李濤

摘要：電子機械制動系統(tǒng)是汽車系統(tǒng)中的最重要的系統(tǒng)之一，是保障汽車駕駛員在緊急狀態(tài)下安全的保證，汽車是否具有好的制動性往往作為消費者考量汽車的關(guān)鍵條件之一。汽車的電子機械制動系統(tǒng)依靠的是電機，通過電機中的電子元件、控制系統(tǒng)完成構(gòu)建起的數(shù)據(jù)模型，對接收到的信息指令進行相應(yīng)的制動反饋操作。對汽車電子機械制動系統(tǒng)設(shè)計研究對于汽車的性能發(fā)展具有十分重要的意義，本篇將對汽車電子機械制動系統(tǒng)的設(shè)計進行相關(guān)的解析，對電子機械制動系統(tǒng)進行深入的探索研究。

Abstract： Electro mechanical braking system is one of the most important systems in the automobile system， and it is the guarantee of the safety of the driver in emergency. Whether the car has good braking performance is often one of the key conditions for consumers to consider the car. The electronic mechanical braking system of automobile depends on the motor. The data model is completed by the electronic components and control system of the motor， and the corresponding braking feedback operation is carried out for the received information command. The research on the design of automobile electro-mechanical braking system is of great significance for the development of automobile performance. This paper will analyze the design of automobile electro-mechanical braking system and carry out in-depth exploration and Research on the electromechanical braking system.

關(guān)鍵詞：電子機械;制動系統(tǒng);設(shè)計與研究

Key words： electronic machinery;brake system;design and research

中圖分類號：U463.5? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-957X（2020）23-0026-02

0? 引言

隨著汽車速度的不斷攀升，汽車的制動能力是影響著汽車駕駛安全的關(guān)鍵因素，對于汽車的制動系統(tǒng)的研發(fā)也是在更新?lián)Q代。近些年來將電子技術(shù)和機械技術(shù)相結(jié)合的電子機械制動技術(shù)對于汽車整體制動能力的提升十分的迅速，在汽車的制動距離以及汽車的制動時間上都有很不錯的表現(xiàn)。而繼續(xù)深入研究電子機械制動系統(tǒng)，優(yōu)化設(shè)計及成本以促成對汽車制造業(yè)的發(fā)展具有十分重要的意義。

1? 汽車電子機械制動系統(tǒng)的發(fā)展背景條件及優(yōu)勢現(xiàn)狀

1.1 汽車電子機械制動系統(tǒng)的發(fā)展背景條件

在傳統(tǒng)的汽車制造業(yè)中，傳統(tǒng)的液壓式制動系統(tǒng)是制動系統(tǒng)的主流，通過踩踏制動踏板引發(fā)加壓裝置對整個汽車進行制動，隨著時間的推移這種技術(shù)已經(jīng)無法滿足日益增長汽車性能的需要，傳統(tǒng)的液壓控制制動系統(tǒng)由于人長時間的踩踏踏板出現(xiàn)的液壓加壓裝置松動，使用壽命短，純粹依靠人反應(yīng)來進行的制動系統(tǒng)對于日益增長的汽車速度的先前條件也將不再適應(yīng)目前的發(fā)展需要，目前的制動系統(tǒng)管路愈加復(fù)雜多樣，這對于整體的制動性能的提升也產(chǎn)生阻礙?；谶@種現(xiàn)狀，結(jié)合目前電子技術(shù)發(fā)展較為先進的基礎(chǔ)，將電子技術(shù)與傳統(tǒng)機械制動技術(shù)相結(jié)合的電子機械制動系統(tǒng)應(yīng)運而生。

