機(jī)電一體化技術(shù)在汽車(chē)制動(dòng)系統(tǒng)中的應(yīng)用研究

摘要：近年來(lái)，計(jì)算機(jī)技術(shù)已廣泛滲透于社會(huì)各個(gè)領(lǐng)域并發(fā)生不可取代的作用，機(jī)電一體化技術(shù)得到迅速的發(fā)展，并在我國(guó)汽車(chē)制造企業(yè)中的應(yīng)用展現(xiàn)出極為重要的價(jià)值，為國(guó)家汽車(chē)步入自動(dòng)化、智能化發(fā)展道路提供有力的技術(shù)支持?；诖耍瑢?duì)機(jī)電一體化技術(shù)進(jìn)行概述，分析我國(guó)機(jī)電一體化技術(shù)在汽車(chē)制動(dòng)系統(tǒng)中的應(yīng)用現(xiàn)狀，并對(duì)機(jī)電一體化技術(shù)在汽車(chē)制動(dòng)系統(tǒng)中的應(yīng)用要點(diǎn)及相關(guān)的應(yīng)用實(shí)例進(jìn)行探討。

關(guān)鍵詞：機(jī)電一體化；汽車(chē)制動(dòng)系統(tǒng)；應(yīng)用研究

中圖分類(lèi)號(hào)：U463.5? 收稿日期：2023-07-26

DOI：1019999/jcnki1004-0226202401020

1 線控制動(dòng)系統(tǒng)概述

線控制動(dòng)（Brake-By-Wire，BBW）系統(tǒng)是為電流提供服務(wù)的技術(shù)。該系統(tǒng)未設(shè)置供應(yīng)液壓技術(shù)應(yīng)用的設(shè)備，也未設(shè)置相關(guān)的接口，機(jī)械連接數(shù)量較少。借助電力線對(duì)機(jī)械做功需要的能量加以傳輸，用數(shù)據(jù)線進(jìn)行信號(hào)的傳輸，可節(jié)約管道與傳感器數(shù)量，還可縮短發(fā)動(dòng)機(jī)的反應(yīng)時(shí)間[1]。

1.1 BBW系統(tǒng)工作原理

停車(chē)引擎借助電控單位達(dá)到啟動(dòng)目的，這類(lèi)機(jī)器設(shè)置通過(guò)能量傳送器與力學(xué)形式變換裝置，進(jìn)而為機(jī)器各項(xiàng)功能的發(fā)揮提供充足的動(dòng)力，輪胎一般會(huì)對(duì)輪軸沿原定方向移動(dòng)產(chǎn)生相應(yīng)的阻力，以免輪軸的力量直接傳到輪胎導(dǎo)致輪胎整體發(fā)生旋轉(zhuǎn)。在這樣的狀況下，以摩擦力完成相關(guān)裝置，將被加壓推進(jìn)預(yù)先設(shè)計(jì)的位置，壓力加大會(huì)使電流加大。在此期間，電力控制點(diǎn)對(duì)電流起到測(cè)量功能，若供電超標(biāo)，則控制單位會(huì)及時(shí)切斷發(fā)電機(jī)供電，停車(chē)引擎會(huì)快速對(duì)此現(xiàn)象作出反應(yīng)，而工作者要始終警惕這種裝置，否則壓力會(huì)被解除，進(jìn)而完成整輛汽車(chē)動(dòng)力系統(tǒng)的恢復(fù)。

1.2 BBW系統(tǒng)的重要部件

汽車(chē)上的BBW一般分以下幾部分：中央電子控制模塊、車(chē)輪制動(dòng)模塊、模塊化的踏板裝置。車(chē)輪制動(dòng)模塊主要由ECU操作系統(tǒng)、執(zhí)行模塊的裝置與其他操作系統(tǒng)構(gòu)成。模塊利用電子信號(hào)技術(shù)與電流技術(shù)對(duì)車(chē)輪制動(dòng)模塊起到推動(dòng)作用，所以模塊分為電信號(hào)、電流兩個(gè)入口，主要根據(jù)車(chē)胎的轉(zhuǎn)動(dòng)頻率，或者對(duì)電子轉(zhuǎn)子的測(cè)量角作出計(jì)算。但是受到外部環(huán)境的影響，如溫度改變，裝置會(huì)產(chǎn)生磨損，無(wú)法僅僅依靠電動(dòng)機(jī)的角度、頻率對(duì)固定力作出精確的計(jì)算，故工作人員還可收集力量傳感器，以此對(duì)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)加以計(jì)算，確保系統(tǒng)更為安全。

