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電動(dòng)汽車電子機(jī)械制動(dòng)系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)論文
相對(duì)于傳統(tǒng)的液壓制動(dòng)技術(shù)，在電動(dòng)汽車電子機(jī)械制動(dòng)系統(tǒng)中應(yīng)用線控技術(shù)，其中所采用的電子制動(dòng)踏板能夠很好的避免制動(dòng)過程中踏板出現(xiàn)抖動(dòng)現(xiàn)象，這使得汽車制動(dòng)過程中的舒適性大大提升，同時(shí)也有利于發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)載損害的降低，總的來說其具有穩(wěn)定性能高、效應(yīng)速度快、成本低、操作簡單等諸多的優(yōu)點(diǎn)，這使得其在電動(dòng)汽車中應(yīng)用范圍越來越廣，開展其系統(tǒng)設(shè)計(jì)的研究具有非常重要的意義。
1電動(dòng)汽車電子機(jī)械制動(dòng)系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)
本次研究中所設(shè)計(jì)的電動(dòng)汽車電子機(jī)械制動(dòng)系統(tǒng)主要有：控制驅(qū)動(dòng)單元、機(jī)械手剎拉桿、電制動(dòng)器、輪速傳感器、電子駐車開關(guān)、電子制動(dòng)踏板幾個(gè)部分組成。
其工作原理主要為：當(dāng)系統(tǒng)中的控制驅(qū)動(dòng)單位檢測到點(diǎn)火開關(guān)信號(hào)時(shí)，系統(tǒng)就會(huì)自動(dòng)的開展靜態(tài)自檢，然后車輛啟動(dòng)，在其速度超出10km/h之前，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)的開展動(dòng)態(tài)自檢，駐車制動(dòng)或者是行車制動(dòng)的過程中，其控制驅(qū)動(dòng)單元主要是通過電子駐車開關(guān)信號(hào)、踏板位移信號(hào)、集電制動(dòng)踏板開關(guān)信號(hào)結(jié)合控制策略算法，來進(jìn)行相關(guān)的運(yùn)算與判斷，最終得到輸出控制的目標(biāo)值，電磁離合器、驅(qū)動(dòng)制動(dòng)電機(jī)、驅(qū)動(dòng)電路控制等單位都是通過控制量MCU控制單元結(jié)合目標(biāo)值來進(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機(jī)械自鎖機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)的，制動(dòng)電機(jī)中的控制驅(qū)動(dòng)單元能夠在扭矩的作用之下，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)到移動(dòng)的轉(zhuǎn)換，從而產(chǎn)生一個(gè)作用于活塞缸的推力，活塞缸又會(huì)給剎車片一個(gè)推力，該推力作用于制動(dòng)盤上會(huì)產(chǎn)生一個(gè)有效的夾緊力，通過該夾緊力就能夠?qū)崿F(xiàn)汽車的制動(dòng)。
2電動(dòng)汽車電子機(jī)械制動(dòng)系統(tǒng)機(jī)械設(shè)計(jì)
電動(dòng)汽車電子機(jī)械制動(dòng)系統(tǒng)中的執(zhí)行機(jī)構(gòu)就是電子機(jī)械制動(dòng)器，其是該系統(tǒng)中一個(gè)非常重要的組成部分，其主要由：制動(dòng)卡鉗、剎車盤、剎車片、制動(dòng)電機(jī)、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(tǒng)運(yùn)行的過程中，制動(dòng)電機(jī)會(huì)對(duì)減速齒輪產(chǎn)生一個(gè)驅(qū)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(zhuǎn)動(dòng)到移動(dòng)的轉(zhuǎn)化，完成轉(zhuǎn)化之后會(huì)對(duì)活塞產(chǎn)生推進(jìn)作用，從而將該作用力作用于剎車片，再通過對(duì)剎車盤的擠壓使其產(chǎn)生一個(gè)夾緊力，應(yīng)用該夾緊力實(shí)現(xiàn)車輛制動(dòng)的作用；但是若制動(dòng)電機(jī)的輸出處于關(guān)閉狀態(tài)，在剎車盤的反作用力之下，非自鎖機(jī)構(