德州學(xué)院汽車工程學(xué)院　　張樹(shù)猛　于士軍

電動(dòng)汽車制動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

德州學(xué)院汽車工程學(xué)院張樹(shù)猛于士軍

制動(dòng)是汽車行駛過(guò)程中必不可少的一個(gè)環(huán)節(jié)，保證駕駛員獲得滿意的制動(dòng)感覺(jué)、有效提高汽車制動(dòng)的安全性、舒適性和穩(wěn)定性成為我們研究的問(wèn)題，本文介紹了一種以電驅(qū)動(dòng)元件的制動(dòng)執(zhí)行器，其具有反應(yīng)速度快、可靠性高、安全環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，是一種實(shí)現(xiàn)行車制動(dòng)和駐車制動(dòng)功能的電子機(jī)械制動(dòng)器。

電動(dòng)汽車；制動(dòng)系統(tǒng)；行車制動(dòng)；駐車制動(dòng)

引言

隨著社會(huì)的不斷發(fā)展和人們對(duì)汽車安全性能要求的不斷提高，擁有優(yōu)異的制動(dòng)性能是現(xiàn)代化安全汽車的重要評(píng)價(jià)條件，線控制動(dòng)技術(shù)相對(duì)傳統(tǒng)的液壓制動(dòng)技術(shù)有很多優(yōu)點(diǎn)，首先，電子制動(dòng)技術(shù)以電子制動(dòng)踏板代替了傳統(tǒng)的液壓制動(dòng)踏板，從而解決了制動(dòng)時(shí)踏板晃動(dòng)的現(xiàn)象，不僅可以增加制動(dòng)舒適性而且減小了發(fā)動(dòng)機(jī)的功率損耗，其次，還可以有效提高能源使用率。所以將來(lái)它一定能代替?zhèn)鹘y(tǒng)液壓制動(dòng)系統(tǒng)成為電動(dòng)汽車制動(dòng)系統(tǒng)的主要方式。

1　電動(dòng)汽車制動(dòng)系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)

電動(dòng)汽車機(jī)械制動(dòng)系統(tǒng)的組成包括：電子制動(dòng)踏板、電子駐車開(kāi)關(guān)、手剎拉桿、輪速感應(yīng)器，其中，輪速傳感器的主要作用是用于收集車輪的速度，并把它用作控制策略算法的代入值，當(dāng)然，駐車開(kāi)關(guān)的目的是產(chǎn)生駐車開(kāi)關(guān)信號(hào)，當(dāng)電動(dòng)汽車打火后，系統(tǒng)中的掌控驅(qū)動(dòng)單元采集到打火信號(hào)、，就會(huì)進(jìn)行系統(tǒng)靜態(tài)自檢和動(dòng)態(tài)自檢，在電動(dòng)汽車行駛過(guò)程中，掌控單元將會(huì)對(duì)駐車開(kāi)關(guān)信號(hào)和制動(dòng)剎車開(kāi)關(guān)信號(hào)進(jìn)行采集，并且利用控制量MCU控制單元，對(duì)掌控目標(biāo)的控制量驅(qū)動(dòng)進(jìn)行掌控，驅(qū)使制動(dòng)電機(jī)和電磁離合器，將兩者集成在電制動(dòng)器單元之中。電磁離合器經(jīng)機(jī)械自鎖機(jī)構(gòu)完成電制動(dòng)器力的保持，然而制動(dòng)電機(jī)將采用掌控驅(qū)動(dòng)單元的電流閉環(huán)操縱和機(jī)械減速增矩裝置完成制動(dòng)，系統(tǒng)組成和總體設(shè)計(jì)圖如圖1所示。

圖1　系統(tǒng)總成圖

2　系統(tǒng)硬件的設(shè)計(jì)

電動(dòng)汽車電子機(jī)械制動(dòng)系統(tǒng)零件包括主MCU和監(jiān)控MCU形成的掌控電路、電機(jī)驅(qū)使掌控電路和電磁離合器驅(qū)使掌控電路構(gòu)成的驅(qū)動(dòng)電路，其中，掌控電路主要實(shí)現(xiàn)車輛打火、停車中斷信號(hào)、輪子行駛速度信號(hào)和踏板移動(dòng)信號(hào)等輸入信號(hào)的收集。分析來(lái)看主MCU和監(jiān)控MCU，它主要使用Power PC構(gòu)架的32位處理器MPC5604和8位處理器MC9S08DZ128，通過(guò)虛擬開(kāi)關(guān)的掌控，從而完成系統(tǒng)少量信號(hào)的收集和驅(qū)使制動(dòng)電機(jī)、電磁離合器的輸出掌控，在系統(tǒng)中如果使用3路虛擬開(kāi)關(guān)完成1路停車信號(hào)和2路制動(dòng)腳踏板移動(dòng)信號(hào)的收集，使用16路開(kāi)關(guān)信號(hào)完成4路制動(dòng)電機(jī)以及4路電磁離合器的掌控，調(diào)換仲裁操控由監(jiān)控MCU完成，主MCU之間經(jīng)由SPI通信完成互相監(jiān)控.當(dāng)主MCU出現(xiàn)運(yùn)行障礙時(shí)，監(jiān)控MCU經(jīng)由虛擬開(kāi)關(guān)每個(gè)開(kāi)口的開(kāi)關(guān)調(diào)換，從而掌握控制權(quán)，完成對(duì)少量信號(hào)的收集及對(duì)電制動(dòng)器執(zhí)行器的操控。主、從MCU都有和整個(gè)車的CAN聯(lián)系的接口，從整個(gè)車收集有關(guān)信號(hào)，并且會(huì)將系統(tǒng)運(yùn)行障礙報(bào)警信號(hào)經(jīng)由整車的CAN網(wǎng)絡(luò)傳遞到儀表操控單元完成運(yùn)行障礙的報(bào)警。

