汽车制动系统机电一体化的应用

　　《机电设备》的专业范围涉及工业设备、电气自动化、液压与气动、制冷与空调、环保机械、物流机式、柴油机、泵、阀、风机、压缩机、船舶辅助机械以及船舶电气设备等。编辑部还与国际技术传媒合作，逐渐增加杂志中有关国外先进应用技术的报导和市场信息。读者对象为从事于机电设备研究，开发、应用、维修管理，以及机电产品营销，采购人员、工程技术人员和理工专业的大专院校师生。

　　引言

　　在电子信息技术的不断发展下，机电一体化技术也在飞快发展，它是集信息技术、机械技术、微电子技术、接口技术、软件编程技术、传感器测试技术等先进技术为一体的技术，可以有效提升机电产品的智能化水平。在机械制造行业中应用机电一体化技术可以有效提升生产效率，保证产品质量。

　　1汽车制动系统机电一体化简介

　　汽车制动最初采用了机械制动，后来发展为液压制动，并成为一种广泛应用的制动模式。随着机电一体化技术的快速发展，科技人员将机电一体化技术应用到汽车制动系统上，研发出一种完全靠电路控制、不需要油液的汽车制动系统，称为BBW系统。BBW系统完全舍弃了传统的液压制动，无压缩空气和液压油，整个系统连接机械很少，无液压运输管道，全程采用电路电流进行能量传递，借助数据线传送制动信号。

　　2机电一体化技术应用优点

　　(1)安全性高。通过设定报警、检测、保护等程序，遇突发状况可以快速启动保护模式，防止事故发生。(2)数字化特性明显。机电一体化的高数字化特性使得其具有很高的生产性能，可以高效提升机械加工的精准度。(3)实用性高。机电一体化技术可以通过快速编辑程序，利用数字化加工技术快速实现机械加工，方法简单有效。(4)应用范围广泛。机电一体化技术具备多样性功能，在很多领域有着广泛的应用，该技术适应能力非常好，具有广阔的市场前景。

　　3BBW系统中机电一体化的应用案例

　　3.1BBW系统工作原理汽车发出驻车制动信号时，借助踩踏制动脚踏板，将制动信号传输至中央电控单元，通过电控机械制动控制单元进行电机开启操作。电机通过皮带驱动丝杆和斜盘齿轮，使得旋转丝杆的螺母沿着丝杆螺纹方向转动，和制动器活塞紧密触碰，加速制动摩擦片发生挤压，并挤压至制动盘上。待完成上述流程后，挤压作用造成密封圈发生变形，进而使得电机电流快速升高，故整个制动过程需及时借助制动控制单元对电机电流开展动态监测，一旦电路电流超过固定额度，制动控制单元将及时自动断开电机的供给电流。当制动操作完成后，旋转螺母将顺着丝杆方向旋转到原来的位置，迅速释放活塞压力，降低制动盘的失衡度，进而促进活塞回到原来状态，使得摩擦片和制动盘分开.3.2BBW系统结构汽车全电路制动BBW系统分为三部分：车轮制动单元、中央电子控制模块、电子踏板单元。

　　(1)车轮制动单元。车轮制动部分主要由制动执行器和制动执行器ECU两部分构成。该制动单元通过电路的电力能量进行电子控制和制动，因此系统输入电信号和功能电流信号。借助电流或电子转子的转角进行系统制动夹紧力的预估，因外界环境因素及器件破损原因，在预算系统制动夹紧力时，除了该估算指标外，还需配合力矩传感器和集成力对系统的制动力或制动力矩进行实时估算，以提升系统制动的准确性。

　　(2)中央电子控制模块。这是BBW系统的主要控制部分，通过对自制动踏板传达的汽车制动信号进行反应，借助制动器调节进行汽车制动;通过对驻车制动信号进行反应，及时完成驻车制动;通过对车轮传感器信号进行分辨，来判定车轮状况，确认是否出现抱死、打滑问题，进而及时做出处理，采用制动控制车轮制动力，进而对汽车的抱死和驱动打滑进行预防。(3)电子踏板单元。全电路制动控制的BBW系统摒弃了传统液压制动系统的机械式传力结构、液压油及真空助力器，借助踏板模拟器对踏板上力和速度进行转变，并以电信号方式传输到中央处理器(ECU)。通过对踏板模拟器输入、输出等特性曲线的认真分析研究，可以很好地了解驾驶员的驾驶习惯，借助人体工程学的技术应用，最大程度提升汽车舒适性和安全性，高效提升汽车制动速度和距离。3.3BBW系统技术要点(1)系统执行器能量需求。通常鼓式制动执行器所需功率为100W，盘式制动执行器所需功率达1kW;常用的12V车辆电气系统通常无法满足电气制动的高功率要求，可选择搭建42V电压系统，电压升高会造成安全隐患，故设计时需考虑高电压带来的安全问题。

　　(2)容错需求。BBW系统因完全摒弃了传统的液压元件系统，故没有独立后备执行系统。虽然容错系统的安全性问题可以通过很多种技术进行缓解，但最根本方法还是配置后备执行系统。若节点、电子控制单元等出现问题，在保持现有系统完整性的基础上，可以通过启动装置的后备执行系统进行汽车运行的调整。

　　(3)抗干扰问题。汽车在实际运行时可能会遇到各类故障信号，故汽车需设置抗干扰控制系统。目前，常见抗干扰控制系统包括对称式和非对称式两种，其中对称式抗干扰控制系统是借助两个相同CPU、相同运算程序进行制动信号分析，并及时采取相应处理措施;非对称式抗干扰控制系统则是借助两个不同CPU、不同运算程序进行制动信号分析，并及时采取相应处理措施。两种方法各有侧重点。

　　(4)自动控制技术的应用。BBW系统的汽车，通过机电一体化技术和自动控制技术的应用，实现了汽车实时的精准定位，并可及时补偿能耗，同时能自动调节汽车运行状态，提升汽车运行的安全效率。

　　(5)驱动技术要求。汽车的BBW系统中，机电一体化技术的应用主要通过系统执行元件来完成汽车制动需求，当脚踏板传送制动信号后，通过电信号的传递，控制系统可实时接收制动信号并发出制动指令，通过执行元件将制动指令及时传递给执行单元，开展制动执行，同时将制动执行效果实时返送回控制中心。3.4BBW系统制动实效通过四个阶段的运行比较，相较于传统制动系统，全电路制动控制的BBW系统在第二阶段的反应速度方面有显著提高。究其原因，主要是本阶段使用了更先进的电能制动器，有效降低了制动力产生的时间。实践监测发现，全电路制动的BBW系统制动力增加周期不超过0.05s。第三阶段全电路制动系统因其和汽车防抱死系统具有较高的协调配合度，使得汽车制动距离更短。第四阶段全电路制动系统因使用了电能制动器，制动力消失时间更短。

　　4结语

　　综上所述，在汽车制动系统中应用机电一体化技术比传动的制动技术有更多优势，由于智能化程度比较高，机电一体化技术制动灵敏度和制动效果显著提升。此外，全电路制动系统可以和其他控制系统更好地协调，从而显著提升汽车制动安全性。

　　[参考文献]

　　[1]孙卫清，李建勇.机电一体化技术[M].2版.北京：科学出版社，2009.

　　[2]关文达.汽车构造[M].北京：机械工业出版社，2009.