gòu)會(huì)出現(xiàn)自動(dòng)反退的現(xiàn)象，導(dǎo)致夾緊力出現(xiàn)自動(dòng)卸載現(xiàn)象，為了能夠成功保持住制動(dòng)力，系統(tǒng)中就應(yīng)用到了電磁離合器，其分別與電機(jī)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(xiàn)電機(jī)輸出軸與制動(dòng)卡鉗的吸合，成功將制動(dòng)電機(jī)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)汽車電子機(jī)械制動(dòng)系統(tǒng)軟硬件設(shè)計(jì)3.1系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)
本次研究中所設(shè)計(jì)的電動(dòng)汽車電子機(jī)械制動(dòng)系統(tǒng)的硬件部分主要由驅(qū)動(dòng)電路與控制電路兩部分組成。其中驅(qū)動(dòng)電路主要由電磁離合器驅(qū)動(dòng)控制電路與電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制電路兩部分組成。
控制電路主要是由：監(jiān)控MCU與主MCU兩部分組成，其主要功能是進(jìn)行電機(jī)反饋電流信號(hào)、輪速信號(hào)、踏板位移信號(hào)、駐車中斷信號(hào)、踏板中斷信號(hào)、點(diǎn)火信號(hào)等一系列輸入信號(hào)的采集工作。在其開展工作的過程中，監(jiān)控MCU與主MCU會(huì)通過驅(qū)動(dòng)控制電路來實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)電磁離合器及驅(qū)動(dòng)制動(dòng)電機(jī)的控制與驅(qū)動(dòng)。在硬件設(shè)計(jì)的過程中，主MCU與從MCU需要通過模擬開關(guān)來實(shí)現(xiàn)電磁離合器的輸出控制、電機(jī)的輸出控制，并要能夠?qū)崿F(xiàn)一些信號(hào)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(hào)與1路駐車信號(hào)的采集是通過2路模擬開關(guān)來實(shí)現(xiàn)，而4路電磁離合器及4路制動(dòng)電機(jī)的控制是通過16路開關(guān)信號(hào)來實(shí)現(xiàn)，由監(jiān)控MCU來實(shí)現(xiàn)切換仲裁控制，通過SPI通信來實(shí)現(xiàn)主MCU與從MCU之間的相互監(jiān)控，在實(shí)際的運(yùn)行過程中，一旦主MCU出現(xiàn)了故障，監(jiān)控MCU會(huì)通過模擬開關(guān)來實(shí)現(xiàn)各個(gè)通道開關(guān)之間的切換，其會(huì)將控制權(quán)接管，并進(jìn)行電制動(dòng)器執(zhí)行器的控制以及部分型號(hào)的采集，主MCU與從MCU可以通過整車CAN通信接口來獲得相關(guān)的信息，也可以在系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)通過整車CAN網(wǎng)絡(luò)將相關(guān)的故障報(bào)警信息發(fā)送給儀表控制單元，從而有效實(shí)現(xiàn)故障報(bào)警。
3.2系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)
在開展系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)的過程中，主要應(yīng)用到的三種控制算法，分別是：系統(tǒng)冗余控制算法、駐車制動(dòng)控制算法及常規(guī)制動(dòng)控制算法，對(duì)各種算法進(jìn)行簡單介紹。
(1)系統(tǒng)冗余控制算法主要是應(yīng)用監(jiān)控MCU與主MCU相結(jié)合的方式來有效的實(shí)現(xiàn)冗余控制，也就是說主MCU與從MCU之間的相互監(jiān)控是通過SPI通信的方式來實(shí)現(xiàn)，其能夠在事先設(shè)置好所要發(fā)動(dòng)的數(shù)據(jù)內(nèi)容，系統(tǒng)在接受到相關(guān)數(shù)據(jù)之后，判定是否為事先設(shè)定好的數(shù)據(jù)，如果證實(shí)為事先設(shè)定好的數(shù)據(jù)，就判定會(huì)系統(tǒng)運(yùn)行良好，但是若所接收到的數(shù)據(jù)與事先設(shè)定好的數(shù)據(jù)存在偏差，則判定系統(tǒng)出現(xiàn)了相應(yīng)的故障。若運(yùn)行過程中主MCU發(fā)生了故障，那么監(jiān)控MCU會(huì)在接收到相應(yīng)信號(hào)之后，將故障報(bào)警按鈕啟動(dòng)，并要對(duì)模擬開關(guān)進(jìn)行切換，從而將駐車制動(dòng)及常規(guī)的控制權(quán)予以接管，保證系統(tǒng)運(yùn)行的安全性。
