汽车电子机械制动系统的设计与研究

李涛

摘要：电子机械制动系统是汽车系统中的最重要的系统之一，是保障汽车驾驶员在紧急状态下安全的保证，汽车是否具有好的制动性往往作为消费者考量汽车的关键条件之一。汽车的电子机械制动系统依靠的是电机，通过电机中的电子元件、控制系统完成构建起的数据模型，对接收到的信息指令进行相应的制动反馈操作。对汽车电子机械制动系统设计研究对于汽车的性能发展具有十分重要的意义，本篇将对汽车电子机械制动系统的设计进行相关的解析，对电子机械制动系统进行深入的探索研究。

Abstract： Electro mechanical braking system is one of the most important systems in the automobile system， and it is the guarantee of the safety of the driver in emergency. Whether the car has good braking performance is often one of the key conditions for consumers to consider the car. The electronic mechanical braking system of automobile depends on the motor. The data model is completed by the electronic components and control system of the motor， and the corresponding braking feedback operation is carried out for the received information command. The research on the design of automobile electro-mechanical braking system is of great significance for the development of automobile performance. This paper will analyze the design of automobile electro-mechanical braking system and carry out in-depth exploration and Research on the electromechanical braking system.

关键词：电子机械;制动系统;设计与研究

Key words： electronic machinery;brake system;design and research

中图分类号：U463.5                                      文献标识码：A                                  文章编号：1674-957X（2020）23-0026-02

0  引言

随着汽车速度的不断攀升，汽车的制动能力是影响着汽车驾驶安全的关键因素，对于汽车的制动系统的研发也是在更新换代。近些年来将电子技术和机械技术相结合的电子机械制动技术对于汽车整体制动能力的提升十分的迅速，在汽车的制动距离以及汽车的制动时间上都有很不错的表现。而继续深入研究电子机械制动系统，优化设计及成本以促成对汽车制造业的发展具有十分重要的意义。

1  汽车电子机械制动系统的发展背景条件及优势现状

1.1 汽车电子机械制动系统的发展背景条件

在传统的汽车制造业中，传统的液压式制动系统是制动系统的主流，通过踩踏制动踏板引发加压装置对整个汽车进行制动，随着时间的推移这种技术已经无法满足日益增长汽车性能的需要，传统的液压控制制动系统由于人长时间的踩踏踏板出现的液压加压装置松动，使用寿命短，纯粹依靠人反应来进行的制动系统对于日益增长的汽车速度的先前条件也将不再适应目前的发展需要，目前的制动系统管路愈加复杂多样，这对于整体的制动性能的提升也产生阻碍。基于这种现状，结合目前电子技术发展较为先进的基础，将电子技术与传统机械制动技术相结合的电子机械制动系统应运而生。

1.2 汽车电子制动系统的发展优势与现状

电子机械制动系统通过电机代替原有的液压装置对机械驱动进行相关操作，除了在反应速度上更加迅捷，安全性也大大提升。其次电子机械制动系统在线路连接上更为简便，执行步骤相较于传统的液压控制系统较为简便，而且电子机械制动系统是通过制动液来代替原有的系统油管，优化了汽车内部空间的设计，并且由于节省了油箱也将不存在油管泄露情况，这将有利于环境保护方向。并且在汽车执行制动操作时实现外部载荷的平稳传送，以实现汽车噪音发出的噪音更小，制动效果也得了显著提升。目前各个发达国家都在致力于研究电子机械制动系统，不断的开发该系统的潜力，该系统不仅符合当今信息时代的需要，更满足了人对于现代汽车制动性能的需求。虽然目前发展仍未到成熟期，只是在传统的机械制动系统的基础上加入了ABS、ESP等，对于整体汽车架构没有进行相应的优化，反而让管路配置變得更为复杂，对于后期维护而言反倒更加麻烦。如何优化该系统在整个汽车空间中的设计变得十分关键，这也将成为未来汽车制动系统的发展方向。

