汽车电子机械制动器的效能分析

摘要：科学技术的不断发展以及经济水平的不断提高，汽车电子机械制动器的发展有显著的进步，为了提高电子机械制动的效率，加强对电子机械制动的分析，将建立电子机械制动的数学模型和动力学模型。机械制动优于传统的液压制动，为汽车电子机械制动的研究和应用提供了依据，本文对其有效性进行了分析。

关键词：汽车;电子机械制动器;效能;仿真系统

0  引言

汽車工业的高速发展，使得对车辆制动技术也不断攀升。车辆的制动是保证车辆交通安全的一个重要前提。汽车的安全性使得消费者对汽车制动系统的要求越来越高。精湛的汽车行业技术对汽车制动性能不再止步传统液压制动器。因此，专业人员对于汽车制动技术电子机械制动器方面发展。用这种更高效的电子机械制动器满足消费者对于行车安全要求，使汽车发展得到更好的进步。车辆制动性能一直是汽车安全性的关键，汽车制动性能的提升一直受到人们的重视。防滑制动系统等功能逐渐融入现有的制动系统之中，这些系统都与传统的液压制动系统相连，复杂的且分别无规律的管路，不仅增加了液压回路泄露的可能性同时也提升了装配维修的难度。电子机械制动为了适应了这一要求，让车辆制动技术的发展更为迅速。90年代欧美地区一些大型的汽车零部件的国际制造商和汽车制造商开始对EMB系统进行研究，其中博世、西门子和德国大陆特维斯进行了深入的EMB系统研究，德国大陆特维斯和德国达姆施塔特理工大学一起合作研讨了EMB制动模型与控制系统模型，并且在中国多所高校都对EMB系统的关键技术进行了研究。

1  汽车电子机械制动器简介

在传统的EHB中，电子机械制动系统断开制动踏板与制动器之间的机械连接，通过通信线束传输制动信号传输，因此EMB系统的可靠性变得非常重要，这就要求系统有一个备用电源（如果主电源故障）和冗余通信连接（三重冗余连接踏板），EMB控制系统采用可靠性更高的总线协议，控制系统冗余设计。

在车辆驾驶时，信号通过电动制动踏板中的位移传感器采集的踏板位移和速度信号传输到中央控制单元。中央控制对驾驶员的制动意图可以通踏板信息分析，计算目标制动的最佳制动力，并向四个EMB驱动器发送一个信号，EMB调节器接收到制动信号后，控制发动机，以便根据发动机发出的指令控制电流和转动角速度。同时，根据车辆、道路、制动系统等的情况，电子踏板中的模拟器通过以下方式向驾驶员返回“道路感”，传感器收集有关电机电流、速度和制动夹紧力的信息，并反馈到EMB调节器使整个控制过程由三层闭合电路组成，确保最佳制动性能。

2  车辆动力分析模型

2.1 对车辆制动时的状态进行受力的分析

汽车电子机械制动器在工作时，对车辆进行受力分析一直是汽车动力学模型中的一个探讨重点。在分析制动力时，假设在水平道路上行驶时，忽略了滚动阻力、空气阻力、轮胎变形和悬挂等因素，其后果是不堪设想的。对车辆直接行驶性能的受力分析，包括的主要内容有车辆质量、车辆前后制动力、防止车辆提速的作用，前车轮距以及后车轮距等。通过制动力的受力分析，可以很好地分析制动效果。

2.2 轮胎受力分析模型

在动态车辆模型中，对轮胎受力模型进行分析可以有效提高制动性能，本文分析了EMB制动器中的轮胎的受力模型，在制动车辆时，轮胎特性对道路制动性能的影响更为重要。轮胎受力模型的确定主要涉及轮胎的半径、汽车制动的力矩、轮胎转动的角速度以及地面附着系数，用合适的数学模型来分析车辆轮胎的制动力。车型不同轮胎的制动力巨也不相同，对同一辆车的受力分析的结果也可能不一样这需要进行多次分析以得到准确结果。

2.3 附着系数

车轮的制动和地面附着系数在车辆制动时也起着很大的作用。当车辆的轮胎处于半旋转或者半滚动的状态时，地面附着系数是可以达到最大值，即车辆的制动动力的值最大，此时横向稳定性好。若车轮被完全锁定没滚动，则会附着在地面上，横向稳定性为零，很容易滑倒和摆动尾巴，这很容易造成事故。

车辆在道路上附着系数的确定对车辆动力学模型的引入有着重要的影响，车辆轮胎的附着系数主要受车速和汽车制动滑移率的影响。这个数学模型可以由最大附着系数、车速、车轮滑移率和形状系数确定。此外，针对不同的车轮滑移率，对路面附着系数进行调整，得到不同参数下的路面附着系数。

2.4 EMB制动系统的模型

20世纪以来，随着汽车技术的飞速发展，现代汽车电气化、电子化程度很高，线控制动是一种线控系统的应用，统一的制动应用领域可以有效简化制动硬件的控制元件，提高整车的性能。制动踏板与制动控制装置之间的机械连接通过制动线断开，制动控制指令通过电信号传输到制动施加线束。目前，汽车制动装置主要分为两个系统：电子液压制动系统（EHB）和电子机械制动系统（EMB）。

