分析電子機(jī)械制動(dòng)控制系統(tǒng)的安全設(shè)計(jì)

解冬雪

【摘 要】隨著我國科學(xué)技術(shù)和經(jīng)濟(jì)水平的不斷提升，交通運(yùn)輸行業(yè)也隨之發(fā)展，人們在交通運(yùn)輸?shù)陌踩阅芊矫嬗辛烁叩囊?。電子機(jī)械制動(dòng)系統(tǒng)作為現(xiàn)代化新型汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的重要組成部分，具有比液壓、氣壓等傳統(tǒng)制動(dòng)裝置更優(yōu)越的性能，同時(shí)也具備更加環(huán)保的特點(diǎn)。但是電子機(jī)械制動(dòng)控制系統(tǒng)任然存在不少弊端，亟待解決。

【關(guān)鍵詞】電子機(jī)械；制動(dòng)控制；安全設(shè)計(jì)

制動(dòng)系統(tǒng)是整個(gè)行車安全的基本保障。在電子科學(xué)高速發(fā)展的今天，新型電子機(jī)械制動(dòng)控制系統(tǒng)在汽車正常制動(dòng)過程中起著至關(guān)重要的作用，設(shè)計(jì)理念要隨著功能的更新而不斷改變，將原本應(yīng)用于飛機(jī)領(lǐng)域的制動(dòng)系統(tǒng)不斷更新至現(xiàn)階段高度電子化的機(jī)械制動(dòng)控制系統(tǒng)。在未來，相信電子機(jī)械制動(dòng)系統(tǒng)具有極其廣大的發(fā)展空間，本文以汽車制動(dòng)為例，結(jié)合國內(nèi)外先進(jìn)的制動(dòng)手段和控制經(jīng)驗(yàn)，簡要分析電子機(jī)械制動(dòng)控制系統(tǒng)的安全設(shè)計(jì)問題：

一、汽車制動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)理論

汽車的制動(dòng)性是指其在運(yùn)行的過程中，可以在較短的期限內(nèi)剎車，同時(shí)可以保證汽車的前進(jìn)方向，處于坡路的時(shí)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(nèi)。制動(dòng)效能指的是其發(fā)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(dòng)功能直至汽車停止運(yùn)行的距離?？篃崴ネ诵阅苁蛊囋谳^高速度的運(yùn)行情況下制動(dòng)效能的維持在在較好的狀況，也會(huì)考慮在下坡進(jìn)行持續(xù)制動(dòng)時(shí)的情形。這種情形下的制動(dòng)是將汽車本身運(yùn)行的動(dòng)能通過科學(xué)手段轉(zhuǎn)化為熱能，將動(dòng)能轉(zhuǎn)化殆盡，達(dá)到使汽車停止運(yùn)行的目的，如此制動(dòng)方式使得制動(dòng)系統(tǒng)本身的溫度必然升高，在面對如此的狀況下，設(shè)計(jì)人員應(yīng)該對其進(jìn)行考慮，確保在進(jìn)行制動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的過程當(dāng)中能夠?qū)ふ页隽己玫膽?yīng)對方案。維持汽車的穩(wěn)定運(yùn)作，使汽車在行駛的過程中保持較為平穩(wěn)的運(yùn)行，保證其方向性較為長久，對于汽車制動(dòng)來說具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。這個(gè)方面的衡量標(biāo)準(zhǔn)是汽車在固定路段進(jìn)行行駛的過程中所表現(xiàn)出的綜合實(shí)力，汽車一旦出現(xiàn)方向偏離的狀況，就會(huì)使得原本的行駛動(dòng)向發(fā)生變化，一直維持的行駛穩(wěn)定狀態(tài)被打破。

