汽車電子機械制動系統(tǒng)的分析引言雖然近年來德國Bosch公司、清華大學搭建的電子機械制動試驗臺均收獲了一定關于汽車電子機械制動系統(tǒng)的研究成果，但該系統(tǒng)本身仍存在的技術不足卻使得其很難在短時間內真正進入市場，而為了加快汽車電子機械制動系統(tǒng)的研發(fā)速度與產(chǎn)業(yè)化應用步伐，正是本文就汽車電子機械制動系統(tǒng)展開具體研究原因所在。二、汽車電子機械制動系統(tǒng)的主要發(fā)展條件和要求之所以汽車電子機械制動系統(tǒng)的研發(fā)受到學界的高度關注，主要是由于當下應用廣泛的液壓控制制動系統(tǒng)技術雖然已經(jīng)發(fā)展的較為成熟，但其并不能完全滿足人們對汽車安全性能提出的較高要求，這也是近年來新能源電動汽車領域致力于開展電子機械制動系統(tǒng)研究的原因所在，防抱死制動便屬于其中的典型。由于近年來汽車制動系統(tǒng)的管路設計日漸復雜化與多樣化，這就使得汽車設計與生產(chǎn)在制動系統(tǒng)領域往往面臨著較大的難度，較為復雜的管路設計則進一步降低了液壓控制制動系統(tǒng)技術的可靠性，由此可見汽車行業(yè)對制動精準、反應靈活、功能全面汽車制動存在的較高需求，電子機械制動系統(tǒng)在汽車領域發(fā)展中所占據(jù)的重要地位可見一斑［1］。三、汽車電子機械制動系統(tǒng)的設計為提升研究的可借鑒性價值，本文就較為典型的汽車電子機械制動系統(tǒng)設計展開了詳細論述，這一論述中的汽車電子機械制動系統(tǒng)主要由控制驅動單元、機械手剎拉桿、電制動器、輪速傳感器、電子駐車開關、電子制動踏板共六部分組成，而其機械部分則主要由制動卡鉗、剎車盤、減速齒輪、電磁離合器、剎車片、制動電機等部分組成（一）總體設計思路當汽車電子機械制動系統(tǒng)檢測到點火開關信號時，其就會自動開展靜態(tài)自檢并啟動車輛，靜態(tài)自檢狀態(tài)將一直持續(xù)到車輛速度超過10km/h后，而行車過程中通過控制策略算法統(tǒng)合踏板位移、電子駐車開關、集電制動踏板開關等信號，即可在運算與判斷下得出輸出控制的目標值，而將這一目標值與控制量MCY單元實現(xiàn)結合，便能夠完成高質量的電磁離合器、驅動電路等單元的控制，由此實現(xiàn)的轉動到移動的轉換便為活塞缸的剎車片提供了動力，汽車的高質量制動由此就得以實現(xiàn)［1］。（二）機械設計機械設計屬于汽車電子機械制動系統(tǒng)設計的重要組成，這一設計在運行中主要負責轉動到移動的轉化、活塞的推進，剎車片由此才能夠真正在作用力作用下服務于車輛制動，不過這一過程中可能出現(xiàn)制動電機輸出關閉、非自鎖機構自動反退的現(xiàn)象，夾緊力的自動卸載便會影響汽車電子機械制動系統(tǒng)的制動性能，因此本文研究在機械設計中應用了電磁離合器避免該現(xiàn)象出現(xiàn)。（三）系統(tǒng)硬件設計汽車電子機械制動系統(tǒng)硬件設計主要圍繞驅動電路與控制電路兩部分開展，其中前者可以細分為電磁離合器驅動控制電路與電機驅動控制電路，后者則由監(jiān)控MCU與主MCU組成，控制電路由此才得以實現(xiàn)輪速信號、駐車中斷信號、電機反饋電流信號等一系列輸入信號的采集。在控制電路的具體工作中，主MCU與從MCU能夠通過模擬開關實現(xiàn)對電磁離合器的輸出控制與電機的輸入控制，因此本文在硬件設計中選擇了MPC5604的32位處理器和MC9S08DZ128的8位處理器，而通過2路模擬開關負責駐車信號與制動踏板信號的采集，16路開關信號負責4路電磁離合器的控制，SPI通信負責主MCU之間的相互監(jiān)控，汽車電子機械制動系統(tǒng)對硬件領域的需求便能夠得到基本滿足值得注意的是，為了防備主MCU出現(xiàn)故障影響電子機械制動系統(tǒng)的制動性能，SPI通信將實現(xiàn)監(jiān)控MCU的控制權接管，由此各個通道仍將正確發(fā)揮作用，而故障發(fā)生時整車的CAN通信接口將為MCU提供相關信息，由此有效的故障報警便得以實現(xiàn)［3］。（四）系統(tǒng)軟件設計汽車電子機械制動系統(tǒng)的軟件設計需要得到三種算法的支持，即系統(tǒng)冗余控制算法、駐車制動控制算法以及常規(guī)制動控制算法，三種算法也可以稱得上是其軟件設計的核心，因此本文主要對三種算法的具體應用進行了深入論述。系統(tǒng)冗余控制算法系統(tǒng)冗余控制算法主要負責電子機械制動系統(tǒng)中的冗余控制，其主要應用于監(jiān)控MCU與主MCU,而由于MCU之間的通信需要得到SPI通信的支持，這就使得系統(tǒng)冗余控制算法能夠判斷接收的數(shù)據(jù)是否為提前設置好的數(shù)據(jù)，由此即可實現(xiàn)系統(tǒng)運行是否正常的判斷。