系統(tǒng)工程師論文汽車(chē)制動(dòng)系統(tǒng)機(jī)電一體化的應(yīng)用

　　這篇系統(tǒng)工程師論文發(fā)表了汽車(chē)制動(dòng)系統(tǒng)機(jī)電一體化的應(yīng)用，汽車(chē)制動(dòng)系統(tǒng)機(jī)電一體有效節(jié)約了傳感器和運(yùn)輸管道材料，大大降低了制動(dòng)反應(yīng)時(shí)間。論文介紹了機(jī)電一體化技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)點(diǎn)，并給出了3BBW系統(tǒng)中機(jī)電一體化的應(yīng)用案例。

　　摘要：隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，機(jī)電一體化技術(shù)在各行各業(yè)均得到了廣泛應(yīng)用，顯著提升了社會(huì)的生產(chǎn)效率?，F(xiàn)首先對(duì)汽車(chē)制動(dòng)技術(shù)的發(fā)展進(jìn)行介紹，然后分析機(jī)電一體化的內(nèi)涵和特點(diǎn)，最后對(duì)機(jī)電一體化技術(shù)在汽車(chē)制動(dòng)系統(tǒng)中的應(yīng)用進(jìn)行了探討。

　　關(guān)鍵詞：系統(tǒng)工程師論文,汽車(chē)制動(dòng)系統(tǒng),機(jī)電一體化,BBW系統(tǒng)

　　引言

　　在電子信息技術(shù)的不斷發(fā)展下，機(jī)電一體化技術(shù)也在飛快發(fā)展，它是集信息技術(shù)、機(jī)械技術(shù)、微電子技術(shù)、接口技術(shù)、軟件編程技術(shù)、傳感器測(cè)試技術(shù)等先進(jìn)技術(shù)為一體的技術(shù)，可以有效提升機(jī)電產(chǎn)品的智能化水平。在機(jī)械制造行業(yè)中應(yīng)用機(jī)電一體化技術(shù)可以有效提升生產(chǎn)效率，保證產(chǎn)品質(zhì)量。

　　1汽車(chē)制動(dòng)系統(tǒng)機(jī)電一體化簡(jiǎn)介

　　汽車(chē)制動(dòng)最初采用了機(jī)械制動(dòng)，后來(lái)發(fā)展為液壓制動(dòng)，并成為一種廣泛應(yīng)用的制動(dòng)模式。隨著機(jī)電一體化技術(shù)的快速發(fā)展，科技人員將機(jī)電一體化技術(shù)應(yīng)用到汽車(chē)制動(dòng)系統(tǒng)上，研發(fā)出一種完全靠電路控制、不需要油液的汽車(chē)制動(dòng)系統(tǒng)，稱(chēng)為BBW系統(tǒng)。BBW系統(tǒng)完全舍棄了傳統(tǒng)的液壓制動(dòng)，無(wú)壓縮空氣和液壓油，整個(gè)系統(tǒng)連接機(jī)械很少，無(wú)液壓運(yùn)輸管道，全程采用電路電流進(jìn)行能量傳遞，借助數(shù)據(jù)線傳送制動(dòng)信號(hào)。

　　2機(jī)電一體化技術(shù)應(yīng)用優(yōu)點(diǎn)

　　(1)安全性高。通過(guò)設(shè)定報(bào)警、檢測(cè)、保護(hù)等程序，遇突發(fā)狀況可以快速啟動(dòng)保護(hù)模式，防止事故發(fā)生。(2)數(shù)字化特性明顯。機(jī)電一體化的高數(shù)字化特性使得其具有很高的生產(chǎn)性能，可以高效提升機(jī)械加工的精準(zhǔn)度。(3)實(shí)用性高。機(jī)電一體化技術(shù)可以通過(guò)快速編輯程序，利用數(shù)字化加工技術(shù)快速實(shí)現(xiàn)機(jī)械加工，方法簡(jiǎn)單有效。(4)應(yīng)用范圍廣泛。機(jī)電一體化技術(shù)具備多樣性功能，在很多領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用，該技術(shù)適應(yīng)能力非常好，具有廣闊的市場(chǎng)前景。

