張柯

（西京學(xué)院，陜西 西安 710123）

電動(dòng)汽車(chē)電子機(jī)械制動(dòng)系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)

張柯

（西京學(xué)院，陜西 西安 710123）

在傳統(tǒng)的汽車(chē)電子機(jī)械制動(dòng)系統(tǒng)中，通常是采用液壓制動(dòng)的方式，隨著社會(huì)市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，各項(xiàng)技術(shù)都有了快速的進(jìn)步與發(fā)展，線(xiàn)動(dòng)控制技術(shù)在汽車(chē)電子機(jī)械制動(dòng)系統(tǒng)中的應(yīng)用越來(lái)越廣，將其應(yīng)用于電動(dòng)汽車(chē)電子機(jī)械制動(dòng)系統(tǒng)中，能夠有效的提升系統(tǒng)的可靠性，本文就主要對(duì)電動(dòng)汽車(chē)電子機(jī)械制動(dòng)系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)開(kāi)展簡(jiǎn)單分析。

電動(dòng)汽車(chē)；電子機(jī)械制動(dòng)系統(tǒng)；研究與設(shè)計(jì)

相對(duì)于傳統(tǒng)的液壓制動(dòng)技術(shù)，在電動(dòng)汽車(chē)電子機(jī)械制動(dòng)系統(tǒng)中應(yīng)用線(xiàn)控技術(shù)，其中所采用的電子制動(dòng)踏板能夠很好的避免制動(dòng)過(guò)程中踏板出現(xiàn)抖動(dòng)現(xiàn)象，這使得汽車(chē)制動(dòng)過(guò)程中的舒適性大大提升，同時(shí)也有利于發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)載損害的降低，總的來(lái)說(shuō)其具有穩(wěn)定性能高、效應(yīng)速度快、成本低、操作簡(jiǎn)單等諸多的優(yōu)點(diǎn)，這使得其在電動(dòng)汽車(chē)中應(yīng)用范圍越來(lái)越廣，開(kāi)展其系統(tǒng)設(shè)計(jì)的研究具有非常重要的意義。

1 電動(dòng)汽車(chē)電子機(jī)械制動(dòng)系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)

本次研究中所設(shè)計(jì)的電動(dòng)汽車(chē)電子機(jī)械制動(dòng)系統(tǒng)主要有：控制驅(qū)動(dòng)單元、機(jī)械手剎拉桿、電制動(dòng)器、輪速傳感器、電子駐車(chē)開(kāi)關(guān)、電子制動(dòng)踏板幾個(gè)部分組成。

其工作原理主要為：當(dāng)系統(tǒng)中的控制驅(qū)動(dòng)單位檢測(cè)到點(diǎn)火開(kāi)關(guān)信號(hào)時(shí)，系統(tǒng)就會(huì)自動(dòng)的開(kāi)展靜態(tài)自檢，然后車(chē)輛啟動(dòng)，在其速度超出10 km/h之前，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)的開(kāi)展動(dòng)態(tài)自檢，駐車(chē)制動(dòng)或者是行車(chē)制動(dòng)的過(guò)程中，其控制驅(qū)動(dòng)單元主要是通過(guò)電子駐車(chē)開(kāi)關(guān)信號(hào)、踏板位移信號(hào)、集電制動(dòng)踏板開(kāi)關(guān)信號(hào)結(jié)合控制策略算法，來(lái)進(jìn)行相關(guān)的運(yùn)算與判斷，最終得到輸出控制的目標(biāo)值，電磁離合器、驅(qū)動(dòng)制動(dòng)電機(jī)、驅(qū)動(dòng)電路控制等單位都是通過(guò)控制量MCU控制單元結(jié)合目標(biāo)值來(lái)進(jìn)行控制的，電制動(dòng)器制動(dòng)力的保持是由電磁離合器通過(guò)機(jī)械自鎖機(jī)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，制動(dòng)電機(jī)中的控制驅(qū)動(dòng)單元能夠在扭矩的作用之下，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)到移動(dòng)的轉(zhuǎn)換，從而產(chǎn)生一個(gè)作用于活塞缸的推力，活塞缸又會(huì)給剎車(chē)片一個(gè)推力，該推力作用于制動(dòng)盤(pán)上會(huì)產(chǎn)生一個(gè)有效的夾緊力，通過(guò)該夾緊力就能夠?qū)崿F(xiàn)汽車(chē)的制動(dòng)。