(2)駐車制動(dòng)控制算法：其首先需要完成發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)、點(diǎn)火開關(guān)信號(hào)、離合器踏板位移信號(hào)機(jī)制動(dòng)踏板信號(hào)的采集，并且要通過對(duì)所采集到的各種信號(hào)來進(jìn)行分析，來判斷出汽車是處于駛離狀態(tài)還是駐車狀態(tài)，其在制定駐車制動(dòng)操作之前，需要對(duì)汽車的駛離狀態(tài)、駐車狀態(tài)、手動(dòng)駐車按鈕開關(guān)等信號(hào)予以綜合的分析，在得出正確的判斷結(jié)果之后，再開展輔助駛離、自動(dòng)駐車、手動(dòng)駐車等一些駐車制動(dòng)算法控制。
(3)常規(guī)制動(dòng)控制算法：該算法中需要根據(jù)制動(dòng)踏板的位移情況來對(duì)駕駛員的制動(dòng)意圖進(jìn)行準(zhǔn)確的判斷，在對(duì)制動(dòng)踏板的位移信號(hào)進(jìn)行采集之后，結(jié)合前后制動(dòng)器制動(dòng)力分配比例、電子制動(dòng)踏板位移、整車踏板位移等的分配比例，來對(duì)前后輪的制動(dòng)力進(jìn)行合理分配，并要開展制動(dòng)電機(jī)輸出扭矩的計(jì)算，在開展制動(dòng)電機(jī)輸出扭矩計(jì)算的過程中，需要綜合的考慮制動(dòng)效率及電制動(dòng)器減速比的計(jì)算效果，并且需要根據(jù)電機(jī)輸出扭矩曲線及電機(jī)堵轉(zhuǎn)電流來進(jìn)行電機(jī)堵轉(zhuǎn)電流的計(jì)算，PID電流閉環(huán)控制的目標(biāo)電流值是通過電流閉環(huán)控制算法來實(shí)現(xiàn)，也就是說結(jié)合反饋的實(shí)際電流值及目標(biāo)電流值來實(shí)現(xiàn)閉環(huán)條件，只有在目標(biāo)值與反饋值的誤差到達(dá)一定的精度范圍之后，才能開展下一個(gè)常規(guī)的閉環(huán)控制。
4電動(dòng)汽車電子機(jī)械制動(dòng)系統(tǒng)測試
在開展電動(dòng)汽車電機(jī)機(jī)械制動(dòng)系統(tǒng)測試的過程中，為了保證測試結(jié)果的準(zhǔn)確有效性，應(yīng)用新型的輔助測試板與電制動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)來開展測試，主要是對(duì)其進(jìn)行動(dòng)態(tài)測試，測試結(jié)果表明，該電動(dòng)汽車電子機(jī)械制動(dòng)系統(tǒng)具有減速度小、制動(dòng)時(shí)間長、制動(dòng)距離小等特點(diǎn)，這主要是因?yàn)橹苿?dòng)力與制動(dòng)電機(jī)比較小，使得其所加載的負(fù)載值也比較小，這會(huì)導(dǎo)致滑移率、車速、制動(dòng)力等隨著踏板位移的變化而變化，制動(dòng)力的大小也會(huì)隨著踏板位移的變化表現(xiàn)出平滑變化的趨勢，由于還沒有對(duì)系統(tǒng)開展ABS測試，所以系統(tǒng)的滑移率顯示為0。
5結(jié)束語
與傳統(tǒng)的液壓制動(dòng)相比，電動(dòng)汽車電子機(jī)械胸具有反應(yīng)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(yīng)用范圍越來越廣，隨著各項(xiàng)技術(shù)逐漸趨于成熟，其將會(huì)逐漸取代傳統(tǒng)的液壓制動(dòng)系統(tǒng)，本文就主要對(duì)該系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)、機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)、軟硬件設(shè)計(jì)及系統(tǒng)測試開展了簡單分析，這對(duì)于實(shí)際的電動(dòng)汽車機(jī)械制動(dòng)系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)具有一定的參考價(jià)值。
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