辅助制动控制汽车电子（通用7篇）
辅助制动控制汽车电子 篇1
0 引言
在汽车的发展史上,不同时期对于汽车的性能要求各不相同,在这种情况下衍生出来的汽车制动控制技术就需要不断进行提高。现在,人们对于汽车控制技术已经达到了一个比较高的程度,而要想突破这种物理极限,就需要结合其他控制技术,从而达到提升汽车制动控制技术的目的。在现实生活中,出现过各种汽车制动控制技术,有利用电子、气压、液压等对汽车进行制动控制。在这些媒介当中,电子制动控制因其具有灵活、精确、舒适等特点,被大多数汽车制造商采用。而科学的高度发展使得电子技术在汽车制动控制技术方面得到了广泛应用,其占用空间小、处理速度快、传感精确等特点更是为其提供了一定的优势,使其在汽车制动控制技术中占据着不可替代的地位。在汽车电子制动控制系统中,通过对汽车运动时其整体各种性能的检测,对汽车的安全性问题做出评估,从而全面了解汽车的应用性[1]。
对于汽车的动力控制系统,在其内部进行数据传输、信息交流、资源共享时,汽车电子控制系统都起着至关重要的作用。但是电子控制系统在发挥其优越性的同时,也带来了人们对汽车安全性、实时可靠性方面的思考,也就是说,构建安全汽车电子制动系统,就需要充分考虑汽车的实时处理,从而实现安全高效的汽车电子制动控制[2]。
1 电子辅助制动控制系统组成
本文以混合动力汽车的实时电子辅助制动控制系统为研究对象。实时电子辅助制动控制系统主要由车轮转速采集传感器模块、车轮制动执行模块、方向盘转角采集传感器模块、车辆加速度传感器模块、车辆速度传感器模块、刹车踏板压力采集模块、车辆姿态检测模块、BSG电机转速检测模块、发动机制动转矩检测模块、离合器工作状态检测模块以及相关控制器等组成[3]。
2 电子辅助制动控制系统硬件设计
本文研究的实时电子辅助制动控制系统的硬件部分主要包括车轮转速采集传感器模块、车轮制动执行模块、方向盘转角采集传感器模块、车辆加速度传感器模块、车辆速度传感器模块、刹车踏板压力采集模块、车辆姿态检测模块、BSG电机转速检测模块、发动机制动转矩检测模块、离合器工作状态检测模块以及嵌入式系统模块等。其中嵌入式系统模块包括ARM&DSP和单片机等处理器单元、通信接口、UART等。
在ARM的调配下,7 个单片机发出汽车车轮制动的命令以及发动机辅助制动、BSG电机和离合器工作指令,其余单片机将调理器通道获得的数据信息传递给DSP,接收到信息后,信号处理器利用一定的电子处理方法对其实时处理,并将得到的结果传递回去。这些制动信息在ARM的调配下,在控制系统中逐层传递,作用于相应部件,从而使得控制系统发挥作用[4]。
本文设计的处理系统,在充分考虑了汽车运行的稳定性及中央控制单元设计要求的情况下,利用ARM926EJ-S结合TMS320C6747 的双核芯片作为内部单元,可以使其最高频率达到433 MHz。使用TI公司的OMAP-L137 处理器,负责车轮的制动信息传递以及人际交互的应用,而DSP则主要是接收信息及处理相应的制动控制。
在汽车辅助制动控制系统中,处理器联系越紧密,通信速率越高,系统的响应速度也就越快。在对整个系统实时性以及安全度综合考虑的情况下,就需要设计出高性能的总线接口。
汽车的实时处理系统包括1 个OMAP-L137 和15 个MSP430F169,并通过它们的信息交换实现汽车的制动控制,所以其对系统的运行速度和性能有着至关重要的作用。两者之间的总线接口,有CAN总线方式、RS 485扩展串口方式、无线网络通信方式等接口方式[5]。
CAN总线方式是采用一对双绞线的共模作用,针对数据通信的高效安全性而设计的半双工差分通信构架。若应用到处理系统中,就能够在一定程度上,使数据通信线路不过于复杂,提高系统优化的能力,便于高效操作。同时,它还能够促进系统内部构件的控制,使系统内部联系密切,从而提高系统多处理器的功能,其具体的通信接口如图1 所示。
在本设计中,对于线路中多处理器的通信接口设置,CAN总线方式以其独特的优势被采纳,应用在此项设计中。在某些比较严格的工作环境中,CAN总线会降低响应速度,此时可以通过系统的车轮制动模块来影响控制频率,从而达到系统的有效制动。同时利用差分传输和纠错能力使CAN总线接口与处理器一一对应,保证数据传输的实时性与安全性。在本设计中,通过CAN总线接口来链接平台的MCU之间的信息交换。
对于处理系统的硬件接口,其总线控制是由一个MCP2515 和一个TJA1050 构成,并利用总线控制器与MCU一一对应以及OMAP-L137 对多个MSP430F169 的设计方式,从而实现系统的实时通信。
这种总线控制接口方式基于MCP2515,能够实时对串行数据缓冲存储,且达到设定值时,会通过中断信号来实现与MCU之间的信息传递,从而保障数据传输的实时可靠。若MCP2515 与MCU不是一一对应传输,就可能使数据传输延迟。同时,这种处理系统的设计也使得系统各部件的联系更加紧密,提高数据传输的安全性。
