淺議汽車(chē)電子機(jī)械式制動(dòng)系統(tǒng)的安全設(shè)計(jì)

王勇，陳夢(mèng)龍

淺議汽車(chē)電子機(jī)械式制動(dòng)系統(tǒng)的安全設(shè)計(jì)

王勇，陳夢(mèng)龍

（信陽(yáng)涉外職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河南 信陽(yáng) 465550）

電子機(jī)械制動(dòng)控制系統(tǒng)性能的好壞，影響車(chē)輛駕駛的安全。通過(guò)合理的設(shè)計(jì)制造出高性能的電子機(jī)械制動(dòng)控制體系，全面提高汽車(chē)行駛的穩(wěn)定性。設(shè)計(jì)出符合制動(dòng)性能指標(biāo)的安全電子機(jī)械控制系統(tǒng)。

汽車(chē)電子；機(jī)械式制動(dòng)；系統(tǒng)安全設(shè)計(jì)

前言

汽車(chē)電子機(jī)械式制動(dòng)系統(tǒng)主要是以電動(dòng)機(jī)作為整個(gè)驅(qū)動(dòng)基礎(chǔ)的，通過(guò)有效的安裝與使用，實(shí)現(xiàn)對(duì)車(chē)輛的制動(dòng)控制，隨著我國(guó)信息技術(shù)的不斷發(fā)展，電子機(jī)械制動(dòng)控制系統(tǒng)具有響應(yīng)快、系統(tǒng)硬件設(shè)施完善、使用體積小、質(zhì)量輕等優(yōu)秀特點(diǎn)。在現(xiàn)代化汽車(chē)制造的過(guò)程中得到了廣泛應(yīng)用，本文主要通過(guò)當(dāng)前我國(guó)電子機(jī)械制動(dòng)控制系統(tǒng)使用過(guò)程中所存在的安全設(shè)計(jì)問(wèn)題，對(duì)設(shè)計(jì)內(nèi)容進(jìn)行了詳細(xì)研究，希望能夠助力我國(guó)電子機(jī)械制動(dòng)控制系統(tǒng)向著高性能發(fā)展。

1 汽車(chē)電子機(jī)械式制動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的安全問(wèn)題

想要保證汽車(chē)的安全行駛，就需要做好汽車(chē)電子機(jī)械式制動(dòng)控制系統(tǒng)的安全設(shè)計(jì)，通過(guò)制動(dòng)系統(tǒng)的有效應(yīng)用，能夠讓汽車(chē)在行駛過(guò)程中及時(shí)的進(jìn)行變速和停止，從而讓處于行駛狀態(tài)的汽車(chē)能夠在各種路面上穩(wěn)定停車(chē)，電子機(jī)械自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要采用的是電子軟件和導(dǎo)線(xiàn)相互組合的形式。該系統(tǒng)所具有的設(shè)計(jì)安全性問(wèn)題較為突出，需要結(jié)合相關(guān)設(shè)計(jì)材料，探究問(wèn)題出現(xiàn)的主要原因，制定出合理的方案進(jìn)行解決，一般情況下，電子機(jī)械制動(dòng)控制系統(tǒng)中的安全問(wèn)題主要表現(xiàn)為電子踏板傳感器突然失靈、汽車(chē)附帶的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)故障、電源失效、制動(dòng)力控制模塊出現(xiàn)問(wèn)題等等。

2 汽車(chē)電子機(jī)械式制動(dòng)控制系統(tǒng)的安全設(shè)計(jì)