中央電子控制裝置工作原理如下：從控制板接收信號(hào)，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)加以控制。工作人員主要職責(zé)如下：對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)和輪胎傳感器發(fā)出的信號(hào)進(jìn)行及時(shí)接收，進(jìn)而了解輪胎是否打滑，同時(shí)分析接收的信息，利用控制系統(tǒng)采取防抱死等措施，或者進(jìn)行防滑操作。

BBW嚴(yán)禁用原來(lái)的液壓系統(tǒng)的機(jī)械傳輸設(shè)備，選擇功能相近的模擬器代替以上系統(tǒng)。這一新型的系統(tǒng)模式以特定手段對(duì)作出的相關(guān)力學(xué)生成電信號(hào)，上傳到中央ECU。而這種系統(tǒng)模式的端口性能一定要適用于人工機(jī)械設(shè)計(jì)，還要嚴(yán)禁遵照相應(yīng)的駕駛規(guī)則，特別是要增強(qiáng)安全性、舒適度以及保障行駛速度[2]。

2 機(jī)電一體化技術(shù)的主要特征

2.1 安全性能良好

長(zhǎng)期以來(lái)，汽車(chē)機(jī)械設(shè)置在生產(chǎn)期間，受到機(jī)電一體化技術(shù)的制約。在生產(chǎn)線上汽車(chē)安全技術(shù)、自動(dòng)化管理要求非常高，因此在生產(chǎn)管理工作中，如果存在生產(chǎn)技術(shù)上的故障，則可有效借助智能自動(dòng)化汽車(chē)生產(chǎn)安全技術(shù)系統(tǒng)，及時(shí)采取相應(yīng)的安保處理措施，規(guī)避生產(chǎn)事故以及安全問(wèn)題的發(fā)生。除此之外，在生產(chǎn)的每個(gè)流程中，機(jī)電一體化技術(shù)的產(chǎn)品通常要搭配電子元件結(jié)構(gòu)，與傳統(tǒng)汽車(chē)機(jī)械生產(chǎn)鏈下的產(chǎn)品相比，最大化地節(jié)約機(jī)電一體化產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的零件，極大地降低產(chǎn)品發(fā)生故障的頻率，保障機(jī)電一體化技術(shù)產(chǎn)品在投入應(yīng)用時(shí)的穩(wěn)定性和安全性能。

2.2 生產(chǎn)效率較高

對(duì)于汽車(chē)的制動(dòng)技術(shù)設(shè)備，在內(nèi)部結(jié)構(gòu)中若應(yīng)用機(jī)電一體化技術(shù)，能夠使汽車(chē)在具體的操作中更為方便。機(jī)電一體化技術(shù)不僅包含汽車(chē)信息化與通信管理技術(shù)，還內(nèi)置自動(dòng)化設(shè)備的生產(chǎn)管理技術(shù)及互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)管理技術(shù)等實(shí)用性強(qiáng)的技術(shù)。隨著機(jī)電一體化技術(shù)的不斷升級(jí)，陸續(xù)開(kāi)發(fā)出帶有數(shù)據(jù)庫(kù)、汽車(chē)信息庫(kù)的自動(dòng)化控制分析的性能。汽車(chē)制動(dòng)系統(tǒng)可以自動(dòng)進(jìn)行信息的控制處理。采用汽車(chē)制動(dòng)執(zhí)行控制技術(shù)內(nèi)部機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的自動(dòng)執(zhí)行控制系統(tǒng)，可以更好地確保汽車(chē)有效執(zhí)行達(dá)到預(yù)定方案的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，還能夠輔助汽車(chē)生產(chǎn)加工作業(yè)。汽車(chē)設(shè)備生產(chǎn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)內(nèi)部使用機(jī)電一體化的控制技術(shù)，能夠有效地提高汽車(chē)生產(chǎn)效率，從某種意義上可以提升汽車(chē)設(shè)備生產(chǎn)作業(yè)水平[3]。

