黃鈺

摘 要：本文針對已有電子機械制動系統(tǒng)使用傳感器較多，降低了系統(tǒng)的可靠性，提出了在沒有力傳感器的前提下，通過檢測電機電流大小實現(xiàn)車輛制動力的精確跟隨的方法，通過分析所提出的通過檢測電流幅值來跟隨車輪制動力的方案能夠滿足電子機械制動系統(tǒng)控制系統(tǒng)設計要求，具有響應速度快，動態(tài)性能好等優(yōu)點。

關鍵詞：電子機械制動系統(tǒng);傳感器;電流;離線仿真;制動力

0 引言

制動系統(tǒng)是整個汽車系統(tǒng)的一個非常重要組成部分，直接關系到了車輛的行駛安全，隨著電動汽車的發(fā)展以及人們對汽車制動性能要求的提高[1]，國內(nèi)外相繼興起了對汽車線控制動技術的研究[2-3]。其中，電子機械制動系統(tǒng)擁有諸多優(yōu)點，成為了汽車制動系統(tǒng)未來的發(fā)展現(xiàn)狀[4-7]。 目前，電子機械制動系統(tǒng)在一些方面仍然存在很多不足，比如應用了較多的傳感器，導致制動器結(jié)構龐大易出現(xiàn)故障，同時造成成本過高[7]。因此，本文提出了一種通過檢測電流大小來精確跟隨車輛制動力方法。

1 電子機械制動系統(tǒng)工作原理

電子機械制動系統(tǒng)主要由動力控制單元、控制系統(tǒng)單元、執(zhí)行機構單元三個主要部分組成，具體包括了電源、電子制動踏板、中央控制單元、Can總線、四個獨立的EMB執(zhí)行器等幾個部分。其中EMB執(zhí)行器主要由無刷直流電機、行星齒輪減速機構、滾珠絲杠機構以及制動鉗體等組成[7]。制動時，通過電子制動踏板處的傳感器檢測踏板位移以及角速度傳感器來感知駕駛員的制動意圖，將駕駛員期望的制動力大小、制動速度轉(zhuǎn)化為電信號輸送給EMB中央控制單元，中央控制單元將接收到的電子踏板信號轉(zhuǎn)化為相應的目標制動力信號并分配給4個車輪獨立的EMB執(zhí)行器，經(jīng)過CAN總線發(fā)送給相對應的EMB執(zhí)行器控制器，經(jīng)過EMB執(zhí)行器控制算法計算，將目標制動力信號轉(zhuǎn)化成電機的電壓控制量，然后采用脈沖寬度調(diào)制技術驅(qū)動電機工作，經(jīng)過動力傳動機構的減速增矩、運動轉(zhuǎn)化，推動制動墊塊壓緊制動盤，完成車輛制動的全過程[5-7]。

2 電子機械制動系統(tǒng)數(shù)學模型

無刷直流電機內(nèi)部結(jié)構十分復雜，其數(shù)學模型具有高階性、強耦合性、非線性等特點。

2.1 BLDCM轉(zhuǎn)矩方程和機械運動方程

式中，為電機產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩，為負載轉(zhuǎn)矩，為轉(zhuǎn)子極對數(shù)，為電機和發(fā)射在電機軸上的負載的等效轉(zhuǎn)動慣量，為電機轉(zhuǎn)子角速度，為電機和發(fā)射在電機軸上的負載的等效摩擦系數(shù)，為反電動勢系數(shù)。

2.2 電子機制動系統(tǒng)傳動機構

電子機械制動系統(tǒng)執(zhí)行機構主要由動力源，減速增矩機構，運動轉(zhuǎn)換機構，自增力機構等組成，其中，動力源采用的是無刷直流電機，減速增矩機構采用的是行星齒輪減速器，運動轉(zhuǎn)換機構采用的是滾珠絲杠。電子機械制動系統(tǒng)傳動機構的數(shù)學模型可用以下式子表示：

式中為絲杠轉(zhuǎn)角;為電機輸出端轉(zhuǎn)角;i為行星齒輪減速器傳動比;x表示絲杠螺母位移;為絲杠轉(zhuǎn)角;L為滾珠絲杠機構導程;為加緊力系數(shù);為滾珠絲杠公稱直徑;為滾珠絲杠螺紋升角;P為滾珠絲杠當量摩擦角;i為行星齒輪傳動比。

3 電子機械制動系統(tǒng)轉(zhuǎn)速-電流PI控制模塊

電子機械制動系統(tǒng)應該具有能夠快速消除制動間隙，并且能夠?qū)χ苿恿M行快速準確的調(diào)節(jié)的功能。根據(jù)電流與制動盤加緊力的線性關系，本次電子機械制動系統(tǒng)采用了電流跟隨制動力的方式，所以采用了轉(zhuǎn)速-電流雙閉環(huán)控制，通過對目標電流的準確跟隨，實現(xiàn)加緊力的精確控制。電子機械制動系統(tǒng)轉(zhuǎn)速-電流雙閉環(huán)控制中，轉(zhuǎn)速環(huán)控制采用了傳統(tǒng)的PI控制方式，電流環(huán)控制采用了電流滯環(huán)控制方式，通過將目標電流與實際電流的差值連接到滯環(huán)比較器模塊產(chǎn)生PWM信號，從而控制逆變器功率管的通斷，實現(xiàn)對電流的調(diào)節(jié)，電流的滯緩控制具有實時控制、響應速度快等特點，在一定程度上能夠滿足控制要求。

4 總結(jié)

以上給出了驅(qū)動電機和執(zhí)行機構的數(shù)學模型，并且給出了控制模塊的建模方式，可以建立電子機械制動系統(tǒng)無力傳感器的控制系統(tǒng)模型，通過相應的參數(shù)調(diào)整以及仿真可以得到不錯的車輪夾緊力控制效果，能夠為電子機械制動系統(tǒng)的設計提供一定的參考。

參考文獻：

[1]李頂根，張綠原，何保華.基于滑移率汽車電子機械制動系統(tǒng)模糊控制[J].北京：機械工程學報，2012，48（20）：121-126.

[2]張綠原.電子機械制動系統(tǒng)的加緊力控制策略研究[D].武漢：華中科技大學，2012.

[3]傅云峰，王維銳，葛正.新型汽車電子機械制動系統(tǒng)建模仿真與實驗研究[J].杭州：工程設計學報，2017（03）：56-61.

[4]趙一博.電子機械制動系統(tǒng)執(zhí)行機構研究和開發(fā)[D].北京：清華大學，2010.

[5]陳志成，吳堅等.混合線控制動系統(tǒng)制動力精確調(diào)節(jié)控制策略[J].北京：汽車工程，2018，40（04）：12-18.

[6]汪洋.車輛電控機械制動系統(tǒng)的設計與分析[D].南京：南京航空航天大學能源與動力學院，2005.

[7]林逸，沈沉，王軍等.汽車線控制動技術及發(fā)展[J].汽車技術，2005（12）：1-3.