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電動汽車電子機械制動系統(tǒng)的研究與設計論文
相對于傳統(tǒng)的液壓制動技術(shù)，在電動汽車電子機械制動系統(tǒng)中應用線控技術(shù)，其中所采用的電子制動踏板能夠很好的避免制動過程中踏板出現(xiàn)抖動現(xiàn)象，這使得汽車制動過程中的舒適性大大提升，同時也有利于發(fā)動機負載損害的降低，總的來說其具有穩(wěn)定性能高、效應速度快、成本低、操作簡單等諸多的優(yōu)點，這使得其在電動汽車中應用范圍越來越廣，開展其系統(tǒng)設計的研究具有非常重要的意義。
1電動汽車電子機械制動系統(tǒng)的總體設計
本次研究中所設計的電動汽車電子機械制動系統(tǒng)主要有：控制驅(qū)動單元、機械手剎拉桿、電制動器、輪速傳感器、電子駐車開關、電子制動踏板幾個部分組成。
其工作原理主要為：當系統(tǒng)中的控制驅(qū)動單位檢測到點火開關信號時，系統(tǒng)就會自動的開展靜態(tài)自檢，然后車輛啟動，在其速度超出10km/h之前，系統(tǒng)會自動的開展動態(tài)自檢，駐車制動或者是行車制動的過程中，其控制驅(qū)動單元主要是通過電子駐車開關信號、踏板位移信號、集電制動踏板開關信號結(jié)合控制策略算法，來進行相關的運算與判斷，最終得到輸出控制的目標值，電磁離合器、驅(qū)動制動電機、驅(qū)動電路控制等單位都是通過控制量MCU控制單元結(jié)合目標值來進行控制的，電制動器制動力的保持是由電磁離合器通過機械自鎖機構(gòu)來實現(xiàn)的，制動電機中的控制驅(qū)動單元能夠在扭矩的作用之下，實現(xiàn)轉(zhuǎn)動到移動的轉(zhuǎn)換，從而產(chǎn)生一個作用于活塞缸的推力，活塞缸又會給剎車片一個推力，該推力作用于制動盤上會產(chǎn)生一個有效的夾緊力，通過該夾緊力就能夠?qū)崿F(xiàn)汽車的制動。
2電動汽車電子機械制動系統(tǒng)機械設計
電動汽車電子機械制動系統(tǒng)中的執(zhí)行機構(gòu)就是電子機械制動器，其是該系統(tǒng)中一個非常重要的組成部分，其主要由：制動卡鉗、剎車盤、剎車片、制動電機、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(tǒng)運行的過程中，制動電機會對減速齒輪產(chǎn)生一個驅(qū)動作用，該減速作用會帶動同軸的滾珠絲杠，使其順利完成從轉(zhuǎn)動到移動的轉(zhuǎn)化，完成轉(zhuǎn)化之后會對活塞產(chǎn)生推進作用，從而將該作用力作用于剎車片，再通過對剎車盤的擠壓使其產(chǎn)生一個夾緊力，應用該夾緊力實現(xiàn)車輛制動的作用；但是若制動電機的輸出處于關閉狀態(tài)，在剎車盤的反作用力之下，非自鎖機構(gòu)會出現(xiàn)自動反退的現(xiàn)象，導致夾緊力出現(xiàn)自動卸載現(xiàn)象，為了能夠成功保持住制動力，系統(tǒng)中就應用到了電磁離合器，其分別與電機輸出軸及制動卡鉗進行固定，一旦給電磁離合器通電，就會實現(xiàn)電機輸出軸與制動卡鉗的吸合，成功將制動電機輸出軸端鎖死，反之，若電磁離合器斷電，那么就可以順利將其釋放。
3電動汽車電子機械制動系統(tǒng)軟硬件設計3.1系統(tǒng)的硬件設計
本次研究中所設計的電動汽車電子機械制動系統(tǒng)的硬件部分主要由驅(qū)動電路與控制電路兩部分組成。其中驅(qū)動電路主要由電磁離合器驅(qū)動控制電路與電機驅(qū)動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，其主要功能是進行電機反饋電流信號、輪速信號、踏板位移信號、駐車中斷信號、踏板中斷信號、點火信號等一系列輸入信號的采集工作。在其開展工作的過程中，監(jiān)控MCU與主MCU會通過驅(qū)動控制電路來實現(xiàn)驅(qū)動電磁離合器及驅(qū)動制動電機的控制與驅(qū)動。在硬件設計的過程中，主MCU與從MCU需要通過模擬開關來實現(xiàn)電磁離合器的輸出控制、電機的輸出控制，并要能夠?qū)崿F(xiàn)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路制動踏板信號與1路駐車信號的采集是通過2路模擬開關來實現(xiàn)，而4路電磁離合器及4路制動電機的控制是通過16路開關信號來實現(xiàn)，由監(jiān)控MCU來實現(xiàn)切換仲裁控制，通過SPI通信來實現(xiàn)主MCU與從MCU之間的相互監(jiān)控，在實際的運行過程中，一旦主MCU出現(xiàn)了故障，監(jiān)控MCU會通過模擬開關來實現(xiàn)各個通道開關之間的切換，其會將控制權(quán)接管，并進行電制動器執(zhí)行器的控制以及部分型號的采集，主MCU與從MCU可以通過整車CAN通信接口來獲得相關的信息，也可以在系統(tǒng)發(fā)生故障時通過整車CAN網(wǎng)絡將相關的故障報警信息發(fā)送給儀表控制單元，從而有效實現(xiàn)故障報警。
