汽車電子機械制動系統(tǒng)設(shè)計與仿真

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隨著社會的發(fā)展和科技的進(jìn)步，人們的生活水平得以大幅度提高，因而汽車成為了人們的日常交通工具，同時人們也對汽車安全提出了更高的要求，而汽車的現(xiàn)代化制動性能成為了安全的重要憑證。因此，汽車電子機械制動系統(tǒng)成為汽車行業(yè)未來的發(fā)展方向。

1汽車電子機械制動系統(tǒng)的現(xiàn)狀

近幾年，發(fā)達(dá)國家不斷研究車輛的線控系統(tǒng)，因而產(chǎn)生了線控，在此基礎(chǔ)上，又開始研究電控機械的制動系統(tǒng)，概括地說，電控機械的制動系統(tǒng)是指以電動機代替使用壓縮空氣或液壓進(jìn)行驅(qū)動的機械部分，以此提高機械的制動效能和響應(yīng)速度等，與此同時，機械結(jié)構(gòu)得以最大限度地簡化，且其維護(hù)和裝配的難度也有所降低。因為人們不斷提高機械制動性能的要求，所以人們在傳統(tǒng)的壓縮空氣或液壓制動系統(tǒng)中大量加入了諸如ESP、ABS及TCS等電子控制系統(tǒng)，使得機械的管路布置和結(jié)構(gòu)越來越復(fù)雜，這也在一定程度上增加了液壓或壓縮空氣制動回路的安全隱患，而其維修和裝配的難度同樣得到大幅度提高。所以，人們越來越關(guān)注電子機械制動系統(tǒng)，其簡單的結(jié)構(gòu)以及可靠的功能集成也受到人們的青睞。我們堅信，壓縮空氣或液壓制動器會被電子機械制動系統(tǒng)完全取代，電子機械制動系統(tǒng)將是車輛未來的發(fā)展方向。

2汽車電子機械制動系統(tǒng)設(shè)計

2.1汽車電子機械制動系統(tǒng)的工作原理

一般來講，汽車電子機械制動系統(tǒng)的原理可概括為：若汽車行駛過程中，遭遇緊急情況需要及時剎車，那么駕駛者就會將腳踏信號通過力量發(fā)送至制動踏板，且力量信號會途徑電子機械制動系統(tǒng)，進(jìn)而由三環(huán)調(diào)速系統(tǒng)進(jìn)行有效調(diào)控后，同時確保無刷直流力矩電機直接接受輸出電樞電壓的作用，然后將電機軸轉(zhuǎn)動而輸出的轉(zhuǎn)速信號發(fā)送至傳動機構(gòu)，以便其通過減速增矩將轉(zhuǎn)速信號轉(zhuǎn)變?yōu)榻z杠位移，最后在制動機構(gòu)的直接作用下轉(zhuǎn)變?yōu)橹苿恿Γ囯娮訖C械制動系統(tǒng)的整個工作過程非常快，只需0.1s的時間。

2.2汽車電子機械制動系統(tǒng)的執(zhí)行系統(tǒng)

汽車電子機械制動系統(tǒng)的執(zhí)行系統(tǒng)通常包括制動模塊、無刷直流電機模塊及傳動模塊三部分，其中無刷直流電機模塊的主要組成部分就是電機驅(qū)動模塊。若想從動力學(xué)上完成汽車電子機械制動系統(tǒng)的仿真，一定要設(shè)計好數(shù)學(xué)模型，并了解其工作原理：選取無刷直流電動機進(jìn)行驅(qū)動行星齒輪的減速裝置，并采用運動轉(zhuǎn)換裝置以滾珠絲杠的方式，促使旋轉(zhuǎn)運動變?yōu)橹本€運動，進(jìn)而使制動器產(chǎn)生制動力矩，另外，利用壓力傳感器有效監(jiān)測制動盤的制動壓力，以反饋信號。汽車電子機械制動系統(tǒng)執(zhí)行系統(tǒng)的設(shè)計流程為：以目標(biāo)車型的前輪制動器為設(shè)計對象，為其設(shè)計執(zhí)行系統(tǒng)。目標(biāo)車輛前輪輪缸制動壓強的最大值為15MPa，且活塞具有48mm的直徑，那么為了確保制動盤和制動鉗完全脫開，可將汽車電子機械制動系統(tǒng)制動間隙初步確定為0.3mm，其消除時間為0.1s，同時合理選用其他參數(shù)，進(jìn)而設(shè)計汽車電子機械制動系統(tǒng)執(zhí)行系統(tǒng)。

2.3汽車電子機械制動系統(tǒng)的控制系統(tǒng)