2.3 適用性較廣

機(jī)電一體化控制技術(shù)在實(shí)際的汽車(chē)制動(dòng)系統(tǒng)內(nèi)部應(yīng)用時(shí)具有適用性較廣的特征。目前該技術(shù)的優(yōu)勢(shì)是極為明顯的，不僅能夠有效地提高并促進(jìn)汽車(chē)制動(dòng)、運(yùn)行系統(tǒng)內(nèi)部有關(guān)產(chǎn)品使用性能的優(yōu)化，進(jìn)而提高汽車(chē)產(chǎn)品的質(zhì)量，而且還能夠打破傳統(tǒng)的機(jī)械生產(chǎn)技術(shù)對(duì)現(xiàn)階段汽車(chē)制運(yùn)系統(tǒng)的限制，使得汽車(chē)產(chǎn)品的制動(dòng)系統(tǒng)技術(shù)能夠最大化地發(fā)揮自主控制的性能，更好地展現(xiàn)汽車(chē)智能化校對(duì)、調(diào)整、保護(hù)等生產(chǎn)模式，促進(jìn)產(chǎn)品制造的功能朝多功能化、復(fù)合化方向發(fā)展。而傳統(tǒng)的機(jī)械生產(chǎn)技術(shù)通常會(huì)產(chǎn)生大量的要求，并且具有極大的局限性，從某種程度上限制了汽車(chē)制動(dòng)系統(tǒng)的使用面。

2.4 系統(tǒng)調(diào)整方便

機(jī)電一體化技術(shù)與汽車(chē)操作管理技術(shù)在常規(guī)的設(shè)備維護(hù)與管理問(wèn)題上均需要具備便于動(dòng)手操作的功能。目前國(guó)內(nèi)在汽車(chē)生產(chǎn)與相關(guān)裝備的制造行業(yè)中，機(jī)電一體化的汽車(chē)生產(chǎn)技術(shù)本身已能夠展現(xiàn)良好的自主維護(hù)控制與生產(chǎn)管理的功能，因此在汽車(chē)投入試運(yùn)行以及投入正常生產(chǎn)過(guò)程中，能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)工作中存在的故障。應(yīng)用機(jī)電一體化控制技術(shù)，再配合一套相對(duì)應(yīng)的生產(chǎn)故障問(wèn)題應(yīng)對(duì)方案的實(shí)施策略，可以很大程度上確保汽車(chē)生產(chǎn)管理系統(tǒng)工作人員更好地恢復(fù)正常的生產(chǎn)工作與生產(chǎn)管理狀態(tài)。

3 機(jī)電一體化技術(shù)在汽車(chē)制動(dòng)系統(tǒng)中的應(yīng)用現(xiàn)狀

制動(dòng)體系是轎車(chē)內(nèi)部控制體系中最重要的組成部分，其綜合性能直接決定轎車(chē)整體的安全系數(shù)，對(duì)轎車(chē)起到極為重要的保護(hù)作用。目前國(guó)產(chǎn)汽車(chē)的制動(dòng)系統(tǒng)多為手工制動(dòng)模式，相比先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)時(shí)代下的自動(dòng)化、智能化的制動(dòng)系統(tǒng)顯得落后。在這樣的形勢(shì)下，汽車(chē)制造行業(yè)迫切地需要引進(jìn)高新技術(shù)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)整體的汽車(chē)制動(dòng)體系的升級(jí)與優(yōu)化，安裝汽車(chē)緊急制動(dòng)裝置，以此強(qiáng)化汽車(chē)的安全性能。雖然液壓制動(dòng)裝置的使用在某種程度上促進(jìn)了汽車(chē)制動(dòng)體系的改進(jìn)，可是在自動(dòng)控制方面，液壓制動(dòng)體系仍存在兼容性、靈活性較差的弊端。所以，機(jī)電一體化自動(dòng)控制技術(shù)已被大量應(yīng)用于汽車(chē)制動(dòng)體系規(guī)劃與出產(chǎn)環(huán)節(jié)[4]。

4 機(jī)電一體化在汽車(chē)制動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程中的應(yīng)用

4.1 車(chē)輪控制模塊的應(yīng)用

車(chē)輪控制模塊在汽車(chē)制動(dòng)系統(tǒng)中占據(jù)重要地位，它應(yīng)用于汽車(chē)內(nèi)部運(yùn)動(dòng)控制的電子系統(tǒng)中，是車(chē)輪的一部分。這種控制模塊的功能主要記錄相關(guān)的汽車(chē)操作控制的全部信息，再將記錄的內(nèi)容在電子車(chē)輪控制模塊下加以轉(zhuǎn)化，生成精確的數(shù)據(jù)信號(hào)。然后經(jīng)過(guò)兩個(gè)重要的連接路徑，以此促進(jìn)電子信息技術(shù)功能的發(fā)揮，實(shí)現(xiàn)電子車(chē)輪控制模塊的控制、執(zhí)行。這里提到的兩個(gè)路徑主要用于實(shí)現(xiàn)電子信息的引入功能。最后通過(guò)電子軟件推送指定的工作信息，集中對(duì)汽車(chē)運(yùn)行姿態(tài)作出反映。

