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电子机械制动系统设计分析

摘要:21世纪电子系统是发展最快、影响范围最广的技术之一,生产、生活、军事、管理等各个领域,都离不开电子技术。在汽车制动方面,电子机械技术有较好的发展前景,其中电子机械制动系统将取代手动控制,更加人性化。

关键词:电子机械;制动系统;EMB

科学技术的迅猛发展大大推动了我国各行各业的发展,其中传统的液压制动系统逐渐被电子机械控制技术所取代,电子机械制动系统是一种以电动机来驱动控制钳块,从而实现对车辆制动的控制,尤其是该制动系统具有响应时间短、系统硬件体积小和质量轻等特点,在现代工业中广泛运用。

1研究目的和意义

我国的汽车工业制造水平,在一定程度上反应出了我国电子机械技术水平。汽车电子技术水平发展越高,汽车的操作性与安全性越有保障,因此汽车的制动系统决定了汽车的安全性[1]。现阶段,汽车的制动控制技术的发展,已经进入到了电子机械制动技术发展应用的阶段,对此技术的深入研究具有十分重要的意义。

2研究现状

汽车的制动性直接关系到人们生命财产安全。汽车自诞生以来,制动系统一直朝着响应时间短、速度快、制动距离短的方向发展。汽车制动技术从电子控制防抱死系统发展到现在的电子机械制动技术,完成了质的变革[2]。在国内,电子机械制动的研究起步较晚,部分高校在国外的理论基础上,对EMB展开了深入研究。从总体上看,国内对电子制动系统的研究处于起步阶段和理论阶段,离实车实验和应用还有一定的距离。

3电子机械制动系统的概念、特点与内涵

电子机械制动系统,简称为EMB,它是一种全新的制动理念。该系统以电能作为能量提供来源,由电动执行机构驱动制动垫块压迫制动盘,实现车轮制动功能。整个系统内去除液压管路与制动液体,改由电线传递动能,数据线传递各种信号,机械连接减少,这是线控制动系统的一种形式[3]。电子机械制动系统结构由四部分组成:制动执行机构、中央控制模块、各种传感器和电源。与一般机械制动系统或电子液压制动系统相比,电子机械制动系统有其自身的特点:结构简单、性能稳定、可靠性高、能源供应要求宽松等。

4电子机械制动系统结构及工作原理

电子机械制动系统与传统的液压制动系统不同,EMB完全不需要制动液和相关的液压系统。EMB系统主要由以下3个部分构成:EMB执行机构、中央控制器(以电子控制单元为核心)和制动踏板模块(由制动踏板处的踏板位移传感器和踏板力模拟器构成)[4]。汽车在运行过程中,驾驶员要通过踏动制动实施制动;整个过程中踏板位移传感器感知踏板位置和变化速度等信息,并迅速将所获得的信号传递给制动控制器,控制器根据此信号判断出驾驶员的制动意图,同时综合其他传感器获得的外界和汽车当前所处状态,实时的计算各个车轮所需的最优制动力,来驱动电机做出正确动作。EMB执行机构是将电机的转矩转化为制动垫块与制动盘间的夹紧力,从而实现各车轮的制动。

5汽车制动系统的基本理论

汽车在行驶时,能够在较短的距离内把车停住且维持行驶原方向的稳定性,同时在下坡时能够维持一定的车速能力,称为汽车的制动性能,车辆的制动性能是衡量车辆的重要性能之一,一般主要从以下2方面评价:1)制动效能。即制动减速度与制动距离,它是指在良好的路面上,汽车以一定的初速度制动到停车时的制动距离,它是制动性最基本的评价指标。2)制动效能的恒定性。即抗热衰退性能,汽车高速行驶下或下坡连续制动时制动效能的保持程度,因为制动的过程实际上就是把汽车行驶过程中的动能通过制动器吸收后再转为热能,因此制动器温度升高后能否保持初始状态时的制动效能,也成为了设计制动器时需要考虑的重要问题。

6EMB控制系统设计方案

汽车制动时,往往存在制动滞后的问题。为了解决这个主要问题,就要求踏板位移传感器必须在制动过程中根据驾驶员踩下踏板时的踏板行程轨迹,快速来识别车轮的制动状态,进而提高制动的响应速度。安装在汽车四个轮子上的制动器是互相独立控制的,它必须由高速度的数据传送车载网络来集中处理控制,同时该系统还必须具备很好的稳定性和可靠性。根据设计要求综合考虑,本研究预采用CAN总线为本系统的总线网络,CAN是一种串行通信网络,它具有通信效率高、实时性强、容错性强、纠错能力强、传输距离远、支持差分收发、适应高干扰环境等特点。

7电子机械制动系统发展的展望

本研究主要围绕电子机械制动系统开展研究工作,同时对电机控制方法及传感器选择进行了初步的研究,多数工作都是探索性、基础性的,旨在为今后电子机械制动系统控制器开发及多种汽车主动安全功能的实现提供一个试验平台以及一些有益的经验。电子机械制动系统是一种全新的制动理念,虽然现阶段受到电机性能、车载电力系统负荷、成本、可靠性等方面的制约未能实现产业化,但凭借响应速度、节能、环保等方面的优势,成为车辆制动系统未来的发展方向之一。

参考文献:

[1]左斌.汽车电子机械制动(EMB)控制系统关键技术研究[D].杭州:浙江大学,2014.

[2]王奎洋,唐金花,刘成晔,等.线控制动系统踏板感觉模拟器的分析与设计[J].机床与液压,2011(21):108-111.

[3]苗政,李莽,张超,等.浅谈轮式车辆线控制动系统[J].农业与技术,2009(1):176-178.

[4]蔡峰,吴昂键,毕大宁,等.电动机械制动(EMB)系统[J].汽车技术,2010(11):38-40.

作者:周杰辉 单位:周口市联营职业中专

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