因此,总线控制内部控制部件与MCU只有一种可靠的连接方式,而且大多数时候,MCU对总线控制的信号交换也有一定影响。与此同时,也正因为MCU的差别才导致了起连接作用的引脚不一样,至于信号中断后的接收接口和通信使用的接口也都是OMAP-L137提供的,分别是专用的引脚GPIO1_0 与引脚GPIO。除此之外,MCP2515 如果想正常使用,最终的总线电压信号也是必不可少的,这是由TJA1050 提供支持的。OMAP-L137端用来发送相应数据的硬件结构[5],如图2 所示。
图2 中的MCU_1 就是ARM92EJ-S,它负责实时发送相关数据;MCP2515 是一种有特定功能的控制器,使用的是CAN协议,而使用这个协议的接收器也是TJA1050 结构,其性能很高,是一种具有高性能的CAN收发器,CGND为TJA1050 的一种控制开关。图3 所示的硬件结构图就是OMAP-L137 端用来实时接收相关数据的接口。
OMAP-L137 内部的DSP和ARM之间也是采用统一标准的接口GPIO连接起来[6]。
3 电子辅助制动控制系统软件设计
本文研究的实时电子辅助制动系统的软件部分主要针对发动机辅助接入时机控制策略、BSG电机和离合器协调策略以及TM电机的转矩控制策略三部分。其中,发动机辅助接入时机控制策略的研究从安全性能的角度进行考虑;BSG电机和离合器协调策略从舒适性能的角度进行考虑,以降低发动机辅助接入时的冲击为目标;TM电机的转矩控制策略主要针对车速进行控制。
3.1 发动机辅助接入时机控制策略
经过调查研究发现:车辆在下坡时产生滑行事故的主要原因是用来起辅助作用的制动转矩不足进而使得速度无法掌控造成的,所以本文提出的方法是辅助制动的转矩是否足够是判断辅助制动是否合格的主要指标,简单来说就是当电机的辅助制动转矩不足时可以用发动机辅助制动。
通过对比两种辅助方式发现,依据电机辅助制动转矩为条件,触发电机辅助制动的使用比用车辆的速度为依据来触发发动机辅助制动好得多,因为这样可以准确地判断出车辆的状态,在车辆快速下坡时可以控制车辆的速度,保持车辆的行使安全;还有就是电机能量相互补充的特点也能使用,可以减少能量损失,降低车辆成本,提高车辆的经济性。当车辆离开下坡后,发动机辅助制动退出的过程为:
式中:B′eng_on= 1 表示接入发动机辅助制动;B′eng_on= 0 表示退出发动机辅助制动;BTM_ max表示电极制动转矩最大值;a为一常数,由实验确定;Pa为加速踏板的行程值;Pb为刹车踏板的行程值[7]。
3.2 BSG电机和离合器协调策略
对发动机辅助制动的过程和混合动力汽车内部结构以及工作特点仔细研究后制定了以下策略:启动发动机内部的BSG ,因为它可以拖动发动机,使发动机不再使用燃油,使发动机的速度快速降下来,当速度达到要求时(期望和实际差值不大于阈值c),启动与离合器连接的动作,结合到一定的时间(阈值b)后,这个时候发动机辅助制动就开始运行了,当车辆滑行运动结束后发动机辅助制动也就结束了。
式(2)和式(3)是两种不同辅助接入方法的计算公式,式(2)为BSG电机的控制方法,式(3)是接入离合器的控制策略:
式中:ig, i0和ie_B分别为主减速比、变速箱减速比以及发动机和BSG电机的减速比;r为车轮半径;b和c分别为一时间常数和速度差常数;ωBSG为BSG电机转速[8]。
3.3 TM电机协调控制策略
发动机辅助制动时,电机辅助制动转矩方程表示为:
式中:Ff,Fw,Fi和Fj分别表示滚动阻力、空气阻力、坡度阻力以及加速阻力。
设定一常数g,g表示为:
则式(4)可以表示为:
TM电机协调控制目标为保证汽车下坡时速度稳定,因此,在此使用PID算法对TM电机的转矩进行控制,其控制原理如图4 所示[9]。
4 实验研究
使用本文研究的实时汽车电子辅助制动控制系统前后,将静止状态发动机接入辅助制动系统的制动效果实验如图5 所示。
在未使用本文研究的制动系统时,离合器接合过程中,TM电机的最快速度和最慢速度分别为1 696 r/min和1 480 r/min,转速波动最大值达到了216 r/min,同时发动机的转速以及汽车的速度波动较大,汽车上人员能够感觉到此过程有较为明显的振动。在使用本文研究的制动系统后,离合器接合过程中,TM电机的最快速度和最慢速度分别为1 580 r/min和1 491 r/min,转速波动最大值只有89 r/min,同时发动机的转速以及汽车的速度波动较小,汽车上人员基本感觉不到此过程的振动冲击,电机转速与使用本文研究制动系统前相比,降低了58.8%,有利于提高汽车驱动系统的寿命。
使用本文研究的实时汽车电子辅助制动控制系统前后,将怠速状态发动机接入辅助制动系统的制动效果实验如图6 所示。
在未使用本文研究的制动系统时,离合器接合过程中,TM电机的最快速度和最慢速度分别为1 593 r/min和1 489 r/min,转速波动最大值只有104 r/min,同时发动机的转速以及汽车的速度波动较小,汽车上人员能够感觉到此过程的振动不明显。在使用本文研究制动系统后,离合器接合过程中,TM电机的最快速度和最慢速度分别为1 553 r/min和1 512 r/min,转速波动最大值只有41 r/min,同时发动机的转速以及汽车的速度波动较大,同样汽车上人员基本感觉不到此过程的振动冲击。虽然在使用本文研究的制动系统前后,汽车上人员基本察觉不出差别,但是电机转速与使用本文研究的制动系统前相比,降低了60.5%,这对于提高乘坐舒适性以及提高汽车驱动系统寿命都是十分有益的。
