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轎車電子機械制動系統(tǒng)的建模及評價
轎車電子機械制動系統(tǒng)的建模及評價
摘 要：隨著汽車電子技術(shù)的不斷發(fā)展，許多新興的電子制動系統(tǒng)逐漸的涌現(xiàn)了出來，在實現(xiàn)社會高效、節(jié)能、環(huán)保的發(fā)展要求的同時，也給電子制動系統(tǒng)的應(yīng)用帶來了影響。
本文針對轎車電子機械制動系統(tǒng)的應(yīng)用情況進行探討，分別從其發(fā)展過程、數(shù)據(jù)建模以及計算機仿真試驗進行了深入探討，以供同行參考。
關(guān)鍵詞：電子機械;轎車;制動系統(tǒng);零件;建模
近年來，伴隨著線控技術(shù)的不斷成熟，越來越多的電子技術(shù)被應(yīng)用在制動系統(tǒng)當中，采用電子信息的方式來取代過去機械、液壓、啟動的系統(tǒng)連接方式被逐漸被人們接受，并得到大力推廣。
線控技術(shù)不僅僅是連接方式的變化，而且還包含量了汽車操縱機構(gòu)、操作方式的變化，更是汽車執(zhí)行結(jié)構(gòu)變動的指導(dǎo)基礎(chǔ)，線性技術(shù)的應(yīng)用為汽車技術(shù)的研發(fā)提供了新的參考理念。
這種技術(shù)的應(yīng)用具備著眾多的優(yōu)勢，也符合了汽車發(fā)展的安全、節(jié)能、環(huán)保等主題要求，是未來制動系統(tǒng)發(fā)展的主要方向之一。
一、汽車制動系統(tǒng)發(fā)展概述
在當前的社會發(fā)展中，做好電子技術(shù)對機械系統(tǒng)的研究有助于縮短我國與國外制動技術(shù)之間的差距，對于未來我國汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展有著重要的意義，同時也是促進我國汽車產(chǎn)業(yè)競爭力、提高汽車零部件生產(chǎn)的重要手段。
汽車制動系統(tǒng)作為汽車結(jié)構(gòu)中最為關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，其具體內(nèi)容如下：
1、汽車制動系統(tǒng)分析
汽車制動系統(tǒng)是汽車上用以使外界(主要是路面)在汽車某些部分(主要是車輪)施加一定的力，從而對其進行一定程度的強制制動的一系列專門裝置。
2、汽車制動系統(tǒng)的發(fā)展
汽車制動系統(tǒng)是汽車結(jié)構(gòu)中至關(guān)重要的問題，它直接關(guān)系到車輛行駛安全和車輛的性能。
隨著現(xiàn)代汽車速度的不斷提高，制動系統(tǒng)的重要性越來越突出。
就當前的制動系統(tǒng)進行分析，其是由制動器、制動驅(qū)動機構(gòu)共同組成的，而制動驅(qū)動機構(gòu)又包含了功能裝置、控制裝置、傳動裝置、動力調(diào)節(jié)裝置等。
回顧汽車制動系統(tǒng)的發(fā)展歷程，我們可以發(fā)現(xiàn)制動系統(tǒng)在發(fā)展的過程中，工作重點主要是集中在制動器、制動驅(qū)動機構(gòu)的功能和傳動裝置研究中，其發(fā)展經(jīng)歷了人力傳動、伺服傳動、動力傳動、氣壓式傳動等發(fā)展歷程。
時至今日，在汽車傳動系統(tǒng)的應(yīng)用已經(jīng)實現(xiàn)了以電子技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為的高效、節(jié)能傳動方式，為當前社會發(fā)展指明了新方向。
3、電子機械傳動系統(tǒng)分析
近年來，伴隨著線控技術(shù)的日益成熟，汽車傳動系統(tǒng)逐漸實現(xiàn)了以電子控制為主的發(fā)展新時期。
這一系統(tǒng)的出現(xiàn)可謂是一個全新的傳動機制，可謂是實現(xiàn)了制動驅(qū)動、制動傳動以及傳動裝置的革新。
電子傳動系統(tǒng)是一個高質(zhì)、高效的傳動體系，它取消了傳統(tǒng)的液壓傳動系統(tǒng)，是利用電機為基礎(chǔ)提供動力能源，以電信號傳輸駕駛員的控制意圖，從而實現(xiàn)執(zhí)行機構(gòu)和常規(guī)的制動器。
在汽車運行的過程中，駕駛員通過踩下腳下的電子踏板，從而使得電子踏板傳輸出信號，進而控制各個汽車元件，使得汽車元件做出相應(yīng)的工作。
二、電子機械傳動系統(tǒng)的建模和研究
近年來，隨著我國人民生活水平的提高，我國的汽車工業(yè)發(fā)展十分迅速，一躍成為世界第二汽車銷售大國。
