汽车电子机械制动系统的设计

汽车电子机械制动系统的设计吴小川，李鼎，焦志浩，季维强现代汽车零部件技术湖北省重点实验室，湖北武汉430070摘要简单介绍了电子机械制动系统EMB执行系统的一种设计方法并在SIMULINK下建立了仿真模型。EMB控制系统采用三闭环压力环、转速环、电流环结构串联而成，给出了其设计方法。并且对设计的系统进行了仿真，结果表明所设计的系统可以很好地跟踪电流，同时可以很好地使电动机迅速达到目标转速，并且消除间隙的时间少，同时可输出较大的制动压力。验证了所设计EMB系统的合理性。关键词汽车制动；电子机械制动系统DESIGNONELECTROMECHANICALBRAKESYSTEMWUXIAOCHUAN，LIDING，JIAOZHIHAO，JIWEIQIANGMODEMAUTOPARTSTECHNOLOGYKEYLABORATORYOFHUBEIPROVINCE，WUHANHUBEI430070，CHINAABSTRACTTHEACTUATORANDCONTROLLEROFELECTRONMECHANICALBRAKEEMBWEREDESIGNEDTHESIMULATIONMODELOFEMBWASBUILTINSIMULINKTHECONTROLLEROFMOTORADOPTEDTHREELOOPSCONTROLARCHITECTUREWITHCASCADEDFORCE，SPEEDANDCURRENTCONTROLLOOPS，ANDTHEDESIGNMETHODOFCONTROLLERWASGIVENCOMPUTERSIMULATIONHASBEENCARRIEDOUTTHERESULTSSHOWEDTHATTHEDESIGNOFTHESYSTEMCANTRACKTHECURRENTWELL，ANDTHEMOTORCANACHIEVETHETARGETSPEEDQUICKLYANDTOUSEALITTLETIMETOELIMINATETHEGAPANDHAVEAGREATERBRAKEPRESSURESOTHEPERFORMANCEOFEMBISREASONABLEKEYWORDSBRAKING；ELECTROMECHANICALBRAKESYSTEM0引言随着科技的发展与进步，大众生活水平的提高，人们对汽车交通的安全性要求与日俱增，而拥有优异的制动性能是现代化安全汽车的重要评证。虽然传统的汽车制动系统在制动性能上也能满足现有制动法规的各项要求，但是交通事故的频繁发生和汽车制动器响应速度慢、制动效果不理想、制动器损耗度过高、装配维修昂贵等不利情况有直接的关系，因此，行业人士提出了汽车电子机械制动系统EMB以解决这些问题。1汽车制动系统发展状况几年来西方发达国家又兴起了对车辆线控系统XBYWIRE的研究，线控BRAKEBYWIRE应运而生，由此展开了对电控机械制动系统ELECTROMECHANICALBRAKINGSYSTEM的研究，简单来说电控机械制动系统就是把原来由液压或者压缩空气驱动的部分改为由电动机来驱动，借以提高响应速度、增加制动效能等，同时也大大简化了结构、降低了装配和维护的难度。由于人们对制动性能要求的不断提高，传统的液压或者空气制动系统在加入了大量的电子控制系统如ABS、TCS、ESP等后，结构和管路布置越发复杂，液压空气回路泄露的隐患也加大，同时装配和维修的难度也随之提高。因此结构相对简单、功能集成可靠的电子机械制动系统越来越受到青睐，可以预见EMB将最终取代传统的液压空气制动器，成为未来车辆的发展方向。201203AUTOMOBI1EPARTS063研究与开发2EMB系统的模型分析21EMB系统工作原理电子机械制动系统工作原理为当汽车行驶时需要采取紧急刹车，驾驶者脚踏的力量信号传到制动踏板，该力量信号经过EMB控制系统的三环调速系统调控后输出电枢电压直接作用于无刷直流力矩电机上，输出的电机轴转动转速信号传递给传动机构进行减速增矩，转化成丝杠位移，再经过制动机构作用转化成制动力，整个过程的时间极短，在01S作用。