電動汽車電子機械制動系統的研究與設計

李永順

摘 要：電動汽車電子機械制動系統是一種以電驅動元件的制動執行器，其具有反應速度快、可靠性高、安全環保等優點，該文則對電動汽車電子機械制動系統的總體設計方案進行研究，采用線控制動技術，實現行車制動和駐車制動功能的電子機械制動器。

關鍵詞：電動汽車 電子機械制動系統 設計方案 行車制動 駐車制動

中圖分類號：U4136 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）10（b）-0029-01

電動汽車電子機械制動系統主要是采用線控制動技術來實現的，其不僅可以提高制動器的舒適性，也可以減少發動機所帶來的負載損耗，主要通過電子制動踏板來克服在制動過程中所發生的踏板抖動現象，因此，電動汽車電子機械制動系統的實現，必將取代傳統液壓控制系統。

1 電動汽車電子機械制動系統的總體方案設計

電動汽車電子機械制動系統主要由電子制動踏板、受剎拉桿、電子駐車開關及電制動器等組成，其中，輪速傳感器主要用于采集車輪速度，并將其作為ABS控制策略算法的輸入參數，當然，對于電子駐車開關，其主要用于產生駐車開關信號。當車輛點火后，系統中的控制驅動單元檢測到點火開關后，將進行系統靜態自檢和動態自檢，在行車過程中，控制驅動單元將對電子駐車開關信號及制動踏板開關信號進行采集，利用控制策略算法對最終輸出控制目標值進行運算和判斷，并通過控制量MCU控制單元對控制目標控制量驅動進行控制，并驅動制動電機和電磁離合器，將兩者集成在電制動器總成之內，通機械自鎖機構，電磁離合器將實現電制動器力的保持，而制動電機將利用控制驅動單元的電流閉環控制及機械減速增矩機構來實現制動。

2 電動汽車電子機械制動系統關鍵部位設計

2.1 硬件設計

電動汽車電子機械制動系統主要由主MCU和監控MCU組成的控制電路、由電機驅動控制電路和電磁離合器驅動控制電路構成的驅動電路構成，其中，控制電路主要完成車輛點火、駐車中斷信號、輪速信號及踏板位移信號等輸入信號的采集。分析主MCU和監控MCU，其主要采用基于Power PC構架的32位處理器MPC5604和8位處理器MC9S08DZ128，通過模擬開關控制，從而實現系統部分信號采集及驅動制動電機、電磁離合器的輸出控制，在系統中若采用3路模擬開關，則可以實現1路駐車信號、2路制動踏板位移信號的采集；若采用16路信號開關，則可以實現4路制動電動機、4路電磁離合器的控制。然而，對于切換仲裁控制，其主要由監控MCU來實現的，采用SPI通信技術實現主、從MCU監控，由于主、從MCU具有整車的CAN通信接口，從整車獲取系統故障報警信息并發送到儀表控制單元，實現故障報警功能。

2.2 軟件設計

（1）常規制動控制算法，根據制動踏板位移來判斷駕駛員的制動意圖，采集到制動踏板位移后，應根據整車踏板位移、電子制動踏板位移、前后制動器制動力分配比例來合理分配前、后輪制動力，并根據電制動器的減速比和制動效率計算出制動電機的輸出扭矩，為了推算出電機堵轉電流，則需要根據電機堵轉電流及電機輸出扭矩曲線進行推算，采用電流閉環控制算法來獲得PID電流閉環控制的目標電流值，即根據目標電流值、反饋的實際電流進行閉環調節，待反饋值及目標值達到一定的精度范圍后，才能進入下一個常規制動閉環控制。

（2）駐車制動控制算法。首先需要采集制動踏板信號、離合器踏板位移信號、點火開關信號及發動機轉速信號等，并將其作為駐車狀態和駛離狀態的判斷條件，在執行駐車制動中，應充分考慮手動駐車按鈕開關信號及駐車狀態與駛離狀態的判別結果，從而實現手動駐車、自動駐車和輔助駛離的駐車制動控制算法。

（3）系統冗余控制算法。采用主MCU+監控MCU結合的方式來實現冗余控制，即利用SPI通信方式來實現主、從MCU的相互監控，并將發送的數據內容作為事先設定的數據，當系統接收的數據為事先設定的數據時，則表示系統運行良好，反之，則表示出現故障；當主MCU出現故障時，監控MCU將啟動故障報警按鈕，并通過模擬切換開關接管控制權進行常規控制和駐車制動的開環控制。