制動(dòng)系統(tǒng)安裝的主要作用是有效的控制汽車(chē)的行駛情況，適當(dāng)?shù)倪M(jìn)行汽車(chē)減速，或者迫使汽車(chē)直接停車(chē)，在進(jìn)行下坡行駛的過(guò)程中，讓汽車(chē)具有一定的穩(wěn)定性，汽車(chē)制動(dòng)性的系統(tǒng)設(shè)計(jì)是保證汽車(chē)安全行駛的重要途徑，因此需要做好制動(dòng)系統(tǒng)的整體開(kāi)發(fā)。電子機(jī)械控制系統(tǒng)的有效應(yīng)用，改變了傳統(tǒng)汽車(chē)依靠液壓油路和機(jī)械結(jié)構(gòu)傳導(dǎo)進(jìn)行制動(dòng)力輸出的局面，通過(guò)制動(dòng)踏板和制動(dòng)執(zhí)行器之間的有效對(duì)接，節(jié)約了液壓制動(dòng)管理所需要的人力、物力投入，全面提高了汽車(chē)的制動(dòng)成效，在此基礎(chǔ)上，想要提高電子機(jī)械制動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)的安全性和舒適性，需要參考以下設(shè)計(jì)原則[1]。

2.1 電子制動(dòng)間隙控制調(diào)整模塊設(shè)計(jì)

近年來(lái)，在進(jìn)行汽車(chē)制造的過(guò)程中，車(chē)輛制動(dòng)器的頻繁使用，讓制動(dòng)器的制動(dòng)間隙越來(lái)越大，從而不利于制動(dòng)效果的提高，制動(dòng)間隙會(huì)造成制動(dòng)響應(yīng)時(shí)間變得緩慢、制動(dòng)距離變長(zhǎng)，甚至?xí)屲?chē)輛產(chǎn)生側(cè)滑事故，結(jié)合當(dāng)前學(xué)術(shù)界的研究發(fā)現(xiàn)，想要消除制動(dòng)器之間的間隙問(wèn)題，就需要制定出合理的補(bǔ)償措施，保證機(jī)械結(jié)構(gòu)裝置之間進(jìn)行有效的間隙調(diào)整，合理的利用電機(jī)傳感器進(jìn)行信息控制點(diǎn)的采集和判斷，有效地解決間隙行程問(wèn)題。但是這一解決方式需要占用制動(dòng)器的安裝空間，增加設(shè)置成本，想要解決這一設(shè)計(jì)缺點(diǎn)，需要通過(guò)電流信號(hào)識(shí)別系統(tǒng)對(duì)制動(dòng)臨界點(diǎn)的電子機(jī)械制動(dòng)器間隙進(jìn)行有效調(diào)整，消除制動(dòng)間隙，實(shí)現(xiàn)制動(dòng)力跟隨。

首先我們需要對(duì)制動(dòng)器的制動(dòng)過(guò)程進(jìn)行詳細(xì)分析，判斷所處的間隙臨界點(diǎn)，做好臨界點(diǎn)的識(shí)別工作，同時(shí)還需要結(jié)合制動(dòng)器的實(shí)際工作原理，通過(guò)零件中剛度最小的制動(dòng)片，判斷制動(dòng)器的整體剛度，通過(guò)電流大小的實(shí)驗(yàn)對(duì)臨界點(diǎn)間隙有一個(gè)詳細(xì)的計(jì)算，一旦電流值突破原有的設(shè)定值，就可以確定已經(jīng)清除制動(dòng)間隙，在進(jìn)行分離臨界點(diǎn)識(shí)別的過(guò)程中，需要明確分離臨界點(diǎn)主要指的是剎車(chē)片和剎車(chē)盤(pán)之間的分離臨界點(diǎn)。電機(jī)在正常工作的過(guò)程中，剎車(chē)片和剎車(chē)盤(pán)之間的夾緊力就會(huì)隨之變小，電流的傾斜角度也會(huì)從負(fù)半軸逐漸靠近零軸，當(dāng)電流變化的傾斜率為零時(shí)，剎車(chē)制動(dòng)結(jié)束就會(huì)產(chǎn)生間隙，因此電子機(jī)械控制系統(tǒng)想要發(fā)出制動(dòng)力命令，就需要結(jié)合當(dāng)前的電流信號(hào)，了解制動(dòng)間隙是否存在，如果存在嚴(yán)重的制動(dòng)間隙，就需要進(jìn)行間隙消除，保證制動(dòng)力跟隨。

2.2 制動(dòng)意圖識(shí)別設(shè)計(jì)

