电子机械式制动执行器硬件在环仿真

　　随着电子化的深入，出现了以网络通信为基础的更加高效、节能的线控技术（)-b-wire)。结合线控技术和汽车制动系统而成的线控制动(brak-by-wire，BBW)，也称为电子机械制动（-lectr-mechanicalbraking，EMB)，改变传统液压或气压制动执行元件为电驱动元件，由于电驱动系统的可控性好、响应速度快的特点，电子机械制动系统显现出良好的发展前景。

　　1汽车电子机械制动系统的发展现状

　　目前电子机械制动技术已成为国外企业和研究机构的研究热点。在1999年的法兰克福车展上,Bosch公司展出了被认为是电子机械制动系统前身的电子液压制动系统（electr-hydraulicbraking，EHB)。此后Bosch和Daimle-Chry-ler就在研究用于商业的EHB系统。目前已经有一些厂商将EHB系统应用到汽车的批量生产中，如2004奔驰CLK敞篷版、SL500。

　　从20世纪90年代起，一些著名的汽车电子零部件厂商陆续开始了与电子机械式制动系统相关的研究，Bosch、Siemens和ContinentalTeves这3家公司都取得了各自的研究成果，并申请了一系列专利，TRW也在进行电子机械制动系统(线控制动系统）的研究。ContinentalTeves公司已经有了比较成型的试验品，推出了几代电子机械式制动执行器。目前EMB仍在试验阶段中,并无批量装车产品进入市场，国内在这方面的研究刚刚起步。

　　2电子机械制动系统介绍

　　图1中为电子机械制动系统示意图。与传统的液压制动系统相比，电子机械制动系统中，电源代替了液压源，机电作动器代替了液压作动装置。EMB系统的中央电子控制单元根据电子踏板模块传感器的位移和速度信号，并且结合车速等其它传感器信号，向车轮制动模块的电机发出信号控制其电流和转子转角，进而产生需要的制动力,以达到制动的目的。

　　3硬件在环仿真系统构建方案

　　硬件在环仿真系统的基本构成可分为4个部分:实物、模型、接口系统以及交互式的实时监控系统。

　　对于电子机械式制动执行器的硬件在环仿真，就是把制动执行器以实物的形式通过相应的接口管理系统与处理器中的车辆模型联系起来,使其在虚拟的制动环境下工作。车辆及其各子系统的建模米用Matlab/Simulink软件，模型的实时仿真计算及接口由dSPACE公司的Autc-box和DS1005控制器板完成，仿真系统的监控由系统分析软件ControlDesk来完成。监控系统的存储、输出及结果的图形化显示。图2为电子主要完成系统仿真的控制、参数的在线调整、数据机械制动执行器硬件在环仿真系统框图。

　　4系统数学模型的建立

　　为简化问题研究，采用单轮车辆系统模型，如图3,忽略空气阻力和车轮滚动阻力。

　　5模糊控制器设计

　　防抱死控制要求在各种不同的路面及不同的气候条件下，均能在最少的时间和最短的距离内使车辆制动停车。模糊控制恰好适应了制动过程中车辆工况的多变及轮胎的非线性系统的控制，并具有鲁棒性强的优点。

　　对于基于滑移率控制的汽车防抱死特性来说，要求制动时使车轮滑移率维持在最佳的期望滑移率点K附近。系统的误差定义为VK，误差的变化率定义为(E-E-^/T。式中.-T为采样间隔；EEC为系统的输入量;输出控制参数选用力矩电机电流的变化量U。滑移率控制即为比较典型的双输入单输出模糊控制系统。实现系统的模糊控制算法一般采用Mam~dain推理法，由此求出控制表，将此表预置于控制器中，从而实现实时控制。

　　图4~6分别为模糊控制器的2个输入参变量和1个输出控制参变量的隶属度函数，全部米用灵敏度较高的三角形函数，变量的等级是5级。参变量所代表的语言值为：NB为负大;NS为负小;ZE为零;PS为正小；PB为正大；DTB为快速减小电机控制信号；DTS为低速电机控制信号;HOLD为保持电机控制信号；/TS为低速増大电机控制信号;/TB为快速増大电机控制信号。以滑移率为控制对象的ABS模糊控制系统是较典型的双输入单输出模糊控制系统，其模糊控制规则的形式为1‘IFEandECthenU5’。根据手动控制策略，总结出25条模糊控制规则，如表1所列。

　　6电子机械式制动执行器的硬件在环仿真硬件在环仿真过程中，根据式（1)~(4)建立的车辆仿真模型，保持电源电压24V不变。图7~11为制动初速度20m/s,基于模糊控制的电子机械式制动执行器硬件在环仿真结果与在Ma-lab/Simulink环境下所得到仿真结果的对比曲线，分别选取电子机械制动系统防抱死制动过程中滑移率变化、车速和轮速变化、制动器制动力矩、电机控制器输入信号和电机线圈电流的变化作为对比参数。

　　从硬件在环仿真与Matlab/Simulink仿真的对比曲线可以得出以下结论:Simulink仿真结果表明系统取得良好的控制效果，滑移率控制在期望值附近，并在较短的时间内减速直至停车;制动过程中，硬件在环仿真与Simulink仿真结果基本相同一曲线基本重合，可见硬件在环仿真的制动控制效果良好，说明电子机械式制动执行器原理机的设计是合理的;从对比曲线可以看出，硬件在环仿真所得的曲线的上升时间及稳定时间比Simulink仿真时要小，而控制的超调量却大，这是由于电子机械制动系统的反应速度要比传统的液压制动要快，而电子机械制动系统的机械惯性较液压系统大所造成的。

　　7结束语

　　电子机械制动技术是一种全新的制动理念，极大的提高了汽车的制动安全性。它代表了汽车制动技术的发展趋势，在未来数十年内拥有十分广阔的市场前景，具有极高的社会价值和经济价值。本文介绍了电子机械制动系统的发展及其基本结构，运用硬件在环仿真技术对所建立的车辆模型和电子机械式制动执行器进行研究和试验。通过对电子机械式制动执行器硬件在环仿真结果与在Matlab/Simulink环境下所得到仿真结果的对比表明，控制算法适用于电子机械制动系统，制动执行器反应速度及输出性能满足车辆制动防抱死特性的要求，验证了电子机械制动技术的可行性，为电子机械制动系统的进一步研究开发及整车试验提供了理论及试验依据。