2.3 機械設計

對于系統中的電子機械制動器，其主要作為該系統的執行機構，主要由制動電機、制動卡鉗、制動片和剎車盤等組成[1]，其中，制動電機通過減速齒輪和驅動減速齒輪帶動同軸的滾珠絲桿，將滾珠絲桿轉動轉化為移動，將活塞作用于剎車片，通過剎車片對剎車盤進行擠壓，并產生夾緊力，以達到車輛制動的效果。

3 電動汽車電子機械制動系統測試

利用新型電制動試驗臺和輔助測試板對電動汽車電子機械制動系統進行動態測試，根據資料表明[1]，如表1所示，電動汽車電子機械制動系統制動距離小、制動時間長及減速度小，其主要原因是制動電機及制動力較小，所加載的負載也比較小，導致制動力、車速及滑移率隨著時間的變化而變化，制動力隨著踏板位移變化而呈現平滑變化的趨勢，由于該系統沒有進行ABS測試，因此，踏板的滑移率為零。

4 結語

電動汽車電子機械制動系統取代了傳統的液壓制動系統，其具有高可靠性、安全環保及反應速度快的特點，因此，電動汽車電子機械制動系統是未來控制系統的發展方向。

參考文獻

[1] 劉卓.基于FPGA的汽車電子機械制動系統的研究[D].西安工程大學，2011.

[2] 左斌.汽車電子機械制動（EMB）控制系統關鍵技術研究[D].浙江大學，2014.

摘 要：電動汽車電子機械制動系統是一種以電驅動元件的制動執行器，其具有反應速度快、可靠性高、安全環保等優點，該文則對電動汽車電子機械制動系統的總體設計方案進行研究，采用線控制動技術，實現行車制動和駐車制動功能的電子機械制動器。

關鍵詞：電動汽車 電子機械制動系統 設計方案 行車制動 駐車制動

中圖分類號：U4136 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）10（b）-0029-01

電動汽車電子機械制動系統主要是采用線控制動技術來實現的，其不僅可以提高制動器的舒適性，也可以減少發動機所帶來的負載損耗，主要通過電子制動踏板來克服在制動過程中所發生的踏板抖動現象，因此，電動汽車電子機械制動系統的實現，必將取代傳統液壓控制系統。

1 電動汽車電子機械制動系統的總體方案設計

電動汽車電子機械制動系統主要由電子制動踏板、受剎拉桿、電子駐車開關及電制動器等組成，其中，輪速傳感器主要用于采集車輪速度，并將其作為ABS控制策略算法的輸入參數，當然，對于電子駐車開關，其主要用于產生駐車開關信號。當車輛點火后，系統中的控制驅動單元檢測到點火開關后，將進行系統靜態自檢和動態自檢，在行車過程中，控制驅動單元將對電子駐車開關信號及制動踏板開關信號進行采集，利用控制策略算法對最終輸出控制目標值進行運算和判斷，并通過控制量MCU控制單元對控制目標控制量驅動進行控制，并驅動制動電機和電磁離合器，將兩者集成在電制動器總成之內，通機械自鎖機構，電磁離合器將實現電制動器力的保持，而制動電機將利用控制驅動單元的電流閉環控制及機械減速增矩機構來實現制動。

2 電動汽車電子機械制動系統關鍵部位設計

2.1 硬件設計

電動汽車電子機械制動系統主要由主MCU和監控MCU組成的控制電路、由電機驅動控制電路和電磁離合器驅動控制電路構成的驅動電路構成，其中，控制電路主要完成車輛點火、駐車中斷信號、輪速信號及踏板位移信號等輸入信號的采集。分析主MCU和監控MCU，其主要采用基于Power PC構架的32位處理器MPC5604和8位處理器MC9S08DZ128，通過模擬開關控制，從而實現系統部分信號采集及驅動制動電機、電磁離合器的輸出控制，在系統中若采用3路模擬開關，則可以實現1路駐車信號、2路制動踏板位移信號的采集；若采用16路信號開關，則可以實現4路制動電動機、4路電磁離合器的控制。然而，對于切換仲裁控制，其主要由監控MCU來實現的，采用SPI通信技術實現主、從MCU監控，由于主、從MCU具有整車的CAN通信接口，從整車獲取系統故障報警信息并發送到儀表控制單元，實現故障報警功能。

