電動(dòng)汽車制動(dòng)系統(tǒng)研究

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1、電動(dòng)汽車制動(dòng)系統(tǒng)研究 電動(dòng)汽車制動(dòng)系統(tǒng)研究 2013/10/22 1系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 本系統(tǒng)硬件由控制電路和驅(qū)動(dòng)電路構(gòu)成.其中控制電路由主MCU和監(jiān)控MCU構(gòu)成,完成點(diǎn)火和踏板中斷信號、駐車中斷信號、踏板位移信號、輪速信號、電機(jī)反饋電流信號等輸入信號的采集.驅(qū)動(dòng)電路主要由電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制電路和電磁離合器驅(qū)動(dòng)控制電路構(gòu)成.主MCU和監(jiān)控MCU通過驅(qū)動(dòng)電路控制和驅(qū)動(dòng)制動(dòng)電機(jī)和電磁離合器.主、從MCU采用Freescale基于PowerPC構(gòu)架的32位處理器MPC5604和8位處理器

2、MC9S08DZ128.主、從MCU通過模擬開關(guān)實(shí)現(xiàn)部分信號采集和電機(jī)以及電磁離合器的輸出控制.其中采用3路模擬開關(guān)實(shí)現(xiàn)1路駐車信號和2路制動(dòng)踏板位移信號的采集.采用16路開關(guān)信號實(shí)現(xiàn)4路制動(dòng)電機(jī)和4路電磁離合器的控制.切換仲裁控制由監(jiān)控MCU實(shí)現(xiàn).主,從MCU之間通過SPI通信實(shí)現(xiàn)相互監(jiān)控.當(dāng)主MCU出現(xiàn)故障時(shí),監(jiān)控MCU通過模擬開關(guān)各個(gè)通道的開關(guān)切換,接管控制權(quán)實(shí)現(xiàn)對部分信號的采集和對電制動(dòng)器執(zhí)行器的控制.主、從MCU分別具有和整車的CAN通信接口,從整車獲取相關(guān)信息,同時(shí)也將系統(tǒng)故障報(bào)警信息通過整車CAN網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到儀表控制單元實(shí)現(xiàn)故障報(bào)警. 2系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 本系統(tǒng)控制單元由主MCU和

3、監(jiān)控MCU組成.主MCU完成系統(tǒng)故障檢測、電機(jī)電流閉環(huán)控制、常規(guī)制動(dòng)控制、電子駐車制動(dòng)控制.從MCU則完成簡單的電機(jī)開環(huán)控制、常規(guī)制動(dòng)控制和電子駐車制動(dòng)控制.主、從MCU之間通過SPI通信進(jìn)行相互監(jiān)控.本系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)部分主要介紹常規(guī)制動(dòng)控制算法、駐車制動(dòng)控制算法和系統(tǒng)冗余控制算法.系統(tǒng)軟件控制流程圖如圖3所示. 2.1常規(guī)制動(dòng)控制算法系統(tǒng)通過采集制動(dòng)踏板位移判斷駕駛員的制動(dòng)意圖,采集到制動(dòng)踏板位移后,按照整車踏板位移和制動(dòng)力曲線和前后輪制動(dòng)力分配比例對前后輪制動(dòng)力進(jìn)行分配,再根據(jù)電制動(dòng)器的減速比和效率推算出電機(jī)輸出扭矩,然后根據(jù)電機(jī)堵轉(zhuǎn)電流和輸出扭矩曲線推算出電機(jī)堵轉(zhuǎn)電流(本系統(tǒng)制動(dòng)時(shí),電機(jī)

4、始終處于堵轉(zhuǎn)狀態(tài))得到PID電流閉環(huán)控制的目標(biāo)電流值,電流閉環(huán)控制算法根據(jù)目標(biāo)電流值和反饋的實(shí)際電流進(jìn)行閉環(huán)調(diào)節(jié),直到反饋值和目標(biāo)值在精度范圍內(nèi)趨于一致為止,接著進(jìn)入下一個(gè)常規(guī)制動(dòng)閉環(huán)控制。 2.2駐車制動(dòng)控制算法系統(tǒng)駐車制動(dòng)控制算法需要采集駐車制動(dòng)開關(guān)信號、制動(dòng)踏板位移信號、油門踏板位移信號、離合器踏板位移信號、檔位信號、點(diǎn)火開關(guān)信號、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速信號和車速信號等作為駐車狀態(tài)和駛離狀態(tài)的判斷條件,從而執(zhí)行駐車制動(dòng).根據(jù)手動(dòng)駐車按扭開關(guān)信號、駐車狀態(tài)和駛離狀態(tài)的判別結(jié)果進(jìn)行手動(dòng)駐車、自動(dòng)駐車和輔助駛離的駐車制動(dòng)控制算法。 2.3系統(tǒng)冗余控制算法本系統(tǒng)采用主MCU加監(jiān)控MCU的方式實(shí)現(xiàn)冗余控制