通過系統(tǒng)接收相關數(shù)據(jù)過程中發(fā)現(xiàn)的數(shù)據(jù)差異，即可判斷系統(tǒng)具體出現(xiàn)的故障形式，主MCU故障一旦發(fā)生監(jiān)控MCU便將啟動故障報警并接管控制權，電子機械制動系統(tǒng)的安全運行在系統(tǒng)冗余控制算法的支持下便能夠得到高質量保障。駐車制動控制算法駐車制動控制算法的應用需要涉及電子機械制動系統(tǒng)控制電路采集的相關信號，通過對其中點火開關信號、輪速信號等信號的分析，駐車制動控制算法就能夠判斷汽車所處狀態(tài)，駕駛者的制動操作實現(xiàn)也將在駐車制動控制算法支持下綜合分析車輛的駐車狀態(tài)、相關按鈕開關等信息，這些對新能源電動汽車的發(fā)展能夠帶來極為積極的影響常規(guī)制動控制算法常規(guī)制動控制算法主要結合汽車駕駛員對制動踏板的控制實現(xiàn)對其意圖的準確判斷，這一判斷能夠在采集制動踏板信息后實現(xiàn)電子制動踏板、整車踏板的位移分配比例確定，前后輪制動力由此實現(xiàn)的合理分配便能夠為電子機械制動系統(tǒng)的性能發(fā)揮提供有力支持。具體來說，常規(guī)制動控制算法能夠結合制動效率與電制動器減速比進行電機輸出的扭矩計算，電機輸出扭矩曲線與堵轉電流也是計算的重要組成內容，以此實現(xiàn)的高精度閉環(huán)控制便滿足了電子機械制動系統(tǒng)對軟件控制的需要［4］。四、汽車電子機械制動系統(tǒng)的優(yōu)化分析為了進一步提升研究價值并為業(yè)內人士的電子機械制動系統(tǒng)研發(fā)提供啟發(fā)，本文基于simulink軟件與上文研究對電子機械制動系統(tǒng)開展了仿真分析，這一分析便能夠為設計的優(yōu)化實現(xiàn)提供支持。（一）車況信息選擇仿真分析開展前首先需要確定具體的車況信息選擇，因此本文選擇了BJ1041貨車作為研究對象，這一貨車的主要參數(shù)為總質量為3074kg、質心髙度為0.95hg/m、質心到前軸距離為1.947a/m、質心到后軸線距離為1.253b/m、前后軸的制動力分配比為為0.38。（二）動力學模型建立在汽車電子機械制動系統(tǒng)的仿真分析中，這一分析首先需要建立整車動力學模型、輪胎模型以及制動系統(tǒng)模型。整車動力學模型考慮到研究重點整車動力學模型的建立忽視了空氣阻力、側向風輪胎彈性阻尼等方面的影響，本文將汽車視作一個剛體，圖1為研究建立的1/2整車受力模型，該模型假設車輛行駛在無風路面上。結合圖1可得出制動微分方程，即：圖11/2整車受力模型上述模型包含了汽車質量、車速、時間、車輪地面制動力與附著系數(shù)等內容，結合該模型便能夠求出力矩及旋轉運動微分方程、汽車在車輪抱死拖滑時的運動方程，圖2為由此得出的整車動力學模型。圖2整車動力學模型輪胎模型輪胎模型的建立需要得到魔術公式的支持，這一公式在三角函數(shù)公式支持下能夠實現(xiàn)輪胎實驗數(shù)據(jù)的擬合，縱向摩擦系數(shù)、曲率因子、曲線形狀因子等均屬于魔術公式的重要組成，由此即可建立輪胎模型。制動系統(tǒng)模型制定系統(tǒng)模型的建立需要結合制動器的制動力矩，便可用于制動力矩的計算，這一計算需要應用制動效能因數(shù)、制動氣室膜片面積以及制動器的工作效率，其中的效率取0.85，由此即可確定傳遞函數(shù)，最終可得，結合該函數(shù)便可以開展制動系統(tǒng)模型的建立。（三）仿真分析應用Simulink軟件開展的仿真分析需要得到四階—五階Runge—Kutta算法的支持，仿真前確定制動初始狀態(tài)為80km/l,選擇ODE45作為求解器Solver的選擇，由此即可開展具體的仿真，仿真求得了前輪滑移率變化、后輪滑移率變化、車速與前輪輪速變化、車速與后輪輪速變化、整車減速度變化、制動距離變化、縱向附著系數(shù)與滑移率變化，而結合這一系列結果開展分析，筆者得出了以下幾點分析結果：（1）前后輪迅速抱死拖滑。通過對比前輪與后輪滑移率變化可以清楚發(fā)現(xiàn)，二者均在短時間內升至100%，前路則稍領先于后輪，由此可見上文研究能夠滿足汽車的真實需要。（2）車輪抱死導致減速度不變。在對車速與前、后輪變化展開的分析中不難發(fā)現(xiàn)，無論是前輪還是后輪，二者均在短時間內降為0，前輪與后輪的輪速則在其后勻降至0，由此可見本文研究電子機械制動系統(tǒng)的可靠性與實用性。（3）車輛減速度變化。在對整車減速度變化展開的分析中不難發(fā)現(xiàn)，電子機械制動系統(tǒng)應用中的車輛減速度首先迅速增至-9m/s2,隨后則穩(wěn)定在-7.5m/s2。（4）制動所需時間與距離。結合制動距離變化可得出電子機械制動系統(tǒng)的完全制動需要耗時3.5s，移動的距離則為42.16m，由此可見該制動系統(tǒng)的性能（5）穩(wěn)定性分析。通過分析電子機械制動系統(tǒng)在應用中的縱向附著系數(shù)與滑移率變化，可以發(fā)現(xiàn)其利用附著系數(shù)最大為0.9，且該系數(shù)受滑移率影響，0.9的附著系數(shù)正對應0.72的滑移率?？偟膩碚f，仿