汽車制動(dòng)程序設(shè)計(jì)思索

1、汽車制動(dòng)程序設(shè)計(jì)思索 隨著科技的發(fā)展與進(jìn)步，大眾生活水平的提高，人們對(duì)汽車交通的安全性要求與日俱增，而擁有優(yōu)異的制動(dòng)性能是現(xiàn)代化安全汽車的重要評(píng)證。雖然傳統(tǒng)的汽車制動(dòng)系統(tǒng)在制動(dòng)性能上也能滿足現(xiàn)有制動(dòng)法規(guī)的各項(xiàng)要求，但是交通事故的頻繁發(fā)生和汽車制動(dòng)器響應(yīng)速度慢、制動(dòng)效果不理想、制動(dòng)器損耗度過(guò)高、裝配維修昂貴等不利情況有直接的關(guān)系，因此，行業(yè)人士提出了汽車電子機(jī)械制動(dòng)系統(tǒng)(EMB)以解決這些問(wèn)題。 1汽車制動(dòng)系統(tǒng)發(fā)展?fàn)顩r 幾年來(lái)西方發(fā)達(dá)國(guó)家又興起了對(duì)車輛線控系統(tǒng)(XBYWIRE)的研究，線控(BRAKEBYWIRE)應(yīng)運(yùn)而生，由此展開(kāi)了對(duì)電控機(jī)械制動(dòng)系統(tǒng)(ELECTROMECHANICALBRAK

2、INGSYSTEM)的研究，簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)電控機(jī)械制動(dòng)系統(tǒng)就是把原來(lái)由液壓或者壓縮空氣驅(qū)動(dòng)的部分改為由電動(dòng)機(jī)來(lái)驅(qū)動(dòng)，借以提高響應(yīng)速度、增加制動(dòng)效能等，同時(shí)也大大簡(jiǎn)化了結(jié)構(gòu)、降低了裝配和維護(hù)的難度。由于人們對(duì)制動(dòng)性能要求的不斷提高，傳統(tǒng)的液壓或者空氣制動(dòng)系統(tǒng)在加入了大量的電子控制系統(tǒng)如ABS、TCS、ESP等后，結(jié)構(gòu)和管路布置越發(fā)復(fù)雜，液壓(空氣)回路泄露的隱患也加大，同時(shí)裝配和維修的難度也隨之提高1。因此結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單、功能集成可靠的電子機(jī)械制動(dòng)系統(tǒng)越來(lái)越受到青睞，可以預(yù)見(jiàn)EMB將最終取代傳統(tǒng)的液壓(空氣)制動(dòng)器，成為未來(lái)車輛的發(fā)展方向。 2EMB系統(tǒng)的模型分析 2.1EMB系統(tǒng)工作原理 電子機(jī)械制動(dòng)

3、系統(tǒng)工作原理為:當(dāng)汽車行駛時(shí)需要采取緊急剎車，駕駛者腳踏的力量信號(hào)傳到制動(dòng)踏板，該力量信號(hào)經(jīng)過(guò)EMB控制系統(tǒng)的三環(huán)調(diào)速系統(tǒng)調(diào)控后輸出電樞電壓直接作用于無(wú)刷直流力矩電機(jī)上，輸出的電機(jī)軸轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)速信號(hào)傳遞給傳動(dòng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行減速增矩，轉(zhuǎn)化成絲杠位移，再經(jīng)過(guò)制動(dòng)機(jī)構(gòu)作用轉(zhuǎn)化成制動(dòng)力，整個(gè)過(guò)程的時(shí)間極短，在0.1s作用2。 2.2EMB執(zhí)行系統(tǒng) 一個(gè)設(shè)計(jì)完整的EMB執(zhí)行系統(tǒng)包括無(wú)刷直流電機(jī)模塊(包括電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊)、傳動(dòng)模塊和制動(dòng)模塊。要完成EMB的動(dòng)力學(xué)仿真，首先要完成以上三個(gè)模塊的數(shù)學(xué)模型設(shè)計(jì)。EMB執(zhí)行系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。圖1中:Fd為制動(dòng)器的目標(biāo)夾緊力;AVI號(hào)為電機(jī)轉(zhuǎn)速控制信號(hào);DIR為電機(jī)正反轉(zhuǎn)

4、控制信號(hào);Ua、Ub、Uc分別為電機(jī)定子每相繞組端電壓;Uh+、Uh分別為霍爾傳感器供電高低電壓;n為電機(jī)軸轉(zhuǎn)速;ns為絲杠轉(zhuǎn)速;s為絲杠副中螺母的平動(dòng)位移;F為制動(dòng)器的夾緊力;Mb為制動(dòng)器的制動(dòng)力矩;Jc為傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量;TL為傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的摩擦阻力矩;Sa、Sb、Sc分別為三個(gè)霍爾傳感器的信號(hào);Ia、Ib、Ic、分別為電機(jī)定子每相繞組電流3。 2.3EMB控制系統(tǒng) 電機(jī)的控制采用三環(huán)(電流環(huán)、轉(zhuǎn)速環(huán)和壓力環(huán))反饋控制，輸入為目標(biāo)夾緊力，輸出為電機(jī)電樞電壓。EMB電機(jī)的控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示。電機(jī)的三環(huán)調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)就是對(duì)控制器設(shè)計(jì)，該三環(huán)調(diào)速系統(tǒng)包括夾緊力控制器、轉(zhuǎn)速控制器和電流控制器4

