摘要：科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展以及經(jīng)濟(jì)水平的不斷提高，汽車電子機(jī)械制動器的發(fā)展有顯著的進(jìn)步，為了提高電子機(jī)械制動的效率，加強(qiáng)對電子機(jī)械制動的分析，將建立電子機(jī)械制動的數(shù)學(xué)模型和動力學(xué)模型。機(jī)械制動優(yōu)于傳統(tǒng)的液壓制動，為汽車電子機(jī)械制動的研究和應(yīng)用提供了依據(jù)，本文對其有效性進(jìn)行了分析。

關(guān)鍵詞：汽車;電子機(jī)械制動器;效能;仿真系統(tǒng)

0 ?引言

汽車工業(yè)的高速發(fā)展，使得對車輛制動技術(shù)也不斷攀升。車輛的制動是保證車輛交通安全的一個重要前提。汽車的安全性使得消費(fèi)者對汽車制動系統(tǒng)的要求越來越高。精湛的汽車行業(yè)技術(shù)對汽車制動性能不再止步傳統(tǒng)液壓制動器。因此，專業(yè)人員對于汽車制動技術(shù)電子機(jī)械制動器方面發(fā)展。用這種更高效的電子機(jī)械制動器滿足消費(fèi)者對于行車安全要求，使汽車發(fā)展得到更好的進(jìn)步。車輛制動性能一直是汽車安全性的關(guān)鍵，汽車制動性能的提升一直受到人們的重視。防滑制動系統(tǒng)等功能逐漸融入現(xiàn)有的制動系統(tǒng)之中，這些系統(tǒng)都與傳統(tǒng)的液壓制動系統(tǒng)相連，復(fù)雜的且分別無規(guī)律的管路，不僅增加了液壓回路泄露的可能性同時也提升了裝配維修的難度。電子機(jī)械制動為了適應(yīng)了這一要求，讓車輛制動技術(shù)的發(fā)展更為迅速。90年代歐美地區(qū)一些大型的汽車零部件的國際制造商和汽車制造商開始對EMB系統(tǒng)進(jìn)行研究，其中博世、西門子和德國大陸特維斯進(jìn)行了深入的EMB系統(tǒng)研究，德國大陸特維斯和德國達(dá)姆施塔特理工大學(xué)一起合作研討了EMB制動模型與控制系統(tǒng)模型，并且在中國多所高校都對EMB系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了研究。

1 ?汽車電子機(jī)械制動器簡介

在傳統(tǒng)的EHB中，電子機(jī)械制動系統(tǒng)斷開制動踏板與制動器之間的機(jī)械連接，通過通信線束傳輸制動信號傳輸，因此EMB系統(tǒng)的可靠性變得非常重要，這就要求系統(tǒng)有一個備用電源（如果主電源故障）和冗余通信連接（三重冗余連接踏板），EMB控制系統(tǒng)采用可靠性更高的總線協(xié)議，控制系統(tǒng)冗余設(shè)計。

在車輛駕駛時，信號通過電動制動踏板中的位移傳感器采集的踏板位移和速度信號傳輸?shù)街醒肟刂茊卧Ｖ醒肟刂茖︸{駛員的制動意圖可以通踏板信息分析，計算目標(biāo)制動的最佳制動力，并向四個EMB驅(qū)動器發(fā)送一個信號，EMB調(diào)節(jié)器接收到制動信號后，控制發(fā)動機(jī)，以便根據(jù)發(fā)動機(jī)發(fā)出的指令控制電流和轉(zhuǎn)動角速度。同時，根據(jù)車輛、道路、制動系統(tǒng)等的情況，電子踏板中的模擬器通過以下方式向駕駛員返回“道路感”，傳感器收集有關(guān)電機(jī)電流、速度和制動夾緊力的信息，并反饋到EMB調(diào)節(jié)器使整個控制過程由三層閉合電路組成，確保最佳制動性能。

2 ?車輛動力分析模型

2.1 對車輛制動時的狀態(tài)進(jìn)行受力的分析

汽車電子機(jī)械制動器在工作時，對車輛進(jìn)行受力分析一直是汽車動力學(xué)模型中的一個探討重點(diǎn)。在分析制動力時，假設(shè)在水平道路上行駛時，忽略了滾動阻力、空氣阻力、輪胎變形和懸掛等因素，其后果是不堪設(shè)想的。對車輛直接行駛性能的受力分析，包括的主要內(nèi)容有車輛質(zhì)量、車輛前后制動力、防止車輛提速的作用，前車輪距以及后車輪距等。通過制動力的受力分析，可以很好地分析制動效果。