2  汽车电子机械制动系统的设计

2.1 工作原理

电子机械制动系统是通过踩踏电子踏板，通过传感器向电子中枢控制系统发送信号，经过相应的分析操作后对整个制动系统发出相应的信号。整个电子机械制动系统核心部件是中枢控制系统，通过中枢控制系统的电子元件的数据分析对汽车运行状态下收集到的信息进行相关的操作，例如在汽车减速，增加距离等信号时，电子机械控制系统更具灵活性，反应时间可以达到0.1s左右，快速的反应速度是安全驾驶的关键。

2.2 制动系统设计与优化

电子制动控制系统的设计是十分复杂的，驾驶员通过踩踏制动踏板，制动踏板通过电子线路发出相关信息，具体的信息是十分细致具体的，例如对踩踏力度的分析，对汽车运行速度的分析，目前汽车的所受外力的分析等等，这些信息综合起来，通过数据模型的综合分析进行相关的制动操作。除此以外制动位移也是在制动系统中需要考量的因素和问题之一。具体的设计细节如下，首先是双腔制動阀的设计，该设计对于汽车制动时将汽车踏板经踩踏后发出的制动信号通过制动阀转化为压力信号。而该阀门总体要经过三个力学阶段，先增压，再保压，最后减压，此过程需要构建数学模型，建模的参数将直接影响阀力学动态参数，例如制动弹簧刚度、排气间隙、活塞回位弹簧刚度等等。其次再整个汽车制动系统的设计中，推动阀的设计也是至关重要的缓解之一，其主要作用是完成对制动气室和制动阀的连接，组成部分分为四个接口，出气口、进气口、控制气口、排气口。最后，该系统的部分就是气压管路，气压管路的设计是不断提升汽车压力的关键，找出与汽车制动速度和相应压力间的关系，需要设计相应的数学模型，完成制动系统模型的参数确定。模型的优化方面，首先是对整体数学模型的优化，其次就是对结果的分析。需要分析的数据包括制动系统对排气时间、充气时间延长和最大气压的影响。首先是对最大气压的影响的优化，首先通过对制动数学模型的优化，其主要条件包括对制动气室的容积、制动阀的排气间隙、制动阀平衡弹簧的强度，优化后的速度反馈可以达到0.3s左右。其次就是对压力速度的优化，依旧是对气压制动模型先进行优化，基础条件包括充气时间延长，继动阀回位弹簧刚度，制动阀下腔弹簧回位高度。通过对数据的具体分析，将制动阀下腔回位弹簧刚度设计为9n/mm，继动阀回位弹簧刚度取9n/mm，在排气延长时间上的制动阀间隙上设置为1.4mm，继动阀间隙设置为1.4mm，经过综合优化的压力反馈时间将从平时的0.6s左右削减至0.3s左右。在具体的制动参数设计上我们用一辆越野车的计算参数为例子空载参数如表1。

为方便计算，将三轴车简化为二轴计算。

在同步附着系数的分析和去欸的那个上，根据汽车的前后轴荷分析，道路附着系数，坡度等相关分析，会得出如下情况：①当ρ<ρ0时，前轮会抱死，丧失转向能力。②当ρ<ρ0时，后轮抱死，丧失方向稳定性。③当ρ<ρ0时，前后轮同时抱死，丧失装箱能力。

上述情况中会出现侧滑导致的丧失方向稳定性和丧失装箱能力，为防该情况的出现，我们在抱死但没有制动减速度的情况下，为该车提供最高的制动减速度，较高的附着系数将防止越野车在附着系数较低的地面制动时出现侧滑现象。综上所述，可以确定在满载时的同步附着系数为ρ0=0.8。

在系数分配计算方面如下：

力矩方程平衡方程为：

Tμ-Fxbre=0

Tμ为制动力距，Fxb为地面制动力，r额为车轮半径

Fμ=Tμ/rμ

Fμ为制动力，是克服制动器摩擦力矩产生的力，与Fxb方向相反，当角速度大于0时，大小相等。增大踩踏力度时，这些参数随之正大，当Fxb小于等于附着力F1时，最大值动力为Fxbmax=Fs1而当地面制动力达到附着力F1时不再增大，但制动力Fμ将随着踩踏力度逐渐增大。

