电子机械制动系统无压力传感器控制策略研究

马馨茹

摘要：作为轨道交通领域下一代新型制动方式，电子机械制动（Electro mechanical Brake，EMB）技术最早于航空领域以“全电刹车”概念提出，属于航空技术民用化。区别于有轨列車常见的空气和液压制动方式，EMB系统省去复杂的空气与液压管路，避免了油液泄露的风险，具有响应快、结构简单、轻量化、智能化等优点。考虑EMB系统中多变量、强耦合、变参数等非线性特点，工程中通过安装制动力测量元件实现其制动力精确控制。然而低地板有轨电车整车地板距轨面高度较低，运行环境恶劣，因此传感器的可靠性受到巨大挑战。同时常规的测量元件采用应变片的形变反馈制动力值，在长时间的疲劳使用过程中应变片亦存在断裂的风险。如果制动力测量传感器发生故障，则车辆会出现制动性能下降及制动不当的情况，影响人身安全。因此无压力传感器控制已成为当今EMB系统研究领域的热点与难点。

关键词：电子机械制动系统;无压力传感器;控制策略

引言

电子机械制动系统是线路控制制动系统的一部分，通过电缆束传输制动信号和制动能量。对于汽车目前应用的所有制动稳定功能，制动功率的稳定性和精度是必要的，电子机械制动系统可以通过精确控制制动电机实现制动功率的稳定输出。

1控制器整体设计

汽车工业用发动机制动器是基于PID控制、能量选择和制动过程、系统主系统。机械原理：将操作人员的脚放在踏板上时，系统发出信号，并将采集到的信号发送到中央单元。同时按下相应的制动传感器会发出制动力矩信号，将信号转发给系统，并产生相位控制力矩。系统的制动驱动将转矩转换为横向推力。制动时，驱动开始时，闭环控制的鞍形组件可以在控制电阻增大时进入。CPU的控制信号随前面的传感器而变化，以确保汽车的最佳减速。

2无压力传感器制动力伺服控制分类

1）转矩动态方程法;2）特征曲线法;3）实验方法。提出汽车EMB系统的制动正压力与丝杠位移满足三次多项式的参数关系，但忽略了两者之间的“迟滞”特性。与之相比，建立了电机转角与制动力间关系式，保留了制动力极值间的“迟滞”特性。不足之处在于，文献忽略了不同制动力间差异的“迟滞”特性，无法处理时变的期望制动力。由于系统固有的“迟滞”特性，将EMB刚度模型分为线性与非线性两个部分，同时构建系统负载转矩模型，采用卡尔曼滤波器对非线性部分进行观测补偿。不依赖于经验数据与EMB执行器的刚度特性曲线。提出了一种基于超螺旋算法的扩张状态观测器，在动态转矩平衡方程基础上估算系统制动力信号。不足之处在于，系统摩擦模型复杂，无法建立精确的数学模型。结合钳式制动工作原理，在制动缓解时，系统主要克服摩擦转矩，近似空载运行，负载模型与制动力无关。此外，在制动施加输出恒定制动力时，电机工作状态为堵转，输出恒定转矩。由于系统选用伺服电机作为驱动电机，长时间的堵转会对系统控制器和伺服电机造成一定的风险。自抗扰控制（Active Disturbance Rejection Control，ADRC）是一种几乎不依靠数学模型来处理非线性、不确定性和外部扰动的控制方法，目前于非线性控制领域得到广泛应用。作为ADRC技术的核心部分，扩张状态观测器（Extended State Observer，ESO）可对系统中的未建模误差与外部扰动进行实时估计。由于单一的反步控制策略无法满足系统鲁棒性及高动态响应的要求。因此在反步控制中引入积分项构建积分反步控制以提高系统控制精度，有效地避免滑模控制引入的抖振问题，同时利用扩张状态观测器估计与补偿内外扰动，提高系统的鲁棒性。

3电机控制系统

保证汽车系统的稳定性和精度是PID控制算法的主要功能。目前，最新的制动技术促进了电子制动系统的发展。制动转矩可以无限调节。因此，有必要调整驱动支持的主动制动系统，产生的电压信号传输到电机的中央控制部分。机械控制部分在发动机的供电中起作用。发动机产生传动力矩，通过传动轴连接旋转球，活塞传动直接接触制动垫和制动盘。制动垫圈和活塞之间的摩擦不均匀会增加摩擦系数。制动盘老化和保温性能影响系统的稳定性和可靠性，良好的制动效果依赖完善的伺服系统，最终消除不稳定因素。

4电子机械制动系统发展预测

电控机械制动系统的诸多优点使其与传统液压制动系统的更换、线路控制技术的应用和产品的智能自动化相结合，有利于电子机械制动系统的应用速度的预期，符合模块化、集成、情报和根据embram技术的现状和目前存在的问题，其发展趋势预计如下：研究和开发适合车辆制动系统使用的小型高灵敏度智能传感器;研究适用于不同车辆制动方式的最佳控制方法，优化电控机械制动系统制动功率的控制精度和稳定性;优化和进一步完善制动执行器结构，向简单结构、性能稳定、控制方便、整体空间紧凑结构等方向发展;研究制动意图识别算法，确保制动意图识别精度;制动感觉模拟器的研究始终是一个潜在方向。

5结束语

在分析电子机械制动系统结构及工作原理的基础上，提出了一种电子机械制动系统无压力传感器制动力伺服控制策略，具有如下优势：1）文中所提出的EMB间隙调整策略不依赖于附加机械调节机构及压力检测装置，具备准确的制动间隙调整能力。2）在强耦合条件下提出的无压力传感器控制策略，考虑了系统制动和缓解过程中存在的“迟滞”特性，与传统控制相比，有效地改善了制动力的估计精度，可作为备用控制回路，为EMB系统在轨道交通领域的可靠性研究提供一种方案，具有创新型。3）基于Sigmoid函数的改进型扩张状态观测器能够观测出系统存在的外部扰动，为积分反步控制器提供前馈补偿，提高系统的鲁棒性与控制精度。

参考文献

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