二、剎車制動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

在約90%的緊急制動(dòng)情況下，駕駛員往往缺乏果斷，不能迅速踩下制動(dòng)踏板產(chǎn)生緊急制動(dòng)的效果；或即使能迅速踩下制動(dòng)踏板，但卻力度不足，沒有達(dá)到踏板的制動(dòng)行程，制動(dòng)系統(tǒng)有可能會(huì)判斷駕駛員采用點(diǎn)制動(dòng)，不能產(chǎn)生緊急制動(dòng)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(jié)果，如果分析其屬于緊急的制動(dòng)，EMB電子控制器ECU指示制動(dòng)系統(tǒng)產(chǎn)生更高的制動(dòng)力，控制防抱死ABS發(fā)揮作用，縮短制動(dòng)距離。因此，為在駕駛員進(jìn)行制動(dòng)操作時(shí)，能對駕駛員意圖進(jìn)行準(zhǔn)確判斷，就得要求根據(jù)踏板行程傳感器探知駕駛員的制動(dòng)意圖，進(jìn)而對各車輪制動(dòng)力進(jìn)行精確的控制，縮短制動(dòng)距離，提高制動(dòng)響應(yīng)速度；另外，在意圖分析過程中，信號(hào)傳輸系統(tǒng)還需接收車輪傳感器信號(hào)，識(shí)別車輪運(yùn)行狀態(tài)。

在制動(dòng)過程中，電子機(jī)械式制動(dòng)系統(tǒng)（EMB）所需的電能通過車載直流電源系統(tǒng)提供。所需電能最多的是制動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)一一執(zhí)行器。

依據(jù)當(dāng)今各國技術(shù)現(xiàn)有各種典型執(zhí)行機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析，電子機(jī)械制動(dòng)系統(tǒng)的機(jī)械執(zhí)行機(jī)構(gòu)，它主要通過受控電機(jī)產(chǎn)生力矩，并將其放大作用到制動(dòng)盤上，其結(jié)構(gòu)一般滿足如下幾個(gè)基本的要求：（1）由于制動(dòng)塊與制動(dòng)盤之間在制動(dòng)發(fā)生前，存在一定的空隙，當(dāng)制動(dòng)啟動(dòng)時(shí)，消除該間隙距離的時(shí)間即為消除間隙時(shí)間；而在制動(dòng)效果發(fā)生時(shí)，存在制動(dòng)力增長時(shí)間。制動(dòng)系統(tǒng)的作用時(shí)間主要由這兩方面決定。因此，當(dāng)檢測到制動(dòng)啟動(dòng)時(shí)，應(yīng)盡可能快的消除間隙時(shí)間，然后，產(chǎn)生大轉(zhuǎn)矩，減少制動(dòng)力增長時(shí)間。（2）制動(dòng)力由平動(dòng)裝置產(chǎn)生，須將電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)經(jīng)行星齒輪機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)化為制動(dòng)鉗塊的直線運(yùn)動(dòng)，因此，電子機(jī)械式系統(tǒng)的執(zhí)行器內(nèi)部應(yīng)能將電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為平動(dòng)。（3）制動(dòng)力是通過制動(dòng)塊對制動(dòng)盤之間的夾緊力產(chǎn)生，而夾緊力的大小取決于制動(dòng)器的制動(dòng)力矩。制動(dòng)器的制動(dòng)力矩越大，夾緊力越強(qiáng)，制動(dòng)效能越高；（4）電源系統(tǒng)提供ElVIB所需的所有電能，因此電機(jī)功率不能太大，一般應(yīng)控制在100--200瓦左右，需經(jīng)過減速器將高轉(zhuǎn)速低轉(zhuǎn)矩的電機(jī)轉(zhuǎn)換為低轉(zhuǎn)速、大轉(zhuǎn)矩的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，使輸出力矩達(dá)到符合要求的制動(dòng)。因此，電子機(jī)械制動(dòng)系統(tǒng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)傳動(dòng)過程中，對其控制主要是通過對電機(jī)力矩的控制。

三、電子機(jī)械制動(dòng)系統(tǒng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)要求分析

（一）電子機(jī)械制動(dòng)系統(tǒng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)需要以產(chǎn)生較大的制動(dòng)力作為設(shè)計(jì)前提