1.2 汽車電子制動系統(tǒng)的發(fā)展優(yōu)勢與現(xiàn)狀

電子機械制動系統(tǒng)通過電機代替原有的液壓裝置對機械驅(qū)動進行相關(guān)操作，除了在反應(yīng)速度上更加迅捷，安全性也大大提升。其次電子機械制動系統(tǒng)在線路連接上更為簡便，執(zhí)行步驟相較于傳統(tǒng)的液壓控制系統(tǒng)較為簡便，而且電子機械制動系統(tǒng)是通過制動液來代替原有的系統(tǒng)油管，優(yōu)化了汽車內(nèi)部空間的設(shè)計，并且由于節(jié)省了油箱也將不存在油管泄露情況，這將有利于環(huán)境保護方向。并且在汽車執(zhí)行制動操作時實現(xiàn)外部載荷的平穩(wěn)傳送，以實現(xiàn)汽車噪音發(fā)出的噪音更小，制動效果也得了顯著提升。目前各個發(fā)達(dá)國家都在致力于研究電子機械制動系統(tǒng)，不斷的開發(fā)該系統(tǒng)的潛力，該系統(tǒng)不僅符合當(dāng)今信息時代的需要，更滿足了人對于現(xiàn)代汽車制動性能的需求。雖然目前發(fā)展仍未到成熟期，只是在傳統(tǒng)的機械制動系統(tǒng)的基礎(chǔ)上加入了ABS、ESP等，對于整體汽車架構(gòu)沒有進行相應(yīng)的優(yōu)化，反而讓管路配置變得更為復(fù)雜，對于后期維護而言反倒更加麻煩。如何優(yōu)化該系統(tǒng)在整個汽車空間中的設(shè)計變得十分關(guān)鍵，這也將成為未來汽車制動系統(tǒng)的發(fā)展方向。

2? 汽車電子機械制動系統(tǒng)的設(shè)計

2.1 工作原理

電子機械制動系統(tǒng)是通過踩踏電子踏板，通過傳感器向電子中樞控制系統(tǒng)發(fā)送信號，經(jīng)過相應(yīng)的分析操作后對整個制動系統(tǒng)發(fā)出相應(yīng)的信號。整個電子機械制動系統(tǒng)核心部件是中樞控制系統(tǒng)，通過中樞控制系統(tǒng)的電子元件的數(shù)據(jù)分析對汽車運行狀態(tài)下收集到的信息進行相關(guān)的操作，例如在汽車減速，增加距離等信號時，電子機械控制系統(tǒng)更具靈活性，反應(yīng)時間可以達(dá)到0.1s左右，快速的反應(yīng)速度是安全駕駛的關(guān)鍵。

2.2 制動系統(tǒng)設(shè)計與優(yōu)化

電子制動控制系統(tǒng)的設(shè)計是十分復(fù)雜的，駕駛員通過踩踏制動踏板，制動踏板通過電子線路發(fā)出相關(guān)信息，具體的信息是十分細(xì)致具體的，例如對踩踏力度的分析，對汽車運行速度的分析，目前汽車的所受外力的分析等等，這些信息綜合起來，通過數(shù)據(jù)模型的綜合分析進行相關(guān)的制動操作。除此以外制動位移也是在制動系統(tǒng)中需要考量的因素和問題之一。具體的設(shè)計細(xì)節(jié)如下，首先是雙腔制動閥的設(shè)計，該設(shè)計對于汽車制動時將汽車踏板經(jīng)踩踏后發(fā)出的制動信號通過制動閥轉(zhuǎn)化為壓力信號。而該閥門總體要經(jīng)過三個力學(xué)階段，先增壓，再保壓，最后減壓，此過程需要構(gòu)建數(shù)學(xué)模型，建模的參數(shù)將直接影響閥力學(xué)動態(tài)參數(shù)，例如制動彈簧剛度、排氣間隙、活塞回位彈簧剛度等等。其次再整個汽車制動系統(tǒng)的設(shè)計中，推動閥的設(shè)計也是至關(guān)重要的緩解之一，其主要作用是完成對制動氣室和制動閥的連接，組成部分分為四個接口，出氣口、進氣口、控制氣口、排氣口。最后，該系統(tǒng)的部分就是氣壓管路，氣壓管路的設(shè)計是不斷提升汽車壓力的關(guān)鍵，找出與汽車制動速度和相應(yīng)壓力間的關(guān)系，需要設(shè)計相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型，完成制動系統(tǒng)模型的參數(shù)確定。模型的優(yōu)化方面，首先是對整體數(shù)學(xué)模型的優(yōu)化，其次就是對結(jié)果的分析。需要分析的數(shù)據(jù)包括制動系統(tǒng)對排氣時間、充氣時間延長和最大氣壓的影響。首先是對最大氣壓的影響的優(yōu)化，首先通過對制動數(shù)學(xué)模型的優(yōu)化，其主要條件包括對制動氣室的容積、制動閥的排氣間隙、制動閥平衡彈簧的強度，優(yōu)化后的速度反饋可以達(dá)到0.3s左右。其次就是對壓力速度的優(yōu)化，依舊是對氣壓制動模型先進行優(yōu)化，基礎(chǔ)條件包括充氣時間延長，繼動閥回位彈簧剛度，制動閥下腔彈簧回位高度。通過對數(shù)據(jù)的具體分析，將制動閥下腔回位彈簧剛度設(shè)計為9n/mm，繼動閥回位彈簧剛度取9n/mm，在排氣延長時間上的制動閥間隙上設(shè)置為1.4mm，繼動閥間隙設(shè)置為1.4mm，經(jīng)過綜合優(yōu)化的壓力反饋時間將從平時的0.6s左右削減至0.3s左右。在具體的制動參數(shù)設(shè)計上我們用一輛越野車的計算參數(shù)為例子空載參數(shù)如表1。

