电动汽车电子机械制动系统设计

孙海荣

选题的目的和意义

汽车制动系统是汽车最重要系统之一，从汽车诞生时起，该系统在车辆的安全方面就扮演着至关重要的角色，特别是近年来，随着车辆技术的进步和汽车行驶速度的提高，这种重要性表现得越来越明显。

汽车制动系统是为了使高速行驶的汽车能减速或停车而设计的。如果该系统不能正常工作，车上的驾驶员和乘客将受到车祸的伤害，所以分析和研究汽车制动系统具有极其重要的意义，特别是对于汽车专业的毕业生来说，意义更加非凡！

摘 要：电动汽车电子机械制动系统取代了传统的液压制动系统，其具有高可靠性、安全环保及反应速度快的特点，因此，电动汽车电子机械制动系统是未来控制系统的发展方向。

电动汽车电子机械制动系统主要是采用线控制动技术来实现的，其不仅可以提高制动器的舒适性，也可以减少发动机所带来的负载损耗，主要通过电子制动踏板来克服在制动过程中所发生的踏板抖动现象，因此，电动汽车电子机械制动系统的实现，必将取代传统液压控制系统。

1 电动汽车电子机械制动系统的总体方案设计

电动汽车电子机械制动系统主要由电子制动踏板、受刹拉杆、电子驻车开关及电制动器等组成，其中，轮速传感器主要用于采集车轮速度，并将其作为ABS控制策略算法的输入参数，当然，对于电子驻车开关，其主要用于产生驻车开关信号。当车辆点火后，系统中的控制驱动单元检测到点火开关后，将进行系统静态自检和动态自检，在行车过程中，控制驱动单元将对电子驻车开关信号及制动踏板开关信号进行采集，利用控制策略算法对最终输出控制目标值进行运算和判断，并通过控制量MCU控制单元对控制目标控制量驱动进行控制，并驱动制动电机和电磁离合器，将两者集成在电制动器总成之内，通机械自锁机构，电磁离合器将实现电制动器力的保持，而制动电机将利用控制驱动单元的电流闭环控制及机械减速增矩机构来实现制动。

2 电动汽车电子机械制动系统关键部位设计

2.1 硬件设计

电动汽车电子机械制动系统主要由主MCU和监控MCU组成的控制电路、由电机驱动控制电路和电磁离合器驱动控制电路构成的驱动电路构成，其中，控制电路主要完成车辆点火、驻车中断信号、轮速信号及踏板位移信号等输入信号的采集。分析主MCU和监控MCU，其主要采用基于Power PC构架的32位处理器MPC5604和8位处理器MC9S08DZ128，通过模拟开关控制，从而实现系统部分信号采集及驱动制动电机、电磁离合器的输出控制，在系统中若采用3路模拟开关，则可以实现1路驻车信号、2路制动踏板位移信号的采集；若采用16路信号开关，则可以实现4路制动电动机、4路电磁离合器的控制。然而，对于切换仲裁控制，其主要由监控MCU来实现的，采用SPI通信技术实现主、从MCU监控，由于主、从MCU具有整车的CAN通信接口，从整车获取系统故障报警信息并发送到仪表控制单元，实现故障报警功能。

2.2 软件设计

（1）常规制动控制算法，根据制动踏板位移来判断驾驶员的制动意图，采集到制动踏板位移后，应根据整车踏板位移、电子制动踏板位移、前后制动器制动力分配比例来合理分配前、后轮制动力，并根据电制动器的减速比和制动效率计算出制动电机的输出扭矩，为了推算出电机堵转电流，则需要根据电机堵转电流及电机输出扭矩曲线进行推算，采用电流闭环控制算法来获得PID电流闭环控制的目标电流值，即根据目标电流值、反馈的实际电流进行闭环调节，待反馈值及目标值达到一定的精度范围后，才能进入下一个常规制动闭环控制。

（2）驻车制动控制算法。首先需要采集制动踏板信号、离合器踏板位移信号、点火开关信号及发动机转速信号等，并将其作为驻车状态和驶离状态的判断条件，在执行驻车制动中，应充分考虑手动驻车按钮开关信号及驻车状态与驶离状态的判别结果，从而实现手动驻车、自动驻车和辅助驶离的驻车制动控制算法。

（3）系统冗余控制算法。采用主MCU+监控MCU结合的方式来实现冗余控制，即利用SPI通信方式来实现主、从MCU的相互监控，并将发送的数据内容作为事先设定的数据，当系统接收的数据为事先设定的数据时，则表示系统运行良好，反之，则表示出现故障；当主MCU出现故障时，监控MCU将启动故障报警按钮，并通过模拟切换开关接管控制权进行常规控制和驻车制动的开环控制。

2.3 机械设计

对于系统中的电子机械制动器，其主要作为该系统的执行机构，主要由制动电机、制动卡钳、制动片和刹车盘等组成[1]，其中，制动电机通过减速齿轮和驱动减速齿轮带动同轴的滚珠丝杆，将滚珠丝杆转动转化为移动，将活塞作用于刹车片，通过刹车片对刹车盘进行挤压，并产生夹紧力，以达到车辆制动的效果。

3 电动汽车电子机械制动系统测试

利用新型电制动试验台和辅助测试板对电动汽车电子机械制动系统进行动态测试，根据资料表明[1]，如表1所示，电动汽车电子机械制动系统制动距离小、制动时间长及减速度小，其主要原因是制动电机及制动力较小，所加载的负载也比较小，导致制动力、车速及滑移率随着时间的变化而变化，制动力随着踏板位移变化而呈现平滑变化的趋势，由于该系统没有进行ABS测试，因此，踏板的滑移率为零。

4 结语

综上所述，现代汽车制动控制技术正朝着电子制动控制方向发展。全电制动控制因其巨大的优越性，将取代传统的以液压为主的传统制动控制系统。同时，随着其他汽车电子技术特别是超大规模集成电路的发展，电子元件的成本及尺寸不断下降。

电动汽车电子制动控制系统将与其他汽车电子系统如汽车电子悬架系统、汽车主动式方向摆动稳定系统、电子导航系统、无人驾驶系统等融合在一起成为综合的汽车电子控制系统，未来的汽车中就不存在孤立的制动控制系统，各种控制单元集中在一个ECU中，并将逐渐代替常規的控制系统，实现车辆控制的智能化。其具有高可靠性、安全环保及反应速度快的特点，因此，电动汽车电子机械制动系统是未来控制系统的发展方向。

参考文献：

[1] 刘卓.基于FPGA的汽车电子机械制动系统的研究[D].西安工程大学，2011.

[2] 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.