汽车电子机械制动系统设计分析 本文关键词：制动系统，电子机械，分析，汽车，设计
汽车电子机械制动系统设计分析 本文简介：摘要：汽车安全性能的保障是未来汽车研发的重要方向之一。文章采用电子机械制动，提高汽车整体制动性能，改变传统汽车制动系统中存在的相应速度慢、线路复杂、制动效果无法达到社会发展的要求等问题，基于CAN总线系统，对汽车电子机械制动系统进行模块化设计，达到智能化、一体化控制的目的，极大地提高了汽车驾驶的安全
汽车电子机械制动系统设计分析 本文内容：
摘要：汽车安全性能的保障是未来汽车研发的重要方向之一。文章采用电子机械制动，提高汽车整体制动性能，改变传统汽车制动系统中存在的相应速度慢、线路复杂、制动效果无法达到社会发展的要求等问题，基于CAN总线系统，对汽车电子机械制动系统进行模块化设计，达到智能化、一体化控制的目的，极大地提高了汽车驾驶的安全性。
关键词：CAN总线；电子机械制动系统；汽车
CAN是ControllerAreaNetwork（控制器局域网络）的缩写，属于现场总线的范畴，也可以被认为是一种串行通信协议。自1986年在德国面世以来，经历了数个发展阶段，目前成为广泛应用的国际标准之一。随着其相关技术的不断发展，目前CAN依托于高性能和可靠性的支撑，不仅在汽车行业，而且在工业自动化、船舶、医疗和工业设备等方面也得到了广泛应用。基于CAN总线进行汽车电子机械制动系统进行设计，能降低系统开发的难度，缩短开发周期，达到较好的应用效果，满足大多数汽车生产厂商的需要。
1汽车电子机械制动系统的优势
由于传统手动拉杆操作模式在实际应用中存在多方面的不足，无法适应汽车行业安全性能不断提高的要求，因此汽车制动系统开始向电子-线控模式的方向发展。线控制动系统是电控制动系统的一种，是将微处理器（MCU）和电控技术应用于汽车制动的一种模式，在实际使用中，其根据制造成本和结构分为机械线控制动和液压线控制动系统两种，前者多见于中低档车型，后者则应用于高端车型之中[1]。线控制动系统的作用是通过电线线路进行作用，能更加合理地分配各个车轮上的制动力大小，具有更高安全性能。没有机械性的装置减少了制动液和润滑液的使用，具有良好的环保效应。此外，在CAN总线的作用下，其还减少了线束数量，加强了数据信息在总线网络总的交流通讯功能，增加了汽车安全运行和研究的数据。文章研究的对象，即这两种分类中的前者，也是应用最为广泛的一种系统。加大对汽车电子机械制动系统的深入研究，做好硬件选配和软件的设计工作，是电子机械制动系统设计研究的关键环节，通过实验找出在设计过程中需要注意的要点，对促进其研究水平的提高具有极大的推动作用。
2系统总体设计方案
2.1汽车电子机械制动系统的组成部分
在现行的设计和实际运用中，通常将汽车电子机械制动系统分为八个组成部分，其中前端组成部分主要包括电子制动踏板模块、驻车制动器和轮速传感器，这三个模块会在相应的人为操作下产生相应的信号并将信号传入整个系统的中枢部分，也就是中央电子控制单元（ECU）中，在对应信号管理单元和电源管理的作用下，对车轮的制动模块发生作用，其中电源管理发生持续性的作用，需要电源模块的支持。其具体的作用流程如图1所示。
2.2汽车电子机械制动系统的设计方案
传统的汽车制动模式最大的特点就是制动滞后的问题，由此造成其制动效果无法适应汽车运行过程中的实际要求。采用线控技术与传统制动模式最大的区别就是其行为的运作过程没有经过机械-液压驱动，而是通过电控单元来发生作用，这种方式不仅是在汽车制动方式发生改变，在一定程度上来说，也提高了汽车在保持低速运行时的制动能力。
3硬件电路设计
3.1汽车电子机械制动系统的工作流程
