汽车电子机械制动的关键技术发展研究

汽车电子机械制动的关键技术发展研究

张冠雄

长城汽车股份有限公司技术中心河北省汽车工程研究中心河北保定071000

摘要：随着社会经济的迅速发展与生活品质的不断提升，人们对汽车提出了越来越大的要求。安全、绿色、节能已成为未来汽车发展的总体趋势。机械制动系统是汽车结构中一个主要构成，关系到汽车的安全性能。现阶段，在汽车盛行的时代，提升汽车制动的安全性显得异常重要。可以有效地避免交通事故的发生。在计算机技术与电子控制技术的不断发展，带动了汽车制动技术的进一步发展，研发了更为先进的机械制动技术。

关键词：汽车电子；机械制动；关键技术

Researchonkeytechnologydevelopmentofautomotiveelectronicmechanicalbraking

ZhangGuanXiong

R&DCenterofGreatWallMotorCompany,AutomotiveEngineeringTechnicalofHeBei,Baoding071000

Abstract:withtherapiddevelopmentofthesocialeconomyandthecontinuousimprovementofthequalityoflife,peoplehaveputforwardmoreandmoredemandsonthecar.Safety,greenandenergysavinghavebecomethegeneraltrendoffutureautomobiledevelopment.Themechanicalbrakesystemisamaincomponentoftheautomobilestructure,whichisrelatedtothesafetyperformanceofthecar.Atthisstage,intheeraofautomobileprevail,itisveryimportanttoimprovethesafetyofautomobilebrake.Itcaneffectivelyavoidtheoccurrenceoftrafficaccidents.Withthecontinuousdevelopmentofcomputertechnologyandelectroniccontroltechnology,thefurtherdevelopmentofvehiclebrakingtechnologyhasbeendriven,andmoreadvancedmechanicalbrakingtechnologyhasbeendeveloped.

Keywords:automotiveelectronics;mechanicalbraking;KeyTechnologies

前言：

随着我国汽车行业的发展，当前汽车的发展主要表现为集成化、模块化、机电一体化的特征。而电子机械的制动技术正在顺应时代的发展形势，这项技术取代了以往落后的制动控制系统。在汽车电子的相关技术不断发展下，尤其是超大型的集成电路的研发与应用，电子元件的生产成本还会进一步缩减，汽车电子机械的制动技术会与相关的汽车电子技术，如电子导航、无人驾驶等技术相综合，进而生成综合性的电子控制系统，很多控制单元在一个ECP中集中工作与管理，有利于汽车控制系统更加先进。

1工作原理及结构

1.1工作原理

相比以往液压的制动系统，在电子机械的制动系统里，电源取代了传统的液压源，机电动作器取代了液压的作动设备。在EMB的系统中，普通的制动系统的液压系统，如主缸、液压管路、真空增压设备等皆被相应的电子机械的系统取代，而液压盘与鼓型的制动器其调节器已经被电机驱动的装置，即制动执行器取代，制动力主要由电机而带动，制动力的大小受到电子控制器控制。EMB系统中的中央电子控制单元按照电子踏板的模块传感设备相关的速度信号与位移情况，同时综合车速等传感信息，向车轮制动的模块电机发送信号并控制电流与转子转角，从而形成所需的制动力，以实现制动目标。因为未有装置备用的液压系统或机械，EMB系统其实际的可靠性能显得十分关键，具体需要系统带有备有的电源设备，（以防主电源失去效果时保持正常工作)与冗余的通讯链路，即为连接制动踏板相关的冗余链路。EMB系统其控制设备应用可靠性能极强的总线协议以及控制系统的冗余设计。为更好地压缩空间，可将相关的电子元件装配于EMB的调节器中。

1.2结构组成

1.2.1车轮制动模块

作为汽车电子机械制动系统中的核心部件，它同时在执行上也很重要，具体包括制动执行器ECU和制动执行器。车轮制动模块在制动上有两种方式，分别是电力制动和电子控制，由此而生了两个输出，它们是电信号输入和供能电流输入。控制信号首先传给制动执行器ECU，制动执行器ECU控制电机的力矩和输出方向，达到制动效果。主要有两种方法：第一个方法是根据力矩传感器直接对参数进行计算达到目的，这样一来就跳过了计算制动力或制动力矩的过程，这样的算法简单可靠成本低。第二种方法是因为外部环境的温度变化和转子角度的不同，集合前者和电机转子角度的计算算出制动力的大小达到制动效果。

1.2.2中央电子控制单元（ECU）

该元件的主要工作是根据一系列的信号判断出车轮是否处于抱死或者打滑等状态，通过控制制动力防止车轮抱死。这一系列的信号包括车轮传感器信号，驻车制动信号等等。这个元件还能通过电源调节电流的大小。现代汽车已经普及了悬架系统，卫星定位，转向系统，导航系统等等，这些系统结合制动控制系统是汽车电子机械制动系统的最大好处。

