汽车电子机械式制动系统研究.docx

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1、汽车电子机械式制动系统研究随着人们物质生活水平的不断提高，汽车在日常生活中得以普及 应用，已成为不可或缺的交通工具，随之而来的频发的交通事故使人 们对汽车安全性能的要求不断提高。目前汽车的制动性能已成为衡量 汽车的安全性能的一项重要指标。传统制动系统所使用的液压制动模式的管路较多，普遍存在制动 响应速度慢、制动液泄漏等方面的问题，已难以满足现代汽车的节能 环保发展需求。促使基于线控技术的电子机械制动（EMB）系统得以不断发展和完 善，电子机械制动系统的制动性能更加稳定可靠，使制动液泄漏问题 得以有效避免，操作方便且响应速度快.具有体积小、性价比高、安 全环保的优势，已成为汽车制动行业的发展重点

2、。系统根据采集到的汽车电子制动踏板及相应传感器信号（具体通 过其中心控制模块完成），结合运用相应的控制算法完成目标制动力 的准确获取，再通过总线传输信号实现对制动执行机构运动过程的有 效控制。但由于在线控制动过程中所需采集和处理的信息量较大，这就对 控制信号通信过程提出了更高的要求，传统的串行通信方式（使用线 缆）的数据交换过程占用空间较大，并且其稳定性极易受到工作环境 的影响。通信效率较高的CAN总线可有效满足电子机械制动系统的差分 收发、实时性和容错性需求，极大的提高了系统的传输距离以及纠错 能力，且具有较强的抗环境干扰能力，可有效弥补线控制动通信方式 的不足。L汽车电子机械制动系统设计制

3、动泵作为制动系统的重要部件在出现故障问题时，受到减小的 制动系统摩擦力的影响会不同程度的降低制动力，并且发送故障的制 动泵会对汽车回油产生一定的阻碍，导致在面对行驶过程中出现的危 险情况时难以快速作出反应，使行车安全性降低。快速发展完善的汽 车结构及功能对电子机械制动系统提出了更高的要求，本文主要对汽 车电子机械式制动系统进行了研究和设计，在分析了 CAN总线优点 的基础上，根据制动系统的制动需求，通过CAN总线的使用完成一 种电子机械制动控制系统设计方案的构建，所设计的基于CAN总线 的电子机械制动系统统功能结构示意图，如图1所示。车制模轮动块号理 信管中央电子 控制单元 ECU源理 电管J

4、其他信号制动信号 轮速信号驻军制动.信号t电流输入电源模块电子制动踏板模块轮速传感器驻车制动器主要由ECU、车轮制动模块、电源模块、电子制动踏板模块（包 括制动踏板、感觉模拟器、位移传感器）等构成，汽车驾驶员位移信 号由电子制动踏板模块负责采集（具体通过位移传感器完成），再向系 统的ECU传送并由其负责完成数据分析处理过程,据此完成对电动机 力矩的控制，在此基础上通过车轮制动模块执行相应的制动操作。系 统总体架构示意图，如图2所示。图2汽车实际行使制动过程中普遍存在制动滞后问题，为此本文系统 在具体制动过程中，通过踏板位移传感器能够及时准确的识别出由驾 驶员踩踏板引起的车轮制动状态的变化情况，

5、进而使系统的响应速率 得到有效提升。为确保制动系统的稳定可靠，汽车的制动器（分布于4 个车轮上）保持相互独立.并由车载网络（具有较快的数据传输速度） 对其进行集中控制。2.系统的设计与实现2.1 硬件设计2.1.1 硬件电路设计方案制动系统的工作流程为：在车辆处于行驶状态下，驾驶员踩下制 动踏板时会产生相应的踏板位移信号，由踏板位移传感器据此完成对 驾驶员制动意图的识别和判断,在由ECU负责对接收到的信号判断结 果进行处理分析，在对电动机的力矩输出进行控制的同时，控制执行 机构产生相应的车轮制动力，在此基础上完成对车轮的控制，考虑到 车轮同路面间摩擦系数及转向摆角对车轮制动力的大小产生直接影