根据汽车运行和制动系统的作用原理，其制动系统的工作流程主要包含以下几个步骤：制动踏板受到外力作用，传感器对位移信号进行识别并产生识别结果，ECU接收信号并进行信号处理，接下来信号处理将会产生两个方面的作用，在控制电动机进行力矩输出的同时，使执行机构产生制动力，在两方面共同作用下，最终将制动效果显示在车轮上。由于电子机械制动系统作用的发挥是基于所有车轮同步作用，因此必须在每个车轮上都必须安装独立的传感器和制动器，保持每个车轮的独立性和闭环，否则将会造成严重的后果。在实际制动作用中，车轮的转向角度和路面的不同情况都会对制动力大小产生直接的影响作用。
3.2根据要求需要选择合适的ECU
ECU设备是汽车电子机械制动系统工作的核心部分，其通过对各个传感器进行数据收集和整理，进而对信号进行处理和分析。ECU的选择，需要考虑多方面的因素，既要考虑电子机械制动系统对电动机驱动性能的要求，又要使电动机本身的运行能稳定。受工作环境的影响，还要考虑其抗干扰性能和工作温度等方面的影响。选择功耗与性能之间都能符合要求并达到平衡状态、具有多个串行接口、经济性较高的ECU设备，是确保整个系统达到符合要求的工作状态的基本条件[2]。
3.3CAN总线控制线路
常规的CAN总线控制线路包括三个组成部分，分别是CAN控制器、收发器和微控制器。由于汽车电子技术发展速度不断加快，越来越多的汽车元件都开始采用电子式的控制方式，这就使得汽车本身的控制系统变得更加复杂。在三个部分的芯片选择过程中，不仅要注意其自身性能能达到预计的目的，还要确保芯片和各个组成之间保持较好的兼容性，避免浪涌和干扰的产生使元件和线路出现工作故障，在连接过程中要做好接口的确认。按照SAE规范相关条款的规定，汽车数据传输网络依照速度高低可以分为A、B、C三个级别，本实验中采用的是高速率CAN总线网络。
4软件设计
软件编程采用的是C语言编程，其编程过程是基于模块化设计进行的，首先需要对各个子系统进行内部编程，而后在总程序中进行调用。在编程工作完成之后，就可以进行通电操作，在初次操作过程中，主从节点处理器和CAN控制器会完成控制器的复位，然后在芯片的控制下对控制器进行初始化，只有在完成以上操作之后，才能进行信息的收发工作，从而完成整个操作过程。需要注意的是，CAN通信协议只是完成了数据链路层和物理层面的过程，在实际设计时，用户还需要根据自己的需要进一步完成CAN应用层的协议。在整个软件系统设计中，CAN总线是所有设计环节的载体，其通信程度的完成是其他功能实现的基本保障。
4.1对控制器进行初始化操作
CAN控制器通电复位模式是Configuration，只有对其先进行初始化操作的情况下，才能保证其正常运行。对不同的芯片，其初始化设置的操作程序有所不同，在操作过程中需要注意其操作规范的说明，并严格按照规范进行操作，以免对后期的模拟实验造成不必要的影响。在一般情形下，在初始化过程中需要添加三个数据方面的函数：控制器写数据、控制器读数据、完成总线波特率。
4.2报文的收发流程
CAN报文的收发流程由发送程序和接收程序两部分组成。在执行发送程序时，发送信号首先会判断缓冲区是否处于空闲的状态，在无法达到空闲状态的情形下，其会先对缓冲区进行空间释放之后再进行数据的写入；在报文发送之前，发送程序还要确保报文格式能满足要求的情况下才会启动发送程序，否则将会再次对发送内容进行读取，直至其格式达到要求为止。较之于发送程序CAN报文的接收程序更加复杂，其在运行过程中，既要能实现信息的准确接收，还要接收溢出和错误的报警信息[3]。在制动系统的设计中，对信息传输的实时性具有较高的要求，接收方式需要设定为中断接收方式。也就是说在控制器接收的数据已经充满缓冲区的情形下，控制器就会产生中断标志，同时向处理器发出中断请求并完成报文的接收。