5 结论
现在,人们对汽车控制技术的研究已经达到了一个比较高的程度,而要想突破这种物理极限,就需要结合其他控制技术,从而达到提升汽车制动控制技术的目的。现实生活中,出现过各种汽车制动控制技术,有利用电子、气压、液压等对汽车进行制动控制。传统电子辅助制动方法需要结合驾驶员操纵来实现制动操作,因此本文研究一种实时电子辅助制动系统,该系统采用电子感应传感器与高速芯片组成硬件系统,同时使用基于考虑车辆安全性能和舒适性能的发动机辅助接入时机控制策略、BSG电机和离合器协调策略以及TM电机的转矩控制策略作为实时电子辅助制动系统的核心控制策略。最后,通过实验对本文研究的实时电子辅助制动系统的性能进行实验研究。
摘要：针对传统电子辅助制动方法需要结合驾驶员操纵来实现制动操作,研究了一种实时电子辅助制动系统,该系统采用电子感应传感器与高速芯片组成硬件系统,使用OMAP-L137芯片作为中央处理器,使用MSP430F169芯片作为制动等功能模块的实时处理器,OMAP-L137芯片与各个MSP430F169芯片之间通过CAN总线进行数据传输。同时使用基于考虑车辆安全性能和舒适性能的发动机辅助接入时机控制策略、BSG电机和离合器协调策略以及TM电机的转矩控制策略作为实时电子辅助制动系统的核心控制策略。最后,通过实验对研究的实时电子辅助制动系统的性能进行实验研究,结果表明在使用了该系统后,对于提高乘坐舒适性以及提高汽车驱动系统寿命都是十分有益的。
关键词：实时电子辅助制动,CAN总线,发动机辅助制动,数据传输
参考文献
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辅助制动控制汽车电子 篇2
由于交通密度的不断提高,汽车长时间以固定车速行驶的可能性越来越小,基于智能交通系统(ITS)的驾驶辅助技术已经成为减少驾驶失误、提高驾驶能力的重要手段,它们具有主动制动功能,从而使其可以处理更多复杂工况。要使汽车具有主动制动功能,就必须要有一套辅助制动装置。电机驱动式汽车辅助制动装置正是针对前向追尾碰撞的一种驾驶辅助制动装置,该装置的主要功能是在出现追尾危险时帮助驾驶员采取安全制动措施,以减少交通事故的发生。
2 制动传动装置的国内外研究现状
目前国外在辅助驾驶系统上应用较多的辅助制动装置是电子真空助力器(EVB),它利用发动机喉管处的真空推动制动踏板产生制动力。
该系统虽然结构简单,但系统响应较慢,适用范围较窄,且制动力调节过程中对发动机有一定影响。
国内应用较多的辅助制动传动装置主要由液(气)压系统组成。
液压制动装置的构成方式多样,但均由蓄能器充液阀、单向阀、蓄能器、制动阀(比例减压阀)、制动油缸等几个主要元件组成,图2为一典型的液压制动装置组成图。
1.制动主缸2.贮油罐3.推杆4.支承销5.回位弹簧6.制动踏板7.制动灯开关8.指示灯9.软管10.比例阀11.地板12.后桥油管13.前桥油管14.软管15.制动蹄16.支承座17.轮缸△.自由间隙A.自由行程B.有效行程
气压式制动传动装置是利用压缩空气作力源的动力式制动装置。驾驶员只需按不同的制动强度要求,控制制动踏板的行程,便可控制制动气压的大小来获得所需要的制动力,如图3所示。
1.空气压缩机2.卸荷阀3.调压器4.单向阀5.贮气筒6.安全阀7.油水放出阀8.气压表9.制动踏板10.制动控制阀11.前制动气室12.后制动气室13.制动灯开关
液(气)压制动执行器主要由液(气)压系统组成,成本较高,对杂质非常敏感,液压制动极容易产生油泵磨损、漏油等现象,气压制动则需排水排油,且在低温下有制动慢、制动不可靠等缺点。
考虑到液(气)压辅助制动系统成本较高以及电子真空助力器(EVB)响应速度慢等问题,我们决定开发一套电机驱动式汽车辅助制动装置。
3 电机驱动式汽车辅助制动装置的设计
3.1 工作原理
距离传感器(通常为毫米波雷达)实时测量自车与前车的距离、相对速度,然后将测量数据传到中央处理器ECU(Electronic Control Unit),中央处理器结合自车速度传感器测得的速度,进行目标距离计算,根据目标距离计算结果,进行距离控制计算,计算出当前汽车的安全状态以及制动控制量,最后通过驱动模块驱动电机工作,拉动制动踏板,代替驾驶员动作完成期望的制动过程(如图4所示)。
3.2 制动算法
当车间距离小于安全距离时,主控制器控制电机拉动制动踏板对车辆进行制动,从而代替驾驶员动作完成期望的制动过程,其控制量由加速度跟踪误差经过一个PI控制器产生。
其中,ades为期望加速度,a为自车实际加速度。车辆的加速度在-2.5~1m/s2时能获得较好的驾驶及乘坐舒适性。为了在紧急情况下车辆能够以尽量大的减速度进行制动同时又不降低乘坐舒适性,该系统取ades=-2m/s2。
3.3 传动结构设计
在进行电机驱动式汽车辅助制动装置设计时,尽可能减少对原车制动系统的改动,不影响原车相关部件的工作。而且,在设计开发的辅助制动装置发生故障时,能够保证原车制动系统的正常工作。
