线控机械制动系统关键技术研究 本文关键词：技术研究，线控，制动系统，关键，机械
线控机械制动系统关键技术研究 本文简介：摘要：为了促进线控机械制动系统朝着更加安全、高效的方向稳定发展，推进线控机械制动系统的应用进程。本文从系统的组成结构、特点、工作原理及其当下重点关注问题上对线控机械制动系统进行总结，重点分析了线控机械制动系统在电子制动踏板研究、制动力矩分配策略、车辆状态参数预测、控制器算法设计及车用电源系统等方面的
线控机械制动系统关键技术研究 本文内容：
摘要：为了促进线控机械制动系统朝着更加安全、高效的方向稳定发展，推进线控机械制动系统的应用进程。本文从系统的组成结构、特点、工作原理及其当下重点关注问题上对线控机械制动系统进行总结，重点分析了线控机械制动系统在电子制动踏板研究、制动力矩分配策略、车辆状态参数预测、控制器算法设计及车用电源系统等方面的关键技术。
关键词：线控机械制动系统；电子制动踏板；制动力矩分配
随着无人驾驶、智能网联车辆技术的不断发展、学科交叉的深度融合，对于车辆各个子系统的研究也都提出了新的要求。其中动力及传动系统、制动系统、转向系统、悬挂系统都需要进一步的应用新技术来更好的达成车辆设计目标。作为未来制动系统的终极形式之一，线控机械制动系统（electro-mechanicalbrake，EMB）具有很高的研究价值，未来EMB会为车辆制动系统带来巨大的变革，且会为车辆的智能控制提供良好的条件。
1线控机械制动系统
当下线控制动系统主要有线控液压制动系统（electro-hydraulicbrake，EHB）、线控机械制动系统及混合线控制动系统三种物理形式，其中混合线控制动系统的主流布置形式为前轮采用线控液压制动系统、后轮采用线控机械制动系统。而作为传统制动系统的过渡应用产品，线控液压制动系统保留了原有的液压制动零部件，只是更换了系统的初始信号触发及传送装置。而混合线控制动系统的技术应用建立在对EMB及EHB技术的深度学习之上。
1.1EMB系统组成
线控机械制动系统毫无保留的删减了传统制动系统中的液压零部件，使用电机加减速机构作为制动执行器对车轮进行制动动作，这种形式可以充分的利用电子制动的优势。系统主要由以下五个模块组成[1]：1）电源模块，2）电控模块，3）车载通讯网络模块，4）车轮制动执行器模块，5）电子制动踏板模块。线控机械制动系统结构见图1。
1.2EMB工作原理
当汽车在不同工况上行驶时，如有产生减速需求时，驾驶员会踏下电子制动踏板，电子制动踏板上的传感器具备检测踏板位移及其变化率、角度等功能并将此等信号经车载网络传递给电控模块（ECU）。然后电控模块会依据来自电子制动踏板的制动信号并结合相应的意图识别算法识别出驾驶员的制意图及相应的制动强度，该结果经工况判断模块求解出当下路面的最佳滑移率。然后经制动力分配模块求解出当下路面上各个车轮的转矩分配情况并分配给每个车轮，再通过车载网络将各车轮所需的制动力信号传递到各车轮的制动控制器，此时制动控制器按照目标制动力的大小来操纵电动机输出对应大小的力矩来对车轮实施适当的减速动作。
2EMB系统的特点
目前，由于国家法规的要求，汽车企业迫于成本控制，因此线控液压制动系统的应用程度更广些，但在汽车制动性能方面线控机械制动比线控液压制动系统更有优势，其特点具体表现为以下几点：1）重新定义了车辆制动系统结构组成。包括触发机构、传递机构以及制动执行器都发生了不同程度的变革。2）制动响应快。由于触发机构及制动执行器都使用车载网络进行通信，比传统的机械和液压制动装置要快，从而反映到制动过程中就可以很大程度上缩短了制动响应时间。3）易于与其他控制模块进行集成，由于线控机械制动系统采用模块化理念，各个系统之间都可以衔接在同一个芯片上进行集成。4）需要进行系统冗余设计，不论是物理冗余设计或是软件冗余设计，其容错设计是当下急需解决的问题。
3关键技术分析
