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1、電動(dòng)汽車制動(dòng)系統(tǒng)研究 電動(dòng)汽車制動(dòng)系統(tǒng)研究 2013/10/22 １系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 本系統(tǒng)硬件由控制電路和驅(qū)動(dòng)電路構(gòu)成．其中控制電路由主ＭＣＵ和監(jiān)控ＭＣＵ構(gòu)成，完成點(diǎn)火和踏板中斷信號(hào)、駐車中斷信號(hào)、踏板位移信號(hào)、輪速信號(hào)、電機(jī)反饋電流信號(hào)等輸入信號(hào)的采集．驅(qū)動(dòng)電路主要由電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制電路和電磁離合器驅(qū)動(dòng)控制電路構(gòu)成．主ＭＣＵ和監(jiān)控ＭＣＵ通過(guò)驅(qū)動(dòng)電路控制和驅(qū)動(dòng)制動(dòng)電機(jī)和電磁離合器．主、從ＭＣＵ采用Ｆｒｅｅｓｃａｌｅ基于ＰｏｗｅｒＰＣ構(gòu)架的３２位處理器ＭＰＣ５６０４和８位處理器

2、ＭＣ９Ｓ０８ＤＺ１２８．主、從ＭＣＵ通過(guò)模擬開關(guān)實(shí)現(xiàn)部分信號(hào)采集和電機(jī)以及電磁離合器的輸出控制．其中采用３路模擬開關(guān)實(shí)現(xiàn)１路駐車信號(hào)和２路制動(dòng)踏板位移信號(hào)的采集．采用１６路開關(guān)信號(hào)實(shí)現(xiàn)４路制動(dòng)電機(jī)和４路電磁離合器的控制．切換仲裁控制由監(jiān)控ＭＣＵ實(shí)現(xiàn)．主，從ＭＣＵ之間通過(guò)ＳＰＩ通信實(shí)現(xiàn)相互監(jiān)控．當(dāng)主ＭＣＵ出現(xiàn)故障時(shí)，監(jiān)控ＭＣＵ通過(guò)模擬開關(guān)各個(gè)通道的開關(guān)切換，接管控制權(quán)實(shí)現(xiàn)對(duì)部分信號(hào)的采集和對(duì)電制動(dòng)器執(zhí)行器的控制．主、從ＭＣＵ分別具有和整車的ＣＡＮ通信接口，從整車獲取相關(guān)信息，同時(shí)也將系統(tǒng)故障報(bào)警信息通過(guò)整車ＣＡＮ網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到儀表控制單元實(shí)現(xiàn)故障報(bào)警． ２系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 本系統(tǒng)控制單元由主ＭＣＵ和

3、監(jiān)控ＭＣＵ組成．主ＭＣＵ完成系統(tǒng)故障檢測(cè)、電機(jī)電流閉環(huán)控制、常規(guī)制動(dòng)控制、電子駐車制動(dòng)控制．從ＭＣＵ則完成簡(jiǎn)單的電機(jī)開環(huán)控制、常規(guī)制動(dòng)控制和電子駐車制動(dòng)控制．主、從ＭＣＵ之間通過(guò)ＳＰＩ通信進(jìn)行相互監(jiān)控．本系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)部分主要介紹常規(guī)制動(dòng)控制算法、駐車制動(dòng)控制算法和系統(tǒng)冗余控制算法．系統(tǒng)軟件控制流程圖如圖３所示． ２．１常規(guī)制動(dòng)控制算法系統(tǒng)通過(guò)采集制動(dòng)踏板位移判斷駕駛員的制動(dòng)意圖，采集到制動(dòng)踏板位移后，按照整車踏板位移和制動(dòng)力曲線和前后輪制動(dòng)力分配比例對(duì)前后輪制動(dòng)力進(jìn)行分配，再根據(jù)電制動(dòng)器的減速比和效率推算出電機(jī)輸出扭矩，然后根據(jù)電機(jī)堵轉(zhuǎn)電流和輸出扭矩曲線推算出電機(jī)堵轉(zhuǎn)電流（本系統(tǒng)制動(dòng)時(shí)，電機(jī)

4、始終處于堵轉(zhuǎn)狀態(tài)）得到ＰＩＤ電流閉環(huán)控制的目標(biāo)電流值，電流閉環(huán)控制算法根據(jù)目標(biāo)電流值和反饋的實(shí)際電流進(jìn)行閉環(huán)調(diào)節(jié)，直到反饋值和目標(biāo)值在精度范圍內(nèi)趨于一致為止，接著進(jìn)入下一個(gè)常規(guī)制動(dòng)閉環(huán)控制。 ２．２駐車制動(dòng)控制算法系統(tǒng)駐車制動(dòng)控制算法需要采集駐車制動(dòng)開關(guān)信號(hào)、制動(dòng)踏板位移信號(hào)、油門踏板位移信號(hào)、離合器踏板位移信號(hào)、檔位信號(hào)、點(diǎn)火開關(guān)信號(hào)、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)和車速信號(hào)等作為駐車狀態(tài)和駛離狀態(tài)的判斷條件，從而執(zhí)行駐車制動(dòng)．根據(jù)手動(dòng)駐車按扭開關(guān)信號(hào)、駐車狀態(tài)和駛離狀態(tài)的判別結(jié)果進(jìn)行手動(dòng)駐車、自動(dòng)駐車和輔助駛離的駐車制動(dòng)控制算法。 ２．３系統(tǒng)冗余控制算法本系統(tǒng)采用主ＭＣＵ加監(jiān)控ＭＣＵ的方式實(shí)現(xiàn)冗余控制