從環(huán)境因素分析，汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)在運(yùn)行的時(shí)候，會(huì)受到車(chē)輪磨損程度、外界工作溫度條件的影響，長(zhǎng)期工作中可能存在一定的問(wèn)題。操作人員在計(jì)算汽車(chē)車(chē)輪的運(yùn)行壓力時(shí)，需認(rèn)真分析考量所有的外部因素，以此最大化地保證發(fā)動(dòng)機(jī)的外驅(qū)動(dòng)力計(jì)算無(wú)誤。還需要對(duì)車(chē)輛執(zhí)行系統(tǒng)軟件內(nèi)部的機(jī)電一體化系統(tǒng)軟件應(yīng)用情況作出詳細(xì)分析，具體體現(xiàn)在車(chē)輪制動(dòng)控制的兩方面：一是制動(dòng)執(zhí)行器；二是中間驅(qū)動(dòng)單元，處于制動(dòng)執(zhí)行裝置車(chē)輪控制系統(tǒng)中的軟件里。

在車(chē)輛制動(dòng)系統(tǒng)軟件中有兩項(xiàng)重要的信息：一是經(jīng)過(guò)外部電流傳輸?shù)臄?shù)據(jù)信號(hào)；二是由數(shù)據(jù)控制的數(shù)據(jù)信號(hào)。據(jù)分析發(fā)現(xiàn)，在汽車(chē)制動(dòng)系統(tǒng)軟件運(yùn)行期間，必須可以形成對(duì)制動(dòng)執(zhí)行電流的有效反饋，這樣才會(huì)對(duì)制動(dòng)力矩予以精準(zhǔn)計(jì)算，確保計(jì)算數(shù)據(jù)真實(shí)可靠。值得注意的是，執(zhí)行中還需對(duì)因外界因素生成的其他能量進(jìn)行分析，如外部滑動(dòng)摩擦能量，進(jìn)而對(duì)能量變化和制動(dòng)器二者的關(guān)系作出分析。

4.2 中央電子控制模塊應(yīng)用

中央電子自動(dòng)控制單元的應(yīng)用目的在于及時(shí)、精準(zhǔn)地接收外部的控制信號(hào)，并對(duì)信號(hào)加以有效的控制。在收到自動(dòng)控制設(shè)備發(fā)出的信號(hào)后，中央電子控制單元就會(huì)第一時(shí)間向汽車(chē)的發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)發(fā)布指令，保證自動(dòng)控制器得到有效的控制，以免發(fā)生安全故障，還可以提升系統(tǒng)的運(yùn)行效率。

在汽車(chē)制動(dòng)系統(tǒng)中，中央高頻控制技術(shù)的任務(wù)主要是接收制動(dòng)信號(hào)，并對(duì)相應(yīng)的制動(dòng)信號(hào)命令進(jìn)行迅速傳輸。中央電子控制模塊可以主動(dòng)接收一個(gè)來(lái)源于制動(dòng)系統(tǒng)踏板的制動(dòng)指令，從而達(dá)到自動(dòng)制動(dòng)的效果。中央電子控制模塊一旦接收了駐車(chē)制動(dòng)系統(tǒng)發(fā)布的命令，就會(huì)自動(dòng)對(duì)各車(chē)輪進(jìn)行制動(dòng)。

中央電子控制模塊若接收各車(chē)輪制動(dòng)的命令，就會(huì)對(duì)所有汽車(chē)車(chē)輪的制動(dòng)效果展開(kāi)自動(dòng)監(jiān)控，對(duì)所有車(chē)輪在運(yùn)行中的抱死、打滑等狀況實(shí)時(shí)監(jiān)控并自動(dòng)有效的識(shí)別，及時(shí)作出反映，實(shí)現(xiàn)對(duì)各汽車(chē)車(chē)輪運(yùn)行情況的實(shí)時(shí)控制，有效地規(guī)避了因汽車(chē)制動(dòng)運(yùn)行中車(chē)輪抱死或發(fā)生打滑的安全故障[5]。