2 電動(dòng)汽車(chē)電子機(jī)械制動(dòng)系統(tǒng)機(jī)械設(shè)計(jì)

電動(dòng)汽車(chē)電子機(jī)械制動(dòng)系統(tǒng)中的執(zhí)行機(jī)構(gòu)就是電子機(jī)械制動(dòng)器，其是該系統(tǒng)中一個(gè)非常重要的組成部分，其主要由：制動(dòng)卡鉗、剎車(chē)盤(pán)、剎車(chē)片、制動(dòng)電機(jī)、減速齒輪、電磁離合器、非自鎖滾珠絲杠等部分共同組成。

在該系統(tǒng)運(yùn)行的過(guò)程中，制動(dòng)電機(jī)會(huì)對(duì)減速齒輪產(chǎn)生一個(gè)驅(qū)動(dòng)作用，該減速作用會(huì)帶動(dòng)同軸的滾珠絲杠，使其順利完成從轉(zhuǎn)動(dòng)到移動(dòng)的轉(zhuǎn)化，完成轉(zhuǎn)化之后會(huì)對(duì)活塞產(chǎn)生推進(jìn)作用，從而將該作用力作用于剎車(chē)片，再通過(guò)對(duì)剎車(chē)盤(pán)的擠壓使其產(chǎn)生一個(gè)夾緊力，應(yīng)用該夾緊力實(shí)現(xiàn)車(chē)輛制動(dòng)的作用；但是若制動(dòng)電機(jī)的輸出處于關(guān)閉狀態(tài)，在剎車(chē)盤(pán)的反作用力之下，非自鎖機(jī)構(gòu)會(huì)出現(xiàn)自動(dòng)反退的現(xiàn)象，導(dǎo)致夾緊力出現(xiàn)自動(dòng)卸載現(xiàn)象，為了能夠成功保持住制動(dòng)力，系統(tǒng)中就應(yīng)用到了電磁離合器，其分別與電機(jī)輸出軸及制動(dòng)卡鉗進(jìn)行固定，一旦給電磁離合器通電，就會(huì)實(shí)現(xiàn)電機(jī)輸出軸與制動(dòng)卡鉗的吸合，成功將制動(dòng)電機(jī)輸出軸端鎖死，反之，若電磁離合器斷電，那么就可以順利將其釋放。

3 電動(dòng)汽車(chē)電子機(jī)械制動(dòng)系統(tǒng)軟硬件設(shè)計(jì)

3.1 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

本次研究中所設(shè)計(jì)的電動(dòng)汽車(chē)電子機(jī)械制動(dòng)系統(tǒng)的硬件部分主要由驅(qū)動(dòng)電路與控制電路兩部分組成。其中驅(qū)動(dòng)電路主要由電磁離合器驅(qū)動(dòng)控制電路與電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制電路兩部分組成。