由电机产生的制动力,其值受ECU的控制,制动系统的电机根据驱动模块提供的信号,并且结合车速等其它信号,向踏板制动模块的电机发出信号,控制其电流和转速,进而产生所需的制动力,达到制动的目的。这种设计由于制动执行器和制动踏板之间无液压连接,大大减少了制动器的作用时间,进而有效地缩短了制动距离;另外使安装更简单、快速,无需制动液,有利于环保,也有助于提高系统的再利用性,同时也减轻了系统的质量。
在传动结构设计中要解决的关键问题是:
1)需将电机的旋转运动转化为直线运动的执行元件,此执行元件要具有传动效率高,定位准确等特点;
2)直线运动时精度要高,尤其在频繁换向时无需间隙补偿。
为了满足上述要求,我们经过多种方案比较后,选择了滚珠丝杠副作为连接踏板和电机中间的执行元件。滚珠丝杠副是由丝杠、螺母组件和滚珠链组成的螺旋传动装置。它既可以将旋转运动转化为直线运动,也可以把直线运动转化为旋转运动,能够很好的解决我们在传动结构设计中遇到的问题。
3.4 仿真试验
基于Matlab/Simulink RTW实时仿真平台,对该制动装置进行了硬件在环仿真实验,用阶跃信号作为系统的输入,通过对比期望踏板位移和实际踏板位移来验证系统性能,控制效果如图5所示。从图5可以看出,该制动装置可以快速、准确的响应制动指令。
4 结论
电机驱动式汽车辅助制动装置较好的解决了目前车辆中常采用的液压辅助制动系统成本较高以及电子真空助力器(EVB)响应速度慢的问题。具有其它传统制动无法比拟的优点。
1)结构简单,系统质量较传统制动系统降低很多,从而减少了整车质量;
2)制动响应时间短,提高制动性能,缩短制动距离;
3)系统中不存在制动液,维护容易、简单,采用机械连接,系统的耐久性能良好;
4)易于进行改进和功能的增加,可以并入汽车CAN通讯网络进行集中管理和共享信息。
同时,要实现其和汽车底盘其他控制系统的集成,仍有待研究。
参考文献
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辅助制动控制汽车电子 篇3
电动汽车的制动过程有别于传统的液压制动,传统的液压制动通过调节轮缸的液压油量来改变制动力,根据路面情况,制动时改变车轮滑移率S,使得滑移率得到最佳,从而获取最好的制动效果。然而电动汽车制动系统没有了传统的液压回路,只是由电机驱动执行机构挤压制动盘来获取制动力,从而得到最大地面制动力,快速制动。本文以最大地面制动力为电动汽车制动时的目标参数,通过改变电机转矩的输出适时控制制动力,以达到安全制动的目的。
1 最大地面制动力的寻找
如今大多数制动防抱死系统(ABS)的工作原理是通过接收轮速传感器的信号来计算汽车的车速和轮速,从而计算出当前的滑移率,将车轮的滑移率S控制在最佳值附近,以获得较高的制动力系数φ。制动力系数φ与滑移率S的关系如图1所示。滑移率在20%附近时,φ是最大的,制动效果是最好的[1]。通过控制滑移率的ABS系统能够提高汽车的制动性能,缩短制动距离,但汽车车速的计算模块还是通过估算的方法来获得的,没有真正计算出实际的车速,故通过滑移率公式(其中,vc为车轮中心速度,m/s;vR为车轮线速度,m/s;ω 为车轮角速度,rad/s;R为车轮半径,m)计算时,不能真实地反映实际的车轮滑移率,只能计算出近似的滑移率,故没有将ABS制动效果达到最佳。如果我们能实时地检测到汽车制动时轮胎对地面的制动力大小,即地面制动力的实时值,并且将地面制动力控制在最大值处,这样ABS的制动性能才能达到最佳。
图1中,曲线在OA段近似于直线,φ随S的增加而迅速增大,φ的最大值为峰值φp,一般出现在S= 20%左右处。在O-A阶段,虽然有一定的滑移率,但轮胎并没有与地面发生相对滑动,滑移率S>0的原因是轮胎的滚动半径变大,即当出现地面制动力时,轮胎前面将与路面接触的胎面受到拉伸而有微量的伸长,滚动半径R随地面制动力的加大而加大,故有滑移率S>0。显然,滚动半径与地面制动力成正比例增长,到A点之后,轮胎与地面的接触中出现局部的相对滑动,φ增加的速度减慢,因摩擦副间的动摩擦因数小于静摩擦因数,故φ值在B点达到最大值后又逐渐降低。而在B点时,地面制动力也达到最大值,此时滑移率也达到最佳值。可见,汽车制动时地面制动力是先增加到最大值然后又减小。ABS系统工作时,如果能实时检测地面制动力,并且将制动力始终保持在B点位置,那么将大大提高ABS的制动性能[2]。
2 车辆单轮数学模型的建立
图2为车辆单轮(1/4车辆)受力模型。车辆单轮受力动力学方程如下:
其中:Fb为地面制动力,N;M为1/4车身质量,kg;a为车身加速度,m/s2;I为车轮转动惯量,kg·m2;Tb为制动器扭矩,N·m;Fn为地面对车轮的法向反作用力,N。
由图1可知,无论哪种路面都有如下关系:
其中:Sc为最佳滑移率。由公式(3)可知地面制动力与φ成线性关系,故我们同样可以推导出地面制动力Fb与滑移率之间的关系:
由式(2)可以得到:
假设法向作用力Fn不变,I和R为常数,计算Fb对时间t的导数得:
计算滑移率对时间t的导数近似得:
联立式(7)和式(8)得到:
式(9)中,均为正常 数,故的正负由的正负来 决定。当时,即此时汽车地面制动力处于最大值。因此可以得到如下以地面最大制动力为控制目标参数的ABS控制规则:
3 目标控制器的设计与仿真结果分析
本文所设计的以地面最大制动力为目标参数的控制器如图3所示。其输入为车轮角加速度ω·和制动力矩Tb,输出为实 际电机转 矩T′b。 利用MATLAB/ Simulink工具箱中 的 “MATLAB Fcn”模块,将用MATLAB语言编写的M函数控制程序嵌入ABS仿真模型中,整个控制程序是根据表1的边界条件来判断控制的。
图4为以最大地面制动力为控制目标的ABS仿真模型。仿真参数如下:1/4车辆的质量M=385kg, g=9.8m/s2,车轮转动惯量I=2.6kg·m2,车轮半径R=0.326m,车辆初速度v0=25m/s,采样时间为0.001s,仿真时长为8s。下面针对两种典型路面进行仿真,并将仿真结果与以传统滑移率作为控制目标参数的仿真结果[3,4,5]进行比较。
3.1 干沥青路面
干沥青路面采用双线性轮胎模型,其最佳滑移率为0.2。两种控制的ABS仿真结果如图5所示。
3.2 湿泥土路面
湿泥土路面采用双线性轮胎模型,其最佳滑移率为0.36,两种控制的ABS仿真结果如图6所示。
4 结论
汽车制动性能分析及安全控制 篇4
一、汽车制动性能评价指标
当前评价汽车制动性能的要素有很多,得到普遍认同的有这样几个方面:一是制动的效能,其评价方法是在良好的路面,汽车以一定的初速度制动,通过到停车时的制动距离或者是制动时的汽车减速度来评价;二是制动效能的恒定性,主要是检验对抗热衰退的能力,通过对汽车在高速行驶或者是下长坡过程中出现连续制动时, 制动效能的保持程度来衡量;三是制动方向稳定性,这主要是指汽车在制动时不跑偏,不侧滑和不失去转向能力。
二、对汽车车轮防抱死及汽车制动力的调节
1.车轮的防抱死
汽车在制动时,前轮抱死会使汽车失去转向的能力。 在滑移率S=10% ~20%的时候, 附着系数达到最大;而在车轮完全抱死, 也就是滑移率S= 100%的时候,附着系数是呈现下降的趋势。 由于轮胎和地面之间有着潜在的附着能力, 而为了充分发挥这种能力, 使得汽车制动性要求得到全面的满足, 已采用了多种型式的制动防抱死装置。而这种装置,可以使得车轮不会出现完全抱死的状况, 并且让车轮处于滑移率在10%~20%之间。这样纵向附着系数是最大的, 侧向附着系数也能达到很大, 汽车也因此在制动过程中能够具有较强的抗后轴侧滑能力, 使得汽车的行驶方向上稳定性极强,还具有良好的转向操纵性。而通过峰值附着系数, 可以使制动效能更为充分的发挥出来,从而大大提高制动减速度并缩短制动距离。
2.汽车制动力的调节
对汽车制动力进行调节是为了防止在制动时后轮抱死,而出现侧滑的危险。 汽车在前、后轮制动力的实际分配线应该总是在理想曲线的下方。 这样可以大大减少前轮失去转向能力的倾向,并使得制动系效率得到提高。 在现代汽车制动系中都装有各种压力调节装置,这样可以使汽车更具优越性。
压力调节装置有很多种类,而常见的主要有限压阀、比例阀、载荷控制比例阀及载荷控制限压阀。
当我们采用比例阀作为压力调节装置时,在制动系油压达到某一值以后,比例阀能够对前、后轮制动器油压进行自动调节,来让前、后轮制动器制动力能够维持直线关系,且直线的斜率要小于45°。
三、影响汽车制动性能因素
1.汽车载质量
汽车的制动性能受到很多因素的影响, 汽车的载质量是其中之一。 对于有着较大载质量的汽车, 在前、 后轮的制动器设计上,常规情况下是不能保证任何的道路条件都可以使制动力同时达到附着极限,这也造成了汽车的制动距离会受到载质量的较大影响,会因为载质量的不同而产生差异。 经过实践证明得到,载质量在3t以上的汽车,每增加约1t质量, 制动距离也会平均增加1m。 哪怕是针对同一辆汽车,也会由于装载质量和方式的不同, 重心位置的变动,对汽车的制动距离造成不同的影响。
2.制动初速度
在制动初速度较高时,制动过程中要消耗的运动能量也就越大,制动距离会出现延长。制动初速度越高的时候,利用制动器所转化出来的热量也就越来越多,制动器的温度也会随之增高。制动蹄片在摩擦性能上会由于温度的升高而降低,这会使得制动力出现衰减,制动距离增加。
3.汽车的车轮制动器
通常情况下,影响汽车车轮制动器性能的因素主要有摩擦副、制动鼓的构造和材料,而摩擦力矩及制动效能在热衰退方面有较大的影响。所以在设计制造车轮制动器时,要注重选用好的结构型式及材料,并在使用维修过程中,注意摩擦片的选用。
汽车制动器的效率不尽相同,这主要是由于不同制动器在结构型式上存在显著的差异:若制动器效能因数较大, 则在制动鼓半径和制动器的张力相同时, 制动器所产生的制动力矩也就相对较大; 若制动器摩擦副 的摩擦系 数较低, 则制动器的制动力矩也会 出现明显 的下降, 导致汽车制动性能的稳定性相对较差。
4.利用发电机制动
制动时对阻力矩的要求较高,可以将发动机的内摩擦力矩和泵气损耗来作为阻力矩。发动机要比制动器的散热能力强得多,发动机在单位时间内约有相当于功率1/3的热量一定要传递到冷却介质中去。 所以,发动机可以辅助制动器制动。
发动机制动一般应用于减速制动及在下坡时要使车速保持不变的惯性制动,下长坡时要使用上坡的挡位( 低速挡) 。需要注意的是在紧急情况下制动,发动机不仅起不到制动的效果,还会消耗一部分制动力来克服发动机在旋转质量方面的惯性力。所以,紧急制动时要及时将发动机与传动系连接脱开。
