本發(fā)明屬于汽車制動(dòng)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種電機(jī)驅(qū)動(dòng)制動(dòng)系統(tǒng)以及控制方法。

背景技術(shù)：

目前汽車上的制動(dòng)器均為摩擦式制動(dòng)器，根據(jù)摩擦形式的不同分為盤式制動(dòng)器和鼓式制動(dòng)器。傳統(tǒng)的制動(dòng)器都要配備一套笨重的液壓裝置或者氣壓裝置，所占空間大，制動(dòng)靈敏度也不好，和現(xiàn)代汽車上的電子制動(dòng)輔助裝置比如說(shuō)abs不能很好地匹配。并且在制動(dòng)過(guò)程中，如果氣動(dòng)或液壓系統(tǒng)損壞的話，會(huì)造成制動(dòng)力瞬間解除，有安全隱患。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種電機(jī)驅(qū)動(dòng)制動(dòng)系統(tǒng)以及控制方法，以克服現(xiàn)有技術(shù)的不足。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種電機(jī)驅(qū)動(dòng)制動(dòng)系統(tǒng)，包括操縱裝置、控制裝置和執(zhí)行裝置，其中控制裝置包括主控制器以及通過(guò)can總線與主控制器連接的車輪轉(zhuǎn)速傳感器、踏板位移傳感器以及加速度傳感器；

操作裝置包括制動(dòng)踏板，制動(dòng)踏板下端通過(guò)回位彈簧與踏板位移傳感器連接；設(shè)置于不同車輪上的執(zhí)行裝置均連接于主控制器；

執(zhí)行裝置包括安裝在鼓式制動(dòng)器制動(dòng)底板上的步進(jìn)電機(jī)，步進(jìn)電機(jī)與鼓式制動(dòng)器上的動(dòng)力輸入軸凸輪軸通過(guò)蝸輪蝸桿連接。

進(jìn)一步的，制動(dòng)踏板呈s型鉸接在車體上。

進(jìn)一步的，鼓式制動(dòng)器包括摩擦片、制動(dòng)蹄安裝片、制動(dòng)蹄、回位彈簧、電磁驅(qū)動(dòng)器、凸輪軸以及用于安裝制動(dòng)蹄總成的制動(dòng)底板，制動(dòng)底板上設(shè)有用于安裝凸輪軸的凸輪安裝；凸輪軸一端為s型凸臺(tái)，另一端通過(guò)彈性聯(lián)軸器連接有蝸輪。

進(jìn)一步的，蝸桿與步進(jìn)電機(jī)輸出軸通過(guò)鍵連接，其中制動(dòng)底板后端設(shè)有用于安裝步進(jìn)電機(jī)的l型安裝板，安裝步進(jìn)電機(jī)通過(guò)螺栓固定在l型安裝板上。

進(jìn)一步的，制動(dòng)底板上設(shè)有與凸輪安裝孔對(duì)稱設(shè)置的制動(dòng)蹄安裝臺(tái)，制動(dòng)蹄安裝臺(tái)上對(duì)稱開(kāi)設(shè)有兩個(gè)用于安裝制動(dòng)蹄的制動(dòng)蹄安裝孔，制動(dòng)蹄一端通過(guò)螺栓固定在制動(dòng)蹄安裝孔上，另一端與凸輪軸s型凸臺(tái)線接觸，回位彈簧兩端分別固定在兩個(gè)對(duì)稱安裝的制動(dòng)蹄上，制動(dòng)蹄上分別設(shè)有上回位彈簧孔和下回位彈簧孔，用于上下固定兩個(gè)回位彈簧，制動(dòng)底板上的凸輪安裝孔外側(cè)均勻設(shè)有多個(gè)用于安裝軸承的軸承定位安裝孔，凸輪軸通過(guò)軸承固定安裝在凸輪安裝孔上，軸承固定在承定位安裝孔內(nèi)；

制動(dòng)蹄外側(cè)固定有摩擦片，摩擦片通過(guò)螺釘鉚接或者焊接在制動(dòng)蹄外側(cè)，當(dāng)制動(dòng)蹄片張開(kāi)時(shí)，通過(guò)摩擦片和輪轂之間的摩擦摩擦力而產(chǎn)生制動(dòng)所需要的摩擦阻力偶矩。

