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分析電子機(jī)械式制動器(EMB)的原理及控制方法論文
1.EMB的概述
1.1 概述的組成及原理。在現(xiàn)今廣泛使用的電子機(jī)械式制動器，主要由EMB控制器、EMB電機(jī)控制器、減速裝置、電機(jī)、運(yùn)動轉(zhuǎn)換裝置、電子制動踏板以及通信網(wǎng)絡(luò)組成。其原理為：信號由電子制動踏板及ABS、ESP等系統(tǒng)傳入到EMB控制器中，然后由控制器根據(jù)相應(yīng)算法做出運(yùn)算，發(fā)出目標(biāo)制動力信號，傳入EMB電機(jī)制動器，之后，由電機(jī)制動器改變電機(jī)輸出力矩的方向和大小，進(jìn)而使制動力大小達(dá)到理想狀態(tài)；具有減速增扭作用的減速裝置，和將電能轉(zhuǎn)變成機(jī)械能的電機(jī)，以及用來將電機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動轉(zhuǎn)換為直線運(yùn)動的運(yùn)動轉(zhuǎn)換裝置，共同構(gòu)成EMB執(zhí)行器；電子制動踏板的用途是將踏板的位移和速度轉(zhuǎn)化為電信號；而通信網(wǎng)絡(luò)可以實現(xiàn)EMB內(nèi)部控制信號以及其他控制系統(tǒng)與EMB之間的信號傳遞。當(dāng)EMB進(jìn)行工作時，EMB根據(jù)各種控制系統(tǒng)輸入的信號，與預(yù)先設(shè)置的數(shù)據(jù)進(jìn)行對比，來做出是否需要進(jìn)行制動及制動力大小的判斷，再把相應(yīng)的制動力大小信號傳輸給EMB控制器，然后再輸送到電機(jī)控制器中，從而使得EMB執(zhí)行器產(chǎn)生相應(yīng)大小的制動力。
1.2 EMB特點分析。與之前歷代制動系統(tǒng)相比，電子機(jī)械式制動器有著無可比擬的顯著優(yōu)勢。從結(jié)構(gòu)上來看，EMB相對于傳統(tǒng)控制系統(tǒng)少了很多部件，如液壓管路和制動主缸，結(jié)構(gòu)簡單，便于裝配和維修；從可靠性來看，EMB的結(jié)構(gòu)采用模塊化的形式，接口更加牢固，大大提高了制動可靠性；從精確性來看，EMB的電信號傳輸快速精確，大大優(yōu)于傳統(tǒng)機(jī)械系統(tǒng)，而時間的縮短，還可使得制動距離減��；從整體性能來看，EMB能輕易的與其他控制系統(tǒng)相配合，如ABS、ESP、EBD等，從而提高整體性能；從適應(yīng)性來看，EMB能更容易更新升級，從而適應(yīng)不同車型、環(huán)境等，簡單快捷；從舒適性來看，采用EMB的汽車噪聲更小，振動也較小，更為舒適。
當(dāng)然，目前EMB也存在著很多不足之處，有很多問題需要解決。首先是該系統(tǒng)的電子電路的可靠性很差，從而使其易出現(xiàn)故障，電子元件的大量使用，既能使速度與效率提升，也會造成損壞時故障不易排除的問題；其次，從安全性方面來看，EMB能否適應(yīng)真實行車環(huán)境下惡劣的內(nèi)部工作環(huán)境，在高溫環(huán)境中仍能正常運(yùn)行，還需大量的模擬檢驗；而其抗電磁干擾能力的強(qiáng)弱也是一個重要的指標(biāo)，因為在真實的行車過程中，電子電路需在復(fù)雜的條件下仍保持較高的可靠性是非常重要的；從經(jīng)濟(jì)上考慮，EMB由于采用大量先進(jìn)的技術(shù)，使得其成本不可避免的遠(yuǎn)大于傳統(tǒng)制動系統(tǒng)；最后，從車輛設(shè)計來看，EMB的執(zhí)行機(jī)構(gòu)會使得其他結(jié)構(gòu)布置困難，從而影響車輛的整體性能。
2.控制方法分析
2.1 ABS+EBD綜合控制分析。ABS與EBD在不同的汽車制動環(huán)境中發(fā)揮作用，ABS防抱死系統(tǒng)是在汽車車輪即將發(fā)生抱死時進(jìn)行作用，從而大大提高行車安全，而EBD是在汽車制動時就立即開始對制動力進(jìn)行控制，將二者的工作巧妙地結(jié)合將極大地提髙汽車的制動性能。