在制动效果方面,发动机对汽车的制动性有着很大的影响。其不仅可以在很长的一段时间内发挥制动作用, 还能够减轻车轮制动器负担,而传动系其在差速器的作用下,也可以将制动力矩在左右车轮上平均分配, 这样使得侧滑甩尾情况出现的可能性大大降低。 在光滑路面,发动机制动显现出更为明显的效果。
四、改善汽车制动性能的措施及安全控制
1.降低制动器制动时间
要使得制动器结构得到更好的改善, 就需要减少制动器的作用时间, 这也是缩短制动距离的有效措施之一。 比如对红旗CA770轿车, 将其真空助力制动改为压缩空气助力制动之后,再以30km/h的速度做制动试验, 制动的最大减速度会由7.25m/s2增至7.65m/s2; 时间上也减少了0.06s; 在制动距离上由14.37m减少到13.62m。 这些制动器改进措施,都能够真正有效的使制动性能得到改善,大大提高安全性。
如图1为《 Autocar》 杂志对各种装有真空助力器的轿车进行制动试验的结果,而根据制动距离得出来的拟合曲线。 这也仅仅是代表上世纪90年代汽车的制动性能水平。
现代汽车又运用了很多的先进技术来提高制动性能,主要是通过使摩擦系数始终在很高的水平,改善散热效果等方面着手。
2.增加制动减速度
在地面制动力充分发挥的情况下,制动器的制动力越大,制动减速度也就越大,制动时间越小,制动距离越短。可以运用通风盘式制动器来提高制动器制动力及制动效能的恒定性;车轮和地面之间是否可以为汽车提供一个有效地地面制动力这也是一个极为重要的因素,可以选用子午线轮胎,提高附着系数。
五、结束语
辅助制动控制汽车电子 篇5
1 纯电动汽车电液制动系统分析
纯电动汽车在使用过程中完全依赖电能作为动力。从传统角度看, 机械式摩擦制动系统在很多方面都存在运行隐患, 并会对纯电动汽车本身造成较大的影响。纯电动汽车的电液制动系统更好地弥补了机械制动系统的不足之处, 并适应了车载系统融合的发展趋势, 为纯电动汽车的运行提供了更多的帮助。博世开发的EHB系统是比较常见的电液制动系统。在该系统的运行中, 车轮制动器与制动踏板不属于机械连接, 主要使用制动踏板模拟器感知驾驶员的制动意向, 并将信息传递至电子控制单元, 控制单元可在运行过程中根据内置控制策略发出相应的控制命令, 从而控制相应的制动执行机构, 最终提供所需的制动力。因此, 纯电动汽车的电液制动系统较好地满足了车辆的制动需求。
2 电液制动系统再生制动控制策略
目前, 虽然纯电动汽车将电液制动系统的积极作用发挥了出来, 但并不表示该系统无任何缺陷。长期运行后发现, 电液制动控制系统存在一定的漏洞——无法充分利用制动能量, 在客观上造成了浪费, 这并不是纯电动汽车的最终诉求。因此, 应对纯电动汽车电液制动系统再生制动控制策略进行研究, 实现浪费制动能量的重新应用, 为纯电动汽车的运行提供更多的保障。
2.1 基于机械式摩擦制动系统的控制策略
对于纯电动汽车电液制动系统再生制动控制, 提出了3种制动能量回收控制策略, 即理想制动力分配曲线控制、最大化能量回收和并行分布的控制策略。根据电动汽车的制动ECE法规和限制条件, 提出了并行分布控制策略、再生制动控制策略和电动车最大化能量回收制动力分配策略。以上制动能量回收的控制策略具有的共同特点为:制动能量回收过程受ECE制动法规的限制, 制动能量回收未最大化, 这是因为机械摩擦制动系统与电动液压制动系统相比, 无法独立控制各个车轮的制动转矩、立即掌握车辆的工作状态和缺点, 进而无法确保汽车制动的安全限制制动能量回收。
2.2 电液制动对制动能量回收的影响
对于电液制动对制动能量回收的影响, 应从以下2方面着手改善: (1) 为了能在实际工作中更加充分地回收制动能量, 必须减少施加在驱动轴上的摩擦制动力。摩擦制动力作为传统的制动手段, 应在多方面予以优化, 从而提高回收制动能量的有效性, 保证纯电动汽车在运行过程中实现较高的制动水平。 (2) 电液制动过程是完全可控的, 因此, 应精确控制施加给各个车轮的制动力。同时, 为了在实际工作中更好地处理相关问题, 可在制动前判断地面施加给前、后轴的最大地面制动力, 以保证制动效果不出现波动。
3 结束语
本文对纯电动汽车电液制动系统再生制动控制策略进行了讨论, 从现有的工作看, 再生制动控制正向着非常积极的方向发展, 阶段性的成果也被投入到了纯电动汽车的研究中, 并取得了一定的成果。在未来的工作中, 需将再生制动控制工作与其他的工作相结合, 制订健全的系统和实施方案, 从而保证纯电动汽车具有更好的性能, 实现经济效益和社会效益的双创收。
参考文献
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[2]初亮, 蔡健伟, 富子丞, 等.单轴解耦式复合制动系统的控制策略及试验验证[J].华南理工大学学报 (自然科学版) , 2014 (11) :40-49.
[3]孙海龙, 顾力强, 童晓敏.纯电动汽车电驱动系统硬件在环仿真试验台架开发[J].传动技术, 2014 (04) :19-26.