為方便計算，將三軸車簡化為二軸計算。

在同步附著系數(shù)的分析和去欸的那個上，根據(jù)汽車的前后軸荷分析，道路附著系數(shù)，坡度等相關(guān)分析，會得出如下情況：①當(dāng)ρ<ρ0時，前輪會抱死，喪失轉(zhuǎn)向能力。②當(dāng)ρ<ρ0時，后輪抱死，喪失方向穩(wěn)定性。③當(dāng)ρ<ρ0時，前后輪同時抱死，喪失裝箱能力。

上述情況中會出現(xiàn)側(cè)滑導(dǎo)致的喪失方向穩(wěn)定性和喪失裝箱能力，為防該情況的出現(xiàn)，我們在抱死但沒有制動減速度的情況下，為該車提供最高的制動減速度，較高的附著系數(shù)將防止越野車在附著系數(shù)較低的地面制動時出現(xiàn)側(cè)滑現(xiàn)象。綜上所述，可以確定在滿載時的同步附著系數(shù)為ρ0=0.8。

在系數(shù)分配計算方面如下：

力矩方程平衡方程為：

Tμ-Fxbre=0

Tμ為制動力距，F(xiàn)xb為地面制動力，r額為車輪半徑

Fμ=Tμ/rμ

Fμ為制動力，是克服制動器摩擦力矩產(chǎn)生的力，與Fxb方向相反，當(dāng)角速度大于0時，大小相等。增大踩踏力度時，這些參數(shù)隨之正大，當(dāng)Fxb小于等于附著力F1時，最大值動力為Fxbmax=Fs1而當(dāng)?shù)孛嬷苿恿_(dá)到附著力F1時不再增大，但制動力Fμ將隨著踩踏力度逐漸增大。

綜上所述，制動力取決于制動器，所以對制動器的設(shè)計十分關(guān)鍵，同時受外部因素影響，只有雙方因素達(dá)到最大時才能提供足夠高的制動力。

根據(jù)受力情況，制動時軸荷的轉(zhuǎn)移，可以得到地面對前后輪得反向力。

Fs1=G/L（b+HgDu/gdt）

Fs2=G/L（a-HgDu/Gdt）

G為中立，L為軸距，a為質(zhì)心離前軸距離，b為質(zhì)心離后軸距離。Hg為汽車質(zhì)心高度，g為重力加速度，Du/Dt為制動減速度，得出汽車總的地面制動力為Fxb=Fxb1+Fxb2=GDu/gdt=Gz。