5、，主、從ＭＣＵ通過(guò)ＳＰＩ通信方式定時(shí)通信實(shí)現(xiàn)相互監(jiān)控，發(fā)送數(shù)據(jù)內(nèi)容為事先設(shè)定的數(shù)據(jù)，當(dāng)主、從ＭＣＵ接收到的數(shù)據(jù)為設(shè)定數(shù)據(jù)時(shí)，認(rèn)為被監(jiān)控的控制器運(yùn)行良好，否則認(rèn)為出現(xiàn)故障，進(jìn)行故障報(bào)警．當(dāng)從ＭＣＵ監(jiān)控到主ＭＣＵ出現(xiàn)故障時(shí)，通過(guò)模擬切換開關(guān)接管控制權(quán)，并進(jìn)行常規(guī)制動(dòng)和駐車制動(dòng)的開環(huán)控制． ３系統(tǒng)機(jī)械設(shè)計(jì) 電子機(jī)械制動(dòng)器作為該系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，主要由制動(dòng)電機(jī)、電磁離合器、減速齒輪、非自鎖滾珠絲桿、制動(dòng)卡鉗、剎車片和剎車盤等組成［３］．制動(dòng)電機(jī)通過(guò)驅(qū)動(dòng)減速齒輪，減速齒輪帶動(dòng)同軸的滾珠絲桿將轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為移動(dòng)，將活塞推進(jìn)并作用于剎車片，剎車片通過(guò)對(duì)剎車盤的擠壓產(chǎn)生夾緊力，從而達(dá)到車輛制動(dòng)的目的［４］．當(dāng)制

6、動(dòng)電機(jī)關(guān)閉輸出時(shí)，非自鎖機(jī)構(gòu)在剎車盤的反作用力下自動(dòng)反退，實(shí)現(xiàn)夾緊力的自動(dòng)卸載．為了實(shí)現(xiàn)制動(dòng)力的保持，本制動(dòng)器采用了電磁離合器，電磁離合器一部分和制動(dòng)卡鉗固定，另一部分和電機(jī)輸出軸固定，當(dāng)給電磁離合器通電時(shí)，兩部分吸合即可將制動(dòng)電機(jī)輸出軸端鎖死，電磁離合器斷電即可釋放。 ４系統(tǒng)測(cè)試 借助于現(xiàn)有的新型電制動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)、輔助測(cè)試板和對(duì)基于以上硬件、軟件和機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)開發(fā)的控制驅(qū)動(dòng)單元及電制動(dòng)器組成的電子機(jī)械制動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行了動(dòng)態(tài)測(cè)試，測(cè)試數(shù)據(jù)如表１所示．由表１可知，系統(tǒng)制動(dòng)距離大，減速度小，制動(dòng)時(shí)間長(zhǎng)，主要有以下原因：①制動(dòng)電機(jī)只有６０Ｗ，制動(dòng)力最大只有２．４ｋＮ．②負(fù)載過(guò)輕，雖然車輪能夠抱死，但是所

7、加載的負(fù)載小，地面附著力?。苿?dòng)力、車速、滑移率和時(shí)間關(guān)系曲線如圖８所示．制動(dòng)力隨踏板位移變化呈平滑變化，制動(dòng)力調(diào)節(jié)精度經(jīng)測(cè)試為３％，響應(yīng)時(shí)間１２４ｍｓ，達(dá)到最大制動(dòng)力響應(yīng)時(shí)間２０５ｍｓ．由于目前還未進(jìn)行ＡＢＳ測(cè)試，故滑移率一直為０． ５總結(jié) 該系統(tǒng)不僅實(shí)現(xiàn)了常規(guī)制動(dòng)和電子駐車制動(dòng)各項(xiàng)功能，而且運(yùn)行可靠，制動(dòng)力達(dá)２４００Ｎ，響應(yīng)時(shí)間１２４ｍｓ，達(dá)到最大制動(dòng)力響應(yīng)時(shí)間２０５ｍｓ，制動(dòng)電機(jī)堵轉(zhuǎn)時(shí)間可達(dá)３ｍｉｎ，驅(qū)動(dòng)電路功率管溫度不超過(guò)４０℃，電磁離合器溫度不超過(guò)４５℃．制動(dòng)距離和減速度后期通過(guò)增加負(fù)載和電機(jī)功率可以滿足輕量化電動(dòng)車行車制動(dòng)和駐車制動(dòng)各項(xiàng)指標(biāo)．該系統(tǒng)能夠很好的模擬整車制動(dòng)踏板位移和制動(dòng)力曲線，并進(jìn)行電子常規(guī)制動(dòng)和駐車制動(dòng)．配合目前正在研制的四輪新型電制動(dòng)系統(tǒng)試驗(yàn)臺(tái)，為后期進(jìn)行四輪防抱死制動(dòng)系統(tǒng)以及車輛穩(wěn)定性控制系統(tǒng)開發(fā)奠定了基礎(chǔ)． 作者：劉貴如王陸林張世兵高國(guó)興單位：安徽工程大學(xué)計(jì)算機(jī)與信息學(xué)院奇瑞汽車股份有限公司 上一個(gè)文章： 電子機(jī)械制動(dòng)系統(tǒng)的研究下一個(gè)文章： 機(jī)械工程學(xué)位研究生導(dǎo)師的情況