所謂的制動(dòng)意圖主要指的是在進(jìn)行設(shè)計(jì)開(kāi)始之前，需要通過(guò)有效的系統(tǒng)接收駕駛?cè)藛T的制動(dòng)意圖，從而將這一信息源頭變?yōu)橹苿?dòng)信號(hào)，從而全面提高制動(dòng)系統(tǒng)的工作安全性，制動(dòng)意圖識(shí)別模塊在進(jìn)行信號(hào)輸出時(shí)，主要是通過(guò)初始傳感器、角度傳感器和傳感器之間的通力合作，共同計(jì)算得出的。輸出的結(jié)果是通過(guò)信息中轉(zhuǎn)分配之間相結(jié)合的方式進(jìn)行簡(jiǎn)單的計(jì)算得來(lái)的，從而全面提高輸出結(jié)果的精準(zhǔn)性，保證制動(dòng)系統(tǒng)使用的安全性，結(jié)合相關(guān)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，在進(jìn)行制動(dòng)意圖識(shí)別系統(tǒng)設(shè)計(jì)的過(guò)程中，需要解決傳感器問(wèn)題，傳感器問(wèn)題主要指的是傳感器在應(yīng)用過(guò)程中無(wú)法及時(shí)的進(jìn)行數(shù)據(jù)信息收集，嚴(yán)重影響了制動(dòng)執(zhí)行力[2]。因此在進(jìn)行安全設(shè)計(jì)的過(guò)程中，一般會(huì)采用異構(gòu)靜態(tài)方案，借助位移傳感器，傳感器以及角度傳感器對(duì)駕駛員的駕駛意圖進(jìn)行識(shí)別，通過(guò)傳感器之間的有效設(shè)計(jì)將設(shè)計(jì)結(jié)果轉(zhuǎn)化為意圖信號(hào)，整個(gè)過(guò)程需要確保所得出的制動(dòng)意圖準(zhǔn)確性。

2.3 制動(dòng)力的分配模塊設(shè)計(jì)

制動(dòng)力分配模塊主要是結(jié)合當(dāng)前的制動(dòng)意圖識(shí)別模塊所發(fā)出的制動(dòng)命令，而將動(dòng)力通過(guò)車(chē)載計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)傳遞到不同的車(chē)輪行駛系統(tǒng)中，保證制動(dòng)力的最優(yōu)分配，我們?cè)谶M(jìn)行動(dòng)力分配模塊設(shè)計(jì)的過(guò)程中，需要合理的采用電子機(jī)械制動(dòng)系統(tǒng)的制動(dòng)力分配要求，一旦出現(xiàn)制動(dòng)力模塊故障，就需要及時(shí)的找出故障產(chǎn)生的主要原因，制定出合理的策略，進(jìn)行故障排除。重新調(diào)動(dòng)制動(dòng)力進(jìn)行分配能夠保障車(chē)輛運(yùn)行的穩(wěn)定性，一旦車(chē)輪的制動(dòng)力控制系統(tǒng)，出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)，分配前后的車(chē)軸之間的制動(dòng)力就會(huì)產(chǎn)生波動(dòng)，例如：駕駛員進(jìn)行車(chē)輛轉(zhuǎn)彎時(shí)，制動(dòng)力的分配模塊會(huì)自動(dòng)的進(jìn)行制動(dòng)力合理分配，保證內(nèi)外側(cè)車(chē)輪制動(dòng)力分配適當(dāng)，有效解決車(chē)輛轉(zhuǎn)向存在的轉(zhuǎn)向問(wèn)題，保證車(chē)輛過(guò)彎兒的平穩(wěn)性。理想的制動(dòng)力分配i曲線(xiàn)設(shè)計(jì)，需要保證前后輪制動(dòng)器同時(shí)抱死，結(jié)合汽車(chē)在行駛過(guò)程中的主要受力分析，分別對(duì)前后輪的接地點(diǎn)進(jìn)行力矩計(jì)算，通過(guò)得到的兩個(gè)方程式，分別判斷前后輪同時(shí)抱死需要滿(mǎn)足的設(shè)計(jì)條件，結(jié)合實(shí)際設(shè)計(jì)結(jié)果得出結(jié)論，前后輪制動(dòng)力之和等于附著力，從而可以判斷出前后輪制動(dòng)力與附著系數(shù)之間的關(guān)系，制定出制動(dòng)力分配i曲線(xiàn)，通過(guò)實(shí)際調(diào)查得出后輪和前輪的接地點(diǎn)力矩，解得前后軸的附著系數(shù)。首先，需要將所得到的i曲線(xiàn)與實(shí)際曲線(xiàn)共同繪制在同一圖示上，保證兩曲線(xiàn)之間的相交點(diǎn)，能夠充分的表示出制動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)行前、后制動(dòng)力配置，在滿(mǎn)足參數(shù)前、后制動(dòng)力分配標(biāo)準(zhǔn)的同時(shí)，做到前、后輪同時(shí)抱死，完成這一發(fā)展目標(biāo)時(shí)，地面的附著系數(shù)與同步附著系數(shù)具有相同性。一些并沒(méi)有安裝制動(dòng)力調(diào)節(jié)裝置的制動(dòng)系統(tǒng)，計(jì)算出的制動(dòng)器制動(dòng)力為固定比值，從而計(jì)算出空載和滿(mǎn)載時(shí)所具有的同步附著系數(shù)，保證模塊設(shè)計(jì)的最優(yōu)化。