3　制動(dòng)穩(wěn)定性分析

依照電動(dòng)汽車前軸和后軸使用附著系數(shù)的公式，有φ=Fx/Fz式中Fx為對(duì)地面產(chǎn)生摩擦力；Fz為對(duì)應(yīng)軸荷。使用電子制動(dòng)時(shí)的前后附著系數(shù)為：

αf=zL/b+zhgZ≤Fm/G

αf=［zβ+（1-β）Fm/G］L/b+zhgZ＞Fm/G

αr=0Z≤Fm/G

αr=（1-β）（Z-Fm/G）L/a-zhgZ＞Fm/G

式中αf、αr為前、后軸附著系數(shù)；z為制動(dòng)大??；b為車輛質(zhì)心；hg為前后軸之間的長(zhǎng)度和質(zhì)心高度；L為軸之間的距離；G是整車的重量；β為前后制動(dòng)力分配的比值；Fm是電機(jī)發(fā)出的前軸制動(dòng)力。

4　整車制動(dòng)安全性能分析

ECE R13法規(guī)對(duì)兩軸電動(dòng)汽車前、后輪制動(dòng)力有了嚴(yán)格的規(guī)定：車輛在裝貨時(shí)，前軸附著系數(shù)線應(yīng)該在后軸附著系數(shù)線的上面。因?yàn)楦街禂?shù)φ在0.2～0.8時(shí)，規(guī)定制動(dòng)大小z≥0.10 +0.85（φ-0.2），將使附著系數(shù)靠近理論的φ=z線，從而保證很高的附著系數(shù)。當(dāng)汽車前輪抱死時(shí)，為了保證汽車穩(wěn)定以及制動(dòng)的高效率，應(yīng)該使汽車后輪有一些制動(dòng)力，理論的制動(dòng)力分布是將汽車的前后輪一塊抱死，這時(shí)附著條件才會(huì)充分利用，但這在實(shí)際的行駛制動(dòng)中特別難實(shí)現(xiàn)，當(dāng)后輪沒(méi)抱死，前輪抱死時(shí)的前后輪制動(dòng)力線通常叫做f線組，前輪首先抱死是穩(wěn)定工況，但是失去了轉(zhuǎn)向能力；前輪不抱死，后輪抱死時(shí)的前后輪制動(dòng)力線通常叫做r線組，如果后輪先抱死就會(huì)發(fā)生后軸向一邊滑動(dòng)，使電動(dòng)汽車喪失方向穩(wěn)定性。

表1　動(dòng)態(tài)測(cè)試結(jié)果

5　電動(dòng)汽車制動(dòng)系統(tǒng)測(cè)試

采用電制動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)以及測(cè)試板對(duì)電動(dòng)汽車電子機(jī)械制動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)測(cè)試，如表1所示，電子機(jī)械制動(dòng)系統(tǒng)具有制動(dòng)距離小、制動(dòng)時(shí)間長(zhǎng)和減速度小等特點(diǎn)，一個(gè)重要原因是制動(dòng)電機(jī)較小，所使用的載荷也很小，制動(dòng)力跟著踏板移動(dòng)的變動(dòng)呈平滑變化，制動(dòng)力精度經(jīng)測(cè)試是3%，反應(yīng)時(shí)間124ms，最高制動(dòng)力響應(yīng)時(shí)間為205ms。因?yàn)楝F(xiàn)在還沒(méi)有進(jìn)行ABS實(shí)驗(yàn)，所以滑移率是0。

6　總結(jié)

電動(dòng)汽車制動(dòng)系統(tǒng)采用的是電子機(jī)械制動(dòng)系統(tǒng)，完成了行車制動(dòng)和停車制動(dòng)，并且運(yùn)行可靠，運(yùn)行速度快，代替了以往的液壓制動(dòng)系統(tǒng)，這個(gè)系統(tǒng)當(dāng)驅(qū)動(dòng)力比行駛力大時(shí)會(huì)自動(dòng)放開(kāi)駐車制動(dòng)，而使電動(dòng)汽車能夠平穩(wěn)起步。正在開(kāi)發(fā)的四輪電制動(dòng)系統(tǒng)試驗(yàn)臺(tái)，為以后進(jìn)行四輪防抱死制動(dòng)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)奠定了基礎(chǔ)，這個(gè)裝置對(duì)經(jīng)常在城市里走走停停的汽車來(lái)說(shuō)非常實(shí)用，減少了人為失誤造成的一些不必要的事故。

［1］李永順.電動(dòng)汽車電子制動(dòng)系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)［D］.濰坊科技學(xué)院，2014.

［2］劉貴如.電動(dòng)汽車電子制動(dòng)系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)［D］.安徽工程大學(xué)，2013.

［3］趙萬(wàn)忠.電動(dòng)汽車電液復(fù)合制動(dòng)系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)［D］.南京航空航天大學(xué)，2013.

［4］劉清河.電動(dòng)汽車電液并行制動(dòng)系統(tǒng)研究［D］.同濟(jì)大學(xué)，2008.

［5］何仁.電動(dòng)汽車混合制動(dòng)系統(tǒng)控制策略的改進(jìn)［D］.江蘇大學(xué)，2013.