關鍵詞： 制動系統 , 電磁閥 , 電動汽車

作者：劉兵， 孫澤昌， 王猛  來源：微型機與應用2012年第22期

摘要： 研究了一種新型電動車電液復合制動系統,并在此基礎上進行了控制器硬件和軟件設計。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行器（電磁閥和電機）進行驅動的驅動放大電路，軟件設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行器的精確控制。

隨著當今節能環保要求的提高，汽車行業面臨巨大挑戰。電動汽車以其部分或全部電機驅動和制動能量回收等特點正好滿足了節能環保的要求。制動時，電動機可以作為發電機產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提供制動力，所以往往要根據不同的制動需求，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。電液復合制動系統就是指這種根據制動需求，通過再生制動和液壓制動單獨或共同提供制動力的系統。

1 一種新型電液復合制動系統

目前電液復合制動的關鍵技術主要由豐田、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壁壘。對此，本文設計了一種新型電液復合制動系統，該系統具有集助力、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。該新型電液復合制動系統的設計方案如圖1所示。

2012-12-19 14:55:49 上傳

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圖1中，預載單元與儲液室通過一個常開的預載電磁閥相連，當預載電磁閥關閉時，可通過高壓泵提高預載單元中的液體壓力。預載單元與一體式主缸僅在制動狀態下接通。液壓執行單元為8個電磁閥（4個升壓閥和4個減壓閥），其中，每個車輪對應一個常開的升壓閥和一個常閉的減壓閥，其布置與常規ABS的結構相同。該新型電液復合制動系統的制動過程包含3種狀態：初始狀態、工作狀態和失效狀態。

(1)初始狀態。預載電磁閥打開，預載單元與儲液室連通，此時兩者壓力相同。預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。

(2)工作狀態。ECU上電，預載電磁閥關閉，升壓閥關閉，由于預載單元和儲液室以及一體式主缸斷開連接，高壓泵將使預載單元壓力升高至一定高壓。駕駛員產生制動動作時，一體式主缸的機械結構使得預載單元與一體式主缸接通，此時預載單元中的高壓經一體式主缸傳至升壓閥。ECU根據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(VMS);VMS根據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經過信息處理發送PWM波給執行器(即液壓執行單元)，使執行器按照一定頻率開啟，并因此產生液壓制動力。另外，通過ECU控制液壓控制單元還能實現ABS和ESP功能。制動結束后，系統將恢復至ECU上電狀態，為下一次制動做好準備。

(3)失效狀態。若電氣系統失效（例如突然掉電），則ECU斷電，所有執行器都將處于初始狀態。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構直接接通，因此可以進行常規制動。

2 控制器硬件設計

由于該新型電液復合制動系統所需處理的信號量大，且驅動執行器多，因此考慮使用雙PCB板設計。板一設計為雙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；板二負責給傳感器供電和信號處理以及執行器驅動。系統硬件設計方案如圖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出，液壓傳感器信號由布置在液壓管路中的液壓傳感器發出。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換為標準的電壓信號，將該信號傳輸至板一MCU1的A/D轉換口進行A/D轉換。相應的信號處理電路如圖3所示。

2012-12-19 14:55:49 上傳

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