1.2.3电子踏板模块

汽车电子机械制动系统跟传统的系统相比，不再具有真空助力器和机械式传力机构而采用足踏板模拟器。这个元件会产生一个跟踏板转角成一定角度的制动力并转化成信號传送至中央电子控制单元，然后产生电流输送到制动执行器达到制动效果。根据不同的司机的习惯制定不同的输入输出特性曲线，结合人体工程学设计出安全舒适的制动力。这个元件体现出了汽车电子机械制动系统相比如传统的优点：制动上的快速响应。

1.2.4电源

电源的作用就是为整个汽车电子机械制动系统提供能源。在实践生产中每辆汽车还配有备用电源，保障在主电源能源不足或损坏的时候整个汽车电子机械制动系统还能顺利完成制动。

1.2.5车轮轮速传感器

车轮轮速传感器是整个汽车电子机械制动系统中最基本的元件，车轮的转速和轮速都是整个汽车电子机械制动系统计算制动力的基础和前提。

1.2.6线束

线束是整个汽车电子机械制动系统中起传递信号作用的元件，就像电线一样，没有了线束，整个汽车电子机械制动系统就瘫痪了。

3电子机械的制动系统关健技术探讨

3.1执行器的能量标准

应用全电式的制动系统，要具备较多的电能，现阶段，12伏车辆的电器系统很难达到执行电气制动较高功率的要求。所以，构建42伏的电压系统是一项很重要的工作。另外，也要处理好较高电压引起的安全性能下降的问题。

3.2关于容错的需求

在全部撤销了液压元件系统的情况下，未设置相对独立的后备执行技术。尽管很多的技术可以提升容错系统的安全性能，然而，想要从根源上解决问题，还是要提供相应的后备系统。在节点或者电子控制的单元产生某种故障的时候，在保护现行系统的完整性能的条件下，启动后备的装置。容错范围应当依据实际运用的场合来制定，只是注意主要的传感设备与控制设备等皆需要有备份。同时，系统里各个节点间的申行通信一定要具备支持容错的性能。容错就需要对相应的通信协议进行开发。由于现行的车辆所使用的某些觉规的通信系统，如CAN等，皆无法适应容错的标准，因此还需研发出一种新的通信协议。现阶段，国际上研究很多的通信协议，总体来说包括TTP/C、1TCAN、F1exRey等类型。

3.3制动执行设备的标准

安装电机控制的制动执行设备，对于高性价比的半导体有着较高的要求，如具备良好的耐高温能力，为了承受制动设备引起的高温。此外，要开发与应用重量轻盈、价位低廉的汽车制动设备，且因为轮毅大小的限定，具体的尺寸也应当符合企业规定的设计标准。

3.4处理干扰的信号

汽车在正常运行时，会伴随各式各样的干扰信息，现阶段，相关领域经常应用两类抗干扰的控制系统，即对称型与非对称型的控制系统。前者是由二个同样的CPU与计算程序进行制动信号的处理。后者主要由二个带有差异的CPU与计算程序对制动信号进行处理的，二者皆有各自的特征。此外，电子机械的制动控制技术的相关软件与硬件怎样达到部件化，以满足各种车型的需求、达到底盘的部件化作为当前一项重要的研究课题。唯有把制动、悬架、转向、导航等技术进行综合地分析与研究，先完成算法方面的部件化，进而建设数据总线的系统，才会更好地以最小的投入得到最佳的控制系统。

结论

汽车电子机械制动系统取代传统系统成为汽车制动系统的主流。汽车和网络的技术都代表了现在的科技水平，21世纪是一个互相合作的时代，如果将网络技术加到汽车中，可以形成一个全新的理念。汽车电子制动在这方面已经发展起来了。它的特点是能有效控制并且能很快的反应过来，很适合汽车的制动，在汽车制动上有着很大的潜能。科技的发展使得这项技术正在不断完善。汽车电子机械制动系统结合其他系统组成一个比较成熟的汽车电子控制系统，逐步实现汽车的智能化控制。

参考文献：

[1]左斌.汽车电子机械制动（EMB）控制系统关键技术研究[D].浙江大学，2014.

[2]傅云峰.汽车电子机械制动系统设计及其关键技术研究[D].浙江大学，2016.

[3]赵春花.汽车电子机械制动系统执行机构的设计研究[D].南京理工大学，2016.

[4]张立新.汽车电子机械制动技术的发展及其关键技术[J].辽宁省交通高等专科学校学报，2016（03）：23-25.