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轎車(chē)電子機(jī)械制動(dòng)系統(tǒng)的建模及評(píng)價(jià)
轎車(chē)電子機(jī)械制動(dòng)系統(tǒng)的建模及評(píng)價(jià)
摘 要：隨著汽車(chē)電子技術(shù)的不斷發(fā)展，許多新興的電子制動(dòng)系統(tǒng)逐漸的涌現(xiàn)了出來(lái)，在實(shí)現(xiàn)社會(huì)高效、節(jié)能、環(huán)保的發(fā)展要求的同時(shí)，也給電子制動(dòng)系統(tǒng)的應(yīng)用帶來(lái)了影響。
本文針對(duì)轎車(chē)電子機(jī)械制動(dòng)系統(tǒng)的應(yīng)用情況進(jìn)行探討，分別從其發(fā)展過(guò)程、數(shù)據(jù)建模以及計(jì)算機(jī)仿真試驗(yàn)進(jìn)行了深入探討，以供同行參考。
關(guān)鍵詞：電子機(jī)械;轎車(chē);制動(dòng)系統(tǒng);零件;建模
近年來(lái)，伴隨著線控技術(shù)的不斷成熟，越來(lái)越多的電子技術(shù)被應(yīng)用在制動(dòng)系統(tǒng)當(dāng)中，采用電子信息的方式來(lái)取代過(guò)去機(jī)械、液壓、啟動(dòng)的系統(tǒng)連接方式被逐漸被人們接受，并得到大力推廣。
線控技術(shù)不僅僅是連接方式的變化，而且還包含量了汽車(chē)操縱機(jī)構(gòu)、操作方式的變化，更是汽車(chē)執(zhí)行結(jié)構(gòu)變動(dòng)的指導(dǎo)基礎(chǔ)，線性技術(shù)的應(yīng)用為汽車(chē)技術(shù)的研發(fā)提供了新的參考理念。
這種技術(shù)的應(yīng)用具備著眾多的優(yōu)勢(shì)，也符合了汽車(chē)發(fā)展的安全、節(jié)能、環(huán)保等主題要求，是未來(lái)制動(dòng)系統(tǒng)發(fā)展的主要方向之一。
一、汽車(chē)制動(dòng)系統(tǒng)發(fā)展概述
在當(dāng)前的社會(huì)發(fā)展中，做好電子技術(shù)對(duì)機(jī)械系統(tǒng)的研究有助于縮短我國(guó)與國(guó)外制動(dòng)技術(shù)之間的差距，對(duì)于未來(lái)我國(guó)汽車(chē)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展有著重要的意義，同時(shí)也是促進(jìn)我國(guó)汽車(chē)產(chǎn)業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力、提高汽車(chē)零部件生產(chǎn)的重要手段。
汽車(chē)制動(dòng)系統(tǒng)作為汽車(chē)結(jié)構(gòu)中最為關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，其具體內(nèi)容如下：
1、汽車(chē)制動(dòng)系統(tǒng)分析
汽車(chē)制動(dòng)系統(tǒng)是汽車(chē)上用以使外界(主要是路面)在汽車(chē)某些部分(主要是車(chē)輪)施加一定的力，從而對(duì)其進(jìn)行一定程度的強(qiáng)制制動(dòng)的一系列專(zhuān)門(mén)裝置。
2、汽車(chē)制動(dòng)系統(tǒng)的發(fā)展
汽車(chē)制動(dòng)系統(tǒng)是汽車(chē)結(jié)構(gòu)中至關(guān)重要的問(wèn)題，它直接關(guān)系到車(chē)輛行駛安全和車(chē)輛的性能。
隨著現(xiàn)代汽車(chē)速度的不斷提高，制動(dòng)系統(tǒng)的重要性越來(lái)越突出。
就當(dāng)前的制動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行分析，其是由制動(dòng)器、制動(dòng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)共同組成的，而制動(dòng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)又包含了功能裝置、控制裝置、傳動(dòng)裝置、動(dòng)力調(diào)節(jié)裝置等。