2.4 電子機(jī)械制動(dòng)系統(tǒng)的改良措施

在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)開(kāi)展的過(guò)程中，主要選擇低速的電動(dòng)車(chē)作為基本載體，將傳統(tǒng)的液壓制動(dòng)系統(tǒng)更換為線(xiàn)性控制系統(tǒng)，從而保證車(chē)輛的整個(gè)行駛過(guò)程都能夠被行車(chē)記錄儀所記錄，將一些實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)提供給上級(jí)部門(mén)進(jìn)行詳細(xì)的記錄分析，通過(guò)實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，機(jī)械制動(dòng)系統(tǒng)所創(chuàng)造出的EMB系統(tǒng)性能完全符合國(guó)家的質(zhì)量監(jiān)督標(biāo)準(zhǔn)。但是在實(shí)際實(shí)驗(yàn)開(kāi)展的過(guò)程中，車(chē)輛改裝前后的制動(dòng)性能相比，制動(dòng)踏板會(huì)采用現(xiàn)行控制形式，讓車(chē)輛的行駛速度出現(xiàn)減速，保證行車(chē)的安全性，但同時(shí)也存在著很多問(wèn)題需要進(jìn)行解決，制動(dòng)系統(tǒng)在發(fā)揮應(yīng)有的作用時(shí)，傳統(tǒng)的液壓制動(dòng)系統(tǒng)的制動(dòng)能力要遠(yuǎn)優(yōu)于線(xiàn)性制動(dòng)系統(tǒng)。之所以產(chǎn)生這一發(fā)展原因，主要是因?yàn)橄到y(tǒng)的電機(jī)功率較小，電瓶在電壓下降的情況下，所執(zhí)行的機(jī)構(gòu)效率不高，因此我們需要對(duì)機(jī)械制動(dòng)控制系統(tǒng)進(jìn)行全面改良，主要的改良措施有：首先在電瓶外安裝穩(wěn)定液壓裝置，從而有效解決車(chē)輛行駛電壓下降引起的問(wèn)題，同時(shí)全面提高電子機(jī)械制動(dòng)系統(tǒng)的整體質(zhì)量，保證電子元件的精度，通過(guò)以上政策的有效實(shí)施對(duì)傳統(tǒng)的系統(tǒng)形式進(jìn)行改變，不僅能夠消除車(chē)輛制動(dòng)過(guò)程中所出現(xiàn)的車(chē)輛側(cè)滑問(wèn)題，提高車(chē)輛的穩(wěn)定性，還能夠滿(mǎn)足基本制動(dòng)性能指標(biāo)。在進(jìn)行制動(dòng)器參數(shù)計(jì)算和選擇的過(guò)程中，需要充分了解制動(dòng)的半徑，結(jié)合輪軸的尺寸，以及鼓式制動(dòng)器的制動(dòng)鼓內(nèi)徑，得出盤(pán)式制動(dòng)器的制動(dòng)盤(pán)直徑，從而確定制動(dòng)器的效能因數(shù)。制動(dòng)器效能因式的計(jì)算，主要是通過(guò)制動(dòng)鼓和制動(dòng)盤(pán)在發(fā)生運(yùn)行作用的過(guò)程中，半徑上所產(chǎn)生的摩擦力以及輸入力之間的比值來(lái)進(jìn)行的，因此我們需要在完成前后輪缸直徑、鼓式制動(dòng)器制動(dòng)鼓直徑的系列化發(fā)展之后，了解制動(dòng)器制動(dòng)力分配系數(shù)的主要變化規(guī)律，判斷同步附著系數(shù)產(chǎn)生變化的實(shí)際情況，結(jié)合相應(yīng)的公式內(nèi)容進(jìn)行校準(zhǔn)，如果產(chǎn)生的結(jié)果并不適合汽車(chē)的穩(wěn)定運(yùn)行，需要重新調(diào)整制動(dòng)器現(xiàn)有的參數(shù)進(jìn)行計(jì)算，一直到計(jì)算結(jié)果符合參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)為止。