　　3BBW系統(tǒng)中機(jī)電一體化的應(yīng)用案例

　　3.1BBW系統(tǒng)工作原理汽車(chē)發(fā)出駐車(chē)制動(dòng)信號(hào)時(shí)，借助踩踏制動(dòng)腳踏板，將制動(dòng)信號(hào)傳輸至中央電控單元，通過(guò)電控機(jī)械制動(dòng)控制單元進(jìn)行電機(jī)開(kāi)啟操作。電機(jī)通過(guò)皮帶驅(qū)動(dòng)絲桿和斜盤(pán)齒輪，使得旋轉(zhuǎn)絲桿的螺母沿著絲桿螺紋方向轉(zhuǎn)動(dòng)，和制動(dòng)器活塞緊密觸碰，加速制動(dòng)摩擦片發(fā)生擠壓，并擠壓至制動(dòng)盤(pán)上。待完成上述流程后，擠壓作用造成密封圈發(fā)生變形，進(jìn)而使得電機(jī)電流快速升高，故整個(gè)制動(dòng)過(guò)程需及時(shí)借助制動(dòng)控制單元對(duì)電機(jī)電流開(kāi)展動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，一旦電路電流超過(guò)固定額度，制動(dòng)控制單元將及時(shí)自動(dòng)斷開(kāi)電機(jī)的供給電流。當(dāng)制動(dòng)操作完成后，旋轉(zhuǎn)螺母將順著絲桿方向旋轉(zhuǎn)到原來(lái)的位置，迅速釋放活塞壓力，降低制動(dòng)盤(pán)的失衡度，進(jìn)而促進(jìn)活塞回到原來(lái)狀態(tài)，使得摩擦片和制動(dòng)盤(pán)分開(kāi).3.2BBW系統(tǒng)結(jié)構(gòu)汽車(chē)全電路制動(dòng)BBW系統(tǒng)分為三部分：車(chē)輪制動(dòng)單元、中央電子控制模塊、電子踏板單元。BBW系統(tǒng)的詳細(xì)結(jié)構(gòu)如圖1(1)車(chē)輪制動(dòng)單元。車(chē)輪制動(dòng)部分主要由制動(dòng)執(zhí)行器和制動(dòng)執(zhí)行器ECU兩部分構(gòu)成。該制動(dòng)單元通過(guò)電路的電力能量進(jìn)行電子控制和制動(dòng)，因此系統(tǒng)輸入電信號(hào)和功能電流信號(hào)。借助電流或電子轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)角進(jìn)行系統(tǒng)制動(dòng)夾緊力的預(yù)估，因外界環(huán)境因素及器件破損原因，在預(yù)算系統(tǒng)制動(dòng)夾緊力時(shí)，除了該估算指標(biāo)外，還需配合力矩傳感器和集成力對(duì)系統(tǒng)的制動(dòng)力或制動(dòng)力矩進(jìn)行實(shí)時(shí)估算，以提升系統(tǒng)制動(dòng)的準(zhǔn)確性。(2)中央電子控制模塊。這是BBW系統(tǒng)的主要控制部分，通過(guò)對(duì)自制動(dòng)踏板傳達(dá)的汽車(chē)制動(dòng)信號(hào)進(jìn)行反應(yīng)，借助制動(dòng)器調(diào)節(jié)進(jìn)行汽車(chē)制動(dòng);通過(guò)對(duì)駐車(chē)制動(dòng)信號(hào)進(jìn)行反應(yīng)，及時(shí)完成駐車(chē)制動(dòng);通過(guò)對(duì)車(chē)輪傳感器信號(hào)進(jìn)行分辨，來(lái)判定車(chē)輪狀況，確認(rèn)是否出現(xiàn)抱死、打滑問(wèn)題，進(jìn)而及時(shí)做出處理，采用制動(dòng)控制車(chē)輪制動(dòng)力，進(jìn)而對(duì)汽車(chē)的抱死和驅(qū)動(dòng)打滑進(jìn)行預(yù)防。(3)電子踏板單元。全電路制動(dòng)控制的BBW系統(tǒng)摒棄了傳統(tǒng)液壓制動(dòng)系統(tǒng)的機(jī)械式傳力結(jié)構(gòu)、液壓油及真空助力器，借助踏板模擬器對(duì)踏板上力和速度進(jìn)行轉(zhuǎn)變，并以電信號(hào)方式傳輸?shù)街醒胩幚砥?ECU)。通過(guò)對(duì)踏板模擬器輸入、輸出等特性曲線的認(rèn)真分析研究，可以很好地了解駕駛員的駕駛習(xí)慣，借助人體工程學(xué)的技術(shù)應(yīng)用，最大程度提升汽車(chē)舒適性和安全性，高效提升汽車(chē)制動(dòng)速度和距離。3.3BBW系統(tǒng)技術(shù)要點(diǎn)(1)系統(tǒng)執(zhí)行器能量需求。通常鼓式制動(dòng)執(zhí)行器所需功率為100W，盤(pán)式制動(dòng)執(zhí)行器所需功率達(dá)1kW;常用的12V車(chē)輛電氣系統(tǒng)通常無(wú)法滿足電氣制動(dòng)的高功率要求，可選擇搭建42V電壓系統(tǒng)，電壓升高會(huì)造成安全隱患，故設(shè)計(jì)時(shí)需考慮高電壓帶來(lái)的安全問(wèn)題。