电动汽车制动系统研究范文

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1系统硬件设计

本系统硬件由控制电路和驱动电路构成．其中控制电路由主MCU和监控MCU构成，完成点火和踏板中断信号、驻车中断信号、踏板位移信号、轮速信号、电机反馈电流信号等输入信号的采集．驱动电路主要由电机驱动控制电路和电磁离合器驱动控制电路构成．主MCU和监控MCU通过驱动电路控制和驱动制动电机和电磁离合器．主、从MCU采用Freescale基于PowerPC构架的32位处理器MPC5604和8位处理器MC9S08DZ128．主、从MCU通过模拟开关实现部分信号采集和电机以及电磁离合器的输出控制．其中采用3路模拟开关实现1路驻车信号和2路制动踏板位移信号的采集．采用16路开关信号实现4路制动电机和4路电磁离合器的控制．切换仲裁控制由监控MCU实现．主，从MCU之间通过SPI通信实现相互监控．当主MCU出现故障时，监控MCU通过模拟开关各个通道的开关切换，接管控制权实现对部分信号的采集和对电制动器执行器的控制．主、从MCU分别具有和整车的CAN通信接口，从整车获取相关信息，同时也将系统故障报警信息通过整车CAN网络发送到仪表控制单元实现故障报警．

2系统软件设计

本系统控制单元由主MCU和监控MCU组成．主MCU完成系统故障检测、电机电流闭环控制、常规制动控制、电子驻车制动控制．从MCU则完成简单的电机开环控制、常规制动控制和电子驻车制动控制．主、从MCU之间通过SPI通信进行相互监控．本系统软件设计部分主要介绍常规制动控制算法、驻车制动控制算法和系统冗余控制算法．系统软件控制流程图如图3所示．

2．1常规制动控制算法系统通过采集制动踏板位移判断驾驶员的制动意图，采集到制动踏板位移后，按照整车踏板位移和制动力曲线和前后轮制动力分配比例对前后轮制动力进行分配，再根据电制动器的减速比和效率推算出电机输出扭矩，然后根据电机堵转电流和输出扭矩曲线推算出电机堵转电流（本系统制动时，电机始终处于堵转状态）得到PID电流闭环控制的目标电流值，电流闭环控制算法根据目标电流值和反馈的实际电流进行闭环调节，直到反馈值和目标值在精度范围内趋于一致为止，接着进入下一个常规制动闭环控制。

2．2驻车制动控制算法系统驻车制动控制算法需要采集驻车制动开关信号、制动踏板位移信号、油门踏板位移信号、离合器踏板位移信号、档位信号、点火开关信号、发动机转速信号和车速信号等作为驻车状态和驶离状态的判断条件，从而执行驻车制动．根据手动驻车按扭开关信号、驻车状态和驶离状态的判别结果进行手动驻车、自动驻车和辅助驶离的驻车制动控制算法。

2．3系统冗余控制算法本系统采用主MCU加监控MCU的方式实现冗余控制，主、从MCU通过SPI通信方式定时通信实现相互监控，发送数据内容为事先设定的数据，当主、从MCU接收到的数据为设定数据时，认为被监控的控制器运行良好，否则认为出现故障，进行故障报警．当从MCU监控到主MCU出现故障时，通过模拟切换开关接管控制权，并进行常规制动和驻车制动的开环控制．

3系统机械设计

电子机械制动器作为该系统的执行机构，主要由制动电机、电磁离合器、减速齿轮、非自锁滚珠丝杆、制动卡钳、刹车片和刹车盘等组成［3］．制动电机通过驱动减速齿轮，减速齿轮带动同轴的滚珠丝杆将转动转化为移动，将活塞推进并作用于刹车片，刹车片通过对刹车盘的挤压产生夹紧力，从而达到车辆制动的目的［4］．当制动电机关闭输出时，非自锁机构在刹车盘的反作用力下自动反退，实现夹紧力的自动卸载．为了实现制动力的保持，本制动器采用了电磁离合器，电磁离合器一部分和制动卡钳固定，另一部分和电机输出轴固定，当给电磁离合器通电时，两部分吸合即可将制动电机输出轴端锁死，电磁离合器断电即可释放。

4系统测试

借助于现有的新型电制动试验台、辅助测试板和对基于以上硬件、软件和机械结构设计开发的控制驱动单元及电制动器组成的电子机械制动系统进行了动态测试，测试数据如表1所示．由表1可知，系统制动距离大，减速度小，制动时间长，主要有以下原因：①制动电机只有60W，制动力最大只有2．4kN．②负载过轻，虽然车轮能够抱死，但是所加载的负载小，地面附着力小．制动力、车速、滑移率和时间关系曲线如图8所示．制动力随踏板位移变化呈平滑变化，制动力调节精度经测试为3％，响应时间124ms，达到最大制动力响应时间205ms．由于目前还未进行ABS测试，故滑移率一直为0．

5总结

该系统不仅实现了常规制动和电子驻车制动各项功能，而且运行可靠，制动力达2400N，响应时间124ms，达到最大制动力响应时间205ms，制动电机堵转时间可达3min，驱动电路功率管温度不超过40℃，电磁离合器温度不超过45℃．制动距离和减速度后期通过增加负载和电机功率可以满足轻量化电动车行车制动和驻车制动各项指标．该系统能够很好的模拟整车制动踏板位移和制动力曲线，并进行电子常规制动和驻车制动．配合目前正在研制的四轮新型电制动系统试验台，为后期进行四轮防抱死制动系统以及车辆稳定性控制系统开发奠定了基础．

作者：刘贵如王陆林张世兵高国兴单位：安徽工程大学计算机与信息学院奇瑞汽车股份有限公司