馬馨茹

摘要：作為軌道交通領(lǐng)域下一代新型制動方式，電子機(jī)械制動（Electro mechanical Brake，EMB）技術(shù)最早于航空領(lǐng)域以“全電剎車”概念提出，屬于航空技術(shù)民用化。區(qū)別于有軌列車常見的空氣和液壓制動方式，EMB系統(tǒng)省去復(fù)雜的空氣與液壓管路，避免了油液泄露的風(fēng)險(xiǎn)，具有響應(yīng)快、結(jié)構(gòu)簡單、輕量化、智能化等優(yōu)點(diǎn)?？紤]EMB系統(tǒng)中多變量、強(qiáng)耦合、變參數(shù)等非線性特點(diǎn)，工程中通過安裝制動力測量元件實(shí)現(xiàn)其制動力精確控制。然而低地板有軌電車整車地板距軌面高度較低，運(yùn)行環(huán)境惡劣，因此傳感器的可靠性受到巨大挑戰(zhàn)。同時(shí)常規(guī)的測量元件采用應(yīng)變片的形變反饋制動力值，在長時(shí)間的疲勞使用過程中應(yīng)變片亦存在斷裂的風(fēng)險(xiǎn)。如果制動力測量傳感器發(fā)生故障，則車輛會出現(xiàn)制動性能下降及制動不當(dāng)?shù)那闆r，影響人身安全。因此無壓力傳感器控制已成為當(dāng)今EMB系統(tǒng)研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)與難點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：電子機(jī)械制動系統(tǒng);無壓力傳感器;控制策略

引言

電子機(jī)械制動系統(tǒng)是線路控制制動系統(tǒng)的一部分，通過電纜束傳輸制動信號和制動能量。對于汽車目前應(yīng)用的所有制動穩(wěn)定功能，制動功率的穩(wěn)定性和精度是必要的，電子機(jī)械制動系統(tǒng)可以通過精確控制制動電機(jī)實(shí)現(xiàn)制動功率的穩(wěn)定輸出。

1控制器整體設(shè)計(jì)

汽車工業(yè)用發(fā)動機(jī)制動器是基于PID控制、能量選擇和制動過程、系統(tǒng)主系統(tǒng)。機(jī)械原理：將操作人員的腳放在踏板上時(shí)，系統(tǒng)發(fā)出信號，并將采集到的信號發(fā)送到中央單元。同時(shí)按下相應(yīng)的制動傳感器會發(fā)出制動力矩信號，將信號轉(zhuǎn)發(fā)給系統(tǒng)，并產(chǎn)生相位控制力矩。系統(tǒng)的制動驅(qū)動將轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)換為橫向推力。制動時(shí)，驅(qū)動開始時(shí)，閉環(huán)控制的鞍形組件可以在控制電阻增大時(shí)進(jìn)入。CPU的控制信號隨前面的傳感器而變化，以確保汽車的最佳減速。

2無壓力傳感器制動力伺服控制分類

1）轉(zhuǎn)矩動態(tài)方程法;2）特征曲線法;3）實(shí)驗(yàn)方法。提出汽車EMB系統(tǒng)的制動正壓力與絲杠位移滿足三次多項(xiàng)式的參數(shù)關(guān)系，但忽略了兩者之間的“遲滯”特性。與之相比，建立了電機(jī)轉(zhuǎn)角與制動力間關(guān)系式，保留了制動力極值間的“遲滯”特性。不足之處在于，文獻(xiàn)忽略了不同制動力間差異的“遲滯”特性，無法處理時(shí)變的期望制動力。由于系統(tǒng)固有的“遲滯”特性，將EMB剛度模型分為線性與非線性兩個(gè)部分，同時(shí)構(gòu)建系統(tǒng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩模型，采用卡爾曼濾波器對非線性部分進(jìn)行觀測補(bǔ)償。不依賴于經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)與EMB執(zhí)行器的剛度特性曲線。提出了一種基于超螺旋算法的擴(kuò)張狀態(tài)觀測器，在動態(tài)轉(zhuǎn)矩平衡方程基礎(chǔ)上估算系統(tǒng)制動力信號。不足之處在于，系統(tǒng)摩擦模型復(fù)雜，無法建立精確的數(shù)學(xué)模型。結(jié)合鉗式制動工作原理，在制動緩解時(shí)，系統(tǒng)主要克服摩擦轉(zhuǎn)矩，近似空載運(yùn)行，負(fù)載模型與制動力無關(guān)。此外，在制動施加輸出恒定制動力時(shí)，電機(jī)工作狀態(tài)為堵轉(zhuǎn)，輸出恒定轉(zhuǎn)矩。由于系統(tǒng)選用伺服電機(jī)作為驅(qū)動電機(jī)，長時(shí)間的堵轉(zhuǎn)會對系統(tǒng)控制器和伺服電機(jī)造成一定的風(fēng)險(xiǎn)。自抗擾控制（Active Disturbance Rejection Control，ADRC）是一種幾乎不依靠數(shù)學(xué)模型來處理非線性、不確定性和外部擾動的控制方法，目前于非線性控制領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。作為ADRC技術(shù)的核心部分，擴(kuò)張狀態(tài)觀測器（Extended State Observer，ESO）可對系統(tǒng)中的未建模誤差與外部擾動進(jìn)行實(shí)時(shí)估計(jì)。由于單一的反步控制策略無法滿足系統(tǒng)魯棒性及高動態(tài)響應(yīng)的要求。因此在反步控制中引入積分項(xiàng)構(gòu)建積分反步控制以提高系統(tǒng)控制精度，有效地避免滑?？刂埔氲亩墩駟栴}，同時(shí)利用擴(kuò)張狀態(tài)觀測器估計(jì)與補(bǔ)償內(nèi)外擾動，提高系統(tǒng)的魯棒性。