2.2 軟件設計

（1）常規制動控制算法，根據制動踏板位移來判斷駕駛員的制動意圖，采集到制動踏板位移后，應根據整車踏板位移、電子制動踏板位移、前后制動器制動力分配比例來合理分配前、后輪制動力，并根據電制動器的減速比和制動效率計算出制動電機的輸出扭矩，為了推算出電機堵轉電流，則需要根據電機堵轉電流及電機輸出扭矩曲線進行推算，采用電流閉環控制算法來獲得PID電流閉環控制的目標電流值，即根據目標電流值、反饋的實際電流進行閉環調節，待反饋值及目標值達到一定的精度范圍后，才能進入下一個常規制動閉環控制。

（2）駐車制動控制算法。首先需要采集制動踏板信號、離合器踏板位移信號、點火開關信號及發動機轉速信號等，并將其作為駐車狀態和駛離狀態的判斷條件，在執行駐車制動中，應充分考慮手動駐車按鈕開關信號及駐車狀態與駛離狀態的判別結果，從而實現手動駐車、自動駐車和輔助駛離的駐車制動控制算法。

（3）系統冗余控制算法。采用主MCU+監控MCU結合的方式來實現冗余控制，即利用SPI通信方式來實現主、從MCU的相互監控，并將發送的數據內容作為事先設定的數據，當系統接收的數據為事先設定的數據時，則表示系統運行良好，反之，則表示出現故障；當主MCU出現故障時，監控MCU將啟動故障報警按鈕，并通過模擬切換開關接管控制權進行常規控制和駐車制動的開環控制。

2.3 機械設計

對于系統中的電子機械制動器，其主要作為該系統的執行機構，主要由制動電機、制動卡鉗、制動片和剎車盤等組成[1]，其中，制動電機通過減速齒輪和驅動減速齒輪帶動同軸的滾珠絲桿，將滾珠絲桿轉動轉化為移動，將活塞作用于剎車片，通過剎車片對剎車盤進行擠壓，并產生夾緊力，以達到車輛制動的效果。

3 電動汽車電子機械制動系統測試

利用新型電制動試驗臺和輔助測試板對電動汽車電子機械制動系統進行動態測試，根據資料表明[1]，如表1所示，電動汽車電子機械制動系統制動距離小、制動時間長及減速度小，其主要原因是制動電機及制動力較小，所加載的負載也比較小，導致制動力、車速及滑移率隨著時間的變化而變化，制動力隨著踏板位移變化而呈現平滑變化的趨勢，由于該系統沒有進行ABS測試，因此，踏板的滑移率為零。

4 結語

電動汽車電子機械制動系統取代了傳統的液壓制動系統，其具有高可靠性、安全環保及反應速度快的特點，因此，電動汽車電子機械制動系統是未來控制系統的發展方向。

參考文獻

[1] 劉卓.基于FPGA的汽車電子機械制動系統的研究[D].西安工程大學，2011.

[2] 左斌.汽車電子機械制動（EMB）控制系統關鍵技術研究[D].浙江大學，2014.

摘 要：電動汽車電子機械制動系統是一種以電驅動元件的制動執行器，其具有反應速度快、可靠性高、安全環保等優點，該文則對電動汽車電子機械制動系統的總體設計方案進行研究，采用線控制動技術，實現行車制動和駐車制動功能的電子機械制動器。

關鍵詞：電動汽車 電子機械制動系統 設計方案 行車制動 駐車制動

中圖分類號：U4136 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）10（b）-0029-01

電動汽車電子機械制動系統主要是采用線控制動技術來實現的，其不僅可以提高制動器的舒適性，也可以減少發動機所帶來的負載損耗，主要通過電子制動踏板來克服在制動過程中所發生的踏板抖動現象，因此，電動汽車電子機械制動系統的實現，必將取代傳統液壓控制系統。

1 電動汽車電子機械制動系統的總體方案設計

電動汽車電子機械制動系統主要由電子制動踏板、受剎拉桿、電子駐車開關及電制動器等組成，其中，輪速傳感器主要用于采集車輪速度，并將其作為ABS控制策略算法的輸入參數，當然，對于電子駐車開關，其主要用于產生駐車開關信號。當車輛點火后，系統中的控制驅動單元檢測到點火開關后，將進行系統靜態自檢和動態自檢，在行車過程中，控制驅動單元將對電子駐車開關信號及制動踏板開關信號進行采集，利用控制策略算法對最終輸出控制目標值進行運算和判斷，并通過控制量MCU控制單元對控制目標控制量驅動進行控制，并驅動制動電機和電磁離合器，將兩者集成在電制動器總成之內，通機械自鎖機構，電磁離合器將實現電制動器力的保持，而制動電機將利用控制驅動單元的電流閉環控制及機械減速增矩機構來實現制動。