電機(jī)接收到主控制器發(fā)出的控制信號(hào)，轉(zhuǎn)動(dòng)一定的角度，帶動(dòng)蝸輪蝸桿減速機(jī)構(gòu)，蝸輪通過(guò)聯(lián)軸器帶動(dòng)凸輪轉(zhuǎn)動(dòng)，然后凸輪推開(kāi)制動(dòng)蹄，制動(dòng)蹄上的摩擦片壓向制動(dòng)鼓，產(chǎn)生制動(dòng)力矩。

一種電機(jī)驅(qū)動(dòng)制動(dòng)系統(tǒng)的控制方法，具體包括以下步驟：

1)、首先踏板位移傳感器將制動(dòng)踏板位移量傳送至主控制器；

2)、主控制器實(shí)時(shí)采集車輛當(dāng)前的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)；

3)、主控制器根據(jù)車輛當(dāng)前不同運(yùn)動(dòng)狀態(tài)分別控制不同車輪執(zhí)行裝置的制動(dòng)力。

進(jìn)一步的，步驟1)中，踏板位移傳感器有一個(gè)初始力f0，當(dāng)制動(dòng)踏板踩下，踏板位移傳感器示數(shù)為f1，回位彈簧的剛度為k，則由胡克定律可知踏板位移δd可由下式計(jì)算：

δd＝(f1-f0)/k。

進(jìn)一步的，步驟2)中，主控制器分別通過(guò)車輪轉(zhuǎn)速傳感器和加速度傳感器采集各車輪的車輪轉(zhuǎn)速以及車輪加速度，判斷車輛是否處于轉(zhuǎn)彎狀態(tài)。

進(jìn)一步的，步驟3)中，主控制器根據(jù)車輛當(dāng)前不同運(yùn)動(dòng)狀態(tài)分別控制不同車輪執(zhí)行裝置的制動(dòng)力，具體制動(dòng)力計(jì)算如下：

首先計(jì)算凸輪軸轉(zhuǎn)角和摩擦襯片提供制動(dòng)力矩的數(shù)學(xué)關(guān)系：

凸輪結(jié)構(gòu)根據(jù)平行四邊形原理，其兩長(zhǎng)邊距離為l1，較短的對(duì)角線長(zhǎng)度為l2，在凸輪轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中，位移變化量為[l1，l2]，轉(zhuǎn)角范圍是0到則制動(dòng)蹄一端位移df與凸輪轉(zhuǎn)角關(guān)系是：

其中制動(dòng)蹄一端位移df指制動(dòng)蹄轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)弧長(zhǎng)；

制動(dòng)蹄一端的位移和摩擦力矩的關(guān)系：

制動(dòng)蹄與摩擦襯片力學(xué)簡(jiǎn)化關(guān)系：

r1為制動(dòng)蹄內(nèi)圓半徑，r2為制動(dòng)蹄外圓半徑，其中制動(dòng)蹄的當(dāng)量直徑d為：

d＝0.95×(r1+r2)

由幾何關(guān)系可知，當(dāng)制動(dòng)蹄上端位移為df時(shí)，制動(dòng)蹄轉(zhuǎn)角為：

由胡克定律可知，小塊摩擦襯片所產(chǎn)生的彈力為：

δf＝δdk'μ

式中，δd為制動(dòng)蹄上端產(chǎn)生df位移量時(shí)摩擦襯片所產(chǎn)生的徑向位移量，k'是摩擦襯片的剛度，μ是摩擦襯片與制動(dòng)鼓之間的摩擦系數(shù)。

