关于汽车电控机械制动系统控制的分析

权静

摘要：制动系统是确保汽车稳定运行的基础，为更好掌握车辆制动影响因素，真正实现汽车安全运行。文章针对传统汽车制动系统存在的问题，对汽车电控机械制动系统仿真分析、优化设计，为汽车电控机械制动设计技术发展提供参考。

关键词：汽车;电控机械制动;仿真

在科技不断发展的背景下，绝对的安全性是人们对汽车产品的重要要求之一。现代化汽车，人们可通过了解其实际制动性及一体化底盘等关键技术，真正了解汽车安全性能。现代化汽车电控机械制动系统（简称EMB），其通过与其他部件和CAN集成，建立综合控制系统。下文针对实际部件参数，对EMB机械执行及电机执行等建模、动力学分析，和传统制动系统比对，验证系统优越性，对今后更好完善设计提供参考。

1 传统汽车制动系统的缺陷

传统汽车制动以HB、EHB线控液压制动，EHB系统是在HB系统上发展来的，相较于传统液压制动器，EHB采用一体化制动，制动时间短，制动效果突出，系统操作简单，噪声小，且无需真空装置辅助，优越性突出。但是，EHB制动系统管路复杂，装配及维修不便，响应不及时，且制动液会污染环境，需在原有技术上进一步改进。

2 电控机械制动系统优化方向

电控是汽车制动新方向，将电控单元融入汽车液压制动系统，开发全新车辆电控机械制动系统（简称EMB），可解决传统制动系统缺陷，提高制动效果。

2.1工作原理

电控机械制动系统主要由电机、制动器、控制器（ECU）、传动装置等组成。汽车制动，制动踏板上传感器将数据传送给RCU（终端控制器Remote Control Units，兼备控制和通信功能），通过踏板速度及位移情况分析驾驶员实际驾驶情况，以此推断是紧急制动或还是正常制动[4]。制动中，ECU将制动力、车轮传感力等进行分析，以控制算法计算，得到电压控制信号，减速器减速，经滚动丝杠机构转换旋转运动为移动运行，实现车轮制动及制动块压紧力控制。完成后，FlexRay将信号传递给ECU，ECU将信号传递给电机[5]。

2.2控制目标

控制目标分为以下几个：

2.2.1踏板力感控制，优化制动感觉。

2.2.2对车轮电机控制，实时控制车轮制动力矩，同时实现ABS制动防抱死。

2.2.3制动力分配，含车前后轴制动力分配、再生制动控制。

2.2.4转向、驱动及制动系统集成控制，实现ESP、ASR功能。

3 车辆制动管动力学模型及制动仿真分析

3.1制动模型

制动模型包含整车制动、控制器、轮胎模型及制动系统模型等。

3.1.1整车制动

分为双轮模型、四轮模型、1/4模型。下文以1/4模型为例分析。

3.1.2轮胎

轮胎模型表征制动为路面纵向附着系数及轮胎滑移率之间关系，路面附着系数为输出，轮胎滑移率为输入。计算可针对轮速、车速，计算滑移率，以查表模块应用，查找路面纵向附着系数。该研究以Burckhardt模型支持，如图1，图中分析干湿路面、冰雪路面最佳滑移率，分别为0.2、0.08、0.15。

3.1.3 电控机械制动

模型由减速器、制动器、电机、丝杠传动模型等组成，电机力矩输入，以制动力矩完成输出。

3.1.4控制器

以PID制动控制，控制器模型输入实际滑移率及最佳滑移率差，电机力矩为期望输出。

3.2制动仿真

为提高研究信服力，对不同车辆、不同路面制动进行研究，研究对车辆在不同路面制动试验，不同路面以80km/h速度制动，施加制动力矩阶跃输入模拟紧急制动：

3.2.1干燥路面，对车辆制动力矩对制动的影响比对分析，若制动力矩同附着力限定制动路局数据较小，车辆制动需3.ls，制动长度34.5m，若制动力矩及限定制动力矩较高，将导致制动长度增加，车轮抱死，具体制动时间5. Is，制动距离55. 2m。