控制電路主要是由：監(jiān)控MCU與主MCU兩部分組成，其主要功能是進(jìn)行電機(jī)反饋電流信號(hào)、輪速信號(hào)、踏板位移信號(hào)、駐車(chē)中斷信號(hào)、踏板中斷信號(hào)、點(diǎn)火信號(hào)等一系列輸入信號(hào)的采集工作。在其開(kāi)展工作的過(guò)程中，監(jiān)控MCU與主MCU會(huì)通過(guò)驅(qū)動(dòng)控制電路來(lái)實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)電磁離合器及驅(qū)動(dòng)制動(dòng)電機(jī)的控制與驅(qū)動(dòng)。在硬件設(shè)計(jì)的過(guò)程中，主MCU與從MCU需要通過(guò)模擬開(kāi)關(guān)來(lái)實(shí)現(xiàn)電磁離合器的輸出控制、電機(jī)的輸出控制，并要能夠?qū)崿F(xiàn)一些信號(hào)的采集工作，因此其硬件選擇給32位處理器MPC5604、8位處理器MC9S08DZ128，其中2路制動(dòng)踏板信號(hào)與1路駐車(chē)信號(hào)的采集是通過(guò)2路模擬開(kāi)關(guān)來(lái)實(shí)現(xiàn)，而4路電磁離合器及4路制動(dòng)電機(jī)的控制是通過(guò)16路開(kāi)關(guān)信號(hào)來(lái)實(shí)現(xiàn)，由監(jiān)控MCU來(lái)實(shí)現(xiàn)切換仲裁控制，通過(guò)SPI通信來(lái)實(shí)現(xiàn)主MCU與從MCU之間的相互監(jiān)控，在實(shí)際的運(yùn)行過(guò)程中，一旦主MCU出現(xiàn)了故障，監(jiān)控MCU會(huì)通過(guò)模擬開(kāi)關(guān)來(lái)實(shí)現(xiàn)各個(gè)通道開(kāi)關(guān)之間的切換，其會(huì)將控制權(quán)接管，并進(jìn)行電制動(dòng)器執(zhí)行器的控制以及部分型號(hào)的采集，主MCU與從MCU可以通過(guò)整車(chē)CAN通信接口來(lái)獲得相關(guān)的信息，也可以在系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)通過(guò)整車(chē)CAN網(wǎng)絡(luò)將相關(guān)的故障報(bào)警信息發(fā)送給儀表控制單元，從而有效實(shí)現(xiàn)故障報(bào)警。

3.2 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

在開(kāi)展系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)的過(guò)程中，主要應(yīng)用到的三種控制算法，分別是：系統(tǒng)冗余控制算法、駐車(chē)制動(dòng)控制算法及常規(guī)制動(dòng)控制算法，對(duì)各種算法進(jìn)行簡(jiǎn)單介紹。

（1）系統(tǒng)冗余控制算法主要是應(yīng)用監(jiān)控MCU與主MCU相結(jié)合的方式來(lái)有效的實(shí)現(xiàn)冗余控制，也就是說(shuō)主MCU與從MCU之間的相互監(jiān)控是通過(guò)SPI通信的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)，其能夠在事先設(shè)置好所要發(fā)動(dòng)的數(shù)據(jù)內(nèi)容，系統(tǒng)在接受到相關(guān)數(shù)據(jù)之后，判定是否為事先設(shè)定好的數(shù)據(jù)，如果證實(shí)為事先設(shè)定好的數(shù)據(jù)，就判定會(huì)系統(tǒng)運(yùn)行良好，但是若所接收到的數(shù)據(jù)與事先設(shè)定好的數(shù)據(jù)存在偏差，則判定系統(tǒng)出現(xiàn)了相應(yīng)的故障。若運(yùn)行過(guò)程中主MCU發(fā)生了故障，那么監(jiān)控MCU會(huì)在接收到相應(yīng)信號(hào)之后，將故障報(bào)警按鈕啟動(dòng)，并要對(duì)模擬開(kāi)關(guān)進(jìn)行切換，從而將駐車(chē)制動(dòng)及常規(guī)的控制權(quán)予以接管，保證系統(tǒng)運(yùn)行的安全性。

（2）駐車(chē)制動(dòng)控制算法：其首先需要完成發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)、點(diǎn)火開(kāi)關(guān)信號(hào)、離合器踏板位移信號(hào)機(jī)制動(dòng)踏板信號(hào)的采集，并且要通過(guò)對(duì)所采集到的各種信號(hào)來(lái)進(jìn)行分析，來(lái)判斷出汽車(chē)是處于駛離狀態(tài)還是駐車(chē)狀態(tài)，其在制定駐車(chē)制動(dòng)操作之前，需要對(duì)汽車(chē)的駛離狀態(tài)、駐車(chē)狀態(tài)、手動(dòng)駐車(chē)按鈕開(kāi)關(guān)等信號(hào)予以綜合的分析，在得出正確的判斷結(jié)果之后，再開(kāi)展輔助駛離、自動(dòng)駐車(chē)、手動(dòng)駐車(chē)等一些駐車(chē)制動(dòng)算法控制。