Du/Dt為制動強度，由此得出前后附著力為F1=G/L（b+zhg）1，F(xiàn)2=G/L（a-zhg）2，根據(jù)制動器汽車前后制動比為定值，以前制動力Fμ1和總Fμ得比值為比例，成為β，β=Fμ1/Fμ=Fμ1/Fμ1+Fμ2，根據(jù)已選定的同步附著系數(shù)得出數(shù)值為0.68。

3? 汽車電子機械制動系統(tǒng)中內(nèi)部系統(tǒng)的構(gòu)建設(shè)計及重點

3.1 汽車電子機械制動系統(tǒng)內(nèi)部系統(tǒng)的構(gòu)建設(shè)計

①執(zhí)行系統(tǒng)設(shè)計，該設(shè)計分為三大模塊：1）制動模塊，2）轉(zhuǎn)動模塊，3）無刷直流電機模塊。其中無刷直流電機模塊的核心是電機，通過數(shù)學(xué)模型的構(gòu)建設(shè)計完成對系統(tǒng)的優(yōu)化分析以及相應(yīng)的改進。具體是依靠電機將制動裝置配置在驅(qū)動齒輪上，接收到相應(yīng)的指令后產(chǎn)生制動力，在傳感器的檢測下完成對壓力數(shù)據(jù)的收集，以實現(xiàn)對制動盤壓力檢測。然后反饋信號到中央控制系統(tǒng)當(dāng)中，設(shè)計執(zhí)行系統(tǒng)，通過對電子機械制動系統(tǒng)制動間隙的分析，得出對應(yīng)參數(shù)，針對汽車的整個驅(qū)動系統(tǒng)完成制動電子制動系統(tǒng)執(zhí)行系統(tǒng)的設(shè)計。②控制系統(tǒng)設(shè)計，該設(shè)計主要則很難對汽車的功能控制，作用主要分為兩個部分，首先是完成汽車功能的精準(zhǔn)快速執(zhí)行，確保汽車在運行時系統(tǒng)功能的有效使用，其次就是對制動間隙的消除，以達(dá)到提升制動能力和制動的精準(zhǔn)性。在構(gòu)成上分為三個部件，1）壓力環(huán)，2）轉(zhuǎn)速環(huán)，3）電流環(huán)，內(nèi)環(huán)實現(xiàn)對增幅量控制以達(dá)到保護電機的目的，外環(huán)實現(xiàn)針對系統(tǒng)的整體控制。內(nèi)外環(huán)完成了對整個系統(tǒng)的控制，都是圍繞著執(zhí)行系統(tǒng)進行相關(guān)操作。

3.2 汽車電子機械制動系統(tǒng)內(nèi)部系統(tǒng)的設(shè)計重點

對于電子機械制動系統(tǒng)的設(shè)計，在掌握技術(shù)的關(guān)鍵的同時，更要明確各個環(huán)節(jié)的設(shè)計目的與重點，以確保該系統(tǒng)的正常運行。在整體系統(tǒng)中，首先要確保其和運行的穩(wěn)定性，系統(tǒng)的良好可靠運行將是汽車行駛的制動的必然需求。在針對不同的車輛車型時要及時的對相關(guān)參數(shù)進行相關(guān)匹配設(shè)計，這對于整個系統(tǒng)的裝配運行至關(guān)重要。最后就是整個系統(tǒng)的電子原件的保障，電子元件雖然高度精準(zhǔn)，但故障率依舊存在，要建立起完善的保險措施，以確保在電子元件失效的同時確保整個制動系統(tǒng)的運行，并及時給予相應(yīng)的信息反饋，以確保在緊急情況下對駕駛員的安全。

4? 總結(jié)

電子機械制動系統(tǒng)的研究雖然處于較為不成熟的階段，但是從發(fā)展前景和潛力來考慮無疑是廣闊和巨大的，因為無論是在制動性能還是在智能化方面該系統(tǒng)相較于傳統(tǒng)的系統(tǒng)都有著極大的優(yōu)勢，但對于該系統(tǒng)的設(shè)計和裝配需要極高的科學(xué)技術(shù)支持，需要經(jīng)過多次實驗和調(diào)整，以滿足整個制動系統(tǒng)的性能的需要。

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