由幾何關(guān)系可知：

為摩擦襯片的包角，在距摩擦襯片上端處取的小塊摩擦襯片，分析其受力情況。

最后，由從0積分到單個(gè)制動(dòng)蹄上的摩擦襯片產(chǎn)生的制動(dòng)力矩大小是：

上式得出了凸輪轉(zhuǎn)角和單個(gè)制動(dòng)蹄制動(dòng)力矩的關(guān)系。

進(jìn)一步的，單個(gè)制動(dòng)蹄能產(chǎn)生的最大制動(dòng)扭矩是mmax，凸輪允許的最大轉(zhuǎn)角為：

進(jìn)一步的，當(dāng)檢測(cè)到車輛側(cè)向加速度小于設(shè)定閾值時(shí)，主控制器控制各執(zhí)行裝置正常制動(dòng)；如果檢測(cè)到車輛側(cè)向加速度大于設(shè)定閾值時(shí)，如果車輛向左轉(zhuǎn)，則主控制器對(duì)右側(cè)車輪制動(dòng)力增加15％，同時(shí)對(duì)左側(cè)車輪制動(dòng)力減小5％；如果車輛向右轉(zhuǎn)，則主控制器對(duì)左側(cè)車輪制動(dòng)力增加15％，同時(shí)對(duì)右側(cè)車輪制動(dòng)力減小5％，完成制動(dòng)目的。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益的技術(shù)效果：

本發(fā)明一種電機(jī)驅(qū)動(dòng)制動(dòng)系統(tǒng)以及控制方法，通過(guò)控制系統(tǒng)自動(dòng)控制執(zhí)行裝置實(shí)現(xiàn)車輛的制動(dòng)，其中執(zhí)行裝置包括安裝在鼓式制動(dòng)器制動(dòng)底板上的步進(jìn)電機(jī)，步進(jìn)電機(jī)與鼓式制動(dòng)器上的動(dòng)力輸入軸凸輪軸通過(guò)蝸輪蝸桿連接，通過(guò)渦輪傳動(dòng)進(jìn)行制動(dòng)，制動(dòng)效果好，制動(dòng)力強(qiáng)，其中控制裝置包括主控制器以及通過(guò)can總線與主控制器連接的車輪轉(zhuǎn)速傳感器、踏板位移傳感器以及加速度傳感器；主控制器通過(guò)本方法精確計(jì)算每個(gè)車輪行駛速度以及根據(jù)踏板位移傳感器不同位移量，主控制器通過(guò)can總線采集各車輪轉(zhuǎn)速信息、踏板位移信息以及加速度傳感器信息，從而產(chǎn)生不同的制動(dòng)力矩，實(shí)現(xiàn)各個(gè)車輪單獨(dú)制動(dòng)，本裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，方法計(jì)算精確，利用渦輪傳動(dòng)來(lái)取代氣壓制動(dòng)裝置，大大的提高了電動(dòng)汽車的制動(dòng)性，解決了電動(dòng)汽車上應(yīng)用的局限性。

進(jìn)一步的，當(dāng)檢測(cè)到車輛側(cè)向加速度小于設(shè)定閾值時(shí)，主控制器控制各執(zhí)行裝置正常制動(dòng)；如果檢測(cè)到車輛側(cè)向加速度大于設(shè)定閾值時(shí)，如果車輛向左轉(zhuǎn)，則主控制器對(duì)右側(cè)車輪制動(dòng)力增加15％，同時(shí)對(duì)左側(cè)車輪制動(dòng)力減小5％；如果車輛向右轉(zhuǎn)，則主控制器對(duì)左側(cè)車輪制動(dòng)力增加15％，同時(shí)對(duì)右側(cè)車輪制動(dòng)力減小5％，完成制動(dòng)目的，能夠有效防止內(nèi)側(cè)車輪抱死，避免產(chǎn)生危險(xiǎn)狀況。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明執(zhí)行裝置主視圖。

圖2為本發(fā)明執(zhí)行裝置后視圖。

圖3為本發(fā)明執(zhí)行裝置制動(dòng)底板結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4為本發(fā)明輪與凸輪軸的連接方式圖。

圖5為本發(fā)明制動(dòng)蹄與摩擦片總成結(jié)構(gòu)示意圖。

圖6為本發(fā)明操縱裝置結(jié)構(gòu)示意圖。

圖7為踏板位移和車輪制動(dòng)力矩的關(guān)系簡(jiǎn)化示意圖。

圖8為制動(dòng)蹄與摩擦襯片力學(xué)簡(jiǎn)化關(guān)系示意圖。

圖9為本發(fā)明系統(tǒng)示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)描述：

如圖1至圖6所示，一種電機(jī)驅(qū)動(dòng)制動(dòng)系統(tǒng)，包括操縱裝置、控制裝置和執(zhí)行裝置，其中控制裝置包括主控制器以及通過(guò)can總線與主控制器連接的車輪轉(zhuǎn)速傳感器、踏板位移傳感器以及加速度傳感器；