3.2系統(tǒng)的軟件設計
在開展系統(tǒng)軟件設計的過程中，主要應用到的三種控制算法，分別是：系統(tǒng)冗余控制算法、駐車制動控制算法及常規(guī)制動控制算法，對各種算法進行簡單介紹。
(1)系統(tǒng)冗余控制算法主要是應用監(jiān)控MCU與主MCU相結(jié)合的方式來有效的實現(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通信的方式來實現(xiàn)，其能夠在事先設置好所要發(fā)動的數(shù)據(jù)內(nèi)容，系統(tǒng)在接受到相關數(shù)據(jù)之后，判定是否為事先設定好的數(shù)據(jù)，如果證實為事先設定好的數(shù)據(jù)，就判定會系統(tǒng)運行良好，但是若所接收到的數(shù)據(jù)與事先設定好的數(shù)據(jù)存在偏差，則判定系統(tǒng)出現(xiàn)了相應的故障。若運行過程中主MCU發(fā)生了故障，那么監(jiān)控MCU會在接收到相應信號之后，將故障報警按鈕啟動，并要對模擬開關進行切換，從而將駐車制動及常規(guī)的控制權(quán)予以接管，保證系統(tǒng)運行的安全性。
(2)駐車制動控制算法：其首先需要完成發(fā)動機轉(zhuǎn)速信號、點火開關信號、離合器踏板位移信號機制動踏板信號的采集，并且要通過對所采集到的各種信號來進行分析，來判斷出汽車是處于駛離狀態(tài)還是駐車狀態(tài)，其在制定駐車制動操作之前，需要對汽車的駛離狀態(tài)、駐車狀態(tài)、手動駐車按鈕開關等信號予以綜合的分析，在得出正確的判斷結(jié)果之后，再開展輔助駛離、自動駐車、手動駐車等一些駐車制動算法控制。
(3)常規(guī)制動控制算法：該算法中需要根據(jù)制動踏板的位移情況來對駕駛員的制動意圖進行準確的判斷，在對制動踏板的位移信號進行采集之后，結(jié)合前后制動器制動力分配比例、電子制動踏板位移、整車踏板位移等的分配比例，來對前后輪的制動力進行合理分配，并要開展制動電機輸出扭矩的計算，在開展制動電機輸出扭矩計算的過程中，需要綜合的考慮制動效率及電制動器減速比的計算效果，并且需要根據(jù)電機輸出扭矩曲線及電機堵轉(zhuǎn)電流來進行電機堵轉(zhuǎn)電流的計算，PID電流閉環(huán)控制的目標電流值是通過電流閉環(huán)控制算法來實現(xiàn)，也就是說結(jié)合反饋的實際電流值及目標電流值來實現(xiàn)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，才能開展下一個常規(guī)的閉環(huán)控制。
4電動汽車電子機械制動系統(tǒng)測試
在開展電動汽車電機機械制動系統(tǒng)測試的過程中，為了保證測試結(jié)果的準確有效性，應用新型的輔助測試板與電制動試驗臺來開展測試，主要是對其進行動態(tài)測試，測試結(jié)果表明，該電動汽車電子機械制動系統(tǒng)具有減速度小、制動時間長、制動距離小等特點，這主要是因為制動力與制動電機比較小，使得其所加載的負載值也比較小，這會導致滑移率、車速、制動力等隨著踏板位移的變化而變化，制動力的大小也會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)的液壓制動相比，電動汽車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，這使得其應用范圍越來越廣，隨著各項技術(shù)逐漸趨于成熟，其將會逐漸取代傳統(tǒng)的液壓制動系統(tǒng)，本文就主要對該系統(tǒng)的總體設計、機械系統(tǒng)設計、軟硬件設計及系統(tǒng)測試開展了簡單分析，這對于實際的電動汽車機械制動系統(tǒng)的研究與設計具有一定的參考價值。
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