5、,主、從MCU通過SPI通信方式定時(shí)通信實(shí)現(xiàn)相互監(jiān)控,發(fā)送數(shù)據(jù)內(nèi)容為事先設(shè)定的數(shù)據(jù),當(dāng)主、從MCU接收到的數(shù)據(jù)為設(shè)定數(shù)據(jù)時(shí),認(rèn)為被監(jiān)控的控制器運(yùn)行良好,否則認(rèn)為出現(xiàn)故障,進(jìn)行故障報(bào)警.當(dāng)從MCU監(jiān)控到主MCU出現(xiàn)故障時(shí),通過模擬切換開關(guān)接管控制權(quán),并進(jìn)行常規(guī)制動(dòng)和駐車制動(dòng)的開環(huán)控制. 3系統(tǒng)機(jī)械設(shè)計(jì) 電子機(jī)械制動(dòng)器作為該系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu),主要由制動(dòng)電機(jī)、電磁離合器、減速齒輪、非自鎖滾珠絲桿、制動(dòng)卡鉗、剎車片和剎車盤等組成[3].制動(dòng)電機(jī)通過驅(qū)動(dòng)減速齒輪,減速齒輪帶動(dòng)同軸的滾珠絲桿將轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為移動(dòng),將活塞推進(jìn)并作用于剎車片,剎車片通過對剎車盤的擠壓產(chǎn)生夾緊力,從而達(dá)到車輛制動(dòng)的目的[4].當(dāng)制

6、動(dòng)電機(jī)關(guān)閉輸出時(shí),非自鎖機(jī)構(gòu)在剎車盤的反作用力下自動(dòng)反退,實(shí)現(xiàn)夾緊力的自動(dòng)卸載.為了實(shí)現(xiàn)制動(dòng)力的保持,本制動(dòng)器采用了電磁離合器,電磁離合器一部分和制動(dòng)卡鉗固定,另一部分和電機(jī)輸出軸固定,當(dāng)給電磁離合器通電時(shí),兩部分吸合即可將制動(dòng)電機(jī)輸出軸端鎖死,電磁離合器斷電即可釋放。 4系統(tǒng)測試 借助于現(xiàn)有的新型電制動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)、輔助測試板和對基于以上硬件、軟件和機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)開發(fā)的控制驅(qū)動(dòng)單元及電制動(dòng)器組成的電子機(jī)械制動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行了動(dòng)態(tài)測試,測試數(shù)據(jù)如表1所示.由表1可知,系統(tǒng)制動(dòng)距離大,減速度小,制動(dòng)時(shí)間長,主要有以下原因:①制動(dòng)電機(jī)只有60W,制動(dòng)力最大只有2.4kN.②負(fù)載過輕,雖然車輪能夠抱死,但是所

7、加載的負(fù)載小,地面附著力?。苿?dòng)力、車速、滑移率和時(shí)間關(guān)系曲線如圖8所示.制動(dòng)力隨踏板位移變化呈平滑變化,制動(dòng)力調(diào)節(jié)精度經(jīng)測試為3%,響應(yīng)時(shí)間124ms,達(dá)到最大制動(dòng)力響應(yīng)時(shí)間205ms.由于目前還未進(jìn)行ABS測試,故滑移率一直為0. 5總結(jié) 該系統(tǒng)不僅實(shí)現(xiàn)了常規(guī)制動(dòng)和電子駐車制動(dòng)各項(xiàng)功能,而且運(yùn)行可靠,制動(dòng)力達(dá)2400N,響應(yīng)時(shí)間124ms,達(dá)到最大制動(dòng)力響應(yīng)時(shí)間205ms,制動(dòng)電機(jī)堵轉(zhuǎn)時(shí)間可達(dá)3min,驅(qū)動(dòng)電路功率管溫度不超過40℃,電磁離合器溫度不超過45℃.制動(dòng)距離和減速度后期通過增加負(fù)載和電機(jī)功率可以滿足輕量化電動(dòng)車行車制動(dòng)和駐車制動(dòng)各項(xiàng)指標(biāo).該系統(tǒng)能夠很好的模擬整車制動(dòng)踏板位移和制動(dòng)力曲線,并進(jìn)行電子常規(guī)制動(dòng)和駐車制動(dòng).配合目前正在研制的四輪新型電制動(dòng)系統(tǒng)試驗(yàn)臺(tái),為后期進(jìn)行四輪防抱死制動(dòng)系統(tǒng)以及車輛穩(wěn)定性控制系統(tǒng)開發(fā)奠定了基礎(chǔ). 作者:劉貴如王陸林張世兵高國興單位:安徽工程大學(xué)計(jì)算機(jī)與信息學(xué)院奇瑞汽車股份有限公司 上一個(gè)文章: 電子機(jī)械制動(dòng)系統(tǒng)的研究下一個(gè)文章: 機(jī)械工程學(xué)位研究生導(dǎo)師的情況

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