汽車(chē)電子制動(dòng)系統(tǒng)的研究初探

摘要：本文扼要講述了汽車(chē)電子制動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成和顯著特點(diǎn)，初步探究了其制動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、原理和開(kāi)發(fā)過(guò)程中的核心問(wèn)題，最后對(duì)該系統(tǒng)的“模塊化設(shè)計(jì)“的思路進(jìn)行了闡述。

關(guān)鍵詞：模塊化設(shè)計(jì)；開(kāi)發(fā)；制動(dòng)系統(tǒng)原理

中圖分類(lèi)號(hào)：TP311 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-7712 （2012） 16-0013-01

一、制動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與主要特點(diǎn)

電子制動(dòng)系統(tǒng)由電制動(dòng)器、輪速傳感器、電子制動(dòng)控制單元、線束、電源組成。如圖1所示。

（1）電制動(dòng)器：通常分為鼓式與盤(pán)式，其系統(tǒng)組成和液壓制動(dòng)器相同，并用電動(dòng)機(jī)作為作動(dòng)器。（2）輪速傳感器：實(shí)時(shí)的獲取車(chē)輛的車(chē)輪速度信號(hào)，并反饋給ECU。（3）制動(dòng)控制單元，即ECU。它的主要任務(wù)是采集輪速儀表傳感器的數(shù)字信號(hào)，判斷車(chē)輪是正常運(yùn)行狀態(tài)還是其它不良的狀態(tài)（如抱死或打滑）；采集車(chē)輛剎車(chē)制動(dòng)時(shí)的數(shù)字信號(hào)，對(duì)其剎車(chē)進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)控；采集制動(dòng)踏板的數(shù)字信號(hào)，進(jìn)行制動(dòng)器制動(dòng)的控制。（4）線束。其功能是為系統(tǒng)傳遞電控信號(hào)以及動(dòng)力能源。（5）電源：電力能源裝置，多數(shù)是交直流電源。同時(shí)也涵蓋一些再生的能源。

采用電子制動(dòng)系統(tǒng)，減少了大量的機(jī)械連接和閥的控制，并用自控系統(tǒng)的程序，來(lái)控制各軸的制動(dòng)力配置以及制動(dòng)力大小?？蛇_(dá)到傳統(tǒng)制動(dòng)要求的ABS功能。同時(shí)因?yàn)殡娋€替代了機(jī)械管路，為安裝方便和維護(hù)都打下了良好的基礎(chǔ)。并且該系統(tǒng)具備以往的傳統(tǒng)制動(dòng)系統(tǒng)不能對(duì)比的穩(wěn)定性和減小制動(dòng)距離的性能。

二、系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的核心問(wèn)題

（1）執(zhí)行器構(gòu)成的半導(dǎo)體應(yīng)有最佳的高溫物理性能，防止制動(dòng)執(zhí)行器周?chē)母邷仄茐钠涫褂眯阅?。同時(shí)車(chē)輛制動(dòng)器的設(shè)計(jì)要考慮到廉價(jià)和重量?jī)蓚€(gè)重要因素。另外基于輪轂尺寸的限制，尺寸應(yīng)符合開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)時(shí)的要求。（2）容錯(cuò)能力：選擇這種容錯(cuò)的系統(tǒng)可適用在液壓元件被整體撤銷(xiāo)的系統(tǒng)（無(wú)獨(dú)立的后備執(zhí)行系統(tǒng)）。截至目前，增強(qiáng)容錯(cuò)系統(tǒng)穩(wěn)定性的方法和技術(shù)很多，但是徹底的方案依舊是采用后備系統(tǒng)。若電子控制單元發(fā)生問(wèn)題，在不影響當(dāng)前的系統(tǒng)完整性的前提下，選擇后備裝置進(jìn)行啟動(dòng)。隨著使用場(chǎng)合的差異，容錯(cuò)程度也不一致。不過(guò)，對(duì)于重要的控制器與傳感器均要進(jìn)行備份。同時(shí)，節(jié)點(diǎn)間的通信應(yīng)支持容錯(cuò)，但容錯(cuò)應(yīng)有對(duì)應(yīng)的通信協(xié)議。能完成制動(dòng)控制的核心技術(shù)，即系統(tǒng)失效時(shí)的信息交流協(xié)議，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生問(wèn)題，快速輸出信息，以保證信息的傳遞與法規(guī)一致。（3）防干擾處理：系統(tǒng)的難題還有怎樣減弱和去除車(chē)輛運(yùn)行中的干擾信號(hào)。怎樣完成底盤(pán)的部件化，系統(tǒng)軟硬件怎樣完成不同車(chē)型的需要。在算法中實(shí)現(xiàn)部件化，并開(kāi)發(fā)一套數(shù)據(jù)總線的系統(tǒng)，才會(huì)在低成本下?lián)碛凶罴训目刂葡到y(tǒng)。上述問(wèn)題，隨著科技水平的提高，問(wèn)題會(huì)迎刃而解。而電子制動(dòng)系統(tǒng)因其良好的性能，終會(huì)取代以往傳統(tǒng)的液壓控制系統(tǒng)。