2.5 電源管理模塊設(shè)計(jì)

電源是保障電子機(jī)械制動(dòng)系統(tǒng)正常運(yùn)行的重要內(nèi)容，一般情況下，在出現(xiàn)電源失效問(wèn)題時(shí)，無(wú)外乎由于車(chē)輛在正常行駛過(guò)程中頻繁的剎車(chē)或者轉(zhuǎn)向所造成的，尤其是車(chē)輛下坡行駛時(shí)所消耗的電源量較多，因此我們需要制定出合理的方案提高電源的使用壽命，從而保障電子機(jī)械制動(dòng)系統(tǒng)的行駛安全性。首先需要明確車(chē)輛在行駛之前，是通過(guò)車(chē)載蓄電池進(jìn)行供電的，車(chē)輛在行駛過(guò)程中主要是通過(guò)車(chē)載發(fā)電機(jī)進(jìn)行供電的，在進(jìn)行電源故障研究和排查時(shí)，需要充分考慮電源的硬件使用情況，要在車(chē)內(nèi)安裝一整套備用電源，一旦檢測(cè)出電源故障，就需要及時(shí)的進(jìn)行更換，保證車(chē)輛行駛安全性。

3 結(jié)束語(yǔ)

本文主要探討了電子機(jī)械制動(dòng)控制系統(tǒng)在使用過(guò)程中所存在的安全性問(wèn)題，電子機(jī)械制動(dòng)控制系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)，為車(chē)輛制動(dòng)機(jī)械技術(shù)的有效發(fā)展奠定良好的理論基礎(chǔ)。

[1] 羅茂元.基于汽車(chē)電子機(jī)械式制動(dòng)系統(tǒng)的主動(dòng)安全設(shè)計(jì)[D].四川:電子科技大學(xué),2016.

[2] 王世喜,王麗娟.汽車(chē)電子制動(dòng)系統(tǒng)研究[J].經(jīng)濟(jì)技術(shù)協(xié)作信息, 2009,(17):194.

Safety Design of Automotive Electro-mechanical Braking System

Wang Yong, Chen Menglong

（Xinyang Foreign-related Vocational and Technical College, Henan Xinyang 465550）

The performance of the electromechanical braking control system affects the safety of vehicle driving. It is necessary to design and manufacture a high performance electromechanical braking control system in accordance with the international automobile functional safety standards, so as to improve the driving stability of the vehicle in an all-round way. A safety electromechanical control system which meets the braking performance index is designed.

automotive electronics; mechanical braking; system safety design

U463.5

A

1671-7988(2019)18-92-03

U463.5

A

1671-7988(2019)18-92-03

王勇，就職于信陽(yáng)涉外職業(yè)技術(shù)學(xué)院。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2019.18.030