5性能模拟实验结论及注意事项
性能模拟实验是检验整个系统设计是否完善的关键细节，在模拟过程在可以针对实验过程中出现的问题及时对硬件和软件设计中出现的问题进行调整和修改，对系统加以完善。
5.1性能模拟实验的结论
该设计过程中包括的设备主要由电动机驱动器、位移传感器、电压传感器、力矩传感器等组成，通过性能模拟实验可以得出三个方面的结论。1）踏板位移与电动机电枢之间存在一定的线性关系，说明在踏板位移数据传感器采集到信号之后，ECU处理的结果由电动机驱动而产生电枢电压在正常范围之后，整体设计机构和工作原理符合设计要求。2）通过整理踏板位移和电动机输出力矩的相关数据并进行图形化显示，可以证明两者之间同样存在线性关系，表明电动机在工作过程中没有受到外界环境的影响并克服了自身所存在的磁滞缺陷。3）在丝杠位移的作用下，制动盘的压力不断增大，负载特性曲线呈现出完美的光滑状态，证明制动盘与丝杆位移之间存在函数关系，说明制定系统的执行过程能完美的达到设计要求。
5.2实验过程中需要注意的事项
基于CAN总线的汽车电子机械制动系统，目前在部分汽车生产中已经开始量化生产并投入使用，就其实际应用而言已经取得了良好的效果，但是在实验过程中还需要注意几个方面的问题，以便使实验达到更好的效果。1）做好芯片选型工作。芯片是所有设计程序运行的基本保障，在确定芯片选型时，一方面是要确认其对工作环境，尤其是对电压条件的要求。另一方面是所选择的芯片要能与CAN总线要求相匹配。在选定芯片的基础上，依据设计所要达到的目的进行电路图的设计工作。在进行设计时，需要考虑整个制动系统能达到三个方面的要求：要具有防滑控制功能，在汽车启动或者加速的过程中，避免出现驱动轮空转的情况；需要具有防抱死功能，在后轮出现抱死的情形下，避免汽车出现侧滑的现象；确保在非抱死的情形下，依然能保持较好的制动功能。2）做好软件设计的节点控制。电子机械制动系统本身较之于传统制动系统有着各方面的优点，但是其本身的结构比较复杂，并且在电子元件的工作中容易受到外界因素的干扰。这就要求在设计过程中要做好软件设计的节点控制，使整个系统在工作过程中保持一定的容错能力，避免系统在工作过程中出现失效的情形[4]。
6结束语
据有关学者统计，CAN总线在现场总线的整体市场占有率达到80%以上，在未来随着各个行业的不断深入发展，对CAN总线的应用程度还将不断提高，其在未来依然会是最有前景的现场总线之一。本文通过对CAN总线通信在汽车电子机械系统中应用的研究，证明了其设计的科学性和合理性，并针对其中存在的一些问题进行浅显的探讨，为后续的研究设计工作做出良好的铺垫，在未来的发展过程中，汽车电子机械制动系统必将逐步完善并成为汽车的标准配置之一，从而为车辆运行提高更加安全有效的保障。
参考文献：
[1]殷晓辉.基于CAN总线汽车电子控制网络节点的仿真设计与实现[J].微型电脑应用,2019,35(3):80-83.
[2]黄智勇.基于车联网的汽车CAN总线数据采集质量控制系统[J].兰州文理学院学报(自然科学版),2019,33(2):71-76.
[3]王晋超.CAN通信网络在汽车综合性能检测中的应用研究[J].交通世界,2018(31):162-163.
[4]赵坤,郑颖,王栋.基于CAN总线的汽车电子机械制动系统设计[J].机械设计与制造工程,2018,47(5):61-64.
作者：陈梦龙 王勇 单位：信阳涉外职业技术学院
汽车电子机械制动系统设计分析 来源：网络整理
免责声明：本文仅限学习分享，如产生版权问题，请联系我们及时删除。