5、。其設(shè)計(jì)方法是:從內(nèi)環(huán)開(kāi)始，每次向外擴(kuò)展一環(huán)，首先設(shè)計(jì)電流控制器，再將電流環(huán)當(dāng)作轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)系統(tǒng)中的一個(gè)部分設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速控制器，最后把轉(zhuǎn)速控制環(huán)當(dāng)作夾緊力調(diào)節(jié)環(huán)中的一個(gè)部分設(shè)計(jì)夾緊力控制器。上述的夾緊力控制器、轉(zhuǎn)速控制器、電流控制器均是PI控制器。電流控制器的輸入是目標(biāo)電流與實(shí)際電流的差值，輸出為電機(jī)的控制電壓;轉(zhuǎn)速控制器的輸入是目標(biāo)轉(zhuǎn)速與實(shí)際轉(zhuǎn)速的差值，輸出為電機(jī)電流的目標(biāo)值;夾緊力控制器的輸入是目標(biāo)制動(dòng)夾緊力與反饋制動(dòng)夾緊力的差值，輸出為電機(jī)轉(zhuǎn)速的目標(biāo)值。電機(jī)電流、電機(jī)轉(zhuǎn)速和夾緊力為需測(cè)量的量。在本控制系統(tǒng)中，通過(guò)無(wú)刷直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)器上安裝的電流傳感器測(cè)量電機(jī)實(shí)時(shí)電流;通過(guò)光電編碼器測(cè)量電機(jī)實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)速

6、;通過(guò)壓力傳感器測(cè)量制動(dòng)夾緊力5。 3EMB系統(tǒng)的仿真模型 (1)無(wú)刷直流電流控制模塊，如圖3所示。 (2)電流轉(zhuǎn)速雙閉環(huán)控制模塊，如圖4所示。 (3)無(wú)刷直流電機(jī)三環(huán)控制模塊，如圖5所示。 4仿真結(jié)果 4.1電流環(huán)仿真 當(dāng)電動(dòng)機(jī)處于空載時(shí)，電流值比較小，所以應(yīng)當(dāng)在電機(jī)堵轉(zhuǎn)的情況下對(duì)電流環(huán)進(jìn)行調(diào)節(jié)6。電流環(huán)的試驗(yàn)結(jié)果如圖6所示?？梢?jiàn)，實(shí)際電流在初始階段有較大的超調(diào)，但是在后期可以很好地跟蹤目標(biāo)電流。 4.2轉(zhuǎn)速環(huán)試驗(yàn) 轉(zhuǎn)速環(huán)在試驗(yàn)時(shí)，應(yīng)處于空載狀態(tài)。轉(zhuǎn)速環(huán)的試驗(yàn)結(jié)果如圖7所示?？梢?jiàn)，在啟動(dòng)過(guò)程中電流能維持較大的值，從而使電動(dòng)機(jī)迅速達(dá)到目標(biāo)轉(zhuǎn)速。由于電動(dòng)機(jī)在旋轉(zhuǎn)過(guò)程中不斷換相會(huì)引起電流的抖動(dòng)，所

7、以電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速也一直在目標(biāo)值附近小幅抖動(dòng)。 4.3壓力環(huán)試驗(yàn) 壓力環(huán)的試驗(yàn)結(jié)果如圖8所示?？梢?jiàn)，兩種工況下消除制動(dòng)間隙的時(shí)間均小于0.1s，且制動(dòng)壓力的超調(diào)小于5%，同時(shí)我們可以發(fā)現(xiàn)所設(shè)計(jì)的EMB執(zhí)行器能輸出足夠大的制動(dòng)壓力，而且響應(yīng)迅速。 5結(jié)論 文中對(duì)電子機(jī)械系統(tǒng)的原理進(jìn)行了簡(jiǎn)單的敘述，也基于此原理進(jìn)行了simulink的仿真，仿真的結(jié)果表明，按照原理搭建的仿真模塊是有效的。同時(shí)也通過(guò)仿真我們可以了解到電子機(jī)械制動(dòng)在制動(dòng)時(shí)響應(yīng)更快，這樣可以縮短制動(dòng)距離，提升了汽車的安全性能。當(dāng)然它還有很多其他的優(yōu)點(diǎn)，比如不必使用制動(dòng)液，減輕了汽車的質(zhì)量。同時(shí)沒(méi)有真空增壓器，減少了制動(dòng)系統(tǒng)的空間。但是將其應(yīng)用到實(shí)際中還是有很多的難點(diǎn)需要解決，比如力矩電機(jī)的設(shè)計(jì)，制動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)，還有成本的降低，都是在以后需要解決的問(wèn)題。電子機(jī)械制動(dòng)系統(tǒng)符合現(xiàn)代汽車的