（3）常規(guī)制動(dòng)控制算法：該算法中需要根據(jù)制動(dòng)踏板的位移情況來(lái)對(duì)駕駛員的制動(dòng)意圖進(jìn)行準(zhǔn)確的判斷，在對(duì)制動(dòng)踏板的位移信號(hào)進(jìn)行采集之后，結(jié)合前后制動(dòng)器制動(dòng)力分配比例、電子制動(dòng)踏板位移、整車(chē)踏板位移等的分配比例，來(lái)對(duì)前后輪的制動(dòng)力進(jìn)行合理分配，并要開(kāi)展制動(dòng)電機(jī)輸出扭矩的計(jì)算，在開(kāi)展制動(dòng)電機(jī)輸出扭矩計(jì)算的過(guò)程中，需要綜合的考慮制動(dòng)效率及電制動(dòng)器減速比的計(jì)算效果，并且需要根據(jù)電機(jī)輸出扭矩曲線(xiàn)及電機(jī)堵轉(zhuǎn)電流來(lái)進(jìn)行電機(jī)堵轉(zhuǎn)電流的計(jì)算，PID電流閉環(huán)控制的目標(biāo)電流值是通過(guò)電流閉環(huán)控制算法來(lái)實(shí)現(xiàn)，也就是說(shuō)結(jié)合反饋的實(shí)際電流值及目標(biāo)電流值來(lái)實(shí)現(xiàn)閉環(huán)條件，只有在目標(biāo)值與反饋值的誤差到達(dá)一定的精度范圍之后，才能開(kāi)展下一個(gè)常規(guī)的閉環(huán)控制。

4 電動(dòng)汽車(chē)電子機(jī)械制動(dòng)系統(tǒng)測(cè)試

在開(kāi)展電動(dòng)汽車(chē)電機(jī)機(jī)械制動(dòng)系統(tǒng)測(cè)試的過(guò)程中，為了保證測(cè)試結(jié)果的準(zhǔn)確有效性，應(yīng)用新型的輔助測(cè)試板與電制動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)來(lái)開(kāi)展測(cè)試，主要是對(duì)其進(jìn)行動(dòng)態(tài)測(cè)試，測(cè)試結(jié)果表明，該電動(dòng)汽車(chē)電子機(jī)械制動(dòng)系統(tǒng)具有減速度小、制動(dòng)時(shí)間長(zhǎng)、制動(dòng)距離小等特點(diǎn)，這主要是因?yàn)橹苿?dòng)力與制動(dòng)電機(jī)比較小，使得其所加載的負(fù)載值也比較小，這會(huì)導(dǎo)致滑移率、車(chē)速、制動(dòng)力等隨著踏板位移的變化而變化，制動(dòng)力的大小也會(huì)隨著踏板位移的變化表現(xiàn)出平滑變化的趨勢(shì)，由于還沒(méi)有對(duì)系統(tǒng)開(kāi)展ABS測(cè)試，所以系統(tǒng)的滑移率顯示為0。

5 結(jié)束語(yǔ)

與傳統(tǒng)的液壓制動(dòng)相比，電動(dòng)汽車(chē)電子機(jī)械胸具有反應(yīng)速度快、操作方便、成本低、可靠性高等諸多優(yōu)點(diǎn)，這使得其應(yīng)用范圍越來(lái)越廣，隨著各項(xiàng)技術(shù)逐漸趨于成熟，其將會(huì)逐漸取代傳統(tǒng)的液壓制動(dòng)系統(tǒng)，本文就主要對(duì)該系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)、機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)、軟硬件設(shè)計(jì)及系統(tǒng)測(cè)試開(kāi)展了簡(jiǎn)單分析，這對(duì)于實(shí)際的電動(dòng)汽車(chē)機(jī)械制動(dòng)系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)具有一定的參考價(jià)值。

［1]荊志遠(yuǎn). 汽車(chē)電子機(jī)械制動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真［J］. 科技風(fēng)，2015（9）.

［2]王奎洋，唐金花. 電子機(jī)械制動(dòng)系統(tǒng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的分析與設(shè)計(jì)［J］. 江蘇技術(shù)師范學(xué)院學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2008（6）.

［3]彭閃閃，趙雪松，時(shí)培成. 基于復(fù)合制動(dòng)的電動(dòng)汽車(chē)制動(dòng)能量回收系統(tǒng)設(shè)計(jì)［J］. 井岡山大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2015（7）.