2.2 輪胎受力分析模型

在動態(tài)車輛模型中，對輪胎受力模型進(jìn)行分析可以有效提高制動性能，本文分析了EMB制動器中的輪胎的受力模型，在制動車輛時，輪胎特性對道路制動性能的影響更為重要。輪胎受力模型的確定主要涉及輪胎的半徑、汽車制動的力矩、輪胎轉(zhuǎn)動的角速度以及地面附著系數(shù)，用合適的數(shù)學(xué)模型來分析車輛輪胎的制動力。車型不同輪胎的制動力巨也不相同，對同一輛車的受力分析的結(jié)果也可能不一樣這需要進(jìn)行多次分析以得到準(zhǔn)確結(jié)果。

2.3 附著系數(shù)

車輪的制動和地面附著系數(shù)在車輛制動時也起著很大的作用。當(dāng)車輛的輪胎處于半旋轉(zhuǎn)或者半滾動的狀態(tài)時，地面附著系數(shù)是可以達(dá)到最大值，即車輛的制動動力的值最大，此時橫向穩(wěn)定性好。若車輪被完全鎖定沒滾動，則會附著在地面上，橫向穩(wěn)定性為零，很容易滑倒和擺動尾巴，這很容易造成事故。

車輛在道路上附著系數(shù)的確定對車輛動力學(xué)模型的引入有著重要的影響，車輛輪胎的附著系數(shù)主要受車速和汽車制動滑移率的影響。這個數(shù)學(xué)模型可以由最大附著系數(shù)、車速、車輪滑移率和形狀系數(shù)確定。此外，針對不同的車輪滑移率，對路面附著系數(shù)進(jìn)行調(diào)整，得到不同參數(shù)下的路面附著系數(shù)。

2.4 EMB制動系統(tǒng)的模型

20世紀(jì)以來，隨著汽車技術(shù)的飛速發(fā)展，現(xiàn)代汽車電氣化、電子化程度很高，線控制動是一種線控系統(tǒng)的應(yīng)用，統(tǒng)一的制動應(yīng)用領(lǐng)域可以有效簡化制動硬件的控制元件，提高整車的性能。制動踏板與制動控制裝置之間的機(jī)械連接通過制動線斷開，制動控制指令通過電信號傳輸?shù)街苿邮┘泳€束。目前，汽車制動裝置主要分為兩個系統(tǒng)：電子液壓制動系統(tǒng)（EHB）和電子機(jī)械制動系統(tǒng)（EMB）。

電子液壓制動（EHB）是電子機(jī)械制動（EMB）的一種先進(jìn)產(chǎn)品，是在現(xiàn)有傳統(tǒng)液壓制動系統(tǒng)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，對傳統(tǒng)液壓制動系統(tǒng)作了微小的改進(jìn)，目前已在市場上得到了廣泛的應(yīng)用。然而，EHB存在著液壓管路多、布置安裝困難、ABS電控系統(tǒng)復(fù)雜、生產(chǎn)維護(hù)成本高等固有缺陷。液壓制動系統(tǒng)已不能適應(yīng)汽車的發(fā)展。隨著轉(zhuǎn)矩驅(qū)動技術(shù)和電子控制技術(shù)的發(fā)展，EMB將成為汽車制動系統(tǒng)的主要市場。

在研究汽車電子機(jī)械制動器制動性能時，EMB制動模型的確定可以很好地分析汽車的制動性能。EMB制動器主要由電源、發(fā)動機(jī)、自動調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)、減速機(jī)構(gòu)和滾珠絲桿機(jī)構(gòu)等組。此外，在EMB制動的系統(tǒng)模型之中，減速的機(jī)制提供制動力矩是由發(fā)動機(jī)來增加距離，減速的動力力矩對車輛的力矩有影響，以便檢測車輛的制動性能。

2.5 電機(jī)模型

在研究汽車制動性能時，選擇合適的發(fā)動機(jī)模型可以使汽車輸出穩(wěn)定的電功率，在EMB制動模型中，通過確定電樞反饋電動勢、發(fā)動機(jī)感應(yīng)電動勢和電樞回路電感的數(shù)學(xué)模型，可以得到模型下的電樞電流。此外，根據(jù)EMB制動模型，通過增加電樞回路電感等因素來模擬發(fā)動機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩，可以確定發(fā)動機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩的仿真裝置。