虽然线控机械制动系统相对于传统制动系统乃至线控液压制动系统都具有很大的优势，但是其仍然存在很多问题亟待解决[2]。
3.1制动踏板模块相关研究
作为直接反映驾驶员驾驶意图的操作机构，电子制动踏板、转向盘及加速踏板的意图识别研究需要进一步提高。在不同工况下,需要准确及时的识别出驾驶员的驾驶意图，其中不仅包括对于不同工况的单一意图识别，还包括制动、转向及加速意图的混合融合识别。同时，传统车辆在制动及转向时会有一定的踏板力反馈及转向盘力反馈，因此线控机械制动踏板还需要设置制动踏板感觉模拟器。因此当下对于电子制动踏板模块的研究主要集中于制动意图识别[3]及踏板感觉模拟器上面[4]。
3.2制动力矩分配策略
当驾驶员的制动意图被准确识别以后，制动意图识别器需要输出相应的制动意图及期望制动强度，不同于传统制动系统，线控机械制动系统需要根据车辆的各个车轮的载荷分布情况，合理准确地分配各个车轮的制动力，以期各个车轮都能够达到最优滑移率控制效果。尤其是当驾驶员的意图表现为转向加制动时，控制器不仅需要满足车辆纵向制动需求，还需要满足车辆横向附加横摆力矩的要求，因此合理、高效的制动力矩分配策略对于提升车辆制动效能、操纵稳定性都有很大的促进作用。
3.3车辆状态参数预测研究
对于上述车辆制动力矩分配策略方面的阐述，需要同时用到许多变量的数据，且有些变量如车辆质心车速、轮胎纵向制动力、轮胎横向制动力、车辆质心侧偏角、轮胎侧偏角、制动器制动力等都需要进行准确的测量，才能够实时准确高效的控制车辆动作[5]。但是由于汽车企业制造成本的限制，且对应有些变量的传感器价格昂贵，因此在不同工况下对于这些变量的准确预测则变得相当重要。
3.4控制器算法研究
当上述车辆参数可以准确获取时，车辆控制器便可以快速准确的控制车辆运动。因此对于车辆这种不确定性非线性系统来讲，其控制方法需要深入研究，当下对于不确定性非线性系统的控制方法有线性化控制、自适应控制、滑模控制、神经网络控制、模糊控制等，这些控制方法各有优劣，取其所长，优劣互补，即混合几种控制方法进行综合控制时当下研究的主要思路。
3.5车用电源系统
在当前线控技术的研究工作中，车用42V电源系统的研发是阻碍当前线控技术进步的一个因素，而选择42V电源系统是有一定的缘由的，1）由于传统12V电源系统无法满足车辆驱/制动系统的驱/制动力需求，而42V的电源系统可以提供相应的驱/制动力。2）42V是现有电压14V的整数倍3倍，在电池组的组装方面是方便的，只需要采用12V铅酸电池进行组合即可达到目的电压。3）人体的安全电压为60V，即使加上电压的波动，汽车电压系统42V也在人体所能承受的安全电压范围之内的。
4结语
迫于生产成本、物理可靠性等因素的限制，目前还不能量产装有线控机械制动系统的车辆，但是鉴于其在车辆结构、控制响应时间、软件可集成等方面的优势，日后随着各学科的技术不断发展，装有线控机械制动系统的车辆定会为无人驾驶、智能网联汽车的早日应用奠定基础。
参考文献：
[1]何磊.基于路面在线识别的线控制动系统制动力控制策略研究[D].湖南大学，2016.
[2]彭晓燕，吕以滨，何磊.基于滑移率的线控制动系统制动力分配策略研究[J].中国机械工程，2016，27（17）：2407-2412.
[3]尘帅，王吉忠，张西龙，吕林，郑龙月.面向车辆纵向动力学控制的制动意图识别综述[J].河北科技大学学报，2019，40（02）：105-111.
[4]姬芬竹，周晓旭，朱文博.线控制动系统踏板模拟器与制动感觉评价[J].北京航空航天大学学报，2015，41（06）：989-994.
[5]陈鹏飞.汽车动力学控制系统中的状态参数实时估计与工程应用[D].吉林大学，2018.
作者：尘帅 单位：青岛理工大学机械与汽车学院
线控机械制动系统关键技术研究 来源：网络整理
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