轿车电子机械制动系统的建模及评价
轿车电子机械制动系统的建模及评价
摘 要：随着汽车电子技术的不断发展，许多新兴的电子制动系统逐渐的涌现了出来，在实现社会高效、节能、环保的发展要求的同时，也给电子制动系统的应用带来了影响。
本文针对轿车电子机械制动系统的应用情况进行探讨，分别从其发展过程、数据建模以及计算机仿真试验进行了深入探讨，以供同行参考。
关键词：电子机械;轿车;制动系统;零件;建模
近年来，伴随着线控技术的不断成熟，越来越多的电子技术被应用在制动系统当中，采用电子信息的方式来取代过去机械、液压、启动的系统连接方式被逐渐被人们接受，并得到大力推广。
线控技术不仅仅是连接方式的变化，而且还包含量了汽车操纵机构、操作方式的变化，更是汽车执行结构变动的指导基础，线性技术的应用为汽车技术的研发提供了新的参考理念。
这种技术的应用具备着众多的优势，也符合了汽车发展的安全、节能、环保等主题要求，是未来制动系统发展的主要方向之一。
一、汽车制动系统发展概述
在当前的社会发展中，做好电子技术对机械系统的研究有助于缩短我国与国外制动技术之间的差距，对于未来我国汽车产业的发展有着重要的意义，同时也是促进我国汽车产业竞争力、提高汽车零部件生产的重要手段。
汽车制动系统作为汽车结构中最为关键的环节，其具体内容如下：
1、汽车制动系统分析
汽车制动系统是汽车上用以使外界(主要是路面)在汽车某些部分(主要是车轮)施加一定的力，从而对其进行一定程度的强制制动的一系列专门装置。
2、汽车制动系统的发展
汽车制动系统是汽车结构中至关重要的问题，它直接关系到车辆行驶安全和车辆的性能。
随着现代汽车速度的不断提高，制动系统的重要性越来越突出。
就当前的制动系统进行分析，其是由制动器、制动驱动机构共同组成的，而制动驱动机构又包含了功能装置、控制装置、传动装置、动力调节装置等。
回顾汽车制动系统的发展历程，我们可以发现制动系统在发展的过程中，工作重点主要是集中在制动器、制动驱动机构的功能和传动装置研究中，其发展经历了人力传动、伺服传动、动力传动、气压式传动等发展历程。
时至今日，在汽车传动系统的应用已经实现了以电子技术、网络技术为的高效、节能传动方式，为当前社会发展指明了新方向。
3、电子机械传动系统分析
近年来，伴随着线控技术的日益成熟，汽车传动系统逐渐实现了以电子控制为主的发展新时期。
这一系统的出现可谓是一个全新的传动机制，可谓是实现了制动驱动、制动传动以及传动装置的革新。
电子传动系统是一个高质、高效的传动体系，它取消了传统的液压传动系统，是利用电机为基础提供动力能源，以电信号传输驾驶员的控制意图，从而实现执行机构和常规的制动器。
在汽车运行的过程中，驾驶员通过踩下脚下的电子踏板，从而使得电子踏板传输出信号，进而控制各个汽车元件，使得汽车元件做出相应的工作。
二、电子机械传动系统的建模和研究
近年来，随着我国人民生活水平的提高，我国的汽车工业发展十分迅速，一跃成为世界第二汽车销售大国。
但是我国的汽车业水平而言，其与发达国家相比较存在着显著的差距，无论是整车还是汽车零件的关键技术，都无法与发达国家相比。
尤其是在制动系统上，其差距更为突出，为此做好电子机械传动技术的`研究十分关键，这也符合我国低碳、节能、环保、高效的社会发展要求。
1、1/4车辆制动模型的建立
汽车本身就是一个复杂的机电系统，且是一个工作环境复杂、变化多端的系统，因此要想建立一个准确的模型是非常困难的。
为此，在工作中为了简化建模工作，降低建模难度通常都是采用1/4车辆制动模型的方式来进行工作的。
在建模工作中，通常需要从以下方面进行分析：首先，汽车的质量要能够均匀的分布在每一个轮胎之上;其次，汽车可以认为是处于一个平坦地面上行驶的;再次;忽略汽车的横摆运动以及侧倾运动;第四忽视了轮胎的作用。
2、轮胎模型
汽车的运动依赖于轮胎所受的力，例如，纵向制动和驱动力、侧偏力和侧倾力、回正力矩及翻转力矩等，所有这些都是滑移率、侧偏角、垂直载荷、道路摩擦系数和汽车运动速度的函数。
如何精确而有效地表达这种函数关系，一直是轮胎模型所探讨的问题。
轮胎模型一般分为两种，一种是物理模型(理论模型)，即通过对轮胎结构和形变机制的数学描述，建立剪切力和回正力矩与相应参数的函数关系。
与理论模型相对照的是经验公式和半经验公式，它是通过对大量的轮胎力特性的实验数据进行回归分析，将轮胎力特性通过含有拟合参数的公式有效地表达出来。
3、执行机构模型
3.1 无刷直流力矩电机模型
无刷直流力矩电机的电枢电压恒定，电机控制器根据输入的控制信号，向电机供给相应的电流，即I=Kk·V;其中式中：I 为电机的线圈端电流，A ;ν 为输入的控制信号，V;Kk为控制信号与线圈端电流之间的转换关系，A/ V。
3.2 滚珠丝杠与制动摩擦块模型
电机通过行星齿轮减速器驱动滚珠丝杠副，将电机的旋转运动转化为丝杠的直线运动，压紧摩擦块对制动盘施加压力。
3.3 执行机构整体建模
机械执行机构由无刷直流力矩电机及其控制器、行星齿轮减速器、滚珠丝杠和制动蹄块等组成，在前面各节中对各部分进行了分析和数学建模，并由此推导出了各部分的传递函数。
3.4 建模分析
总的来说，系统制动力变化的过程中，由于机构内部的静摩擦，力的改变呈阶梯性变化，制动力的精确控制带来了很大的难度。
更重要的是，由于机构输入增大和减小时输出都存在有较大的滞后，特别是输入减小时输出的大滞后性和突变性，给机构的精确控制带来了很大的难题，另一方面也说明机构的逆效率很差，在一次加减力的过程中能量损失很大。
电子机械制动系统开环控制的制动力输出存在有、阶梯和突降等现象，要想实现较好的输入输出线性跟随，则必须得应用反馈控制算法。
三、硬件仿真
电子机械制动具有一系列的优点，但是制动力控制的效果能否满足制动系统的要求，电子机械制动系统能否实际产品化，都还需要进一步的检验。
在发展中，利用所建的1/4 车辆仿真模型，利用dSPACE硬件在环仿真系统，对电子机械制动系统进行硬件在环仿真实验，检验其能否满足国标对汽车制动系统的要求，检验其能否实现防抱死制动控制策略。
四、结束语
电子机械制动具有一系列的优点，但是制动力控制的效果能否满足制动系统的要求，电子机械制动系统能否实际产品化，都还需要进一步的检验。
本章利用所建的1/4 车辆仿真模型，利用现代化硬件在环仿真系统，对电子机械制动系统进行硬件在环仿真实验，检验其能否满足国标对汽车制动系统的要求，检验其能否实现防抱死制动控制策略。
参考文献
[1] 何仁，金文伟. 汽车电子机械制动器的效能分析[J]. 江苏大学学报(自然科学版). 2007(03)
[2] 张立新，田有为，沈沉. 汽车电子机械制动系统制动执行器的研究[J]. 机械设计与制造. 2006(12)1
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