2.6 行星齒輪

行星減速器是EMB制動模型中最關(guān)鍵的地方。減速器其最重要目的是降低車速，增加變速器的感應(yīng)扭矩，以滿足車輛制動狀態(tài)的要求，其中包括減速器的行星減速模型，它包括輸入轉(zhuǎn)矩和輸出轉(zhuǎn)矩之間的關(guān)系，行星的輸出轉(zhuǎn)矩可以通過確定太陽輪的輸入轉(zhuǎn)矩和行星齒輪的旋轉(zhuǎn)效率之間的數(shù)學(xué)關(guān)系來獲得。

2.7 滾珠絲桿副的模型

在EMB制動模型中，雙滾珠絲杠模型的主要功能是改變運(yùn)動方向。在螺桿組中，行星裝置的旋轉(zhuǎn)輸入被轉(zhuǎn)換成螺桿平移，然后傳遞到制動塊;在雙螺桿模型中，滾珠螺桿的旋轉(zhuǎn)扭矩是通過從行星架體的出口扭矩中讀取滾珠螺桿的預(yù)緊扭矩，然后通過讀取滾珠絲杠副傳遞扭矩的第三個旋轉(zhuǎn)扭矩。也通過表達(dá)摩擦、動量和其他系統(tǒng)關(guān)系。

2.8 制動裝置模型

在EMB剎車模型中，剎車裝置的型號非常重要。剎車裝置的型號主要取決于移動部件和剎車盤之間的摩擦。由于它們的相互作用可以得到一個適當(dāng)?shù)膭x車模型。

2.9 汽車制動過程中的動力學(xué)模型

在汽車制動性能研究中，汽車制動過程動態(tài)模型的研究是提高汽車制動性能的重要組成部分。在汽車制動分析中，主要根據(jù)牛頓第二定律建立了完整的機(jī)械模型，得到車輛接地點(diǎn)與平衡方程之間的距離。此外，還應(yīng)研究附著系數(shù)和制動過程的減速度。

3 ?汽車制動性能的仿真

3.1 駐車制動控制算法

系統(tǒng)的停放制動控制算法應(yīng)采集發(fā)送停放制動的激活信號、制動踏板位移信號和踏板位移信號，作為評價停放和退出狀態(tài)的基本條件，完成駐車制動，也可根據(jù)手動駐車按鈕對開關(guān)信號、駐車狀態(tài)和退出做出響應(yīng)，判斷的結(jié)果是完成了實(shí)際的駐車制動控制算法，如手動駐車、自動駐車和輔助控制等。

3.2 電子機(jī)械制動系統(tǒng)的仿真模型

在模擬汽車制動性能時，建立了電子制動系統(tǒng)的仿真模型，利用Smurf等仿真軟件對EMB制動模型進(jìn)行了仿真，得到了相關(guān)的仿真數(shù)據(jù)。與傳統(tǒng)的液壓制動系統(tǒng)相比，該制動模型能獲得有效的數(shù)據(jù)真實(shí)性，說明機(jī)電制動系統(tǒng)仿真模型具有較好的制動效果。

3.3 模擬仿真的結(jié)果

在汽車電子機(jī)械制動系統(tǒng)的仿真試驗(yàn)中，汽車制動的仿真結(jié)果應(yīng)通過插入某一車型的參數(shù)來獲得。EMB和Hb對比制動性能的仿真結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在裝有ENB制動裝置的車輛中，在0.32秒內(nèi)可以意識到制動裝置在車輛制動系統(tǒng)中的激活。在裝有Hb制動裝置的車輛中，需要0.9秒才能確定。EMB制動器的初始制動時間比制動時間HB快，另外，就最大制動時間而言，EMB的制動時間比制動時間HB短，由此可以看出，就汽車制動時的制動響應(yīng)速度而言，EMB制動器的制動響應(yīng)速度比HB快。其次，在制動距離方面，制動器的制動距離EMB小于制動距離HB，因此，在車輛行駛過程中，制動器的制動效果EMB優(yōu)于制動距離HB，車輛轉(zhuǎn)向安全性更高。

4 ?結(jié)語

在社會經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展過程中，人消費(fèi)者對與汽車駕駛安全性的需求日益提高。制動性能不斷提高，在對汽車電子制動效率的分析中，對汽車的制動性能進(jìn)行了仿真等，為了實(shí)現(xiàn)電子機(jī)械制動與傳統(tǒng)液壓制動的制動性能對比，通過制動性能對比可知，電子機(jī)械制動的制動時間和制動距離較短，從而在汽車行駛中獲得更好的制動性能。

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作者簡介：趙海新（1985-），男，滿族，河北承德人，承德石油高等?？茖W(xué)校講師，工學(xué)碩士，從事汽車技術(shù)、汽車材料和工藝、汽車故障診斷、新能源汽車研究。