電子機械式制動執行器硬件在環仿真論文

　　隨著電子化的深入，出現了以網絡通信為基礎的更加高效、節能的線控技術（)-b-wire)。結合線控技術和汽車制動系統而成的線控制動(brak-by-wire，BBW)，也稱為電子機械制動（-lectr-mechanicalbraking，EMB)，改變傳統液壓或氣壓制動執行元件為電驅動元件，由于電驅動系統的可控性好、響應速度快的特點，電子機械制動系統顯現出良好的發展前景。

　　1汽車電子機械制動系統的發展現狀

　　目前電子機械制動技術已成為國外企業和研究機構的研究熱點。在1999年的法蘭克福車展上,Bosch公司展出了被認為是電子機械制動系統前身的電子液壓制動系統（electr-hydraulicbraking，EHB)。此后Bosch和Daimle-Chry-ler就在研究用于商業的EHB系統。目前已經有一些廠商將EHB系統應用到汽車的批量生產中，如2004奔馳CLK敞篷版、SL500。

　　從20世紀90年代起，一些著名的汽車電子零部件廠商陸續開始了與電子機械式制動系統相關的研究，Bosch、Siemens和ContinentalTeves這3家公司都取得了各自的研究成果，并申請了一系列專利，TRW也在進行電子機械制動系統(線控制動系統）的研究。ContinentalTeves公司已經有了比較成型的試驗品，推出了幾代電子機械式制動執行器。目前EMB仍在試驗階段中,并無批量裝車產品進入市場，國內在這方面的研究剛剛起步。

　　2電子機械制動系統介紹

　　圖1中為電子機械制動系統示意圖。與傳統的液壓制動系統相比，電子機械制動系統中，電源代替了液壓源，機電作動器代替了液壓作動裝置。EMB系統的中央電子控制單元根據電子踏板模塊傳感器的位移和速度信號，并且結合車速等其它傳感器信號，向車輪制動模塊的電機發出信號控制其電流和轉子轉角，進而產生需要的制動力,以達到制動的目的。

　　3硬件在環仿真系統構建方案

　　硬件在環仿真系統的基本構成可分為4個部分:實物、模型、接口系統以及交互式的實時監控系統。

　　對于電子機械式制動執行器的硬件在環仿真，就是把制動執行器以實物的形式通過相應的接口管理系統與處理器中的車輛模型聯系起來,使其在虛擬的'制動環境下工作。車輛及其各子系統的建模米用Matlab/Simulink軟件，模型的實時仿真計算及接口由dSPACE公司的Autc-box和DS1005控制器板完成，仿真系統的監控由系統分析軟件ControlDesk來完成。監控系統的存儲、輸出及結果的圖形化顯示。圖2為電子主要完成系統仿真的控制、參數的在線調整、數據機械制動執行器硬件在環仿真系統框圖。

　　4系統數學模型的建立

　　為簡化問題研究，采用單輪車輛系統模型，如圖3,忽略空氣阻力和車輪滾動阻力。

　　5模糊控制器設計

　　防抱死控制要求在各種不同的路面及不同的氣候條件下，均能在最少的時間和最短的距離內使車輛制動停車。模糊控制恰好適應了制動過程中車輛工況的多變及輪胎的非線性系統的控制，并具有魯棒性強的優點。

　　對于基于滑移率控制的汽車防抱死特性來說，要求制動時使車輪滑移率維持在最佳的期望滑移率點K附近。系統的誤差定義為VK，誤差的變化率定義為(E-E-^/T。式中.-T為采樣間隔；EEC為系統的輸入量;輸出控制參數選用力矩電機電流的變化量U。滑移率控制即為比較典型的雙輸入單輸出模糊控制系統。實現系統的模糊控制算法一般采用Mam~dain推理法，由此求出控制表，將此表預置于控制器中，從而實現實時控制。

　　圖4~6分別為模糊控制器的2個輸入參變量和1個輸出控制參變量的隸屬度函數，全部米用靈敏度較高的三角形函數，變量的等級是5級。參變量所代表的語言值為：NB為負大;NS為負小;ZE為零;PS為正小；PB為正大；DTB為快速減小電機控制信號；DTS為低速電機控制信號;HOLD為保持電機控制信號；/TS為低速増大電機控制信號;/TB為快速増大電機控制信號。以滑移率為控制對象的ABS模糊控制系統是較典型的雙輸入單輸出模糊控制系統，其模糊控制規則的形式為1‘IFEandECthenU5’。根據手動控制策略，總結出25條模糊控制規則，如表1所列。

　　6電子機械式制動執行器的硬件在環仿真硬件在環仿真過程中，根據式（1)~(4)建立的車輛仿真模型，保持電源電壓24V不變。圖7~11為制動初速度20m/s,基于模糊控制的電子機械式制動執行器硬件在環仿真結果與在Ma-lab/Simulink環境下所得到仿真結果的對比曲線，分別選取電子機械制動系統防抱死制動過程中滑移率變化、車速和輪速變化、制動器制動力矩、電機控制器輸入信號和電機線圈電流的變化作為對比參數。

　　從硬件在環仿真與Matlab/Simulink仿真的對比曲線可以得出以下結論:Simulink仿真結果表明系統取得良好的控制效果，滑移率控制在期望值附近，并在較短的時間內減速直至停車;制動過程中，硬件在環仿真與Simulink仿真結果基本相同一曲線基本重合，可見硬件在環仿真的制動控制效果良好，說明電子機械式制動執行器原理機的設計是合理的;從對比曲線可以看出，硬件在環仿真所得的曲線的上升時間及穩定時間比Simulink仿真時要小，而控制的超調量卻大，這是由于電子機械制動系統的反應速度要比傳統的液壓制動要快，而電子機械制動系統的機械慣性較液壓系統大所造成的。

　　7結束語

　　電子機械制動技術是一種全新的制動理念，極大的提高了汽車的制動安全性。它代表了汽車制動技術的發展趨勢，在未來數十年內擁有十分廣闊的市場前景，具有極高的社會價值和經濟價值。本文介紹了電子機械制動系統的發展及其基本結構，運用硬件在環仿真技術對所建立的車輛模型和電子機械式制動執行器進行研究和試驗。通過對電子機械式制動執行器硬件在環仿真結果與在Matlab/Simulink環境下所得到仿真結果的對比表明，控制算法適用于電子機械制動系統，制動執行器反應速度及輸出性能滿足車輛制動防抱死特性的要求，驗證了電子機械制動技術的可行性，為電子機械制動系統的進一步研究開發及整車試驗提供了理論及試驗依據。

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