2 電動汽車電子機械制動系統關鍵部位設計

2.1 硬件設計

電動汽車電子機械制動系統主要由主MCU和監控MCU組成的控制電路、由電機驅動控制電路和電磁離合器驅動控制電路構成的驅動電路構成，其中，控制電路主要完成車輛點火、駐車中斷信號、輪速信號及踏板位移信號等輸入信號的采集。分析主MCU和監控MCU，其主要采用基于Power PC構架的32位處理器MPC5604和8位處理器MC9S08DZ128，通過模擬開關控制，從而實現系統部分信號采集及驅動制動電機、電磁離合器的輸出控制，在系統中若采用3路模擬開關，則可以實現1路駐車信號、2路制動踏板位移信號的采集；若采用16路信號開關，則可以實現4路制動電動機、4路電磁離合器的控制。然而，對于切換仲裁控制，其主要由監控MCU來實現的，采用SPI通信技術實現主、從MCU監控，由于主、從MCU具有整車的CAN通信接口，從整車獲取系統故障報警信息并發送到儀表控制單元，實現故障報警功能。

2.2 軟件設計

（1）常規制動控制算法，根據制動踏板位移來判斷駕駛員的制動意圖，采集到制動踏板位移后，應根據整車踏板位移、電子制動踏板位移、前后制動器制動力分配比例來合理分配前、后輪制動力，并根據電制動器的減速比和制動效率計算出制動電機的輸出扭矩，為了推算出電機堵轉電流，則需要根據電機堵轉電流及電機輸出扭矩曲線進行推算，采用電流閉環控制算法來獲得PID電流閉環控制的目標電流值，即根據目標電流值、反饋的實際電流進行閉環調節，待反饋值及目標值達到一定的精度范圍后，才能進入下一個常規制動閉環控制。

（2）駐車制動控制算法。首先需要采集制動踏板信號、離合器踏板位移信號、點火開關信號及發動機轉速信號等，并將其作為駐車狀態和駛離狀態的判斷條件，在執行駐車制動中，應充分考慮手動駐車按鈕開關信號及駐車狀態與駛離狀態的判別結果，從而實現手動駐車、自動駐車和輔助駛離的駐車制動控制算法。

（3）系統冗余控制算法。采用主MCU+監控MCU結合的方式來實現冗余控制，即利用SPI通信方式來實現主、從MCU的相互監控，并將發送的數據內容作為事先設定的數據，當系統接收的數據為事先設定的數據時，則表示系統運行良好，反之，則表示出現故障；當主MCU出現故障時，監控MCU將啟動故障報警按鈕，并通過模擬切換開關接管控制權進行常規控制和駐車制動的開環控制。

2.3 機械設計

對于系統中的電子機械制動器，其主要作為該系統的執行機構，主要由制動電機、制動卡鉗、制動片和剎車盤等組成[1]，其中，制動電機通過減速齒輪和驅動減速齒輪帶動同軸的滾珠絲桿，將滾珠絲桿轉動轉化為移動，將活塞作用于剎車片，通過剎車片對剎車盤進行擠壓，并產生夾緊力，以達到車輛制動的效果。

3 電動汽車電子機械制動系統測試

利用新型電制動試驗臺和輔助測試板對電動汽車電子機械制動系統進行動態測試，根據資料表明[1]，如表1所示，電動汽車電子機械制動系統制動距離小、制動時間長及減速度小，其主要原因是制動電機及制動力較小，所加載的負載也比較小，導致制動力、車速及滑移率隨著時間的變化而變化，制動力隨著踏板位移變化而呈現平滑變化的趨勢，由于該系統沒有進行ABS測試，因此，踏板的滑移率為零。

4 結語

電動汽車電子機械制動系統取代了傳統的液壓制動系統，其具有高可靠性、安全環保及反應速度快的特點，因此，電動汽車電子機械制動系統是未來控制系統的發展方向。

參考文獻

[1] 劉卓.基于FPGA的汽車電子機械制動系統的研究[D].西安工程大學，2011.

[2] 左斌.汽車電子機械制動（EMB）控制系統關鍵技術研究[D].浙江大學，2014.