合器通過(guò)機械自鎖機構來(lái)實(shí)現的，制動(dòng)電機中的控制驅動(dòng)單元能夠在扭矩的作用之下，實(shí)現轉動(dòng)到移動(dòng)的轉換，從而產(chǎn)生一個(gè)作用于活塞缸的推力，活塞缸又會(huì )給剎車(chē)片一個(gè)推力，該推力作用于制動(dòng)盤(pán)上會(huì )產(chǎn)生一個(gè)有效的夾緊力，通過(guò)該夾緊力就能夠實(shí)現汽車(chē)的制動(dòng)。
2電動(dòng)汽車(chē)電子機械制動(dòng)系統機械設計
電動(dòng)汽車(chē)電子機械制動(dòng)系統中的執行機構就是電子機械制動(dòng)器，其是該系統中一個(gè)非常重要的組成部分，其主要由：制動(dòng)卡鉗、剎車(chē)盤(pán)、剎車(chē)片、制動(dòng)電機、減速齒輪、電磁離合器、非自鎖滾珠絲杠等部分共同組成。
在該系統運行的過(guò)程中，制動(dòng)電機會(huì )對減速齒輪產(chǎn)生一個(gè)驅動(dòng)作用，該減速作用會(huì )帶動(dòng)同軸的滾珠絲杠，使其順利完成從轉動(dòng)到移動(dòng)的轉化，完成轉化之后會(huì )對活塞產(chǎn)生推進(jìn)作用，從而將該作用力作用于剎車(chē)片，再通過(guò)對剎車(chē)盤(pán)的擠壓使其產(chǎn)生一個(gè)夾緊力，應用該夾緊力實(shí)現車(chē)輛制動(dòng)的作用；但是若制動(dòng)電機的輸出處于關(guān)閉狀態(tài)，在剎車(chē)盤(pán)的反作用力之下，非自鎖機構會(huì )出現自動(dòng)反退的現象，導致夾緊力出現自動(dòng)卸載現象，為了能夠成功保持住制動(dòng)力，系統中就應用到了電磁離合器，其分別與電機輸出軸及制動(dòng)卡鉗進(jìn)行固定，一旦給電磁離合器通電，就會(huì )實(shí)現電機輸出軸與制動(dòng)卡鉗的吸合，成功將制動(dòng)電機輸出軸端鎖死，反之，若電磁離合器斷電，那么就可以順利將其釋放。
3電動(dòng)汽車(chē)電子機械制動(dòng)系統軟硬件設計3.1系統的硬件設計
本次研究中所設計的電動(dòng)汽車(chē)電子機械制動(dòng)系統的硬件部分主要由驅動(dòng)電路與控制電路兩部分組成。其中驅動(dòng)電路主要由電磁離合器驅動(dòng)控制電路與電機驅動(dòng)控制電路兩部分組成。
控制電路主要是由：監控MCU與主MCU兩部分組成，其主要功能是進(jìn)行電機反饋電流信號、輪速信號、踏板位移信號、駐車(chē)中斷信號、踏板中斷信號、點(diǎn)火信號等一系列輸入信號的采集工作。在其開(kāi)展工作的過(guò)程中，監控MCU與主MCU會(huì )通過(guò)驅動(dòng)控制電路來(lái)實(shí)現驅動(dòng)電磁離合器及驅動(dòng)制動(dòng)電機的控制與驅動(dòng)。在硬件設計的過(guò)程中，主MCU與從MCU需要通過(guò)模擬開(kāi)關(guān)來(lái)實(shí)現電磁離合器的輸出控制、電機的輸出控制，并要能夠實(shí)現一些信號的采集工作，因此其硬件選擇給32位處理器MPC5604、8位處理器MC9S08DZ128，其中2路制動(dòng)踏板信號與1路駐車(chē)信號的采集是通過(guò)2路模擬開(kāi)關(guān)來(lái)實(shí)現，而4路電磁離合器及4路制動(dòng)電機的控制是通過(guò)16路開(kāi)關(guān)信號來(lái)實(shí)現，由監控MCU來(lái)實(shí)現切換仲裁控制，通過(guò)SPI通信來(lái)實(shí)現主MCU與從MCU之間的相互監控，在實(shí)際的運行過(guò)程中，一旦主MCU出現了故障，監控MCU會(huì )通過(guò)模擬開(kāi)關(guān)來(lái)實(shí)現各個(gè)通道開(kāi)關(guān)之間的切換，其會(huì )將控制權接管，并進(jìn)行電制動(dòng)器執行器的控制以及部分型號的采集，主MCU與從MCU可以通過(guò)整車(chē)CAN通信接口來(lái)獲得相關(guān)的信息，也可以在系統發(fā)生故障時(shí)通過(guò)整車(chē)CAN網(wǎng)絡(luò )將相關(guān)的故障報警信息發(fā)送給儀表控制單元，從而有效實(shí)現故障報警。
3.2系統的軟件設計
在開(kāi)展系統軟件設計的過(guò)程中，主要應用到的三種控制算法，分別是：系統冗余控制算法、駐車(chē)制動(dòng)控制算法及常規制動(dòng)控制算法，對各種算法進(jìn)行簡(jiǎn)單介紹。
