机电一体化技术在汽车制动系统中的应用研究

摘要：近年来，计算机技术已广泛渗透于社会各个领域并发生不可取代的作用，机电一体化技术得到迅速的发展，并在我国汽车制造企业中的应用展现出极为重要的价值，为国家汽车步入自动化、智能化发展道路提供有力的技术支持。基于此，对机电一体化技术进行概述，分析我国机电一体化技术在汽车制动系统中的应用现状，并对机电一体化技术在汽车制动系统中的应用要点及相关的应用实例进行探讨。

关键词：机电一体化；汽车制动系统；应用研究

中图分类号：U463.5  收稿日期：2023-07-26

DOI：1019999/jcnki1004-0226202401020

1 线控制动系统概述

线控制动（Brake-By-Wire，BBW）系统是为电流提供服务的技术。该系统未设置供应液压技术应用的设备，也未设置相关的接口，机械连接数量较少。借助电力线对机械做功需要的能量加以传输，用数据线进行信号的传输，可节约管道与传感器数量，还可缩短发动机的反应时间[1]。

1.1 BBW系统工作原理

停车引擎借助电控单位达到启动目的，这类机器设置通过能量传送器与力学形式变换装置，进而为机器各项功能的发挥提供充足的动力，轮胎一般会对轮轴沿原定方向移动产生相应的阻力，以免轮轴的力量直接传到轮胎导致轮胎整体发生旋转。在这样的状况下，以摩擦力完成相关装置，将被加压推进预先设计的位置，压力加大会使电流加大。在此期间，电力控制点对电流起到测量功能，若供电超标，则控制单位会及时切断发电机供电，停车引擎会快速对此现象作出反应，而工作者要始终警惕这种装置，否则压力会被解除，进而完成整辆汽车动力系统的恢复。

1.2 BBW系统的重要部件

汽车上的BBW一般分以下几部分：中央电子控制模块、车轮制动模块、模块化的踏板装置。车轮制动模块主要由ECU操作系统、执行模块的装置与其他操作系统构成。模块利用电子信号技术与电流技术对车轮制动模块起到推动作用，所以模块分为电信号、电流两个入口，主要根据车胎的转动频率，或者对电子转子的测量角作出计算。但是受到外部环境的影响，如温度改变，装置会产生磨损，无法仅仅依靠电动机的角度、频率对固定力作出精确的计算，故工作人员还可收集力量传感器，以此对系统动态加以计算，确保系统更为安全。

中央电子控制装置工作原理如下：从控制板接收信号，对发动机加以控制。工作人员主要职责如下：对发动机和轮胎传感器发出的信号进行及时接收，进而了解轮胎是否打滑，同时分析接收的信息，利用控制系统采取防抱死等措施，或者进行防滑操作。

BBW严禁用原来的液压系统的机械传输设备，选择功能相近的模拟器代替以上系统。这一新型的系统模式以特定手段对作出的相关力学生成电信号，上传到中央ECU。而这种系统模式的端口性能一定要适用于人工机械设计，还要严禁遵照相应的驾驶规则，特别是要增强安全性、舒适度以及保障行驶速度[2]。

2 机电一体化技术的主要特征

2.1 安全性能良好

长期以来，汽车机械设置在生产期间，受到机电一体化技术的制约。在生产线上汽车安全技术、自动化管理要求非常高，因此在生产管理工作中，如果存在生产技术上的故障，则可有效借助智能自动化汽车生产安全技术系统，及时采取相应的安保处理措施，规避生产事故以及安全问题的发生。除此之外，在生产的每个流程中，机电一体化技术的产品通常要搭配电子元件結构，与传统汽车机械生产链下的产品相比，最大化地节约机电一体化产品结构的零件，极大地降低产品发生故障的频率，保障机电一体化技术产品在投入应用时的稳定性和安全性能。

2.2 生产效率较高

对于汽车的制动技术设备，在内部结构中若应用机电一体化技术，能够使汽车在具体的操作中更为方便。机电一体化技术不仅包含汽车信息化与通信管理技术，还内置自动化设备的生产管理技术及互联网系统管理技术等实用性强的技术。随着机电一体化技术的不断升级，陆续开发出带有数据库、汽车信息库的自动化控制分析的性能。汽车制动系统可以自动进行信息的控制处理。采用汽车制动执行控制技术内部机构设计的自动执行控制系统，可以更好地确保汽车有效执行达到预定方案的设计标准，还能够辅助汽车生产加工作业。汽车设备生产系统结构内部使用机电一体化的控制技术，能够有效地提高汽车生产效率，从某种意义上可以提升汽车设备生产作业水平[3]。

