汽车电子机械制动系统设计与仿真

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随着社会的发展和科技的进步，人们的生活水平得以大幅度提高，因而汽车成为了人们的日常交通工具，同时人们也对汽车安全提出了更高的要求，而汽车的现代化制动性能成为了安全的重要凭证。因此，汽车电子机械制动系统成为汽车行业未来的发展方向。

1汽车电子机械制动系统的现状

近几年，发达国家不断研究车辆的线控系统，因而产生了线控，在此基础上，又开始研究电控机械的制动系统，概括地说，电控机械的制动系统是指以电动机代替使用压缩空气或液压进行驱动的机械部分，以此提高机械的制动效能和响应速度等，与此同时，机械结构得以最大限度地简化，且其维护和装配的难度也有所降低。因为人们不断提高机械制动性能的要求，所以人们在传统的压缩空气或液压制动系统中大量加入了诸如ESP、ABS及TCS等电子控制系统，使得机械的管路布置和结构越来越复杂，这也在一定程度上增加了液压或压缩空气制动回路的安全隐患，而其维修和装配的难度同样得到大幅度提高。所以，人们越来越关注电子机械制动系统，其简单的结构以及可靠的功能集成也受到人们的青睐。我们坚信，压缩空气或液压制动器会被电子机械制动系统完全取代，电子机械制动系统将是车辆未来的发展方向。

2汽车电子机械制动系统设计

2.1汽车电子机械制动系统的工作原理

一般来讲，汽车电子机械制动系统的原理可概括为：若汽车行驶过程中，遭遇紧急情况需要及时刹车，那么驾驶者就会将脚踏信号通过力量发送至制动踏板，且力量信号会途径电子机械制动系统，进而由三环调速系统进行有效调控后，同时确保无刷直流力矩电机直接接受输出电枢电压的作用，然后将电机轴转动而输出的转速信号发送至传动机构，以便其通过减速增矩将转速信号转变为丝杠位移，最后在制动机构的直接作用下转变为制动力，汽车电子机械制动系统的整个工作过程非常快，只需0.1s的时间。

2.2汽车电子机械制动系统的执行系统

汽车电子机械制动系统的执行系统通常包括制动模块、无刷直流电机模块及传动模块三部分，其中无刷直流电机模块的主要组成部分就是电机驱动模块。若想从动力学上完成汽车电子机械制动系统的仿真，一定要设计好数学模型，并了解其工作原理：选取无刷直流电动机进行驱动行星齿轮的减速装置，并采用运动转换装置以滚珠丝杠的方式，促使旋转运动变为直线运动，进而使制动器产生制动力矩，另外，利用压力传感器有效监测制动盘的制动压力，以反馈信号。汽车电子机械制动系统执行系统的设计流程为：以目标车型的前轮制动器为设计对象，为其设计执行系统。目标车辆前轮轮缸制动压强的最大值为15MPa，且活塞具有48mm的直径，那么为了确保制动盘和制动钳完全脱开，可将汽车电子机械制动系统制动间隙初步确定为0.3mm，其消除时间为0.1s，同时合理选用其他参数，进而设计汽车电子机械制动系统执行系统。

2.3汽车电子机械制动系统的控制系统

汽车电子机械制动系统的控制系统的作用主要是：在及时消除制动间隙的基础上，准确、快速的调节制动力。且其控制系统主要由压力环、电流环以及转速环组成，进而进行反馈控制的，其外环主要控制着系统性质，而其内环的作用也不容忽视，主要用于限幅本环控制量，进而对电动机进行保护，同时还能及时调节环内扰动，促使外环，可以更好的控制。这一控制过程中，目标夹紧力是输入力，输出为电机电枢电压。汽车电子机械制动系统控制系统的设计方法为：若各环的控制目标被确定，那么需要从内至外，不断扩展，即先对电流控制环进行设计，并将其作为转速调节系统的组成部分，以便进行转速控制环设计，然后将转速控制环作为压力调节环的组成部分，从而进行压力控制环设计。控制系统的设计过程中，对各个控制环还有一定的要求：设计压力控制环时，确保其制动压力的超调不低于5％，且消除制动间隙时，不能超过0.1s；设计转速控制环时，要在保证电流饱和的情况下启动，以便加快消除制动间隙的速度；设计电流控制环时，确保其超调不低于2％。此外，汽车电子机械制动系统控制系统的设计中，保证电流控制环的积分系数和比例系数为610、0.945；转速控制环的为8.6、1.9；压力控制环的为6、8.6。

3汽车电子机械制动系统仿真

3.1汽车电子机械制动系统的仿真模型

汽车电子机械制动系统的仿真模型主要有无刷直流控制模型、电流和转速双闭环控制模型以及无刷直流电计算环控制模型三种。

3.2仿真结果

就上述三种仿真模型的仿真结果来讲：第一，电流环仿真，如果电动机无任何载重时，其电流值相对较小，因此，调节电流环时，一定要堵挡电动机转动，确保其处于空载状态。相关的电流环试验表明，电动机的实际电流在开始转动时其超调相对较大，但后期能够有效跟踪目标电流；第二，转速环试验，试验转速环的过程中，同样要保证电动机无任何载重，相关结果表明，启动电动机时，电流值相对较大，使得电动机在很短的时间内就能达到规定转速，但因为电动机在快速旋转时不断换相，这就导致电流发生抖动，以致电动机的转速幅度不大，始终在目标值附近进行抖动；第三，压力环试验，通过压力环试验可知，一定要在不超过0.1s的时间内消除制动间隙，而其制动压力超调也不能低于5%，而且，试验中，汽车电子机械制动系统的执行器可以最大限度地输出制动压力同时响应速度也非常快。

4结语

由上可知，虽然汽车电子机械制动系统缺少真空增压器，缩小了制动空间，但其代替了压缩空气和液压制动，使得汽车质量大大减轻，而其较高的制动速度，也在一定程度上提高了安全性能。因此，汽车电子机械制动系统能够满足汽车的发展需求，且其安装难度低于传统汽车，同时汽车电子机械制动系统还具有较高的可靠性，是汽车未来的发展方向。

作者：荆志远 单位：佳木斯市航务管理处