汽車電子機械制動系統(tǒng)的控制系統(tǒng)的作用主要是：在及時消除制動間隙的基礎(chǔ)上，準(zhǔn)確、快速的調(diào)節(jié)制動力。且其控制系統(tǒng)主要由壓力環(huán)、電流環(huán)以及轉(zhuǎn)速環(huán)組成，進(jìn)而進(jìn)行反饋控制的，其外環(huán)主要控制著系統(tǒng)性質(zhì)，而其內(nèi)環(huán)的作用也不容忽視，主要用于限幅本環(huán)控制量，進(jìn)而對電動機進(jìn)行保護(hù)，同時還能及時調(diào)節(jié)環(huán)內(nèi)擾動，促使外環(huán)，可以更好的控制。這一控制過程中，目標(biāo)夾緊力是輸入力，輸出為電機電樞電壓。汽車電子機械制動系統(tǒng)控制系統(tǒng)的設(shè)計方法為：若各環(huán)的控制目標(biāo)被確定，那么需要從內(nèi)至外，不斷擴展，即先對電流控制環(huán)進(jìn)行設(shè)計，并將其作為轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)系統(tǒng)的組成部分，以便進(jìn)行轉(zhuǎn)速控制環(huán)設(shè)計，然后將轉(zhuǎn)速控制環(huán)作為壓力調(diào)節(jié)環(huán)的組成部分，從而進(jìn)行壓力控制環(huán)設(shè)計。控制系統(tǒng)的設(shè)計過程中，對各個控制環(huán)還有一定的要求：設(shè)計壓力控制環(huán)時，確保其制動壓力的超調(diào)不低于5％，且消除制動間隙時，不能超過0.1s；設(shè)計轉(zhuǎn)速控制環(huán)時，要在保證電流飽和的情況下啟動，以便加快消除制動間隙的速度；設(shè)計電流控制環(huán)時，確保其超調(diào)不低于2％。此外，汽車電子機械制動系統(tǒng)控制系統(tǒng)的設(shè)計中，保證電流控制環(huán)的積分系數(shù)和比例系數(shù)為610、0.945；轉(zhuǎn)速控制環(huán)的為8.6、1.9；壓力控制環(huán)的為6、8.6。

3汽車電子機械制動系統(tǒng)仿真

3.1汽車電子機械制動系統(tǒng)的仿真模型

汽車電子機械制動系統(tǒng)的仿真模型主要有無刷直流控制模型、電流和轉(zhuǎn)速雙閉環(huán)控制模型以及無刷直流電計算環(huán)控制模型三種。

3.2仿真結(jié)果

就上述三種仿真模型的仿真結(jié)果來講：第一，電流環(huán)仿真，如果電動機無任何載重時，其電流值相對較小，因此，調(diào)節(jié)電流環(huán)時，一定要堵?lián)蹼妱訖C轉(zhuǎn)動，確保其處于空載狀態(tài)。相關(guān)的電流環(huán)試驗表明，電動機的實際電流在開始轉(zhuǎn)動時其超調(diào)相對較大，但后期能夠有效跟蹤目標(biāo)電流；第二，轉(zhuǎn)速環(huán)試驗，試驗轉(zhuǎn)速環(huán)的過程中，同樣要保證電動機無任何載重，相關(guān)結(jié)果表明，啟動電動機時，電流值相對較大，使得電動機在很短的時間內(nèi)就能達(dá)到規(guī)定轉(zhuǎn)速，但因為電動機在快速旋轉(zhuǎn)時不斷換相，這就導(dǎo)致電流發(fā)生抖動，以致電動機的轉(zhuǎn)速幅度不大，始終在目標(biāo)值附近進(jìn)行抖動；第三，壓力環(huán)試驗，通過壓力環(huán)試驗可知，一定要在不超過0.1s的時間內(nèi)消除制動間隙，而其制動壓力超調(diào)也不能低于5%，而且，試驗中，汽車電子機械制動系統(tǒng)的執(zhí)行器可以最大限度地輸出制動壓力同時響應(yīng)速度也非常快。

4結(jié)語

由上可知，雖然汽車電子機械制動系統(tǒng)缺少真空增壓器，縮小了制動空間，但其代替了壓縮空氣和液壓制動，使得汽車質(zhì)量大大減輕，而其較高的制動速度，也在一定程度上提高了安全性能。因此，汽車電子機械制動系統(tǒng)能夠滿足汽車的發(fā)展需求，且其安裝難度低于傳統(tǒng)汽車，同時汽車電子機械制動系統(tǒng)還具有較高的可靠性，是汽車未來的發(fā)展方向。

作者：荊志遠(yuǎn) 單位：佳木斯市航務(wù)管理處