2.3 适用性较广

机电一体化控制技术在实际的汽车制动系统内部应用时具有适用性较广的特征。目前该技术的优势是极为明显的，不仅能够有效地提高并促进汽车制动、运行系统内部有关产品使用性能的优化，进而提高汽车产品的质量，而且还能够打破传统的机械生产技术对现阶段汽车制运系统的限制，使得汽车产品的制动系统技术能够最大化地发挥自主控制的性能，更好地展现汽车智能化校对、调整、保护等生产模式，促进产品制造的功能朝多功能化、复合化方向发展。而传统的机械生产技术通常会产生大量的要求，并且具有极大的局限性，从某种程度上限制了汽车制动系统的使用面。

2.4 系统调整方便

机电一体化技术与汽车操作管理技术在常规的设备维护与管理问题上均需要具备便于动手操作的功能。目前国内在汽车生产与相关装备的制造行业中，机电一体化的汽车生产技术本身已能够展现良好的自主维护控制与生产管理的功能，因此在汽车投入试运行以及投入正常生产过程中，能够及时发现系统工作中存在的故障。应用机电一体化控制技术，再配合一套相对应的生产故障问题应对方案的实施策略，可以很大程度上确保汽车生产管理系统工作人员更好地恢复正常的生产工作与生产管理状态。

3 机电一体化技术在汽车制动系统中的应用现状

制动体系是轿车内部控制体系中最重要的组成部分，其综合性能直接决定轿车整体的安全系数，对轿车起到极为重要的保护作用。目前国产汽车的制动系统多为手工制动模式，相比先进的网络时代下的自动化、智能化的制动系统显得落后。在这样的形势下，汽车制造行业迫切地需要引进高新技术，进而实现对整体的汽车制动体系的升级与优化，安装汽车紧急制动装置，以此强化汽车的安全性能。虽然液压制动装置的使用在某种程度上促进了汽车制动体系的改进，可是在自动控制方面，液压制动体系仍存在兼容性、灵活性较差的弊端。所以，机电一体化自动控制技术已被大量应用于汽车制动体系规划与出产环节[4]。

4 机电一体化在汽车制动系统设计过程中的应用

4.1 车轮控制模块的应用

车轮控制模块在汽车制动系统中占据重要地位，它应用于汽车内部运动控制的电子系统中，是车轮的一部分。这种控制模块的功能主要记录相关的汽车操作控制的全部信息，再将记录的内容在电子车轮控制模块下加以转化，生成精确的数据信号。然后经过两个重要的连接路径，以此促进电子信息技术功能的发挥，实现电子车轮控制模块的控制、执行。这里提到的两个路径主要用于实现电子信息的引入功能。最后通过电子软件推送指定的工作信息，集中对汽车运行姿态作出反映。

从环境因素分析，汽车发动机在运行的时候，会受到车轮磨损程度、外界工作温度条件的影响，长期工作中可能存在一定的问题。操作人员在计算汽车车轮的运行压力时，需认真分析考量所有的外部因素，以此最大化地保证发动机的外驱动力计算无误。还需要对车辆执行系统软件内部的机电一体化系统软件应用情况作出详细分析，具体体现在车轮制动控制的两方面：一是制动执行器；二是中间驱动单元，处于制动执行装置车轮控制系统中的软件里。

在车辆制动系统软件中有两项重要的信息：一是经过外部电流传输的数据信号；二是由数据控制的数据信号。据分析发现，在汽车制动系统软件运行期间，必须可以形成对制动执行电流的有效反馈，这样才会对制动力矩予以精准计算，确保计算数据真实可靠。值得注意的是，执行中还需对因外界因素生成的其他能量进行分析，如外部滑动摩擦能量，进而对能量变化和制动器二者的关系作出分析。

4.2 中央电子控制模块应用

中央电子自动控制单元的应用目的在于及时、精准地接收外部的控制信号，并对信号加以有效的控制。在收到自动控制设备发出的信号后，中央电子控制单元就会第一时间向汽车的发动机系统发布指令，保证自动控制器得到有效的控制，以免发生安全故障，还可以提升系统的运行效率。

