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隨著科技的發(fā)展與進(jìn)步，大眾生活水平的提高，人們對汽車交通的安全性要求與日俱增，而擁有優(yōu)異的制動性能是現(xiàn)代化安全汽車的重要評證。雖然傳統(tǒng)的汽車制動系統(tǒng)在制動性能上也能滿足現(xiàn)有制動法規(guī)的各項要求，但是交通事故的頻繁發(fā)生和汽車制動器響應(yīng)速度慢、制動效果不理想、制動器損耗度過高、裝配維修昂貴等不利情況有直接的關(guān)系，因此，行業(yè)人士提出了汽車電子機(jī)械制動系統(tǒng)(EMB)以解決這些問題。

1汽車制動系統(tǒng)發(fā)展?fàn)顩r

幾年來西方發(fā)達(dá)國家又興起了對車輛線控系統(tǒng)(X－BY－WIRE)的研究，線控(BRAKE－BY－WIRE)應(yīng)運(yùn)而生，由此展開了對電控機(jī)械制動系統(tǒng)(ELECTROMECHANICALBRAKINGSYSTEM)的研究，簡單來說電控機(jī)械制動系統(tǒng)就是把原來由液壓或者壓縮空氣驅(qū)動的部分改為由電動機(jī)來驅(qū)動，借以提高響應(yīng)速度、增加制動效能等，同時也大大簡化了結(jié)構(gòu)、降低了裝配和維護(hù)的難度。由于人們對制動性能要求的不斷提高，傳統(tǒng)的液壓或者空氣制動系統(tǒng)在加入了大量的電子控制系統(tǒng)如ABS、TCS、ESP等后，結(jié)構(gòu)和管路布置越發(fā)復(fù)雜，液壓(空氣)回路泄露的隱患也加大，同時裝配和維修的難度也隨之提高［1］。因此結(jié)構(gòu)相對簡單、功能集成可靠的電子機(jī)械制動系統(tǒng)越來越受到青睞，可以預(yù)見EMB將最終取代傳統(tǒng)的液壓(空氣)制動器，成為未來車輛的發(fā)展方向。

2EMB系統(tǒng)的模型分析

2.1EMB系統(tǒng)工作原理

電子機(jī)械制動系統(tǒng)工作原理為:當(dāng)汽車行駛時需要采取緊急剎車，駕駛者腳踏的力量信號傳到制動踏板，該力量信號經(jīng)過EMB控制系統(tǒng)的三環(huán)調(diào)速系統(tǒng)調(diào)控后輸出電樞電壓直接作用于無刷直流力矩電機(jī)上，輸出的電機(jī)軸轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)速信號傳遞給傳動機(jī)構(gòu)進(jìn)行減速增矩，轉(zhuǎn)化成絲杠位移，再經(jīng)過制動機(jī)構(gòu)作用轉(zhuǎn)化成制動力，整個過程的時間極短，在0.1s作用［2］。

2.2EMB執(zhí)行系統(tǒng)

一個設(shè)計完整的EMB執(zhí)行系統(tǒng)包括無刷直流電機(jī)模塊(包括電機(jī)驅(qū)動模塊)、傳動模塊和制動模塊。要完成EMB的動力學(xué)仿真，首先要完成以上三個模塊的數(shù)學(xué)模型設(shè)計。EMB執(zhí)行系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。圖1中:Fd為制動器的目標(biāo)夾緊力;AVI號為電機(jī)轉(zhuǎn)速控制信號;DIR為電機(jī)正反轉(zhuǎn)控制信號;Ua、Ub、Uc分別為電機(jī)定子每相繞組端電壓;Uh+、Uh－分別為霍爾傳感器供電高低電壓;n為電機(jī)軸轉(zhuǎn)速;ns為絲杠轉(zhuǎn)速;s為絲杠副中螺母的平動位移;F為制動器的夾緊力;Mb為制動器的制動力矩;Jc為傳動機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)動慣量;TL為傳動機(jī)構(gòu)的摩擦阻力矩;Sa、Sb、Sc分別為三個霍爾傳感器的信號;Ia、Ib、Ic、分別為電機(jī)定子每相繞組電流［3］。

2.3EMB控制系統(tǒng)