4.3 電子踏板模塊應(yīng)用

機(jī)電一體化制動(dòng)系統(tǒng)的一項(xiàng)重要部分是電子踏板模塊的應(yīng)用，現(xiàn)階段我國(guó)汽車(chē)工業(yè)自動(dòng)化發(fā)展過(guò)程中，對(duì)傳統(tǒng)制動(dòng)液壓的使用進(jìn)行嚴(yán)格的限制，正在逐步過(guò)渡到運(yùn)用電子模擬機(jī)的制動(dòng)技術(shù)。電子軌跡控制技術(shù)能夠更好地對(duì)汽車(chē)駕駛員發(fā)出的力學(xué)電子控制信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，變成滿(mǎn)足汽車(chē)制動(dòng)中央控制技術(shù)制動(dòng)需求的電子制動(dòng)信號(hào)，并通過(guò)轉(zhuǎn)換功能，把電子控制信號(hào)迅速地傳輸于汽車(chē)制動(dòng)中央電子控制單元，便于駕駛?cè)藛T及時(shí)了解汽車(chē)制動(dòng)系統(tǒng)的作用力情況，及時(shí)對(duì)制動(dòng)過(guò)程中的操控處理系統(tǒng)作出改進(jìn)與調(diào)整。這種制動(dòng)技術(shù)的日益更新要求利用網(wǎng)絡(luò)大量收集汽車(chē)駕駛員的常規(guī)制動(dòng)中的行為、制動(dòng)操控技術(shù)能力信息，以保障汽車(chē)電子制動(dòng)踏板在實(shí)際使用中的安全性與舒適性，還要對(duì)這些新的電子制動(dòng)踏板制動(dòng)裝置進(jìn)行功能的優(yōu)化，提升對(duì)汽車(chē)駕駛員制動(dòng)行為判斷的靈敏度，使得制動(dòng)設(shè)備人員可對(duì)中央力學(xué)制動(dòng)電子控制信號(hào)及相關(guān)的運(yùn)動(dòng)狀況迅速作出反饋。

5 機(jī)電一體化技術(shù)在BBW系統(tǒng)中的應(yīng)用實(shí)例

汽車(chē)全回路制動(dòng)BBW系統(tǒng)主要分為三部分：車(chē)輪制動(dòng)單元、中央電子控制模塊、電子踏板單元。汽車(chē)BBW系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖1所示。

工作原理如下：當(dāng)汽車(chē)發(fā)出駐車(chē)制動(dòng)的信號(hào)時(shí)，制動(dòng)信號(hào)會(huì)經(jīng)過(guò)踩下的制動(dòng)踏板傳輸?shù)较到y(tǒng)的中央電控單元，在電控機(jī)械的制動(dòng)單元進(jìn)行開(kāi)啟電機(jī)。電機(jī)經(jīng)由皮帶帶動(dòng)絲桿與斜盤(pán)的齒輪，促使旋轉(zhuǎn)絲桿的螺母順著絲桿螺紋的方向發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而與制動(dòng)裝置的活塞觸碰緊密，制動(dòng)摩擦片擠壓力不斷加大，最終擠壓到制動(dòng)盤(pán)上。等待以上流程結(jié)束，強(qiáng)大的擠壓力會(huì)使密封圈產(chǎn)生形變，電機(jī)內(nèi)的電流上升，所以整個(gè)汽車(chē)制動(dòng)過(guò)程，要實(shí)時(shí)通過(guò)制動(dòng)控制單元監(jiān)測(cè)電機(jī)中的電流動(dòng)態(tài)變化，若電流超限，則制動(dòng)控制單元會(huì)自動(dòng)切斷電機(jī)的供給電流。在制動(dòng)結(jié)束時(shí)，旋轉(zhuǎn)的螺母會(huì)沿著絲桿方向，轉(zhuǎn)到原本的位置，對(duì)活塞壓力進(jìn)行大量釋放，恢復(fù)制動(dòng)盤(pán)的平衡，促使活塞回到原本的狀態(tài)，保持制動(dòng)盤(pán)和摩擦片分開(kāi)[6]。

6 結(jié)語(yǔ)

科技的進(jìn)步和人們生活質(zhì)量的大幅度提升對(duì)汽車(chē)的使用性能提出了更高要求，我國(guó)的汽車(chē)制造行業(yè)正朝著自動(dòng)化、智能化方向發(fā)展。在汽車(chē)制動(dòng)系統(tǒng)中，合理地應(yīng)用機(jī)電一體化技術(shù)，有利于進(jìn)一步優(yōu)化汽車(chē)的制動(dòng)系統(tǒng)各方面功能，增強(qiáng)制動(dòng)效果，不僅為駕駛員提供更為安靜、優(yōu)良的駕駛環(huán)境，而且有效地推動(dòng)我國(guó)汽車(chē)制造行業(yè)健康、長(zhǎng)期的發(fā)展。

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作者簡(jiǎn)介：

李恒熙，男，1974年生，數(shù)控技師，研究方向?yàn)橹新毥逃?、機(jī)電類(lèi)教育。