电动汽车制动系统设计

德州学院汽车工程学院　　张树猛　于士军

电动汽车制动系统设计

德州学院汽车工程学院张树猛于士军

制动是汽车行驶过程中必不可少的一个环节，保证驾驶员获得满意的制动感觉、有效提高汽车制动的安全性、舒适性和稳定性成为我们研究的问题，本文介绍了一种以电驱动元件的制动执行器，其具有反应速度快、可靠性高、安全环保等优点，是一种实现行车制动和驻车制动功能的电子机械制动器。

电动汽车；制动系统；行车制动；驻车制动

引言

随着社会的不断发展和人们对汽车安全性能要求的不断提高，拥有优异的制动性能是现代化安全汽车的重要评价条件，线控制动技术相对传统的液压制动技术有很多优点，首先，电子制动技术以电子制动踏板代替了传统的液压制动踏板，从而解决了制动时踏板晃动的现象，不仅可以增加制动舒适性而且减小了发动机的功率损耗，其次，还可以有效提高能源使用率。所以将来它一定能代替传统液压制动系统成为电动汽车制动系统的主要方式。

1　电动汽车制动系统的总体设计

电动汽车机械制动系统的组成包括：电子制动踏板、电子驻车开关、手刹拉杆、轮速感应器，其中，轮速传感器的主要作用是用于收集车轮的速度，并把它用作控制策略算法的代入值，当然，驻车开关的目的是产生驻车开关信号，当电动汽车打火后，系统中的掌控驱动单元采集到打火信号、，就会进行系统静态自检和动态自检，在电动汽车行驶过程中，掌控单元将会对驻车开关信号和制动刹车开关信号进行采集，并且利用控制量MCU控制单元，对掌控目标的控制量驱动进行掌控，驱使制动电机和电磁离合器，将两者集成在电制动器单元之中。电磁离合器经机械自锁机构完成电制动器力的保持，然而制动电机将采用掌控驱动单元的电流闭环操纵和机械减速增矩装置完成制动，系统组成和总体设计图如图1所示。

图1　系统总成图

2　系统硬件的设计

电动汽车电子机械制动系统零件包括主MCU和监控MCU形成的掌控电路、电机驱使掌控电路和电磁离合器驱使掌控电路构成的驱动电路，其中，掌控电路主要实现车辆打火、停车中断信号、轮子行驶速度信号和踏板移动信号等输入信号的收集。分析来看主MCU和监控MCU，它主要使用Power PC构架的32位处理器MPC5604和8位处理器MC9S08DZ128，通过虚拟开关的掌控，从而完成系统少量信号的收集和驱使制动电机、电磁离合器的输出掌控，在系统中如果使用3路虚拟开关完成1路停车信号和2路制动脚踏板移动信号的收集，使用16路开关信号完成4路制动电机以及4路电磁离合器的掌控，调换仲裁操控由监控MCU完成，主MCU之间经由SPI通信完成互相监控.当主MCU出现运行障碍时，监控MCU经由虚拟开关每个开口的开关调换，从而掌握控制权，完成对少量信号的收集及对电制动器执行器的操控。主、从MCU都有和整个车的CAN联系的接口，从整个车收集有关信号，并且会将系统运行障碍报警信号经由整车的CAN网络传递到仪表操控单元完成运行障碍的报警。

3　制动稳定性分析

依照电动汽车前轴和后轴使用附着系数的公式，有φ=Fx/Fz式中Fx为对地面产生摩擦力；Fz为对应轴荷。使用电子制动时的前后附着系数为：

αf=zL/b+zhgZ≤Fm/G

αf=［zβ+（1-β）Fm/G］L/b+zhgZ＞Fm/G

αr=0Z≤Fm/G

αr=（1-β）（Z-Fm/G）L/a-zhgZ＞Fm/G

式中αf、αr为前、后轴附着系数；z为制动大小；b为车辆质心；hg为前后轴之间的长度和质心高度；L为轴之间的距离；G是整车的重量；β为前后制动力分配的比值；Fm是电机发出的前轴制动力。

4　整车制动安全性能分析

ECE R13法规对两轴电动汽车前、后轮制动力有了严格的规定：车辆在装货时，前轴附着系数线应该在后轴附着系数线的上面。因为附着系数φ在0.2～0.8时，规定制动大小z≥0.10 +0.85（φ-0.2），将使附着系数靠近理论的φ=z线，从而保证很高的附着系数。当汽车前轮抱死时，为了保证汽车稳定以及制动的高效率，应该使汽车后轮有一些制动力，理论的制动力分布是将汽车的前后轮一块抱死，这时附着条件才会充分利用，但这在实际的行驶制动中特别难实现，当后轮没抱死，前轮抱死时的前后轮制动力线通常叫做f线组，前轮首先抱死是稳定工况，但是失去了转向能力；前轮不抱死，后轮抱死时的前后轮制动力线通常叫做r线组，如果后轮先抱死就会发生后轴向一边滑动，使电动汽车丧失方向稳定性。

表1　动态测试结果

5　电动汽车制动系统测试

采用电制动试验台以及测试板对电动汽车电子机械制动系统进行动态测试，如表1所示，电子机械制动系统具有制动距离小、制动时间长和减速度小等特点，一个重要原因是制动电机较小，所使用的载荷也很小，制动力跟着踏板移动的变动呈平滑变化，制动力精度经测试是3%，反应时间124ms，最高制动力响应时间为205ms。因为现在还没有进行ABS实验，所以滑移率是0。

6　总结

电动汽车制动系统采用的是电子机械制动系统，完成了行车制动和停车制动，并且运行可靠，运行速度快，代替了以往的液压制动系统，这个系统当驱动力比行驶力大时会自动放开驻车制动，而使电动汽车能够平稳起步。正在开发的四轮电制动系统试验台，为以后进行四轮防抱死制动系统开发奠定了基础，这个装置对经常在城市里走走停停的汽车来说非常实用，减少了人为失误造成的一些不必要的事故。

［1］李永顺.电动汽车电子制动系统的研究与设计［D］.潍坊科技学院，2014.

［2］刘贵如.电动汽车电子制动系统的研究与设计［D］.安徽工程大学，2013.

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