回顧汽車(chē)制動(dòng)系統(tǒng)的發(fā)展歷程，我們可以發(fā)現(xiàn)制動(dòng)系統(tǒng)在發(fā)展的過(guò)程中，工作重點(diǎn)主要是集中在制動(dòng)器、制動(dòng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的功能和傳動(dòng)裝置研究中，其發(fā)展經(jīng)歷了人力傳動(dòng)、伺服傳動(dòng)、動(dòng)力傳動(dòng)、氣壓式傳動(dòng)等發(fā)展歷程。
時(shí)至今日，在汽車(chē)傳動(dòng)系統(tǒng)的應(yīng)用已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了以電子技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為的高效、節(jié)能傳動(dòng)方式，為當(dāng)前社會(huì)發(fā)展指明了新方向。
3、電子機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)分析
近年來(lái)，伴隨著線控技術(shù)的日益成熟，汽車(chē)傳動(dòng)系統(tǒng)逐漸實(shí)現(xiàn)了以電子控制為主的發(fā)展新時(shí)期。
這一系統(tǒng)的出現(xiàn)可謂是一個(gè)全新的傳動(dòng)機(jī)制，可謂是實(shí)現(xiàn)了制動(dòng)驅(qū)動(dòng)、制動(dòng)傳動(dòng)以及傳動(dòng)裝置的革新。
電子傳動(dòng)系統(tǒng)是一個(gè)高質(zhì)、高效的傳動(dòng)體系，它取消了傳統(tǒng)的液壓傳動(dòng)系統(tǒng)，是利用電機(jī)為基礎(chǔ)提供動(dòng)力能源，以電信號(hào)傳輸駕駛員的控制意圖，從而實(shí)現(xiàn)執(zhí)行機(jī)構(gòu)和常規(guī)的制動(dòng)器。
在汽車(chē)運(yùn)行的過(guò)程中，駕駛員通過(guò)踩下腳下的電子踏板，從而使得電子踏板傳輸出信號(hào)，進(jìn)而控制各個(gè)汽車(chē)元件，使得汽車(chē)元件做出相應(yīng)的工作。
二、電子機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的建模和研究
近年來(lái)，隨著我國(guó)人民生活水平的提高，我國(guó)的汽車(chē)工業(yè)發(fā)展十分迅速，一躍成為世界第二汽車(chē)銷(xiāo)售大國(guó)。
但是我國(guó)的汽車(chē)業(yè)水平而言，其與發(fā)達(dá)國(guó)家相比較存在著顯著的差距，無(wú)論是整車(chē)還是汽車(chē)零件的關(guān)鍵技術(shù)，都無(wú)法與發(fā)達(dá)國(guó)家相比。
尤其是在制動(dòng)系統(tǒng)上，其差距更為突出，為此做好電子機(jī)械傳動(dòng)技術(shù)的研究十分關(guān)鍵，這也符合我國(guó)低碳、節(jié)能、環(huán)保、高效的社會(huì)發(fā)展要求。
1、1/4車(chē)輛制動(dòng)模型的建立
汽車(chē)本身就是一個(gè)復(fù)雜的機(jī)電系統(tǒng)，且是一個(gè)工作環(huán)境復(fù)雜、變化多端的系統(tǒng)，因此要想建立一個(gè)準(zhǔn)確的模型是非常困難的。
為此，在工作中為了簡(jiǎn)化建模工作，降低建模難度通常都是采用1/4車(chē)輛制動(dòng)模型的方式來(lái)進(jìn)行工作的。
在建模工作中，通常需要從以下方面進(jìn)行分析：首先，汽車(chē)的質(zhì)量要能夠均勻的分布在每一個(gè)輪胎之上;其次，汽車(chē)可以認(rèn)為是處于一個(gè)平坦地面上行駛的;再次;忽略汽車(chē)的橫擺運(yùn)動(dòng)以及側(cè)傾運(yùn)動(dòng);第四忽視了輪胎的作用。
2、輪胎模型
汽車(chē)的運(yùn)動(dòng)依賴(lài)于輪胎所受的力，例如，縱向制動(dòng)和驅(qū)動(dòng)力、側(cè)偏力和側(cè)傾力、回正力矩及翻轉(zhuǎn)力矩等，所有這些都是滑移率、側(cè)偏角、垂直載荷、道路摩擦系數(shù)和汽車(chē)運(yùn)動(dòng)速度的函數(shù)。
如何精確而有效地表達(dá)這種函數(shù)關(guān)系，一直是輪胎模型所探討的問(wèn)題。
輪胎模型一般分為兩種，一種是物理模型(理論模型)，即通過(guò)對(duì)輪胎結(jié)構(gòu)和形變機(jī)制的數(shù)學(xué)描述，建立剪切力和回正力矩與相應(yīng)參數(shù)的函數(shù)關(guān)系。