电动汽车再生制动系统控制研究 篇6
在对移动的车体进行制动处理时, 大量的能量由机械能转化成内能传递到大气中, 如果能够采取一定的措施将这一部分能量进行回收再利用, 那么必然能够对电动汽车的续航能力带来一定的作用。所谓再生制动汽车的电机处于发电状态, 控制电机制动的效果, 实现制动过程实现一定数量的能量转化。
1 再生制动特性概述
回收制动系统能量过程中, 最好的状态是将车辆损失的动能完全转化成电能储存于电池中等待使用。车速的变化影响电制动转矩变化, 当电机转速没有达到500rpm时, 电机内产生的反电动式不能达到制动要求, 因此再生制动功能基本丧失。
当电机作为发电机使用时, 产生的电制动转矩与转速成正比。再生制动时电机向电池组充电, 速度和时间必须进行有效的控制, 使得电流需要在允许条件下使用, 避免对电池造成损害, 综上所述可以说明, 其实制动转矩是有限的。由于汽车行驶必须要求汽车的平顺性和安全性, 而且驾驶人员的驾驶习惯会对再生制动产生较大的影响, 整体分析影响再生制动的因素比较多。
电池组的荷电状态和温度对于再生制动能量回收也会造成一定的印象, 当电池组荷电状态较低或者问题较高时, 为了保护电池组的使用, 延长电池组的使用时间, 避免使用再生制动能量回收功能。制动能量回收的功率应当小于电池组允许充电功率和线路损耗的总和, 电机的发电电流不超过电池组的允许电流, 以免产生安全隐患。当车速相对比较低时, 传动系速比处于变化的状态喜爱, 但是当电机速度在500rpm时, 车轮的速度会受到能量回收作用影响, 不利于驾驶的稳定性。驱动轮能量回收效果比较好, 但是前轮荷载比较大, 因此在其他条件类似的情况下, 前轮驱动比后轮驱动回收的能量多。
一次制动可回收能量为k1k2k3 (W-Ffs) , 该式中, k1为机械传动效率, 该值的决定因素为汽车本身;k2为发电效率, 发电效率的值是随着电动汽车的转矩、转速的变化而随时发生变化的;k3是充电效率, 充电效率与车辆的设计结果相同;W为汽车动能减少量;为滚动过程中的阻力;s为制动路程的长短, 主要控制因素是制动力和制动时间。
2 再生制动控制策略
在进行再生制动时, 根据每个不同的制约条件对整体车辆的状态进行评价, 全面分析汽车ABS、电池组以及电机的运行状态, 根据综合因素来考虑是否选择再生制动过程来实现控制。车辆的制动模式由三个类型构成, 分别是紧急制动、中轻度制动和下长坡制动三种模式。
制动减速度在2m/s2以上时称为紧急制动, 主要应当从车辆的安全性考虑, 选择机械摩擦制动为主, 辅助效果是电机制动操作, 实际行驶时不会出现多次大量的紧急制动, 只是偶尔进行几次, 不会长时间、高频率的进行, 因此对于这一部分制动能量可以忽略不计。
中轻度制动指的是制动减速度在1m/s2至2m/s2之间时, 出现中轻度制动的情况主要是出现红灯减速、路边停车、行驶过程中的减速操作。中轻度制动实现过程首先需要驾驶者将加速踏板松开, 使车辆处于滑行状态, 这是整体的制动状态为纯电制动, 实际作用效果相当于普通汽车的发动机制动, 之后驾驶者踩下制动踏板, 车速控制范围在最高转速和额定转速时, 电机的运行是按照恒定功率运行的, 这时是电机吸收能量最多的过程。转矩和功率存在反比例关系, 所以当速度减少时, 电制动转矩变大。一旦出现了转矩最大值, 那么电机转速就会采用额定转速运行。电机功率随着速度的影响逐渐降低, 再生制动过程就会采用恒转矩运行, 如果即将停车, 那么电制动转矩就会趋于零, 停车过程主要通过机械摩擦制动实现, 没有出现能量回收过程。
在汽车处于长下坡制动过程中, 一般情况下车的运行速度不会超过1m/s2, 受到本身运行的制动力比较小的因素影响, 能够利用电机再生制动发挥作用, 这样的情况下有利于再生制动过程的能量储存进行。
3 制动力分配
在保证基本的制动稳定性的基础上, 采用混合并行制动力分配策略能够更好的实现车辆的安全运行。当踩下制动踏板之后, 出现的状态时同时开始再生制动和机械摩擦制动两个过程, 对其进行定义如下, 制动强度Z是制动力与汽车自重的比值。当Z小于0.1时, 只有再生制动作用存在;当Z位于0.1至0.7之间时, 为了有效确保制动过程中车辆行驶的稳定性, 选择通过再生制动与机械摩擦制动共同完成的作用;当Z大于0.7时, 车辆为紧急制动模式, 制动来源只通过机械摩擦力实现。
4 结束语
影响电动汽车的发展重要限制因素为电动汽车能量供应问题, 采用再生制动技术能够在一定程度上提升电动汽车的行驶里程, 能够为解决电动汽车能量供应提供一定积极作用。再生制动技术在辅助制动过程的同时来进行发电, 在一定程度节约能源的使用, 具有一定的环境保护作用。本文通过对再生制动特点的分析, 分析整体影响因素, 将汽车在行驶过程中的主要制动过程进行分析, 从而将机械摩擦制动过程和再生制动过程的关系进行全面的分析, 同时提出了并行制动力分配的对策, 以后在设计过程中可以采用这一思路进行研究, 提升整体电动汽车的发展速度。如果能够有效解决电动汽车的能源供应问题, 电动汽车本身清洁性、环保型特征将会被充分发挥, 能够在很大程度上代替传统的汽车, 为环境保护工作提供积极影响。
参考文献
[1]何仁.电动汽车混合制动系统控制策略的改进[J].江苏大学学报, 2013 (03) :125-130.
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[3]翟志强.电动汽车再生制动控制策略研究[J].计算机仿真, 2013 (11) :160-169.
