關于汽車電控機械制動系統(tǒng)控制的分析

權靜

摘要：制動系統(tǒng)是確保汽車穩(wěn)定運行的基礎，為更好掌握車輛制動影響因素，真正實現(xiàn)汽車安全運行。文章針對傳統(tǒng)汽車制動系統(tǒng)存在的問題，對汽車電控機械制動系統(tǒng)仿真分析、優(yōu)化設計，為汽車電控機械制動設計技術發(fā)展提供參考。

關鍵詞：汽車;電控機械制動;仿真

在科技不斷發(fā)展的背景下，絕對的安全性是人們對汽車產品的重要要求之一。現(xiàn)代化汽車，人們可通過了解其實際制動性及一體化底盤等關鍵技術，真正了解汽車安全性能。現(xiàn)代化汽車電控機械制動系統(tǒng)（簡稱EMB），其通過與其他部件和CAN集成，建立綜合控制系統(tǒng)。下文針對實際部件參數(shù)，對EMB機械執(zhí)行及電機執(zhí)行等建模、動力學分析，和傳統(tǒng)制動系統(tǒng)比對，驗證系統(tǒng)優(yōu)越性，對今后更好完善設計提供參考。

1 傳統(tǒng)汽車制動系統(tǒng)的缺陷

傳統(tǒng)汽車制動以HB、EHB線控液壓制動，EHB系統(tǒng)是在HB系統(tǒng)上發(fā)展來的，相較于傳統(tǒng)液壓制動器，EHB采用一體化制動，制動時間短，制動效果突出，系統(tǒng)操作簡單，噪聲小，且無需真空裝置輔助，優(yōu)越性突出。但是，EHB制動系統(tǒng)管路復雜，裝配及維修不便，響應不及時，且制動液會污染環(huán)境，需在原有技術上進一步改進。

2 電控機械制動系統(tǒng)優(yōu)化方向

電控是汽車制動新方向，將電控單元融入汽車液壓制動系統(tǒng)，開發(fā)全新車輛電控機械制動系統(tǒng)（簡稱EMB），可解決傳統(tǒng)制動系統(tǒng)缺陷，提高制動效果。

2.1工作原理

電控機械制動系統(tǒng)主要由電機、制動器、控制器（ECU）、傳動裝置等組成。汽車制動，制動踏板上傳感器將數(shù)據傳送給RCU（終端控制器Remote Control Units，兼?zhèn)淇刂坪屯ㄐ殴δ埽ㄟ^踏板速度及位移情況分析駕駛員實際駕駛情況，以此推斷是緊急制動或還是正常制動[4]。制動中，ECU將制動力、車輪傳感力等進行分析，以控制算法計算，得到電壓控制信號，減速器減速，經滾動絲杠機構轉換旋轉運動為移動運行，實現(xiàn)車輪制動及制動塊壓緊力控制。完成后，F(xiàn)lexRay將信號傳遞給ECU，ECU將信號傳遞給電機[5]。

2.2控制目標

控制目標分為以下幾個：

2.2.1踏板力感控制，優(yōu)化制動感覺。

2.2.2對車輪電機控制，實時控制車輪制動力矩，同時實現(xiàn)ABS制動防抱死。

2.2.3制動力分配，含車前后軸制動力分配、再生制動控制。

2.2.4轉向、驅動及制動系統(tǒng)集成控制，實現(xiàn)ESP、ASR功能。

3 車輛制動管動力學模型及制動仿真分析

3.1制動模型

制動模型包含整車制動、控制器、輪胎模型及制動系統(tǒng)模型等。

3.1.1整車制動

分為雙輪模型、四輪模型、1/4模型。下文以1/4模型為例分析。

3.1.2輪胎

輪胎模型表征制動為路面縱向附著系數(shù)及輪胎滑移率之間關系，路面附著系數(shù)為輸出，輪胎滑移率為輸入。計算可針對輪速、車速，計算滑移率，以查表模塊應用，查找路面縱向附著系數(shù)。該研究以Burckhardt模型支持，如圖1，圖中分析干濕路面、冰雪路面最佳滑移率，分別為0.2、0.08、0.15。

3.1.3 電控機械制動

模型由減速器、制動器、電機、絲杠傳動模型等組成，電機力矩輸入，以制動力矩完成輸出。

3.1.4控制器

以PID制動控制，控制器模型輸入實際滑移率及最佳滑移率差，電機力矩為期望輸出。

3.2制動仿真

為提高研究信服力，對不同車輛、不同路面制動進行研究，研究對車輛在不同路面制動試驗，不同路面以80km/h速度制動，施加制動力矩階躍輸入模擬緊急制動：

3.2.1干燥路面，對車輛制動力矩對制動的影響比對分析，若制動力矩同附著力限定制動路局數(shù)據較小，車輛制動需3.ls，制動長度34.5m，若制動力矩及限定制動力矩較高，將導致制動長度增加，車輪抱死，具體制動時間5. Is，制動距離55. 2m。