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天津大學(xué)開(kāi)發(fā)出連續(xù)式制備氫化丁腈橡膠的射流閃蒸凝聚釜

天津大學(xué)開(kāi)發(fā)出一種連續(xù)式制備氫化丁腈橡膠的射流閃蒸凝聚釜，主要包括帶有夾套的筒體、電機(jī)傳動(dòng)攪拌裝置及文丘里射流裝置；帶有夾套的筒體上封頭連接電機(jī)傳動(dòng)攪拌裝置；筒體下封頭連接文丘里射流裝置。文丘里射流裝置通過(guò)冷卻水進(jìn)口管平臺(tái)，冷卻水出口管平臺(tái)將冷卻水進(jìn)口管和冷卻水出口管固定在下封頭；文丘里射流器筒體及與其焊接的環(huán)管和冷卻水環(huán)管靠冷卻水進(jìn)口接管和冷卻水出口接管固定在下封頭之上；在底座上安裝有蒸汽噴嘴和熱水噴嘴；蒸汽接管水平直接插入底座外側(cè)管中，與冷卻水進(jìn)口接管冷卻水出口接管平面相垂直。采用該裝置提高了溶劑汽化的速率及蒸汽的有效利用率；實(shí)現(xiàn)連續(xù)凝聚工藝，操作簡(jiǎn)便，凝聚時(shí)間短，有利于橡膠凝聚的大規(guī)模生產(chǎn)。

燕豐 供稿

堿減量加工排液資源化制備多功能橡膠助劑的方法

江蘇愛(ài)特恩東臺(tái)新材料科技有限公司開(kāi)發(fā)出一種堿減量加工排液資源化制備多功能橡膠助劑的方法。堿減量廢水依次經(jīng)過(guò)平流式沉淀池、活性炭過(guò)濾器后，進(jìn)入酸析池，邊攪拌邊加入硫酸或鹽酸，待廢水呈酸性時(shí)，析出對(duì)苯二甲酸。在反應(yīng)釜中，加入該對(duì)苯二甲酸和硬脂酸，加水和氫氧化鈉使對(duì)苯二甲酸和硬脂酸溶解為其鈉溶液，加入氯化鋅溶液，此時(shí)結(jié)晶析出對(duì)苯二甲酸鋅和硬脂酸鋅的混合晶，離心產(chǎn)品經(jīng)過(guò)濾、洗滌、烘干，即得多功能橡膠助劑成品。該方法以堿減量加工廢水為原料，在制備新型橡膠助劑的同時(shí)，減少了廢水的排放和實(shí)現(xiàn)了資源化再利用，具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

燕豐 供稿

中海洋開(kāi)發(fā)出微波強(qiáng)化微電解組合氧化處理橡膠助劑廢水新方法

中國(guó)海洋石油總公司開(kāi)發(fā)出一種微波強(qiáng)化微電解組合氧化處理橡膠助劑廢水的方法。將廢水預(yù)先進(jìn)行氧化處理后進(jìn)行微電解處理，將橡膠助劑廢水中的有機(jī)物進(jìn)行開(kāi)環(huán)斷鏈后，再進(jìn)行微波輻照，利用微波的電磁效應(yīng)強(qiáng)化微電解及氧化的處理效果，同時(shí)微波的熱效應(yīng)使廢水快速升溫，溫度的升高加快了氧化反應(yīng)速度，不僅利于有機(jī)物的分離，而且加快后續(xù)絮凝反應(yīng)，減少了廢水的污泥總量。

該方法將多種工藝進(jìn)行逐級(jí)組合，進(jìn)行橡膠助劑廢水處理，實(shí)現(xiàn)了比較低成本地處理該類(lèi)廢水的達(dá)標(biāo)排放。

燕豐 供稿

Research and design of electronic mechanical brake system for electric car

U463.5

1009-797X（2016）02-0098-03

A

10.13520/j.cnki.rpte.2016.02.038

張柯（1992-），男，學(xué)歷：本科，西京學(xué)院機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)，2012級(jí)本科畢業(yè)生，研究方向?yàn)闄C(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化。

2015-12-18