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    汽車電子機械制動系統設計與仿真

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    汽車電子機械制動系統設計與仿真

    隨著社會的發展和科技的進步,人們的生活水平得以大幅度提高,因而汽車成為了人們的日常交通工具,同時人們也對汽車安全提出了更高的要求,而汽車的現代化制動性能成為了安全的重要憑證。因此,汽車電子機械制動系統成為汽車行業未來的發展方向。

    1汽車電子機械制動系統的現狀

    近幾年,發達國家不斷研究車輛的線控系統,因而產生了線控,在此基礎上,又開始研究電控機械的制動系統,概括地說,電控機械的制動系統是指以電動機代替使用壓縮空氣或液壓進行驅動的機械部分,以此提高機械的制動效能和響應速度等,與此同時,機械結構得以最大限度地簡化,且其維護和裝配的難度也有所降低。因為人們不斷提高機械制動性能的要求,所以人們在傳統的壓縮空氣或液壓制動系統中大量加入了諸如ESP、ABS及TCS等電子控制系統,使得機械的管路布置和結構越來越復雜,這也在一定程度上增加了液壓或壓縮空氣制動回路的安全隱患,而其維修和裝配的難度同樣得到大幅度提高。所以,人們越來越關注電子機械制動系統,其簡單的結構以及可靠的功能集成也受到人們的青睞。我們堅信,壓縮空氣或液壓制動器會被電子機械制動系統完全取代,電子機械制動系統將是車輛未來的發展方向。

    2汽車電子機械制動系統設計

    2.1汽車電子機械制動系統的工作原理

    一般來講,汽車電子機械制動系統的原理可概括為:若汽車行駛過程中,遭遇緊急情況需要及時剎車,那么駕駛者就會將腳踏信號通過力量發送至制動踏板,且力量信號會途徑電子機械制動系統,進而由三環調速系統進行有效調控后,同時確保無刷直流力矩電機直接接受輸出電樞電壓的作用,然后將電機軸轉動而輸出的轉速信號發送至傳動機構,以便其通過減速增矩將轉速信號轉變為絲杠位移,最后在制動機構的直接作用下轉變為制動力,汽車電子機械制動系統的整個工作過程非常快,只需0.1s的時間。

    2.2汽車電子機械制動系統的執行系統

    汽車電子機械制動系統的執行系統通常包括制動模塊、無刷直流電機模塊及傳動模塊三部分,其中無刷直流電機模塊的主要組成部分就是電機驅動模塊。若想從動力學上完成汽車電子機械制動系統的仿真,一定要設計好數學模型,并了解其工作原理:選取無刷直流電動機進行驅動行星齒輪的減速裝置,并采用運動轉換裝置以滾珠絲杠的方式,促使旋轉運動變為直線運動,進而使制動器產生制動力矩,另外,利用壓力傳感器有效監測制動盤的制動壓力,以反饋信號。汽車電子機械制動系統執行系統的設計流程為:以目標車型的前輪制動器為設計對象,為其設計執行系統。目標車輛前輪輪缸制動壓強的最大值為15MPa,且活塞具有48mm的直徑,那么為了確保制動盤和制動鉗完全脫開,可將汽車電子機械制動系統制動間隙初步確定為0.3mm,其消除時間為0.1s,同時合理選用其他參數,進而設計汽車電子機械制動系統執行系統。

    2.3汽車電子機械制動系統的控制系統

    汽車電子機械制動系統的控制系統的作用主要是:在及時消除制動間隙的基礎上,準確、快速的調節制動力。且其控制系統主要由壓力環、電流環以及轉速環組成,進而進行反饋控制的,其外環主要控制著系統性質,而其內環的作用也不容忽視,主要用于限幅本環控制量,進而對電動機進行保護,同時還能及時調節環內擾動,促使外環,可以更好的控制。這一控制過程中,目標夾緊力是輸入力,輸出為電機電樞電壓。汽車電子機械制動系統控制系統的設計方法為:若各環的控制目標被確定,那么需要從內至外,不斷擴展,即先對電流控制環進行設計,并將其作為轉速調節系統的組成部分,以便進行轉速控制環設計,然后將轉速控制環作為壓力調節環的組成部分,從而進行壓力控制環設計。控制系統的設計過程中,對各個控制環還有一定的要求:設計壓力控制環時,確保其制動壓力的超調不低于5%,且消除制動間隙時,不能超過0.1s;設計轉速控制環時,要在保證電流飽和的情況下啟動,以便加快消除制動間隙的速度;設計電流控制環時,確保其超調不低于2%。此外,汽車電子機械制動系統控制系統的設計中,保證電流控制環的積分系數和比例系數為610、0.945;轉速控制環的為8.6、1.9;壓力控制環的為6、8.6。

    3汽車電子機械制動系統仿真

    3.1汽車電子機械制動系統的仿真模型

    汽車電子機械制動系統的仿真模型主要有無刷直流控制模型、電流和轉速雙閉環控制模型以及無刷直流電計算環控制模型三種。

    3.2仿真結果

    就上述三種仿真模型的仿真結果來講:第一,電流環仿真,如果電動機無任何載重時,其電流值相對較小,因此,調節電流環時,一定要堵擋電動機轉動,確保其處于空載狀態。相關的電流環試驗表明,電動機的實際電流在開始轉動時其超調相對較大,但后期能夠有效跟蹤目標電流;第二,轉速環試驗,試驗轉速環的過程中,同樣要保證電動機無任何載重,相關結果表明,啟動電動機時,電流值相對較大,使得電動機在很短的時間內就能達到規定轉速,但因為電動機在快速旋轉時不斷換相,這就導致電流發生抖動,以致電動機的轉速幅度不大,始終在目標值附近進行抖動;第三,壓力環試驗,通過壓力環試驗可知,一定要在不超過0.1s的時間內消除制動間隙,而其制動壓力超調也不能低于5%,而且,試驗中,汽車電子機械制動系統的執行器可以最大限度地輸出制動壓力同時響應速度也非常快。

    4結語

    由上可知,雖然汽車電子機械制動系統缺少真空增壓器,縮小了制動空間,但其代替了壓縮空氣和液壓制動,使得汽車質量大大減輕,而其較高的制動速度,也在一定程度上提高了安全性能。因此,汽車電子機械制動系統能夠滿足汽車的發展需求,且其安裝難度低于傳統汽車,同時汽車電子機械制動系統還具有較高的可靠性,是汽車未來的發展方向。

    作者:荊志遠 單位:佳木斯市航務管理處

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