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轎車電子機械制動系統的建模及評價
轎車電子機械制動系統的建模及評價
摘 要：隨著汽車電子技術的不斷發展，許多新興的電子制動系統逐漸的涌現了出來，在實現社會高效、節能、環保的發展要求的同時，也給電子制動系統的應用帶來了影響。
本文針對轎車電子機械制動系統的應用情況進行探討，分別從其發展過程、數據建模以及計算機仿真試驗進行了深入探討，以供同行參考。
關鍵詞：電子機械;轎車;制動系統;零件;建模
近年來，伴隨著線控技術的不斷成熟，越來越多的電子技術被應用在制動系統當中，采用電子信息的方式來取代過去機械、液壓、啟動的系統連接方式被逐漸被人們接受，并得到大力推廣。
線控技術不僅僅是連接方式的變化，而且還包含量了汽車操縱機構、操作方式的變化，更是汽車執行結構變動的指導基礎，線性技術的應用為汽車技術的研發提供了新的參考理念。
這種技術的應用具備著眾多的優勢，也符合了汽車發展的安全、節能、環保等主題要求，是未來制動系統發展的主要方向之一。
一、汽車制動系統發展概述
在當前的社會發展中，做好電子技術對機械系統的研究有助于縮短我國與國外制動技術之間的差距，對于未來我國汽車產業的發展有著重要的意義，同時也是促進我國汽車產業競爭力、提高汽車零部件生產的重要手段。
汽車制動系統作為汽車結構中最為關鍵的環節，其具體內容如下：
1、汽車制動系統分析
汽車制動系統是汽車上用以使外界(主要是路面)在汽車某些部分(主要是車輪)施加一定的力，從而對其進行一定程度的強制制動的一系列專門裝置。
2、汽車制動系統的發展
汽車制動系統是汽車結構中至關重要的問題，它直接關系到車輛行駛安全和車輛的性能。
隨著現代汽車速度的不斷提高，制動系統的重要性越來越突出。
就當前的制動系統進行分析，其是由制動器、制動驅動機構共同組成的，而制動驅動機構又包含了功能裝置、控制裝置、傳動裝置、動力調節裝置等。
回顧汽車制動系統的發展歷程，我們可以發現制動系統在發展的過程中，工作重點主要是集中在制動器、制動驅動機構的功能和傳動裝置研究中，其發展經歷了人力傳動、伺服傳動、動力傳動、氣壓式傳動等發展歷程。
時至今日，在汽車傳動系統的應用已經實現了以電子技術、網絡技術為的高效、節能傳動方式，為當前社會發展指明了新方向。
3、電子機械傳動系統分析
近年來，伴隨著線控技術的日益成熟，汽車傳動系統逐漸實現了以電子控制為主的發展新時期。
這一系統的出現可謂是一個全新的傳動機制，可謂是實現了制動驅動、制動傳動以及傳動裝置的革新。
電子傳動系統是一個高質、高效的傳動體系，它取消了傳統的液壓傳動系統，是利用電機為基礎提供動力能源，以電信號傳輸駕駛員的控制意圖，從而實現執行機構和常規的制動器。
在汽車運行的過程中，駕駛員通過踩下腳下的電子踏板，從而使得電子踏板傳輸出信號，進而控制各個汽車元件，使得汽車元件做出相應的工作。
二、電子機械傳動系統的建模和研究
近年來，隨著我國人民生活水平的提高，我國的汽車工業發展十分迅速，一躍成為世界第二汽車銷售大國。
但是我國的汽車業水平而言，其與發達國家相比較存在著顯著的差距，無論是整車還是汽車零件的關鍵技術，都無法與發達國家相比。
尤其是在制動系統上，其差距更為突出，為此做好電子機械傳動技術的研究十分關鍵，這也符合我國低碳、節能、環保、高效的社會發展要求。
1、1/4車輛制動模型的建立