顧名思義，制動(dòng)系統(tǒng)的作用在于產(chǎn)生迫使汽車減速或是停止時(shí)的制動(dòng)力。因此，無論是傳統(tǒng)的機(jī)械制動(dòng)系統(tǒng)，還是現(xiàn)階段汽車逐漸采用的電子機(jī)械制動(dòng)系統(tǒng)，都需要以產(chǎn)生較大的制動(dòng)力作為基本前提?，F(xiàn)階段電子機(jī)械制動(dòng)系統(tǒng)中所用的較為廣泛的制動(dòng)系統(tǒng)為盤式制動(dòng)器，其工作原理主要是依靠制動(dòng)鉗夾緊制動(dòng)盤所產(chǎn)生的力來產(chǎn)生制動(dòng)力。而為了確保這一制動(dòng)力足夠滿足汽車的制動(dòng)需求，相關(guān)的電子機(jī)械安裝人員往往需要為這一制動(dòng)系統(tǒng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)配備強(qiáng)大的電機(jī)，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(zhí)行機(jī)構(gòu)，以確保制動(dòng)鉗夾緊制動(dòng)盤所產(chǎn)生的夾緊力能夠滿足大型汽車的制動(dòng)需求。

（二）狹小的輪轂空間要求電子機(jī)械制動(dòng)系統(tǒng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)一步減少其所占體積

制動(dòng)系統(tǒng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的安裝地點(diǎn)位于輪轂內(nèi)部，而為了滿足狹小的輪轂空間，制動(dòng)系統(tǒng)的就不得不在滿足制動(dòng)性能的前提上，進(jìn)一步減少電子機(jī)械制動(dòng)系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)的所占體積。這一方面可以有效減小整個(gè)車身的總重量，避免因質(zhì)量過大而帶來較大的慣性。另一方面也可以提升制動(dòng)系統(tǒng)執(zhí)行結(jié)構(gòu)的靈敏度，避免因執(zhí)行結(jié)構(gòu)的體積龐大在輪轂中產(chǎn)生卡殼、摩擦嚴(yán)重等現(xiàn)象，為制動(dòng)系統(tǒng)的長期使用提供重要保障。

（三）建立通信協(xié)議

依照以上的對制動(dòng)系統(tǒng)的控制策略，建立CAN總線通信協(xié)議。

1.剎車通信協(xié)議

剎車信號(hào)具有兩種狀態(tài)，分別是剎車有效、無效兩種狀態(tài)，由于只有兩種狀態(tài)，在軟件設(shè)計(jì)中只需要用“1 bit”即可進(jìn)行表達(dá)，在軟件中定義剎車有效時(shí)為“1”，剎車無效時(shí)為“0”。由于剎車信號(hào)需要較高的實(shí)時(shí)性，所以，在CAN總線通信時(shí)，需要授予較高優(yōu)先級。

2.自診斷通信協(xié)議

主控節(jié)點(diǎn)ECU進(jìn)行自檢測，檢測自身供電情況，傳感器故障情況，執(zhí)行器故障情況。由于是自診斷信息，優(yōu)先級別更低，發(fā)送頻率也更低。

3.從節(jié)點(diǎn)通信協(xié)議

從節(jié)點(diǎn)通過CAN總線接收主控節(jié)點(diǎn)的控制信號(hào)，執(zhí)行并發(fā)出PWM信號(hào)控制電機(jī)，其自身的控制信息及狀態(tài)信息須發(fā)到通信網(wǎng)絡(luò)中，實(shí)現(xiàn)信息的共享及相應(yīng)的故障診斷。

四、結(jié)語

綜上所述，在整個(gè)汽車制動(dòng)中，電子機(jī)械制動(dòng)系統(tǒng)因其獨(dú)特的特性受到了人們的廣泛關(guān)注。作為一種新型的制動(dòng)方式，符合制動(dòng)行業(yè)發(fā)展主流的制動(dòng)方式，電子機(jī)械制動(dòng)系統(tǒng)更加安全、便捷、環(huán)保。為了更快更好的發(fā)展我國的制動(dòng)系統(tǒng)，必須加強(qiáng)對制動(dòng)系統(tǒng)的創(chuàng)新研發(fā)，將理論知識(shí)更好的付諸實(shí)踐，合理設(shè)計(jì)耦合度更好的、反饋更為靈敏的電子機(jī)械制動(dòng)控制系統(tǒng)，保障人們的舒適度和安全性。

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