電動汽車制動系統(tǒng)研究

電動汽車制動系統(tǒng)研究 電動汽車制動系統(tǒng)研究 2013/10/22 １系統(tǒng)硬件設(shè)計 本系統(tǒng)硬件由控制電路和驅(qū)動電路構(gòu)成．其中控制電路由主ＭＣＵ和監(jiān)控ＭＣＵ構(gòu)成，完成點火和踏板中斷信號、駐車中斷信號、踏板位移信號、輪速信號、電機反饋電流信號等輸入信號的采集．驅(qū)動電路主要由電機驅(qū)動控制電路和電磁離合器驅(qū)動控制電路構(gòu)成．主ＭＣＵ和監(jiān)控ＭＣＵ通過驅(qū)動電路控制和驅(qū)動制動電機和電磁離合器．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ＭＣ９Ｓ０８ＤＺ１２８．主、從ＭＣＵ通過模擬開關(guān)實現(xiàn)部分信號采集和電機以及電磁離合器的輸出控制．其中采用３路模擬開關(guān)實現(xiàn)１路駐車信號和２路制動踏板位移信號的采集．采用１６路開關(guān)信號實現(xiàn)４路制動電機和４路電磁離合器的控制．切換仲裁控制由監(jiān)控ＭＣＵ實現(xiàn)．主，從ＭＣＵ之間通過ＳＰＩ通信實現(xiàn)相互監(jiān)控．當(dāng)主ＭＣＵ出現(xiàn)故障時，監(jiān)控ＭＣＵ通過模擬開關(guān)各個通道的開關(guān)切換，接管控制權(quán)實現(xiàn)對部分信號的采集和對電制動器執(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，同時也將系統(tǒng)故障報警信息通過整車ＣＡＮ網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到儀表控制單元實現(xiàn)故障報警． ２系統(tǒng)軟件設(shè)計 本系統(tǒng)控制單元由主ＭＣＵ和監(jiān)控ＭＣＵ組成．主ＭＣＵ完成系統(tǒng)故障檢測、電機電流閉環(huán)控制、常規(guī)制動控制、電子駐車制動控制．從ＭＣＵ則完成簡單的電機開環(huán)控制、常規(guī)制動控制和電子駐車制動控制．主、從ＭＣＵ之間通過ＳＰＩ通信進行相互監(jiān)控．本系統(tǒng)軟件設(shè)計部分主要介紹常規(guī)制動控制算法、駐車制動控制算法和系統(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)制動控制算法系統(tǒng)通過采集制動踏板位移判斷駕駛員的制動意圖，采集到制動踏板位移后，按照整車踏板位移和制動力曲線和前后輪制動力分配比例對前后輪制動力進行分配，再根據(jù)電制動器的減速比和效率推算出電機輸出扭矩，然后根據(jù)電機堵轉(zhuǎn)電流和輸出扭矩曲線推算出電機堵轉(zhuǎn)電流（本系統(tǒng)制動時，電機始終處于堵轉(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)電流值和反饋的實際電流進行閉環(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，接著進入下一個常規(guī)制動閉環(huán)控制。 ２．２駐車制動控制算法系統(tǒng)駐車制動控制算法需要采集駐車制動開關(guān)信號、制動踏板位移信號、油門踏板位移信號、離合器踏板位移信號、檔位信號、點火開關(guān)信號、發(fā)動機轉(zhuǎn)速信號和車速信號等作為駐車狀態(tài)和駛離狀態(tài)的判斷條件，從而執(zhí)行駐車制動．根據(jù)手動駐車按扭開關(guān)信號、駐車狀態(tài)和駛離狀態(tài)的判別結(jié)果進行手動駐車、自動駐車和輔助駛離的駐車制動控制算法。 ２．３系統(tǒng)冗余控制算法本系統(tǒng)采用主ＭＣＵ加監(jiān)控ＭＣＵ的方式實現(xiàn)冗余控制，主、從ＭＣＵ通過ＳＰＩ通信方式定時通信實現(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，認(rèn)為被監(jiān)控的控制器運行良好，否則認(rèn)為出現(xiàn)故障，進行故障報警．當(dāng)從ＭＣＵ監(jiān)控到主ＭＣＵ出現(xiàn)故障時，通過模擬切換開關(guān)接管控制權(quán)，并進行常規(guī)制動和駐車制動的開環(huán)控制． ３系統(tǒng)機械設(shè)計 電子機械制動器作為該系統(tǒng)的執(zhí)行機構(gòu)，主要由制動電機、電磁離合器、減速齒輪、非自鎖滾珠絲桿、制動卡鉗、剎車片和剎車盤等組成［３］．制動電機通過驅(qū)動減速齒輪，減速齒輪帶動同軸的滾珠絲桿將轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)化為移動，將活塞推進并作用于剎車片，剎車片通過對剎車盤的擠壓產(chǎn)生夾緊力，從而達(dá)到車輛制動的目的［４］．當(dāng)制動電機關(guān)閉輸出時，非自鎖機構(gòu)在剎車盤的反作用力下自動反退，實現(xiàn)夾緊力的自動卸載．為了實現(xiàn)制動力的保持，本制動器采用了電磁離合器，電磁離合器一部分和制動卡鉗固定，另一部分和電機輸出軸固定，當(dāng)給電磁離合器通電時，兩部分吸合即可將制動電機輸出軸端鎖死，電磁離合器斷電即可釋放。 ４系統(tǒng)測試 借助于現(xiàn)有的新型電制動試驗臺、輔助測試板和對基于以上硬件、軟件和機械結(jié)構(gòu)設(shè)計開發(fā)的控制驅(qū)動單元及電制動器組成的電子機械制動系統(tǒng)進行了動態(tài)測試，測試數(shù)據(jù)如表１所示．由表１可知，系統(tǒng)制動距離大，減速度小，制動時間長，主要有以下原因：①制動電機只有６０Ｗ，制動力最大只有２．４ｋＮ．②負(fù)載過輕，雖然車輪能夠抱死，但是所加載的負(fù)載小，地面附著力小．制動力、車速、滑移率和時間關(guān)系曲線如圖８所示．制動力隨踏板位移變化呈平滑變化，制動力調(diào)節(jié)精度經(jīng)測試為３％，響應(yīng)時間１２４ｍｓ，達(dá)到最大制動力響應(yīng)時間２０５ｍｓ．由于目前還未進行ＡＢＳ測試，故滑移率一直為０． ５總結(jié) 該系統(tǒng)不僅實現(xiàn)了常規(guī)制動和電子駐車制動各項功能，而且運行可靠，制動力達(dá)２４００Ｎ，響應(yīng)時間１２４ｍｓ，達(dá)到最大制動力響應(yīng)時間２０５ｍｓ，制動電機堵轉(zhuǎn)時間可達(dá)３ｍｉｎ，驅(qū)動電路功率管溫度不超過４０℃，電磁離合器溫度不超過４５℃．制動距離和減速度后期通過增加負(fù)載和電機功率可以滿足輕量化電動車行車制動和駐車制動各項指標(biāo)．該系統(tǒng)能夠很好的模擬整車制動踏板位移和制動力曲線，并進行電子常規(guī)制動和駐車制動．配合目前正在研制的四輪新型電制動系統(tǒng)試驗臺，為后期進行四輪防抱死制動系統(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興單位：安徽工程大學(xué)計算機與信息學(xué)院奇瑞汽車股份有限公司 上一個文章： 電子機械制動系統(tǒng)的研究下一個文章： 機械工程學(xué)位研究生導(dǎo)師的情況