辅助制动控制汽车电子 篇7
1 线控制动系统概述
线控制动系统起始于20世纪末, 该技术实现了汽车电子技术与网络通信技术的有机结合, 更好地提升了汽车的自动化和智能化发展水平。线控技术在自动领域成为汽车行业发展的一个新的方向。线控制动系统中, 涉及到了EHB系统、EMB系统[1]。关于线控制动系统具体情况, 我们可以从下面的分析中得知。
1.1 EHB系统
EHB系统是电液制动系统, 该系统介于传统制动系统和电子机械制动系统之间, 既包含了电子控制系统的内容, 又对液压控制系统结构进行了有效把握。EHB系统在应用过程中, 主要由踏板传感器、电子控制器、制动执行机构等部分构成, 在进行工作时, 由踏板传感器发挥控制信号, 之后将信号传递给ECU进行计算, 从而对制动力大小进行衡量, 进行汽车制动。EHB系统在应用过程中, 具有较高的可靠性, 并且噪音相对较小, 系统元件在布置过程中, 能够有效地节约空间[2]。EHB系统在应用过程中, 也存在了一定的局限性, 例如, 需要制动液, 并且存在一定的制动液泄漏隐患。
1.2 EMB系统
EMB系统在应用过程中, 采取了一种“干”式线控制动系统方式, 所谓的“干式”主要是指EMB系统在进行制动过程中, 取消了液压机构和制动管道, 这种控制方式利用电机进行控制命令执行。EMB系统在进行汽车制动过程中, 能够对系统结构进行有效简化, 省去了大量的零部件应用;在应用过程中, 与EHB系统相比, EMB系统不存在泄露隐患, 具有更高的安全性;在进行控制过程中, 能够极大地提升命令响应效率, 具有较高的制动精度。除此之外, EMB系统在应用过程中, 有利于更好地实现汽车一体化控制, 并且在对EMB系统进行维修过程中, 较为方便。结合线控制动系统发展情况来看, EMB系统相对于EHB系统来说, 具有更大的发展前景, 在进行汽车线控制动系统安全性控制过程中, 如何对EMB系统进行有效应用, 成为汽车行业发展过程中必须考虑的一个重要议题[3]。
2 汽车线控制动系统安全控制技术的应用
汽车线控制动系统安全控制技术在应用过程中, 更加注重于控制系统设计的安全性、可靠性和智能性, 针对于这一情况, 汽车线控制动系统在设计和应用过程中, 要注重对当下线控制动系统特点进行把握, 保证设计和应用具有先进性和可靠性。
2.1 CAN总线设计的可行性分析
在进行汽车线控制动系统安全控制技术应用过程中, CAN总线设计具有较高的可靠性, 这与CAN总线设计自身的特点有着密切的联系。CAN总线设计应用过程中, 采取双向传输、多分支形式的通信网络, 具有较高的开放性和可操作性, 在应用时, 能够对信号传输问题进行有效解决, 从而更好地保证线控制动系统具有较高的智能性和可靠性。CAN总线在汽车线控制动系统安全性控制技术应用时, 注重与ABS系统进行有效结合, 根据不同的网络标准, 发挥不同的功能和作用[4]。美国在对CAN总线应用时, 将其分为A、B、C三类, A类传输速率低于10kbps, B类速率在100kbps以下, C类速率在500kbps~1Mbps之间, C类CAN总线能够对ECU、ABS系统进行有效控制, 并且具有较高的网络速度。在对CAN总线进行设计过程中, 把握其可行性, 对于提升汽车线控制动系统可靠性来说, 具有重要影响。
2.2 CAN总线在汽车线控制动系统安全控制技术的应用分析
2.2.1 CAN总线控制动系统结构
CAN总线在汽车线控制动系统安全控制技术中应用, 要注重对CAN总线进行有效设计, 保证其能够在实际应用过程中, 发挥有效作用。在对CAN总线设计过程中, 需要考虑到CAN高低双绞线、总线电阻以及相应的信号检测情况。CAN总线控制动系统结构涉及到了多个节点, 这些节点根据其在CAN系统中的功能, 可分为信号采集节点和信号控制节点。在对这些节点功能发挥过程中, 主要利用了CAN总线的信号传输功能, 从而实现汽车线控制动系统作用[5]。
2.2.2 CAN节点电路设计
实现汽车线控制动系统安全控制技术过程中, 需要对CAN节点电路进行有效设计, 保证CAN通信协议能实现数据信息的有效传输, 进而保证CAN线控制动系统发挥真正作用。CAN网络协议形式存在较大的差异, 并且有着不同的功能, 这样一来, 为了更好地保证汽车线控制动系统安全控制目标, 就需要采用不同的CAN控制器。在进行CAN节点电路设计过程中, 本文主要以TJA1050T芯片为主, 该芯片具有较好的物理性能, 能够与CAN总线进行有效连接, 实现与控制器之间的信息数据传输[6]。
2.3 汽车线控制动系统安全控制关键技术
利用CAN总线进行线控制动系统设计过程中, 要注重把握安全控制的关键技术手段, 从以下几点保证CAN控制系统具有较好的性能:第一, 加强对车内电源系统的有效开发, 能够为汽车提供可靠地供电系统, 保证汽车线控制动系统有足够的电能;第二, 加强实时容错控制系统结构的设计, 能够提升系统安全性和可靠性。这一过程中, 需要考虑到元件、单元、系统之间的设计符合要求, 保证控制动系统具有较好的性能;第三, 加强系统网络协议构建, 保证各个节点控制能够实现有效的数据信息传输。这样一来, 才能够更好地提升汽车线控制动系统的安全性和可靠性。
3 结论
综上所述, 我们可以看出, 汽车线控制动系统安全控制技术的应用, 注重实现通信技术与互联网技术的有机融合, 提升线控制动系统的智能性, 更好地保证汽车线控制动系统的安全性和可靠性。在这一过程中, 要注重对CAN总线控制技术的应用, 提升制动系统的制动效能, 减少布线, 提升制动系统的可控性。
参考文献
[1]宗长富, 李刚, 郑宏宇, 等.线控汽车底盘控制技术研究进展及展望[J].中国公路学报, 2013 (2) :160-176.
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[3]汤锴杰.CAN总线在汽车线控制动系统上的应用[J].汽车实用技术, 2013 (8) :13-16.
[4]卜雷.试论汽车线控制动技术及其发展[J].湖南农机, 2014 (1) :73-74.
[5]蔡军军.汽车线控制动系统的工作原理及关键技术探究[J].企业改革与管理, 2014 (6) :175.