6、响，为使各车轮形成闭环的制动回路且相互独立，各车轮均配置独立 的传感器和制动器。本文制动系统的硬件结构框架，如图3所示。图3主要由制动踏板单元、信号采集传感器、ECU（电子机械制动系统 的核心）、A/D转换模块、直流电动机单元（电动机驱动器）等模块构成，ECU主要负责接收、处理和分析各传感器采集到的信号（包括脉冲信 号和模拟信号），EeU使用了基于RSlC体系结构的处理器$3C2410,该 处理器包含丰富的串行接口，且易于连接CAN控制器，具有功耗低、 频率高（可达到203 MHZ）、性能高的优势；电动机驱动器（主要由驱动 芯片和外围设备构成）需满足系统对电动机驱动性能的需求以及驱动 器的抗干

7、扰需求。2.1.2 CAN总线通信电路该通信电路主要由3部分构成：其CAN控制器的芯片选用了 SJAI000, CAN收发器采用CTMI050T芯片（能够实现DC2500V电器隔 离，主要由隔离电路、电源保护电路、ESD总线等构成），微控制器采 用AT89C52o通过CTMI050T芯片的使用能够使系统通信电路的总线 错误及元件故障问题得以有效避免，SJAI000连接CTMI050T的RXD 和TXD引脚；CAN控制器和微控制器采用电源监控芯片MAX708作为 复位电路，复位信号可通过手动输入和VCC电压进行控制，能够同时 有效的输出复位信号（高低电平）。2.2 软件设计遵循模块化的设计思路设

8、计电子机械制动系统的软件，先使用C 语言完成系统各功能模块的内部编程，然后在总程序中调用.控制器 初始化后通过CAN通信完成信息的收发。处理器和CAN控制器在系 统通电后复位，然后控制器进行初始化（通过S3C2410芯片完成），程 序排列时以功能的主要程度为依据。系统主程序软件总体结构示意图,如图4所示。图4第一级为系统主程序主要功能在于协调各子程序，第二级包括 CAN通信、执行器驱动、信号采集等程序,作为整体系统设计的载体， CAN总线功能的实现取决于CAN通信程序的质量，在对CAN通信协 议进行软件设计时，考虑到通信过程实现于数据链路层和物理层，需 根据实际需要制定CAN应用层协议，并定义

9、CAN通信的优先级（以标 识符分配及其ID大小为依据）。2.2.1 CAN控制器初始化系统通电后控制器复位到ConfigUration模式，需完成初始化后运 行,以MCP2510初始化设置为例：MCP2510的片选CS从S3C2410芯 片处接收到一个低电平后（通过设置SPl串口完成），开始完成包括使 能中断、过滤器、收发缓冲区在内的MCP2510初始化处理，为有效 避免数据传输的完整性受到影响，需将一段延时程序添加到任一完成 的操作后。控制器数据读写及总线初始化的主要函数如下。s3c2410_mcp2510_write(data)；s3c2410_mcp2510_read(data)；s3c2410_mcp2510_ioctl(data) o2.2.2 CAN报文收发流程报文收发流程，如图5所示。(b)接收流程(a)发送流程发送程序：先对缓冲区的空闲状态进行判断。需在释放非空闲的 缓冲区后再将数据写入，并对待发送数据的报文格式进行检测，在满 足格式要求的情况下才进行置位，然后启动发送程序；接收程序：比 发送程序更复杂，需在实现接收功能的同时，完成对溢出及错误报警 等信息及时准确的接收。本文选择中断接收方式，以有效满足制动系统对通信实时性的高 要求，缓冲区数据（由控制器接收）满后触发中断，将接收报文中断请 求传输至处理器，在此基础上完成报文接收。