汽車本身就是一個復雜的機電系統，且是一個工作環境復雜、變化多端的系統，因此要想建立一個準確的模型是非常困難的。
為此，在工作中為了簡化建模工作，降低建模難度通常都是采用1/4車輛制動模型的方式來進行工作的。
在建模工作中，通常需要從以下方面進行分析：首先，汽車的質量要能夠均勻的分布在每一個輪胎之上;其次，汽車可以認為是處于一個平坦地面上行駛的;再次;忽略汽車的橫擺運動以及側傾運動;第四忽視了輪胎的作用。
2、輪胎模型
汽車的運動依賴于輪胎所受的力，例如，縱向制動和驅動力、側偏力和側傾力、回正力矩及翻轉力矩等，所有這些都是滑移率、側偏角、垂直載荷、道路摩擦系數和汽車運動速度的函數。
如何精確而有效地表達這種函數關系，一直是輪胎模型所探討的問題。
輪胎模型一般分為兩種，一種是物理模型(理論模型)，即通過對輪胎結構和形變機制的數學描述，建立剪切力和回正力矩與相應參數的函數關系。
與理論模型相對照的是經驗公式和半經驗公式，它是通過對大量的輪胎力特性的實驗數據進行回歸分析，將輪胎力特性通過含有擬合參數的公式有效地表達出來。
3、執行機構模型
3.1 無刷直流力矩電機模型
無刷直流力矩電機的電樞電壓恒定，電機控制器根據輸入的控制信號，向電機供給相應的電流，即I=Kk·V;其中式中：I 為電機的線圈端電流，A ;ν 為輸入的控制信號，V;Kk為控制信號與線圈端電流之間的轉換關系，A/ V。
3.2 滾珠絲杠與制動摩擦塊模型
電機通過行星齒輪減速器驅動滾珠絲杠副，將電機的旋轉運動轉化為絲杠的直線運動，壓緊摩擦塊對制動盤施加壓力。
3.3 執行機構整體建模
機械執行機構由無刷直流力矩電機及其控制器、行星齒輪減速器、滾珠絲杠和制動蹄塊等組成，在前面各節中對各部分進行了分析和數學建模，并由此推導出了各部分的傳遞函數。
3.4 建模分析
總的來說，系統制動力變化的過程中，由于機構內部的靜摩擦，力的改變呈階梯性變化，制動力的精確控制帶來了很大的難度。
更重要的是，由于機構輸入增大和減小時輸出都存在有較大的滯后，特別是輸入減小時輸出的大滯后性和突變性，給機構的精確控制帶來了很大的難題，另一方面也說明機構的逆效率很差，在一次加減力的過程中能量損失很大。
電子機械制動系統開環控制的制動力輸出存在有、階梯和突降等現象，要想實現較好的輸入輸出線性跟隨，則必須得應用反饋控制算法。
三、硬件仿真
電子機械制動具有一系列的優點，但是制動力控制的效果能否滿足制動系統的要求，電子機械制動系統能否實際產品化，都還需要進一步的檢驗。
在發展中，利用所建的1/4 車輛仿真模型，利用dSPACE硬件在環仿真系統，對電子機械制動系統進行硬件在環仿真實驗，檢驗其能否滿足國標對汽車制動系統的要求，檢驗其能否實現防抱死制動控制策略。
四、結束語
電子機械制動具有一系列的優點，但是制動力控制的效果能否滿足制動系統的要求，電子機械制動系統能否實際產品化，都還需要進一步的檢驗。
本章利用所建的1/4 車輛仿真模型，利用現代化硬件在環仿真系統，對電子機械制動系統進行硬件在環仿真實驗，檢驗其能否滿足國標對汽車制動系統的要求，檢驗其能否實現防抱死制動控制策略。
參考文獻
[1] 何仁，金文偉. 汽車電子機械制動器的效能分析[J]. 江蘇大學學報(自然科學版). 2007(03)
[2] 張立新，田有為，沈沉. 汽車電子機械制動系統制動執行器的研究[J]. 機械設計與制造. 2006(12)1
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