關(guān)鍵詞： 制動系統(tǒng) , 電磁閥 , 電動汽車

作者：劉兵， 孫澤昌， 王猛  來源：微型機與應(yīng)用2012年第22期

摘要： 研究了一種新型電動車電液復(fù)合制動系統(tǒng),并在此基礎(chǔ)上進行了控制器硬件和軟件設(shè)計。硬件電路包括對傳感器信號進行處理的信號處理電路和對執(zhí)行器（電磁閥和電機）進行驅(qū)動的驅(qū)動放大電路，軟件設(shè)計包括對輸入信號的分析、駕駛員制動意圖的識別和為達到理想制動力而對執(zhí)行器的精確控制。

隨著當(dāng)今節(jié)能環(huán)保要求的提高，汽車行業(yè)面臨巨大挑戰(zhàn)。電動汽車以其部分或全部電機驅(qū)動和制動能量回收等特點正好滿足了節(jié)能環(huán)保的要求。制動時，電動機可以作為發(fā)電機產(chǎn)生制動力的同時回收制動能量。但是，由于電機特性的限制，制動時提供的再生制動力有限，在制動減速度較大以及緊急制動時，仍然需要液壓制動系統(tǒng)提供制動力，所以往往要根據(jù)不同的制動需求，利用電動機再生制動力和液壓制動單獨或者共同提供制動力。電液復(fù)合制動系統(tǒng)就是指這種根據(jù)制動需求，通過再生制動和液壓制動單獨或共同提供制動力的系統(tǒng)。

1 一種新型電液復(fù)合制動系統(tǒng)

目前電液復(fù)合制動的關(guān)鍵技術(shù)主要由豐田、博世和大陸等大型汽車整車及零部件廠商所掌握，其他汽車廠商很難突破它們的技術(shù)壁壘。對此，本文設(shè)計了一種新型電液復(fù)合制動系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有集助力、制動踏板感覺模擬、踏板位移傳感器于一體的一體化主缸，獨立的四通道輪缸壓力主動控制。該新型電液復(fù)合制動系統(tǒng)的設(shè)計方案如圖1所示。

2012-12-19 14:55:49 上傳

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圖1中，預(yù)載單元與儲液室通過一個常開的預(yù)載電磁閥相連，當(dāng)預(yù)載電磁閥關(guān)閉時，可通過高壓泵提高預(yù)載單元中的液體壓力。預(yù)載單元與一體式主缸僅在制動狀態(tài)下接通。液壓執(zhí)行單元為8個電磁閥（4個升壓閥和4個減壓閥），其中，每個車輪對應(yīng)一個常開的升壓閥和一個常閉的減壓閥，其布置與常規(guī)ABS的結(jié)構(gòu)相同。該新型電液復(fù)合制動系統(tǒng)的制動過程包含3種狀態(tài)：初始狀態(tài)、工作狀態(tài)和失效狀態(tài)。

(1)初始狀態(tài)。預(yù)載電磁閥打開，預(yù)載單元與儲液室連通，此時兩者壓力相同。預(yù)載單元和一體式主缸不接通，ECU和液壓控制單元均處于斷電狀態(tài)。

(2)工作狀態(tài)。ECU上電，預(yù)載電磁閥關(guān)閉，升壓閥關(guān)閉，由于預(yù)載單元和儲液室以及一體式主缸斷開連接，高壓泵將使預(yù)載單元壓力升高至一定高壓。駕駛員產(chǎn)生制動動作時，一體式主缸的機械結(jié)構(gòu)使得預(yù)載單元與一體式主缸接通，此時預(yù)載單元中的高壓經(jīng)一體式主缸傳至升壓閥。ECU根據(jù)制動踏板位移信號判斷駕駛員的制動意圖并計算需要多大制動力，再將其傳輸給整車管理系統(tǒng)(VMS);VMS根據(jù)電機控制策略計算出再生制動力和液壓制動力,并將該信息傳輸回ECU；ECU經(jīng)過信息處理發(fā)送PWM波給執(zhí)行器(即液壓執(zhí)行單元)，使執(zhí)行器按照一定頻率開啟，并因此產(chǎn)生液壓制動力。另外，通過ECU控制液壓控制單元還能實現(xiàn)ABS和ESP功能。制動結(jié)束后，系統(tǒng)將恢復(fù)至ECU上電狀態(tài)，為下一次制動做好準備。

(3)失效狀態(tài)。若電氣系統(tǒng)失效（例如突然掉電），則ECU斷電，所有執(zhí)行器都將處于初始狀態(tài)。隨著制動踏板位移的進一步加大，制動踏板將與一體式主缸的機械結(jié)構(gòu)直接接通，因此可以進行常規(guī)制動。

2 控制器硬件設(shè)計

由于該新型電液復(fù)合制動系統(tǒng)所需處理的信號量大，且驅(qū)動執(zhí)行器多，因此考慮使用雙PCB板設(shè)計。板一設(shè)計為雙MCU，其中，MCU1用于信號采集和處理，MCU2用于算法計算和通信，兩個MCU之間通過SPI連接；板二負責(zé)給傳感器供電和信號處理以及執(zhí)行器驅(qū)動。系統(tǒng)硬件設(shè)計方案如圖2所示。由于篇幅有限，本文主要針對信號輸入、MCU和信號輸出進行說明。

2.1 信號輸入

輸入信號主要包括制動踏板位移信號、液壓傳感器壓力信號和輪速信號。這些信號都必須通過相應(yīng)電路對其進行去噪和放大等處理才能傳輸至MCU1。

2.1.1 踏板位移信號和液壓傳感器信號

制動踏板位移信號由踏板位移傳感器發(fā)出，液壓傳感器信號由布置在液壓管路中的液壓傳感器發(fā)出。位移信號和液壓信號均為0~5 V的電壓信號，因此可以用相同的處理電路對兩種信號進行處理。傳感器信號首先通過一個防靜電二極管去除靜電，隨后通過由兩個電容和一個電阻組成的π型濾波電路進行低通濾波，由OPA2340芯片形成的電壓跟隨器能將濾波信號轉(zhuǎn)換為標(biāo)準的電壓信號，將該信號傳輸至板一MCU1的A/D轉(zhuǎn)換口進行A/D轉(zhuǎn)換。相應(yīng)的信號處理電路如圖3所示。

2012-12-19 14:55:49 上傳

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