电子液压制动（EHB）是电子机械制动（EMB）的一种先进产品，是在现有传统液压制动系统的基础上发展起来的，对传统液压制动系统作了微小的改进，目前已在市场上得到了广泛的应用。然而，EHB存在着液压管路多、布置安装困难、ABS电控系统复杂、生产维护成本高等固有缺陷。液压制动系统已不能适应汽车的发展。随着转矩驱动技术和电子控制技术的发展，EMB将成为汽车制动系统的主要市场。

在研究汽车电子机械制动器制动性能时，EMB制动模型的确定可以很好地分析汽车的制动性能。EMB制动器主要由电源、发动机、自动调节机构、减速机构和滚珠丝杆机构等组。此外，在EMB制动的系统模型之中，减速的机制提供制动力矩是由发动机来增加距离，减速的动力力矩对车辆的力矩有影响，以便检测车辆的制动性能。

2.5 电机模型

在研究汽车制动性能时，选择合适的发动机模型可以使汽车输出稳定的电功率，在EMB制动模型中，通过确定电枢反馈电动势、发动机感应电动势和电枢回路电感的数学模型，可以得到模型下的电枢电流。此外，根据EMB制动模型，通过增加电枢回路电感等因素来模拟发动机输出转矩，可以确定发动机输出转矩的仿真装置。

2.6 行星齿轮

行星减速器是EMB制动模型中最关键的地方。减速器其最重要目的是降低车速，增加变速器的感应扭矩，以满足车辆制动状态的要求，其中包括减速器的行星减速模型，它包括输入转矩和输出转矩之间的关系，行星的输出转矩可以通过确定太阳轮的输入转矩和行星齿轮的旋轉效率之间的数学关系来获得。

2.7 滚珠丝杆副的模型

在EMB制动模型中，双滚珠丝杠模型的主要功能是改变运动方向。在螺杆组中，行星装置的旋转输入被转换成螺杆平移，然后传递到制动块;在双螺杆模型中，滚珠螺杆的旋转扭矩是通过从行星架体的出口扭矩中读取滚珠螺杆的预紧扭矩，然后通过读取滚珠丝杠副传递扭矩的第三个旋转扭矩。也通过表达摩擦、动量和其他系统关系。

2.8 制动装置模型

在EMB刹车模型中，刹车装置的型号非常重要。刹车装置的型号主要取决于移动部件和刹车盘之间的摩擦。由于它们的相互作用可以得到一个适当的刹车模型。

2.9 汽车制动过程中的动力学模型

在汽车制动性能研究中，汽车制动过程动态模型的研究是提高汽车制动性能的重要组成部分。在汽车制动分析中，主要根据牛顿第二定律建立了完整的机械模型，得到车辆接地点与平衡方程之间的距离。此外，还应研究附着系数和制动过程的减速度。

3  汽车制动性能的仿真

3.1 驻车制动控制算法

系统的停放制动控制算法应采集发送停放制动的激活信号、制动踏板位移信号和踏板位移信号，作为评价停放和退出状态的基本条件，完成驻车制动，也可根据手动驻车按钮对开关信号、驻车状态和退出做出响应，判断的结果是完成了实际的驻车制动控制算法，如手动驻车、自动驻车和辅助控制等。

3.2 电子机械制动系统的仿真模型

在模拟汽车制动性能时，建立了电子制动系统的仿真模型，利用Smurf等仿真软件对EMB制动模型进行了仿真，得到了相关的仿真数据。与传统的液压制动系统相比，该制动模型能获得有效的数据真实性，说明机电制动系统仿真模型具有较好的制动效果。

3.3 模拟仿真的结果

在汽车电子机械制动系统的仿真试验中，汽车制动的仿真结果应通过插入某一车型的参数来获得。EMB和Hb对比制动性能的仿真结果发现，在装有ENB制动装置的车辆中，在0.32秒内可以意识到制动装置在车辆制动系统中的激活。在装有Hb制动装置的车辆中，需要0.9秒才能确定。EMB制动器的初始制动时间比制动时间HB快，另外，就最大制动时间而言，EMB的制动时间比制动时间HB短，由此可以看出，就汽车制动时的制动响应速度而言，EMB制动器的制动响应速度比HB快。其次，在制动距离方面，制动器的制动距离EMB小于制动距离HB，因此，在车辆行驶过程中，制动器的制动效果EMB优于制动距离HB，车辆转向安全性更高。

4  结语

在社会经济的不断发展过程中，人消费者对与汽车驾驶安全性的需求日益提高。制动性能不断提高，在对汽车电子制动效率的分析中，对汽车的制动性能进行了仿真等，为了实现电子机械制动与传统液压制动的制动性能对比，通过制动性能对比可知，电子机械制动的制动时间和制动距离较短，从而在汽车行驶中获得更好的制动性能。

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作者简介：赵海新（1985-），男，满族，河北承德人，承德石油高等专科学校讲师，工学硕士，从事汽车技术、汽车材料和工艺、汽车故障诊断、新能源汽车研究。