電機(jī)的控制采用三環(huán)(電流環(huán)、轉(zhuǎn)速環(huán)和壓力環(huán))反饋控制，輸入為目標(biāo)夾緊力，輸出為電機(jī)電樞電壓。EMB電機(jī)的控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示。電機(jī)的三環(huán)調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計就是對控制器設(shè)計，該三環(huán)調(diào)速系統(tǒng)包括夾緊力控制器、轉(zhuǎn)速控制器和電流控制器［4］。其設(shè)計方法是:從內(nèi)環(huán)開始，每次向外擴(kuò)展一環(huán)，首先設(shè)計電流控制器，再將電流環(huán)當(dāng)作轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)系統(tǒng)中的一個部分設(shè)計轉(zhuǎn)速控制器，最后把轉(zhuǎn)速控制環(huán)當(dāng)作夾緊力調(diào)節(jié)環(huán)中的一個部分設(shè)計夾緊力控制器。上述的夾緊力控制器、轉(zhuǎn)速控制器、電流控制器均是PI控制器。電流控制器的輸入是目標(biāo)電流與實際電流的差值，輸出為電機(jī)的控制電壓;轉(zhuǎn)速控制器的輸入是目標(biāo)轉(zhuǎn)速與實際轉(zhuǎn)速的差值，輸出為電機(jī)電流的目標(biāo)值;夾緊力控制器的輸入是目標(biāo)制動夾緊力與反饋制動夾緊力的差值，輸出為電機(jī)轉(zhuǎn)速的目標(biāo)值。電機(jī)電流、電機(jī)轉(zhuǎn)速和夾緊力為需測量的量。在本控制系統(tǒng)中，通過無刷直流電機(jī)驅(qū)動器上安裝的電流傳感器測量電機(jī)實時電流;通過光電編碼器測量電機(jī)實時轉(zhuǎn)速;通過壓力傳感器測量制動夾緊力［5］。

3EMB系統(tǒng)的仿真模型

(1)無刷直流電流控制模塊，如圖3所示。

(2)電流－轉(zhuǎn)速雙閉環(huán)控制模塊，如圖4所示。

(3)無刷直流電機(jī)三環(huán)控制模塊，如圖5所示。

4仿真結(jié)果

4.1電流環(huán)仿真

當(dāng)電動機(jī)處于空載時，電流值比較小，所以應(yīng)當(dāng)在電機(jī)堵轉(zhuǎn)的情況下對電流環(huán)進(jìn)行調(diào)節(jié)［6］。電流環(huán)的試驗結(jié)果如圖6所示?？梢姡瑢嶋H電流在初始階段有較大的超調(diào)，但是在后期可以很好地跟蹤目標(biāo)電流。

4.2轉(zhuǎn)速環(huán)試驗

轉(zhuǎn)速環(huán)在試驗時，應(yīng)處于空載狀態(tài)。轉(zhuǎn)速環(huán)的試驗結(jié)果如圖7所示。可見，在啟動過程中電流能維持較大的值，從而使電動機(jī)迅速達(dá)到目標(biāo)轉(zhuǎn)速。由于電動機(jī)在旋轉(zhuǎn)過程中不斷換相會引起電流的抖動，所以電動機(jī)轉(zhuǎn)速也一直在目標(biāo)值附近小幅抖動。

4.3壓力環(huán)試驗

壓力環(huán)的試驗結(jié)果如圖8所示?？梢姡瑑煞N工況下消除制動間隙的時間均小于0.1s，且制動壓力的超調(diào)小于5%，同時我們可以發(fā)現(xiàn)所設(shè)計的EMB執(zhí)行器能輸出足夠大的制動壓力，而且響應(yīng)迅速。

5結(jié)論

文中對電子機(jī)械系統(tǒng)的原理進(jìn)行了簡單的敘述，也基于此原理進(jìn)行了simulink的仿真，仿真的結(jié)果表明，按照原理搭建的仿真模塊是有效的。同時也通過仿真我們可以了解到電子機(jī)械制動在制動時響應(yīng)更快，這樣可以縮短制動距離，提升了汽車的安全性能。當(dāng)然它還有很多其他的優(yōu)點，比如不必使用制動液，減輕了汽車的質(zhì)量。同時沒有真空增壓器，減少了制動系統(tǒng)的空間。但是將其應(yīng)用到實際中還是有很多的難點需要解決，比如力矩電機(jī)的設(shè)計，制動執(zhí)行機(jī)構(gòu)的設(shè)計，還有成本的降低，都是在以后需要解決的問題。電子機(jī)械制動系統(tǒng)符合現(xiàn)代汽車的發(fā)展方向，比傳統(tǒng)的汽車更加容易安裝，并且可靠性更高，它是未來制動系統(tǒng)的發(fā)展方向。