分析電子機械制動控制系統的安全設計

解冬雪

【摘 要】隨著我國科學技術和經濟水平的不斷提升，交通運輸行業也隨之發展，人們在交通運輸的安全性能方面有了更高的要求。電子機械制動系統作為現代化新型汽車驅動系統的重要組成部分，具有比液壓、氣壓等傳統制動裝置更優越的性能，同時也具備更加環保的特點。但是電子機械制動控制系統任然存在不少弊端，亟待解決。

【關鍵詞】電子機械；制動控制；安全設計

制動系統是整個行車安全的基本保障。在電子科學高速發展的今天，新型電子機械制動控制系統在汽車正常制動過程中起著至關重要的作用，設計理念要隨著功能的更新而不斷改變，將原本應用于飛機領域的制動系統不斷更新至現階段高度電子化的機械制動控制系統。在未來，相信電子機械制動系統具有極其廣大的發展空間，本文以汽車制動為例，結合國內外先進的制動手段和控制經驗，簡要分析電子機械制動控制系統的安全設計問題：

一、汽車制動系統的設計理論

汽車的制動性是指其在運行的過程中，可以在較短的期限內剎車，同時可以保證汽車的前進方向，處于坡路的時候也能夠克服重力勢能，使車身的速度限制在一定的范圍內。制動效能指的是其發揮作用的減速以及停車距離。在路況較為正常的情況下，汽車在一定的初始速度下開啟制動功能直至汽車停止運行的距離。抗熱衰退性能使汽車在較高速度的運行情況下制動效能的維持在在較好的狀況，也會考慮在下坡進行持續制動時的情形。這種情形下的制動是將汽車本身運行的動能通過科學手段轉化為熱能，將動能轉化殆盡，達到使汽車停止運行的目的，如此制動方式使得制動系統本身的溫度必然升高，在面對如此的狀況下，設計人員應該對其進行考慮，確保在進行制動系統設計的過程當中能夠尋找出良好的應對方案。維持汽車的穩定運作，使汽車在行駛的過程中保持較為平穩的運行，保證其方向性較為長久，對于汽車制動來說具有重要的現實意義。這個方面的衡量標準是汽車在固定路段進行行駛的過程中所表現出的綜合實力，汽車一旦出現方向偏離的狀況，就會使得原本的行駛動向發生變化，一直維持的行駛穩定狀態被打破。

二、剎車制動系統的設計

在約90%的緊急制動情況下，駕駛員往往缺乏果斷，不能迅速踩下制動踏板產生緊急制動的效果；或即使能迅速踩下制動踏板，但卻力度不足，沒有達到踏板的制動行程，制動系統有可能會判斷駕駛員采用點制動，不能產生緊急制動效果。在這些情況下，通過踏板行程值與加速度值共同綜合算法分析得出結果，如果分析其屬于緊急的制動，EMB電子控制器ECU指示制動系統產生更高的制動力，控制防抱死ABS發揮作用，縮短制動距離。因此，為在駕駛員進行制動操作時，能對駕駛員意圖進行準確判斷，就得要求根據踏板行程傳感器探知駕駛員的制動意圖，進而對各車輪制動力進行精確的控制，縮短制動距離，提高制動響應速度；另外，在意圖分析過程中，信號傳輸系統還需接收車輪傳感器信號，識別車輪運行狀態。

在制動過程中，電子機械式制動系統（EMB）所需的電能通過車載直流電源系統提供。所需電能最多的是制動執行機構一一執行器。

依據當今各國技術現有各種典型執行機構的結構分析，電子機械制動系統的機械執行機構，它主要通過受控電機產生力矩，并將其放大作用到制動盤上，其結構一般滿足如下幾個基本的要求：（1）由于制動塊與制動盤之間在制動發生前，存在一定的空隙，當制動啟動時，消除該間隙距離的時間即為消除間隙時間；而在制動效果發生時，存在制動力增長時間。制動系統的作用時間主要由這兩方面決定。因此，當檢測到制動啟動時，應盡可能快的消除間隙時間，然后，產生大轉矩，減少制動力增長時間。（2）制動力由平動裝置產生，須將電機的轉動經行星齒輪機構轉化為制動鉗塊的直線運動，因此，電子機械式系統的執行器內部應能將電機轉動轉化為平動。（3）制動力是通過制動塊對制動盤之間的夾緊力產生，而夾緊力的大小取決于制動器的制動力矩。制動器的制動力矩越大，夾緊力越強，制動效能越高；（4）電源系統提供ElVIB所需的所有電能，因此電機功率不能太大，一般應控制在100--200瓦左右，需經過減速器將高轉速低轉矩的電機轉換為低轉速、大轉矩的旋轉運動，使輸出力矩達到符合要求的制動。因此，電子機械制動系統執行機構傳動過程中，對其控制主要是通過對電機力矩的控制。

三、電子機械制動系統執行機構的設計要求分析

（一）電子機械制動系統執行機構需要以產生較大的制動力作為設計前提

顧名思義，制動系統的作用在于產生迫使汽車減速或是停止時的制動力。因此，無論是傳統的機械制動系統，還是現階段汽車逐漸采用的電子機械制動系統，都需要以產生較大的制動力作為基本前提。現階段電子機械制動系統中所用的較為廣泛的制動系統為盤式制動器，其工作原理主要是依靠制動鉗夾緊制動盤所產生的力來產生制動力。而為了確保這一制動力足夠滿足汽車的制動需求，相關的電子機械安裝人員往往需要為這一制動系統執行機構配備強大的電機，如若是大型車輛，往往還輔助配置一些自增力或是減速增力的執行機構，以確保制動鉗夾緊制動盤所產生的夾緊力能夠滿足大型汽車的制動需求。

（二）狹小的輪轂空間要求電子機械制動系統執行機構進一步減少其所占體積

制動系統執行機構的安裝地點位于輪轂內部，而為了滿足狹小的輪轂空間，制動系統的就不得不在滿足制動性能的前提上，進一步減少電子機械制動系統的執行機構的所占體積。這一方面可以有效減小整個車身的總重量，避免因質量過大而帶來較大的慣性。另一方面也可以提升制動系統執行結構的靈敏度，避免因執行結構的體積龐大在輪轂中產生卡殼、摩擦嚴重等現象，為制動系統的長期使用提供重要保障。

（三）建立通信協議

依照以上的對制動系統的控制策略，建立CAN總線通信協議。

1.剎車通信協議

剎車信號具有兩種狀態，分別是剎車有效、無效兩種狀態，由于只有兩種狀態，在軟件設計中只需要用“1 bit”即可進行表達，在軟件中定義剎車有效時為“1”，剎車無效時為“0”。由于剎車信號需要較高的實時性，所以，在CAN總線通信時，需要授予較高優先級。

2.自診斷通信協議

主控節點ECU進行自檢測，檢測自身供電情況，傳感器故障情況，執行器故障情況。由于是自診斷信息，優先級別更低，發送頻率也更低。

3.從節點通信協議

從節點通過CAN總線接收主控節點的控制信號，執行并發出PWM信號控制電機，其自身的控制信息及狀態信息須發到通信網絡中，實現信息的共享及相應的故障診斷。

四、結語

綜上所述，在整個汽車制動中，電子機械制動系統因其獨特的特性受到了人們的廣泛關注。作為一種新型的制動方式，符合制動行業發展主流的制動方式，電子機械制動系統更加安全、便捷、環保。為了更快更好的發展我國的制動系統，必須加強對制動系統的創新研發，將理論知識更好的付諸實踐，合理設計耦合度更好的、反饋更為靈敏的電子機械制動控制系統，保障人們的舒適度和安全性。

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