(2)容錯(cuò)需求。BBW系統(tǒng)因完全摒棄了傳統(tǒng)的液壓元件系統(tǒng)，故沒(méi)有獨(dú)立后備執(zhí)行系統(tǒng)。雖然容錯(cuò)系統(tǒng)的安全性問(wèn)題可以通過(guò)很多種技術(shù)進(jìn)行緩解，但最根本方法還是配置后備執(zhí)行系統(tǒng)。若節(jié)點(diǎn)、電子控制單元等出現(xiàn)問(wèn)題，在保持現(xiàn)有系統(tǒng)完整性的基礎(chǔ)上，可以通過(guò)啟動(dòng)裝置的后備執(zhí)行系統(tǒng)進(jìn)行汽車(chē)運(yùn)行的調(diào)整。(3)抗干擾問(wèn)題。汽車(chē)在實(shí)際運(yùn)行時(shí)可能會(huì)遇到各類(lèi)故障信號(hào)，故汽車(chē)需設(shè)置抗干擾控制系統(tǒng)。目前，常見(jiàn)抗干擾控制系統(tǒng)包括對(duì)稱(chēng)式和非對(duì)稱(chēng)式兩種，其中對(duì)稱(chēng)式抗干擾控制系統(tǒng)是借助兩個(gè)相同CPU、相同運(yùn)算程序進(jìn)行制動(dòng)信號(hào)分析，并及時(shí)采取相應(yīng)處理措施;非對(duì)稱(chēng)式抗干擾控制系統(tǒng)則是借助兩個(gè)不同CPU、不同運(yùn)算程序進(jìn)行制動(dòng)信號(hào)分析，并及時(shí)采取相應(yīng)處理措施。兩種方法各有側(cè)重點(diǎn)。(4)自動(dòng)控制技術(shù)的應(yīng)用。BBW系統(tǒng)的汽車(chē)，通過(guò)機(jī)電一體化技術(shù)和自動(dòng)控制技術(shù)的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了汽車(chē)實(shí)時(shí)的精準(zhǔn)定位，并可及時(shí)補(bǔ)償能耗，同時(shí)能自動(dòng)調(diào)節(jié)汽車(chē)運(yùn)行狀態(tài)，提升汽車(chē)運(yùn)行的安全效率。(5)驅(qū)動(dòng)技術(shù)要求。汽車(chē)的BBW系統(tǒng)中，機(jī)電一體化技術(shù)的應(yīng)用主要通過(guò)系統(tǒng)執(zhí)行元件來(lái)完成汽車(chē)制動(dòng)需求，當(dāng)腳踏板傳送制動(dòng)信號(hào)后，通過(guò)電信號(hào)的傳遞，控制系統(tǒng)可實(shí)時(shí)接收制動(dòng)信號(hào)并發(fā)出制動(dòng)指令，通過(guò)執(zhí)行元件將制動(dòng)指令及時(shí)傳遞給執(zhí)行單元，開(kāi)展制動(dòng)執(zhí)行，同時(shí)將制動(dòng)執(zhí)行效果實(shí)時(shí)返送回控制中心。3.4BBW系統(tǒng)制動(dòng)實(shí)效通過(guò)四個(gè)階段的運(yùn)行比較，相較于傳統(tǒng)制動(dòng)系統(tǒng)，全電路制動(dòng)控制的BBW系統(tǒng)在第二階段的反應(yīng)速度方面有顯著提高。究其原因，主要是本階段使用了更先進(jìn)的電能制動(dòng)器，有效降低了制動(dòng)力產(chǎn)生的時(shí)間。實(shí)踐監(jiān)測(cè)發(fā)現(xiàn)，全電路制動(dòng)的BBW系統(tǒng)制動(dòng)力增加周期不超過(guò)0.05s。第三階段全電路制動(dòng)系統(tǒng)因其和汽車(chē)防抱死系統(tǒng)具有較高的協(xié)調(diào)配合度，使得汽車(chē)制動(dòng)距離更短。第四階段全電路制動(dòng)系統(tǒng)因使用了電能制動(dòng)器，制動(dòng)力消失時(shí)間更短。

　　4結(jié)語(yǔ)

　　綜上所述，在汽車(chē)制動(dòng)系統(tǒng)中應(yīng)用機(jī)電一體化技術(shù)比傳動(dòng)的制動(dòng)技術(shù)有更多優(yōu)勢(shì)，由于智能化程度比較高，機(jī)電一體化技術(shù)制動(dòng)靈敏度和制動(dòng)效果顯著提升。此外，全電路制動(dòng)系統(tǒng)可以和其他控制系統(tǒng)更好地協(xié)調(diào)，從而顯著提升汽車(chē)制動(dòng)安全性。

　　[參考文獻(xiàn)]

　　[1]孫衛(wèi)清，李建勇.機(jī)電一體化技術(shù)[M].2版.北京：科學(xué)出版社，2009.

　　[2]關(guān)文達(dá).汽車(chē)構(gòu)造[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2009.

　　作者：石慶生 單位：廣州瑞立科密汽車(chē)電子股份有限公司

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