3電機(jī)控制系統(tǒng)

保證汽車系統(tǒng)的穩(wěn)定性和精度是PID控制算法的主要功能。目前，最新的制動技術(shù)促進(jìn)了電子制動系統(tǒng)的發(fā)展。制動轉(zhuǎn)矩可以無限調(diào)節(jié)。因此，有必要調(diào)整驅(qū)動支持的主動制動系統(tǒng)，產(chǎn)生的電壓信號傳輸?shù)诫姍C(jī)的中央控制部分。機(jī)械控制部分在發(fā)動機(jī)的供電中起作用。發(fā)動機(jī)產(chǎn)生傳動力矩，通過傳動軸連接旋轉(zhuǎn)球，活塞傳動直接接觸制動墊和制動盤。制動墊圈和活塞之間的摩擦不均勻會增加摩擦系數(shù)。制動盤老化和保溫性能影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，良好的制動效果依賴完善的伺服系統(tǒng)，最終消除不穩(wěn)定因素。

4電子機(jī)械制動系統(tǒng)發(fā)展預(yù)測

電控機(jī)械制動系統(tǒng)的諸多優(yōu)點(diǎn)使其與傳統(tǒng)液壓制動系統(tǒng)的更換、線路控制技術(shù)的應(yīng)用和產(chǎn)品的智能自動化相結(jié)合，有利于電子機(jī)械制動系統(tǒng)的應(yīng)用速度的預(yù)期，符合模塊化、集成、情報(bào)和根據(jù)embram技術(shù)的現(xiàn)狀和目前存在的問題，其發(fā)展趨勢預(yù)計(jì)如下：研究和開發(fā)適合車輛制動系統(tǒng)使用的小型高靈敏度智能傳感器;研究適用于不同車輛制動方式的最佳控制方法，優(yōu)化電控機(jī)械制動系統(tǒng)制動功率的控制精度和穩(wěn)定性;優(yōu)化和進(jìn)一步完善制動執(zhí)行器結(jié)構(gòu)，向簡單結(jié)構(gòu)、性能穩(wěn)定、控制方便、整體空間緊湊結(jié)構(gòu)等方向發(fā)展;研究制動意圖識別算法，確保制動意圖識別精度;制動感覺模擬器的研究始終是一個(gè)潛在方向。

5結(jié)束語

在分析電子機(jī)械制動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及工作原理的基礎(chǔ)上，提出了一種電子機(jī)械制動系統(tǒng)無壓力傳感器制動力伺服控制策略，具有如下優(yōu)勢：1）文中所提出的EMB間隙調(diào)整策略不依賴于附加機(jī)械調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)及壓力檢測裝置，具備準(zhǔn)確的制動間隙調(diào)整能力。2）在強(qiáng)耦合條件下提出的無壓力傳感器控制策略，考慮了系統(tǒng)制動和緩解過程中存在的“遲滯”特性，與傳統(tǒng)控制相比，有效地改善了制動力的估計(jì)精度，可作為備用控制回路，為EMB系統(tǒng)在軌道交通領(lǐng)域的可靠性研究提供一種方案，具有創(chuàng)新型。3）基于Sigmoid函數(shù)的改進(jìn)型擴(kuò)張狀態(tài)觀測器能夠觀測出系統(tǒng)存在的外部擾動，為積分反步控制器提供前饋補(bǔ)償，提高系統(tǒng)的魯棒性與控制精度。

參考文獻(xiàn)

[1]趙逸云，林輝，李兵強(qiáng).電子機(jī)械制動系統(tǒng)無壓力傳感器控制策略研究[J/OL].北京航空航天大學(xué)學(xué)報(bào)：1-16[2022-04-28].

[2]鄧美俊，孫仁云，潘湘蕓，何倩.汽車電子機(jī)械制動系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展分析[J].汽車零部件，2021（09）：103-109.

[3]劉博.高溫壓力傳感器綜合環(huán)境應(yīng)力下的性能分析[D].電子科技大學(xué)，2018.