但是我國的汽車業(yè)水平而言，其與發(fā)達國家相比較存在著顯著的差距，無論是整車還是汽車零件的關(guān)鍵技術(shù)，都無法與發(fā)達國家相比。
尤其是在制動系統(tǒng)上，其差距更為突出，為此做好電子機械傳動技術(shù)的研究十分關(guān)鍵，這也符合我國低碳、節(jié)能、環(huán)保、高效的社會發(fā)展要求。
1、1/4車輛制動模型的建立
汽車本身就是一個復(fù)雜的機電系統(tǒng)，且是一個工作環(huán)境復(fù)雜、變化多端的系統(tǒng)，因此要想建立一個準確的模型是非常困難的。
為此，在工作中為了簡化建模工作，降低建模難度通常都是采用1/4車輛制動模型的方式來進行工作的。
在建模工作中，通常需要從以下方面進行分析：首先，汽車的質(zhì)量要能夠均勻的分布在每一個輪胎之上;其次，汽車可以認為是處于一個平坦地面上行駛的;再次;忽略汽車的橫擺運動以及側(cè)傾運動;第四忽視了輪胎的作用。
2、輪胎模型
汽車的運動依賴于輪胎所受的力，例如，縱向制動和驅(qū)動力、側(cè)偏力和側(cè)傾力、回正力矩及翻轉(zhuǎn)力矩等，所有這些都是滑移率、側(cè)偏角、垂直載荷、道路摩擦系數(shù)和汽車運動速度的函數(shù)。
如何精確而有效地表達這種函數(shù)關(guān)系，一直是輪胎模型所探討的問題。
輪胎模型一般分為兩種，一種是物理模型(理論模型)，即通過對輪胎結(jié)構(gòu)和形變機制的數(shù)學(xué)描述，建立剪切力和回正力矩與相應(yīng)參數(shù)的函數(shù)關(guān)系。
與理論模型相對照的是經(jīng)驗公式和半經(jīng)驗公式，它是通過對大量的輪胎力特性的實驗數(shù)據(jù)進行回歸分析，將輪胎力特性通過含有擬合參數(shù)的公式有效地表達出來。
3、執(zhí)行機構(gòu)模型
3.1 無刷直流力矩電機模型
無刷直流力矩電機的電樞電壓恒定，電機控制器根據(jù)輸入的控制信號，向電機供給相應(yīng)的電流，即I=Kk·V;其中式中：I 為電機的線圈端電流，A ;ν 為輸入的控制信號，V;Kk為控制信號與線圈端電流之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系，A/ V。
3.2 滾珠絲杠與制動摩擦塊模型
電機通過行星齒輪減速器驅(qū)動滾珠絲杠副，將電機的旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)化為絲杠的直線運動，壓緊摩擦塊對制動盤施加壓力。
3.3 執(zhí)行機構(gòu)整體建模
機械執(zhí)行機構(gòu)由無刷直流力矩電機及其控制器、行星齒輪減速器、滾珠絲杠和制動蹄塊等組成，在前面各節(jié)中對各部分進行了分析和數(shù)學(xué)建模，并由此推導(dǎo)出了各部分的傳遞函數(shù)。
3.4 建模分析
總的來說，系統(tǒng)制動力變化的過程中，由于機構(gòu)內(nèi)部的靜摩擦，力的改變呈階梯性變化，制動力的精確控制帶來了很大的難度。
更重要的是，由于機構(gòu)輸入增大和減小時輸出都存在有較大的滯后，特別是輸入減小時輸出的大滯后性和突變性，給機構(gòu)的精確控制帶來了很大的難題，另一方面也說明機構(gòu)的逆效率很差，在一次加減力的過程中能量損失很大。
電子機械制動系統(tǒng)開環(huán)控制的制動力輸出存在有、階梯和突降等現(xiàn)象，要想實現(xiàn)較好的輸入輸出線性跟隨，則必須得應(yīng)用反饋控制算法。
三、硬件仿真
電子機械制動具有一系列的優(yōu)點，但是制動力控制的效果能否滿足制動系統(tǒng)的要求，電子機械制動系統(tǒng)能否實際產(chǎn)品化，都還需要進一步的檢驗。
在發(fā)展中，利用所建的1/4 車輛仿真模型，利用dSPACE硬件在環(huán)仿真系統(tǒng)，對電子機械制動系統(tǒng)進行硬件在環(huán)仿真實驗，檢驗其能否滿足國標對汽車制動系統(tǒng)的要求，檢驗其能否實現(xiàn)防抱死制動控制策略。
四、結(jié)束語
電子機械制動具有一系列的優(yōu)點，但是制動力控制的效果能否滿足制動系統(tǒng)的要求，電子機械制動系統(tǒng)能否實際產(chǎn)品化，都還需要進一步的檢驗。
本章利用所建的1/4 車輛仿真模型，利用現(xiàn)代化硬件在環(huán)仿真系統(tǒng)，對電子機械制動系統(tǒng)進行硬件在環(huán)仿真實驗，檢驗其能否滿足國標對汽車制動系統(tǒng)的要求，檢驗其能否實現(xiàn)防抱死制動控制策略。
參考文獻
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