三、電子制動(dòng)系統(tǒng)原理樣機(jī)的模塊化設(shè)計(jì)

（1）中央電子控制單元。ECU作為制動(dòng)系統(tǒng)的中樞，它可以實(shí)現(xiàn)多個(gè)部件的控制，比如通過(guò)采集車(chē)輪傳感器的信號(hào)，判斷車(chē)輪的狀態(tài)，以便控制其制動(dòng)力，實(shí)現(xiàn)安全保護(hù)和正常工作。也可以采集制動(dòng)踏板本身發(fā)出的數(shù)字信號(hào)，來(lái)實(shí)現(xiàn)制動(dòng)器的制動(dòng)。目前各車(chē)輛廠家設(shè)計(jì)的各種控制系統(tǒng)，例如無(wú)級(jí)轉(zhuǎn)向、導(dǎo)航和衛(wèi)星定位、自動(dòng)變速控制系統(tǒng)和制動(dòng)控制系統(tǒng)是高度集成，ECU必須考慮上述系統(tǒng)控制的兼顧性。（2）電子踏板模塊。此模塊具有感知駕駛意愿，且配置踏板感覺(jué)模擬器的儀表傳感器。該系統(tǒng)采用先進(jìn)的踏板模擬器。它的功能就是把作用在踏板上的力、速度轉(zhuǎn)換為可以傳輸?shù)碾娦盘?hào)，最后傳遞到中央ECU。這種模擬器，其特性曲線（輸入、輸出）必須適應(yīng)司機(jī)的駕駛習(xí)慣，然后依靠人體的工程學(xué)設(shè)計(jì)來(lái)增強(qiáng)穩(wěn)定性和舒適度。（3）車(chē)輪制動(dòng)模塊。ECU、制動(dòng)執(zhí)行器都是車(chē)輪制動(dòng)模塊組成的部分。該執(zhí)行器其主要特點(diǎn)就是模塊化，并且配置電機(jī)內(nèi)置結(jié)構(gòu)。全部的機(jī)構(gòu)主要由三部分組成：行星齒輪的減速模塊、變螺旋式的機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)為絲杠機(jī)械運(yùn)動(dòng)的行星滾子螺旋傳動(dòng)模塊和驅(qū)動(dòng)電機(jī)模塊。

滾珠絲杠副：它可以實(shí)現(xiàn)電機(jī)輸出的螺旋傳輸運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為絲杠的直線式傳動(dòng)方式，同時(shí)給制動(dòng)鉗施加一定的壓力，從而產(chǎn)生匹配的制動(dòng)力。

傳感器：儀表傳感器為了滿(mǎn)足工作需要，分為角位移傳感器、壓力傳感器和輪速傳感器

制動(dòng)器：目前主要分為鼓式制動(dòng)器和盤(pán)式制動(dòng)器。

減速機(jī)構(gòu)選擇：這種行星齒輪減速機(jī)構(gòu)，可以減小電機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速，從而增大輸出的轉(zhuǎn)矩，并有適當(dāng)?shù)妮S向承受能力。

伺服電機(jī)選擇：基于永磁無(wú)刷型的直流力矩電機(jī)的性能優(yōu)越、穩(wěn)定，多數(shù)的生產(chǎn)廠家都指定它作系統(tǒng)的制動(dòng)電機(jī)。在車(chē)輪的輪轂內(nèi)配置電動(dòng)機(jī)，不但增強(qiáng)了其車(chē)體本身空間的利用又摒棄了原來(lái)的離合器、傳動(dòng)橋和減速器一系列的傳動(dòng)部件，減小了車(chē)體整個(gè)的重量，使其機(jī)械損耗減小到極點(diǎn)，同時(shí)兼有非常靈活的行使驅(qū)動(dòng)的性能。執(zhí)行器長(zhǎng)期工作在堵轉(zhuǎn)的惡劣環(huán)境下，所以要求電機(jī)的堵轉(zhuǎn)性能非常卓越，并要求其空載轉(zhuǎn)速很高，并在工作時(shí)，利用調(diào)節(jié)電機(jī)的電流大小，完成電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩的相應(yīng)變化。

綜上所述，目前汽車(chē)的電子制動(dòng)系統(tǒng)具有原有液壓、機(jī)械系統(tǒng)無(wú)法比擬的性能特點(diǎn)，在車(chē)輛設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)廣泛地使用，并對(duì)汽車(chē)的電子制動(dòng)系統(tǒng)的性能提高和完善進(jìn)一步展開(kāi)討論和研究。

參考文獻(xiàn)：

[1]宋桂秋，陸方，郭立新.汽車(chē)智能制動(dòng)系統(tǒng)自尋優(yōu)控制與仿真[J].東北大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2006，1.