對于EBD控制子程序，主要有兩種：（1)以前后輪的滑移率作為參考因素進(jìn)行比較，如果前輪的滑移率大于后輪滑移率時，在某一值附近，可以找到一個最佳的分配關(guān)系�？梢韵葘蓚�后輪進(jìn)行制動力的調(diào)節(jié)，然后再對前輪進(jìn)行相應(yīng)調(diào)節(jié)，或者單獨(dú)對后輪進(jìn)行調(diào)節(jié)也能達(dá)到效果。該種方法對車輪滑移率有較高的精度要求，因為只有在低滑移率時才能很好的實現(xiàn)EBD的控制，才能更好地利用滑移率控制制動力的分配。（2)以前后輪的輪速作為參考因素進(jìn)行比較，此種方法更加實用，原因是對輪速的信號做出反應(yīng)可以使控制更加具有實時性。在汽車行駛時，為讓后輪的制動力增大，可以調(diào)節(jié)前后輪轉(zhuǎn)速，使得后輪轉(zhuǎn)速低于前輪，而轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)，可以通過調(diào)節(jié)制動壓力來實現(xiàn)，并以速度較慢的后輪與速度較快的前輪的差值來作為參考因素。
對于ABS控制子程序，主要有兩種：（1)通過對輪速信號進(jìn)行檢測，ABS作出判斷，根據(jù)預(yù)先設(shè)定的數(shù)據(jù)，對車輪制動裝置發(fā)出調(diào)節(jié)信號，并給出具體調(diào)節(jié)大小，從而實現(xiàn)其作用。（2)通過對滑移率測定裝置發(fā)出的信號做出反應(yīng)，進(jìn)而輸出對車輪控制力的調(diào)節(jié)信號，實現(xiàn)制動力的調(diào)節(jié)。
ABS的控制方法對于其制動性能的好壞起著重要作用，當(dāng)制動過程中的非線性因素較高時，是無法僅僅通過數(shù)學(xué)模型的建立來實現(xiàn)的，而同樣的，以經(jīng)驗為根據(jù)的控制方法則需要大量實驗才能準(zhǔn)確測定控制參數(shù)大致范圍，是不可取的方法。而目前廣泛應(yīng)用的仿.真技術(shù)則很好的解決了上述問題，達(dá)到了理想的效果。
2.2 硬件在環(huán)技術(shù)分析。隨著計算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，大多數(shù)汽車廠商也在不斷將仿真模擬等技術(shù)應(yīng)用于汽車的設(shè)計制造上，硬件在環(huán)仿真技術(shù)成為了汽車工程師們的主要選擇。該技術(shù)屬于在線實時仿真的應(yīng)用，用高速運(yùn)行的實時仿真模型來代替真實環(huán)境下的汽車進(jìn)行試驗，并使其在真實模擬環(huán)境中運(yùn)行，來盡可能的接近真實實驗環(huán)境下汽車運(yùn)行狀態(tài)。這種方法可以將真實環(huán)境的種種細(xì)節(jié)及其帶來的對汽車行駛的影響體現(xiàn)到實驗中，同時，模擬車輛也會相應(yīng)作出反應(yīng)，使得實驗與真實相差無幾，但卻大大節(jié)省了時間和人工成本，提升了效率。因此，可將其應(yīng)用于EMB系統(tǒng)的開發(fā)和完善等有很大的作用。EMB硬件在環(huán)仿真試驗臺主要由電子制動踏、EMB控制執(zhí)行系統(tǒng)、工控機(jī)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)等組成，而汽車及道路情況則可用仿真軟件通過建立數(shù)學(xué)模型來代替，大大降低了實驗的硬件要求。
3.結(jié)論
在市場經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的今天，EMB成為大多數(shù)汽車廠商的選擇，顯示了其在汽車制動方面所表現(xiàn)出來的優(yōu)越性。本文通過對它的原理進(jìn)行詳細(xì)介紹，對其控制方法的種類及特點進(jìn)行一一闡述，來系統(tǒng)的說明其在真實環(huán)境中如何作用�？偠灾�，EMB對車內(nèi)人員的人身安全起到很好的保障作用，也將是未來汽車制造廠商的主要選擇。不過，由于本文在分析角度上比較單一，故關(guān)于更多電子機(jī)械式制動器的特點等還需進(jìn)一步探討，而目前的電子機(jī)械式制動器還有很多需要改進(jìn)和開發(fā)的地方，希望本文對該系統(tǒng)的研究人員有所幫助。
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