2021年汽车电子机械制动执行器的研制及压力估算研究论文

1、汽车电子机械制动执行器的研制及压力估算研究论文 随着人们对汽车安全性能要求的提高，汽车电子机械制动(EMB)巳成为国外汽车零部件厂商及整车厂的研究热点1，2。作为制动系统的发展趋势，EMB改变了汽车制动系统的工作模式，通过机电传动代替了传统的液压回路，具有传动效率高、节能、环保的优点，但同时也对其可靠性提出了很高的要求。为了提高系统的可靠性，传统方法是采用硬件备份，这不仅会增加EMB执行器的体积、质量，还会增加成本，因此在不增加成本的前提下来提高EMB执行器的可靠性巳成为研究EMB的一个焦点3?。本文针对某轿车研制EMB执行器，给出EMB执行器的设计流程，并从降低执行器成本、质量及增加可靠性的

2、角度出发，搭建了EMB执行器压力估算试验台， 得到了压力估算的两种方法，为实现压力的估算提供了依据。 电机采用空心轴式结构，丝杠从电机中间穿过，以减小执行器的轴向尺寸；减速装置为2Z-X型行星齿轮减速机构，太阳轮与电机转子相连，作为输入;输出是与丝杠相连的行星架，丝杠推动螺母在电机的内孔中运动，螺母端部与制动衬片相连。该EMB执行器工作原理是，施加电压后，电机带动行星齿轮减速装置运动，然后通过滚珠丝杠将旋转运动转化为直线运动，从而推动制动衬片运动以压紧制动盘从而产生制动压力。 EMB执行器的设计 _流程如图2所示。设计 _过程主要分两个部分：执行器理论设计、市场调研及执行器研制与装配。本文所选

3、目标车型轮缸的最大制动压强为12MPa,活塞直径为48mm。为保证制动钳与制动盘充分脱开,选定EMB的制动间隙为0.3mm,消除制动间隙的时间为0.1s。所设计EMB执行器的参数见表1所列。 EMB执行器的压力估算是通过试验得到EMB执行器压力与电机电流、丝杠位移的关系后进行的。本文以Matlab/xPCTarget _为平台搭建了EMB 执行器压力估算试验台，其原理如图3所示。主机为PC机，主要用来接收目标机传回的数据，以进行 分析处理；目标机是研华610H工控机，其作用是作为I/O板卡的载体，完成各种 _的采集。 EMB执行器压力估算试验台原理压力 _是与压力大小成正比的电压 _，它通过

4、_在丝杠螺母与制动衬片之间的压力传感器测量得到；电流 _是与电机母线电流大小成正比的电压 _，它是通过串联在电机电路中的大功率小阻值的采样电阻得到的；丝杠位移是通过测量消除间隙后电机转过的角度，然后经过转换得到的，电机转过的角度通过测量电机霍尔传感器 _得到。本文所采用的电机为三相四极对无刷直流力矩电机，其有3个霍尔传感器。根据无刷直流电机的工作原理知，该电机转过90,霍尔传感器的输出 _有6种组合状态，即每个状态对应角度为15。电机转角与丝杠位移之间的关系为： &=9m/l(1) S=9L/2n(2) 式中，9m为电机转轴的角位移；e为丝杠转过的角度;l为减速装置减速比；S为丝杠位移；L为丝

5、杠的螺纹导程 试验台采用的数据采集卡为研华PCL-818HD和研华PCL-727,其中PCL-818HD通过AD来采集 压力传感器及电流采样电阻传来的电压 _；PCL-727通过DI采集电机的3个霍尔传感器输出的 _以计算丝杠位移。试验台的组成如图4所示。 研究EMB执行器压力估算的目的有两个：一是用来进行执行器压力估算，以省掉 _昂贵的压力传感器，从而减小执行器的体积、质量；二是实现压力 _的冗余检测，从而增加EMB执行器的可靠性。试验方法是，分别给电机施加不同的电压，使执行器运动，并测量电机堵转后各参数的值。本文共设置了13组试验，每组试验做3次，然后求取平均值，试验结果见表2所列。 根据

6、所测得的数据在Matlab中进行拟合，对于由于无刷直流力矩电机的特性是电流与输出力矩成线性关系，所以电机电流与压力的关系采用1阶拟合，公式如下： F=2.197I-0.74(3) 式中，F为EMB执行器压力；I为电机电流。 根据各数据点在坐标系中的分布知，丝杠位移与压力不成线性关系,所以进行高阶拟合。拟合时发现，3阶以上拟合与3阶相似，所以本文以2、阶拟合为例说明，公式如下： F=7.66S2+7.57S-1.187(4) F=-31.75S3+62.24S2-19.31S+2.0607(5)拟合曲线分别如图5图7所示，相应的相关系数分别为0.9977、0.9638、0.9722。由相关系数可知，3种情况都能达到较高的精度，且通过电机电流来估算EMB执行器压力的精度较高；压力与位移之间的2阶拟合精度比3阶拟合略差，但3阶拟合时曲线不与位移成单调递增的关系，与实际情况不符，且3阶以上拟合与3阶类似，所以压力与位移的关系取2阶拟合。另外，虽然通过电机电流进行压力估算精度较高,但是在试验过程中发现电流测量受外界干扰较大，所以实际应用时，应该采用电流估算为主、以位移估算为辅的冗余压力估算策略，从而提高EMB执行器的可靠性。 a.针对某轿车研制了EMB执行器，并给出了EMB执行器的设计流程。 b.搭建了EMB执行器的压力估算试验台，进行了压力估算试验。