與理論模型相對(duì)照的是經(jīng)驗(yàn)公式和半經(jīng)驗(yàn)公式，它是通過(guò)對(duì)大量的輪胎力特性的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸分析，將輪胎力特性通過(guò)含有擬合參數(shù)的公式有效地表達(dá)出來(lái)。
3、執(zhí)行機(jī)構(gòu)模型
3.1 無(wú)刷直流力矩電機(jī)模型
無(wú)刷直流力矩電機(jī)的電樞電壓恒定，電機(jī)控制器根據(jù)輸入的控制信號(hào)，向電機(jī)供給相應(yīng)的電流，即I=Kk·V;其中式中：I 為電機(jī)的線圈端電流，A ;ν 為輸入的控制信號(hào)，V;Kk為控制信號(hào)與線圈端電流之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系，A/ V。
3.2 滾珠絲杠與制動(dòng)摩擦塊模型
電機(jī)通過(guò)行星齒輪減速器驅(qū)動(dòng)滾珠絲杠副，將電機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為絲杠的直線運(yùn)動(dòng)，壓緊摩擦塊對(duì)制動(dòng)盤(pán)施加壓力。
3.3 執(zhí)行機(jī)構(gòu)整體建模
機(jī)械執(zhí)行機(jī)構(gòu)由無(wú)刷直流力矩電機(jī)及其控制器、行星齒輪減速器、滾珠絲杠和制動(dòng)蹄塊等組成，在前面各節(jié)中對(duì)各部分進(jìn)行了分析和數(shù)學(xué)建模，并由此推導(dǎo)出了各部分的傳遞函數(shù)。
3.4 建模分析
總的來(lái)說(shuō)，系統(tǒng)制動(dòng)力變化的過(guò)程中，由于機(jī)構(gòu)內(nèi)部的靜摩擦，力的改變呈階梯性變化，制動(dòng)力的精確控制帶來(lái)了很大的難度。
更重要的是，由于機(jī)構(gòu)輸入增大和減小時(shí)輸出都存在有較大的滯后，特別是輸入減小時(shí)輸出的大滯后性和突變性，給機(jī)構(gòu)的精確控制帶來(lái)了很大的難題，另一方面也說(shuō)明機(jī)構(gòu)的逆效率很差，在一次加減力的過(guò)程中能量損失很大。
電子機(jī)械制動(dòng)系統(tǒng)開(kāi)環(huán)控制的制動(dòng)力輸出存在有、階梯和突降等現(xiàn)象，要想實(shí)現(xiàn)較好的輸入輸出線性跟隨，則必須得應(yīng)用反饋控制算法。
三、硬件仿真
電子機(jī)械制動(dòng)具有一系列的優(yōu)點(diǎn)，但是制動(dòng)力控制的效果能否滿(mǎn)足制動(dòng)系統(tǒng)的要求，電子機(jī)械制動(dòng)系統(tǒng)能否實(shí)際產(chǎn)品化，都還需要進(jìn)一步的檢驗(yàn)。
在發(fā)展中，利用所建的1/4 車(chē)輛仿真模型，利用dSPACE硬件在環(huán)仿真系統(tǒng)，對(duì)電子機(jī)械制動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行硬件在環(huán)仿真實(shí)驗(yàn)，檢驗(yàn)其能否滿(mǎn)足國(guó)標(biāo)對(duì)汽車(chē)制動(dòng)系統(tǒng)的要求，檢驗(yàn)其能否實(shí)現(xiàn)防抱死制動(dòng)控制策略。
四、結(jié)束語(yǔ)
電子機(jī)械制動(dòng)具有一系列的優(yōu)點(diǎn)，但是制動(dòng)力控制的效果能否滿(mǎn)足制動(dòng)系統(tǒng)的要求，電子機(jī)械制動(dòng)系統(tǒng)能否實(shí)際產(chǎn)品化，都還需要進(jìn)一步的檢驗(yàn)。
本章利用所建的1/4 車(chē)輛仿真模型，利用現(xiàn)代化硬件在環(huán)仿真系統(tǒng)，對(duì)電子機(jī)械制動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行硬件在環(huán)仿真實(shí)驗(yàn)，檢驗(yàn)其能否滿(mǎn)足國(guó)標(biāo)對(duì)汽車(chē)制動(dòng)系統(tǒng)的要求，檢驗(yàn)其能否實(shí)現(xiàn)防抱死制動(dòng)控制策略。
參考文獻(xiàn)
[1] 何仁，金文偉. 汽車(chē)電子機(jī)械制動(dòng)器的效能分析[J]. 江蘇大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版). 2007(03)
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