综上所述，制动力取决于制动器，所以对制动器的设计十分关键，同时受外部因素影响，只有双方因素达到最大时才能提供足够高的制动力。

根据受力情况，制动时轴荷的转移，可以得到地面对前后轮得反向力。

Fs1=G/L（b+HgDu/gdt）

Fs2=G/L（a-HgDu/Gdt）

G为中立，L为轴距，a为质心离前轴距离，b为质心离后轴距离。Hg为汽车质心高度，g为重力加速度，Du/Dt为制动减速度，得出汽车总的地面制动力为Fxb=Fxb1+Fxb2=GDu/gdt=Gz。

Du/Dt为制动强度，由此得出前后附着力为F1=G/L（b+zhg）1，F2=G/L（a-zhg）2，根据制动器汽车前后制动比为定值，以前制动力Fμ1和总Fμ得比值为比例，成为β，β=Fμ1/Fμ=Fμ1/Fμ1+Fμ2，根据已选定的同步附着系数得出数值为0.68。

3  汽车电子机械制动系统中内部系统的构建设计及重点

3.1 汽车电子机械制动系统内部系统的构建设计

①执行系统设计，该设计分为三大模块：1）制动模块，2）转动模块，3）无刷直流电机模块。其中无刷直流电机模块的核心是电机，通过数学模型的构建设计完成对系统的优化分析以及相应的改进。具体是依靠电机将制动装置配置在驱动齿轮上，接收到相应的指令后产生制动力，在传感器的检测下完成对压力数据的收集，以实现对制动盘压力检测。然后反馈信号到中央控制系统当中，设计执行系统，通过对电子机械制动系统制动间隙的分析，得出对应参数，针对汽车的整个驱动系统完成制动电子制动系统执行系统的设计。②控制系统设计，该设计主要则很难对汽车的功能控制，作用主要分为两个部分，首先是完成汽车功能的精准快速执行，确保汽车在运行时系统功能的有效使用，其次就是对制动间隙的消除，以达到提升制动能力和制动的精准性。在构成上分为三个部件，1）压力环，2）转速环，3）电流环，内环实现对增幅量控制以达到保护电机的目的，外环实现针对系统的整体控制。内外环完成了对整个系统的控制，都是围绕着执行系统进行相关操作。

3.2 汽车电子机械制动系统内部系统的设计重点

对于电子机械制动系统的设计，在掌握技术的关键的同时，更要明确各个环节的设计目的与重点，以确保该系统的正常运行。在整体系统中，首先要确保其和运行的稳定性，系统的良好可靠运行将是汽车行驶的制动的必然需求。在针对不同的车辆车型时要及时的对相关参数进行相关匹配设计，这对于整个系统的装配运行至关重要。最后就是整个系统的电子原件的保障，电子元件虽然高度精准，但故障率依旧存在，要建立起完善的保险措施，以确保在电子元件失效的同时确保整个制动系统的运行，并及时给予相应的信息反馈，以确保在紧急情况下对驾驶员的安全。

4  总结

电子机械制动系统的研究虽然处于较为不成熟的阶段，但是从发展前景和潜力来考虑无疑是广阔和巨大的，因为无论是在制动性能还是在智能化方面该系统相较于传统的系统都有着极大的优势，但对于该系统的设计和装配需要极高的科学技术支持，需要经过多次实验和调整，以满足整个制动系统的性能的需要。

参考文献：

[1]侯泽鑫.汽车电子机械制动系统设计与研究[J].湖北农机化，2019（24）：160.

[2]章峰.汽车电子机械制动系统的设计研究[J].湖北农机化，2018（12）：72.

[3]赵海龙，张号勇.基于对汽车电子机械制动系统的设计研究[J].数码设计，2017，6（10）：44-45.