(1)系統冗余控制算法主要是應用監控MCU與主MCU相結合的方式來(lái)有效的實(shí)現冗余控制，也就是說(shuō)主MCU與從MCU之間的相互監控是通過(guò)SPI通信的方式來(lái)實(shí)現，其能夠在事先設置好所要發(fā)動(dòng)的數據內容，系統在接受到相關(guān)數據之后，判定是否為事先設定好的數據，如果證實(shí)為事先設定好的數據，就判定會(huì )系統運行良好，但是若所接收到的數據與事先設定好的數據存在偏差，則判定系統出現了相應的故障。若運行過(guò)程中主MCU發(fā)生了故障，那么監控MCU會(huì )在接收到相應信號之后，將故障報警按鈕啟動(dòng)，并要對模擬開(kāi)關(guān)進(jìn)行切換，從而將駐車(chē)制動(dòng)及常規的控制權予以接管，保證系統運行的安全性。
(2)駐車(chē)制動(dòng)控制算法：其首先需要完成發(fā)動(dòng)機轉速信號、點(diǎn)火開(kāi)關(guān)信號、離合器踏板位移信號機制動(dòng)踏板信號的采集，并且要通過(guò)對所采集到的各種信號來(lái)進(jìn)行分析，來(lái)判斷出汽車(chē)是處于駛離狀態(tài)還是駐車(chē)狀態(tài)，其在制定駐車(chē)制動(dòng)操作之前，需要對汽車(chē)的駛離狀態(tài)、駐車(chē)狀態(tài)、手動(dòng)駐車(chē)按鈕開(kāi)關(guān)等信號予以綜合的分析，在得出正確的判斷結果之后，再開(kāi)展輔助駛離、自動(dòng)駐車(chē)、手動(dòng)駐車(chē)等一些駐車(chē)制動(dòng)算法控制。
(3)常規制動(dòng)控制算法：該算法中需要根據制動(dòng)踏板的位移情況來(lái)對駕駛員的制動(dòng)意圖進(jìn)行準確的判斷，在對制動(dòng)踏板的位移信號進(jìn)行采集之后，結合前后制動(dòng)器制動(dòng)力分配比例、電子制動(dòng)踏板位移、整車(chē)踏板位移等的分配比例，來(lái)對前后輪的制動(dòng)力進(jìn)行合理分配，并要開(kāi)展制動(dòng)電機輸出扭矩的計算，在開(kāi)展制動(dòng)電機輸出扭矩計算的過(guò)程中，需要綜合的考慮制動(dòng)效率及電制動(dòng)器減速比的計算效果，并且需要根據電機輸出扭矩曲線(xiàn)及電機堵轉電流來(lái)進(jìn)行電機堵轉電流的計算，PID電流閉環(huán)控制的目標電流值是通過(guò)電流閉環(huán)控制算法來(lái)實(shí)現，也就是說(shuō)結合反饋的實(shí)際電流值及目標電流值來(lái)實(shí)現閉環(huán)條件，只有在目標值與反饋值的誤差到達一定的精度范圍之后，才能開(kāi)展下一個(gè)常規的閉環(huán)控制。
4電動(dòng)汽車(chē)電子機械制動(dòng)系統測試
在開(kāi)展電動(dòng)汽車(chē)電機機械制動(dòng)系統測試的過(guò)程中，為了保證測試結果的準確有效性，應用新型的輔助測試板與電制動(dòng)試驗臺來(lái)開(kāi)展測試，主要是對其進(jìn)行動(dòng)態(tài)測試，測試結果表明，該電動(dòng)汽車(chē)電子機械制動(dòng)系統具有減速度小、制動(dòng)時(shí)間長(cháng)、制動(dòng)距離小等特點(diǎn)，這主要是因為制動(dòng)力與制動(dòng)電機比較小，使得其所加載的負載值也比較小，這會(huì )導致滑移率、車(chē)速、制動(dòng)力等隨著(zhù)踏板位移的變化而變化，制動(dòng)力的大小也會(huì )隨著(zhù)踏板位移的變化表現出平滑變化的趨勢，由于還沒(méi)有對系統開(kāi)展ABS測試，所以系統的滑移率顯示為0。
5結束語(yǔ)
與傳統的液壓制動(dòng)相比，電動(dòng)汽車(chē)電子機械胸具有反應速度快、操作方便、成本低、可靠性高等諸多優(yōu)點(diǎn)，這使得其應用范圍越來(lái)越廣，隨著(zhù)各項技術(shù)逐漸趨于成熟，其將會(huì )逐漸取代傳統的液壓制動(dòng)系統，本文就主要對該系統的總體設計、機械系統設計、軟硬件設計及系統測試開(kāi)展了簡(jiǎn)單分析，這對于實(shí)際的電動(dòng)汽車(chē)機械制動(dòng)系統的研究與設計具有一定的參考價(jià)值。
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