操作裝置包括制動(dòng)踏板，制動(dòng)踏板呈s型，制動(dòng)踏板鉸接在車體上，制動(dòng)踏板下端通過(guò)回位彈簧與踏板位移傳感器連接；設(shè)置于不同車輪上的執(zhí)行裝置均連接于主控制器，通過(guò)主控制器進(jìn)行控制；

執(zhí)行裝置包括安裝在鼓式制動(dòng)器制動(dòng)底板003上的步進(jìn)電機(jī)001，步進(jìn)電機(jī)001與鼓式制動(dòng)器上的動(dòng)力輸入軸凸輪軸006通過(guò)蝸輪蝸桿連接，

鼓式制動(dòng)器包括摩擦片005、制動(dòng)蹄安裝片008、制動(dòng)蹄004、回位彈簧007、電磁驅(qū)動(dòng)器006、凸輪軸006以及用于安裝制動(dòng)蹄總成的制動(dòng)底板003，制動(dòng)底板003上設(shè)有用于安裝凸輪軸006的凸輪安裝孔3-2；凸輪軸006一端為s型凸臺(tái)，另一端通過(guò)彈性聯(lián)軸器6-2連接有蝸輪2-1，

如圖4所示，蝸桿與步進(jìn)電機(jī)001輸出軸通過(guò)鍵連接，其中制動(dòng)底板003后端設(shè)有用于安裝步進(jìn)電機(jī)001的l型安裝板3-3，安裝步進(jìn)電機(jī)001通過(guò)螺栓固定在l型安裝板3-3上。

制動(dòng)底板003上設(shè)有與凸輪安裝孔3-2對(duì)稱設(shè)置的制動(dòng)蹄安裝臺(tái)3-4，制動(dòng)蹄安裝臺(tái)3-4上對(duì)稱開(kāi)設(shè)有兩個(gè)用于安裝制動(dòng)蹄004的制動(dòng)蹄安裝孔3-5，制動(dòng)蹄004一端通過(guò)螺栓固定在制動(dòng)蹄安裝孔35上，另一端與凸輪軸006s型凸臺(tái)線接觸，回位彈簧007兩端分別固定在兩個(gè)對(duì)稱安裝的制動(dòng)蹄004上，制動(dòng)蹄004上分別設(shè)有上回位彈簧孔4-2和下回位彈簧孔4-3，用于上下固定兩個(gè)回位彈簧007，制動(dòng)底板003上的凸輪安裝孔3-2外側(cè)均勻設(shè)有多個(gè)用于安裝軸承的軸承定位安裝孔3-1，凸輪軸006通過(guò)軸承6-3固定安裝在凸輪安裝孔3-2上，軸承6-3固定在承定位安裝孔3-1內(nèi)；

制動(dòng)蹄004外側(cè)固定有摩擦片005，摩擦片005通過(guò)螺釘4-4鉚接或者焊接在制動(dòng)蹄004外側(cè)，當(dāng)制動(dòng)蹄片張開(kāi)時(shí)，通過(guò)摩擦片005和輪轂之間的摩擦摩擦力而產(chǎn)生制動(dòng)所需要的摩擦阻力偶矩。

電機(jī)接收到主控制器發(fā)出的控制信號(hào)，轉(zhuǎn)動(dòng)一定的角度，帶動(dòng)蝸輪蝸桿減速機(jī)構(gòu)，蝸輪通過(guò)聯(lián)軸器帶動(dòng)凸輪轉(zhuǎn)動(dòng)，然后凸輪推開(kāi)制動(dòng)蹄，制動(dòng)蹄上的摩擦片壓向制動(dòng)鼓，產(chǎn)生制動(dòng)力矩。