在汽车制动系统中，中央高频控制技术的任务主要是接收制动信号，并对相应的制动信号命令进行迅速传输。中央电子控制模块可以主动接收一个来源于制动系统踏板的制动指令，从而达到自动制动的效果。中央电子控制模块一旦接收了驻车制动系统发布的命令，就会自动对各车轮进行制動。

中央电子控制模块若接收各车轮制动的命令，就会对所有汽车车轮的制动效果展开自动监控，对所有车轮在运行中的抱死、打滑等状况实时监控并自动有效的识别，及时作出反映，实现对各汽车车轮运行情况的实时控制，有效地规避了因汽车制动运行中车轮抱死或发生打滑的安全故障[5]。

4.3 电子踏板模块应用

机电一体化制动系统的一项重要部分是电子踏板模块的应用，现阶段我国汽车工业自动化发展过程中，对传统制动液压的使用进行严格的限制，正在逐步过渡到运用电子模拟机的制动技术。电子轨迹控制技术能够更好地对汽车驾驶员发出的力学电子控制信号进行转换，变成满足汽车制动中央控制技术制动需求的电子制动信号，并通过转换功能，把电子控制信号迅速地传输于汽车制动中央电子控制单元，便于驾驶人员及时了解汽车制动系统的作用力情况，及时对制动过程中的操控处理系统作出改进与调整。这种制动技术的日益更新要求利用网络大量收集汽车驾驶员的常规制动中的行为、制动操控技术能力信息，以保障汽车电子制动踏板在实际使用中的安全性与舒适性，还要对这些新的电子制动踏板制动装置进行功能的优化，提升对汽车驾驶员制动行为判断的灵敏度，使得制动设备人员可对中央力学制动电子控制信号及相关的运动状况迅速作出反馈。

5 机电一体化技术在BBW系统中的应用实例

汽车全回路制动BBW系统主要分为三部分：车轮制动单元、中央电子控制模块、电子踏板单元。汽车BBW系统的结构如图1所示。

工作原理如下：当汽车发出驻车制动的信号时，制动信号会经过踩下的制动踏板传输到系统的中央电控单元，在电控机械的制动单元进行开启电机。电机经由皮带带动丝杆与斜盘的齿轮，促使旋转丝杆的螺母顺着丝杆螺纹的方向发生转动，进而与制动装置的活塞触碰紧密，制动摩擦片挤压力不断加大，最终挤压到制动盘上。等待以上流程结束，强大的挤压力会使密封圈产生形变，电机内的电流上升，所以整个汽车制动过程，要实时通过制动控制单元监测电机中的电流动态变化，若电流超限，则制动控制单元会自动切断电机的供给电流。在制动结束时，旋转的螺母会沿着丝杆方向，转到原本的位置，对活塞压力进行大量释放，恢复制动盘的平衡，促使活塞回到原本的状态，保持制动盘和摩擦片分开[6]。

6 结语

科技的进步和人们生活质量的大幅度提升对汽车的使用性能提出了更高要求，我国的汽车制造行业正朝着自动化、智能化方向发展。在汽车制动系统中，合理地应用机电一体化技术，有利于进一步优化汽车的制动系统各方面功能，增强制动效果，不仅为驾驶员提供更为安静、优良的驾驶环境，而且有效地推动我国汽车制造行业健康、长期的发展。

参考文献：

[1]姜十万汽车制动系统中机电一体化技术的应用分析[J]汽车维修，2023（2）：24-26

[2]诸葛桥忠机电一体化技术在汽车制动系统中的应用研究[J]时代汽车，2022（14）：30-31

[3]濮美玲机电一体化技术在汽车制动系统中的应用研究[J]内燃机与配件，2021（23）：221-222

[4]梁利军机电一体化技术在汽车制动系统中的应用[J]南方农机，2020，51（20）：145-146

[5]金培英机电一体化技术在汽车制动系统中的应用[J]内燃机与配件，2020（3）：224-225

[6]吕烁机电一体化技术在汽车制动系统中的应用[J]山东工业技术，2017（3）：174

作者简介：

李恒熙，男，1974年生，数控技师，研究方向为中职教育、机电类教育。