3.2.2湿滑路面，若制动力矩同附着力限定制动路局数据较小，车辆制动需5.8s，制动长度63. 6m;若制动力矩及限定制动力矩较高，具体制动时间9. 8s，制动距离105. 8m。

3.2.3冰雪路面，若制动力矩同附着力限定制动路局数据较小，车辆制动需13. 5s，制动长度151m;若制动力矩及限定制动力矩较高，具体制动时间16. 1s，制动距离176.6m，车轮抱死，则车辆危险较大。

综上所述，同干路面道路行驶相比，湿滑路面车辆高速行驶下制动，短时间出现抱死，滑移率100%，且地面附着系数较低，导致制动距离延长。同湿滑路面，冰雪路面高速行车时制动，抱死时间短，瞬间形成抱死，滑移率100%，相较于湿滑路面，冰雪路面附着系数更低，制动距离更长。车辆在附着系统较低路面高速行驶时制动，未控制防抱死，则很可能出现防抱死，导致安全事故发生。

3.3以遗传算法优化PID参数

以MATLAB軟件操作支持，对车辆电控机械制动策略仿真图形界面设计分析，以软件操作，用户将车辆轮胎及整车对应参数输入到系统中，点击控制算法按钮，可迅速获取车辆制动信息，获取直观的分析数据。此外，文章以遗传算法对PID参数优化，以此实现快速制动。一些复杂的系统优化，采用遗传算法随机优化搜索，可在一时间对空间中各个点位快速搜索，实现全局收敛。因此，可利用模型优化设计，通过PID控制参数中积分系统、微分系数及比例系数，得到变量，在固定长度路面上，以制动实际滑移率及理想的滑移率之差均方根视作目标函数，优化各项约束条件，以MATLAB中“工具箱”的算法求解目标函数，以获取车辆稳定性提高的理论基础。之后对主程序M文件及目标函数的M文件编写，得到的理想控制参数的最终优化。

在此次研究中，对不同路面情况下控制参数优化，发现：（1）在干燥路面下，制动时间2. 6s，制动距离29.4m，经比对发现满足国家制动规范。 （2）在湿滑路面，制动时间4.6s.制动距离51.4m、经比对发现满足国家制动规范。（3）冰雪路面，制动时间12s，制动距离133. 8m，经比对，发现其基本能满足国家制动规范。

由此可见，在不同路面下，均可实现对目标滑移率实施追踪，对地面附着力最大限度利用，缩短车辆制动长度，提高车辆高速行驶中方向稳定性，提高制动效能。

4 效果比对分析

经仿真优化后，车辆电控机械制动系统和传统汽车制动系统比对分析，发现电控机械制动系统优势明显。

4.1 结构及性能

传统车辆制动与电控机械式制动系统进行比较的结果如表l所示。

4.2制动距离

以载货车（约40t）为例，配置盘式制动器及ENS，时速90km/h制动，到车辆停止位置制动距离比ABS及鼓式制动器缩短约45%，而EMB又在此基础上缩短近14%制动距离，可见电控机械制动系统优势明显（如图2）。

5 结束语

综上所述，本文首先对汽车电控机械制动系统进行了仿真分析、控制策略设计软件开发，再者，对电控机械制动系统控制目标FENIX实现的前提下，对PID控制对制动的影响分析，最后，以遗传算法对PID控制参数优化，对目标滑移率跟踪，在应用最大限度的路面附着力基础上，缩短车辆高速行驶下制动距离，以此提高车辆稳定性，减少安全隐患发生。

参考文献：

[1]陈睿.汽车电子机械制动的关键技术发展研究[J]内燃机与配件，2018 （1）：96- 97

[2]周杰辉.电子机械制动系统研究与设计[J]南方农机，2018 （13）：168-168

[3]刘树伟，郝亮.汽车真空辅助制动系统的控制研究[J]中国工程机械学报，2019（1）： 61-66.

[4]崔金明轿车电控制动系统的结构和发展[J].科技风，2018（ 4）：127-127