22EMB执行系统一个设计完整的EMB执行系统包括无刷直流电机模块包括电机驱动模块、传动模块和制动模块。要完成EMB的动力学仿真，首先要完成以上三个模块的数学模型设计。EMB执行系统结构框图如图1所示。图1中为制动器的目标夹紧力；AVI号为电机转速控制信号；DIR为电机正反转控制信号；U、U、U分别为电机定子每相绕组端电压；U、一分别为霍尔传感器供电高低电压；RT为电机轴转速；N为丝杠转速；S为丝杠副中螺母的平动位移；F为制动器的夹紧力；M为制动器的制动力矩；，为传动机构的转动惯量；TL为传动机构的摩擦阻力矩；S、S、S分别为三个霍尔传感器的信号；LA、，H、分别为电机定子每相绕组电流。图7转速环试验工况43压力环试验压力环的试验结果如图8所示。图8压力环试验工况可见，两种工况下消除制动间隙的时间均小于01S，且制动压力的超调小于5，同时我们可以发现所设计的EMB执行器能输出足够大的制动压力，而且响应迅速。5结论文中对电子机械系统的原理进行了简单的叙述，也基于此原理进行了SIMULINK的仿真，仿真的结果表明，按照原理搭建的仿真模块是有效的。同时也通过仿真我们可以了解到电子机械制动在制动时响应更快，这样可以缩短制动距离，提升了汽车的安全性能。当然它还有很多其他的优点，比如不必使用制动液，减轻了汽车的质量。同时没有真空增压器，减少了制动系统的空间。但是将其应用到实际中还是有很多的难点需要解决，比如力矩电机的设计，制动执行机构的设计，还有成本的降低，都是在以后需要解决的问题。电子机械制动系统符合现代汽车的发展方向，比传统的汽车更加容易安装，并且可靠性更高，它是未来制动系统的发展方向。参考文献【1】汪洋车辆电控机械制动系统的设计与分析D南京南京航空航天大学，2005【2】沈沉，王军，林逸电子机械制动系统制动执行器建模与试验J农业机械学报，2007，3883033【3】谭树梁轻型汽车电子机械制动执行器及硬件在环试验台研究D长春吉林大学，2008【4】王玉群，林向阳，杨清林汽车电子机械制动器EMB的发展研究J汽车与配件，2009492123【5】张成利汽车线控制动系统及其控制算法与仿真研究D沈阳东北大学，2008【6】胡安平基于AMESIMSIMULINK联合仿真的再生制动系统研究D长春吉林大学，2008作者简介吴小川1988一，男，硕士研究生，研究方向汽车电子、汽车安全。EMAILDAVIEPIERO163CORN。收稿日期20111226上接第62页【26】NARANGSC，VENTURASC，DOUGHERTYBJ，ETA1NORFLAMMABLESELFEXTINGUISHINGELECTROLYTESFORBATTERIESUS，5830600P1998一L103【27】唐致远，陈玉红，卢星河，等锂离子电池安全性的研究J电池，200617476【28】王震坡，孙逢春，张承宁电动汽车动力蓄电池组不一致性统计分析J电源技术，2003，275438441【29】麻友良，陈全世混合动力电动汽车用蓄电池不一致的影响分析J汽车电器，2001257【30】王贵明，王金懿电动汽车及其性能优化M北京机械工业出版社，2010109116【31】何鹏林，乔月多芯锂离子电池组的一致性与安全性J电池，2010，403161163【32】周宏湖以创新提升锂动力电池能量密度景佑能源科技有限公司采访记J制造技术与材料，20111140【33】程新群化学电源M北京化学工业出版社，2008174177【34】于申军，周永超，李贺，陈志奎内阻差异对锂离子电池组安全性能的影响J化工学报，20101129602963【35】XIAOLF，AIXP，CAOYL，ETA1ELECTROCHEMICALBEHAVIOROFBIPHENYLASPOLYMERIZABLEAD