3.2.2濕滑路面，若制動力矩同附著力限定制動路局數(shù)據較小，車輛制動需5.8s，制動長度63. 6m;若制動力矩及限定制動力矩較高，具體制動時間9. 8s，制動距離105. 8m。

3.2.3冰雪路面，若制動力矩同附著力限定制動路局數(shù)據較小，車輛制動需13. 5s，制動長度151m;若制動力矩及限定制動力矩較高，具體制動時間16. 1s，制動距離176.6m，車輪抱死，則車輛危險較大。

綜上所述，同干路面道路行駛相比，濕滑路面車輛高速行駛下制動，短時間出現(xiàn)抱死，滑移率100%，且地面附著系數(shù)較低，導致制動距離延長。同濕滑路面，冰雪路面高速行車時制動，抱死時間短，瞬間形成抱死，滑移率100%，相較于濕滑路面，冰雪路面附著系數(shù)更低，制動距離更長。車輛在附著系統(tǒng)較低路面高速行駛時制動，未控制防抱死，則很可能出現(xiàn)防抱死，導致安全事故發(fā)生。

3.3以遺傳算法優(yōu)化PID參數(shù)

以MATLAB軟件操作支持，對車輛電控機械制動策略仿真圖形界面設計分析，以軟件操作，用戶將車輛輪胎及整車對應參數(shù)輸入到系統(tǒng)中，點擊控制算法按鈕，可迅速獲取車輛制動信息，獲取直觀的分析數(shù)據。此外，文章以遺傳算法對PID參數(shù)優(yōu)化，以此實現(xiàn)快速制動。一些復雜的系統(tǒng)優(yōu)化，采用遺傳算法隨機優(yōu)化搜索，可在一時間對空間中各個點位快速搜索，實現(xiàn)全局收斂。因此，可利用模型優(yōu)化設計，通過PID控制參數(shù)中積分系統(tǒng)、微分系數(shù)及比例系數(shù)，得到變量，在固定長度路面上，以制動實際滑移率及理想的滑移率之差均方根視作目標函數(shù)，優(yōu)化各項約束條件，以MATLAB中“工具箱”的算法求解目標函數(shù)，以獲取車輛穩(wěn)定性提高的理論基礎。之后對主程序M文件及目標函數(shù)的M文件編寫，得到的理想控制參數(shù)的最終優(yōu)化。

在此次研究中，對不同路面情況下控制參數(shù)優(yōu)化，發(fā)現(xiàn)：（1）在干燥路面下，制動時間2. 6s，制動距離29.4m，經比對發(fā)現(xiàn)滿足國家制動規(guī)范。 （2）在濕滑路面，制動時間4.6s.制動距離51.4m、經比對發(fā)現(xiàn)滿足國家制動規(guī)范。（3）冰雪路面，制動時間12s，制動距離133. 8m，經比對，發(fā)現(xiàn)其基本能滿足國家制動規(guī)范。

由此可見，在不同路面下，均可實現(xiàn)對目標滑移率實施追蹤，對地面附著力最大限度利用，縮短車輛制動長度，提高車輛高速行駛中方向穩(wěn)定性，提高制動效能。

4 效果比對分析

經仿真優(yōu)化后，車輛電控機械制動系統(tǒng)和傳統(tǒng)汽車制動系統(tǒng)比對分析，發(fā)現(xiàn)電控機械制動系統(tǒng)優(yōu)勢明顯。

4.1 結構及性能

傳統(tǒng)車輛制動與電控機械式制動系統(tǒng)進行比較的結果如表l所示。

4.2制動距離

以載貨車（約40t）為例，配置盤式制動器及ENS，時速90km/h制動，到車輛停止位置制動距離比ABS及鼓式制動器縮短約45%，而EMB又在此基礎上縮短近14%制動距離，可見電控機械制動系統(tǒng)優(yōu)勢明顯（如圖2）。

5 結束語

綜上所述，本文首先對汽車電控機械制動系統(tǒng)進行了仿真分析、控制策略設計軟件開發(fā)，再者，對電控機械制動系統(tǒng)控制目標FENIX實現(xiàn)的前提下，對PID控制對制動的影響分析，最后，以遺傳算法對PID控制參數(shù)優(yōu)化，對目標滑移率跟蹤，在應用最大限度的路面附著力基礎上，縮短車輛高速行駛下制動距離，以此提高車輛穩(wěn)定性，減少安全隱患發(fā)生。

參考文獻：

[1]陳睿.汽車電子機械制動的關鍵技術發(fā)展研究[J]內燃機與配件，2018 （1）：96- 97

[2]周杰輝.電子機械制動系統(tǒng)研究與設計[J]南方農機，2018 （13）：168-168

[3]劉樹偉，郝亮.汽車真空輔助制動系統(tǒng)的控制研究[J]中國工程機械學報，2019（1）： 61-66.

[4]崔金明轎車電控制動系統(tǒng)的結構和發(fā)展[J].科技風，2018（ 4）：127-127