一種電機(jī)驅(qū)動(dòng)制動(dòng)系統(tǒng)控制方法，具體包括以下步驟：

1、首先踏板位移傳感器將制動(dòng)踏板位移量傳送至主控制器；

2、主控制器實(shí)時(shí)采集車輛當(dāng)前的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)；

3、主控制器根據(jù)車輛當(dāng)前不同運(yùn)動(dòng)狀態(tài)分別控制不同車輪執(zhí)行裝置的制動(dòng)力。

具體的，步驟1中，踏板位移傳感器有一個(gè)初始力f0，當(dāng)制動(dòng)踏板踩下，踏板位移傳感器示數(shù)為f1，回位彈簧的剛度為k，則由胡克定律可知踏板位移δd可由下式計(jì)算：

δd＝(f1-f0)/k

具體的，步驟2中，主控制器分別通過(guò)車輪轉(zhuǎn)速傳感器和加速度傳感器采集各車輪的車輪轉(zhuǎn)速以及車輪加速度，判斷車輛是否處于轉(zhuǎn)彎狀態(tài)；

具體的，步驟3中，主控制器根據(jù)車輛當(dāng)前不同運(yùn)動(dòng)狀態(tài)分別控制不同車輪執(zhí)行裝置的制動(dòng)力，具體制動(dòng)力計(jì)算如下：

首先計(jì)算凸輪軸轉(zhuǎn)角和摩擦襯片提供制動(dòng)力矩的數(shù)學(xué)關(guān)系：

如圖7所示，凸輪的形狀是一個(gè)近似于平行四邊形的不規(guī)則形狀，根據(jù)平行四邊形原理，其兩長(zhǎng)邊距離為l1，較短的對(duì)角線長(zhǎng)度為l2，在凸輪轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中，位移變化量為[l1，l2]，轉(zhuǎn)角范圍是0到則制動(dòng)蹄一端位移df與凸輪轉(zhuǎn)角關(guān)系是：

其中制動(dòng)蹄一端位移df指制動(dòng)蹄轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)弧長(zhǎng)；

制動(dòng)蹄一端的位移和摩擦力矩的關(guān)系：

如圖8所示，制動(dòng)蹄與摩擦襯片力學(xué)簡(jiǎn)化關(guān)系：

r1為制動(dòng)蹄內(nèi)圓半徑，r2為制動(dòng)蹄外圓半徑，其中制動(dòng)蹄的當(dāng)量直徑d為：

d＝0.95×(r1+r2)

由幾何關(guān)系可知，當(dāng)制動(dòng)蹄上端位移為df時(shí)，制動(dòng)蹄轉(zhuǎn)角為：

由胡克定律可知，小塊摩擦襯片所產(chǎn)生的彈力為：

δf＝δdk'μ

式中，δd為制動(dòng)蹄上端產(chǎn)生df位移量時(shí)摩擦襯片所產(chǎn)生的徑向位移量，k'是摩擦襯片的剛度，μ是摩擦襯片與制動(dòng)鼓之間的摩擦系數(shù)。

由幾何關(guān)系可知：

為摩擦襯片的包角，在距摩擦襯片上端處取的小塊摩擦襯片，分析其受力情況。

最后，由從0積分到單個(gè)制動(dòng)蹄上的摩擦襯片產(chǎn)生的制動(dòng)力矩大小是：

上式得出了凸輪轉(zhuǎn)角和單個(gè)制動(dòng)蹄制動(dòng)力矩的關(guān)系。

單個(gè)制動(dòng)蹄能產(chǎn)生的最大制動(dòng)扭矩是mmax，由上式可知凸輪允許的最大轉(zhuǎn)角為：

在車輛高速過(guò)彎時(shí)，由于離心力的作用，車輛重心偏向外側(cè)，此時(shí)外側(cè)車輪的載荷明顯高于內(nèi)側(cè)車輪，如果四個(gè)車輪仍然給同樣的制動(dòng)力矩，內(nèi)側(cè)車輪很容易抱死，從而產(chǎn)生危險(xiǎn)狀況，為解決這一問(wèn)題，本發(fā)明提供一個(gè)制動(dòng)力控制策略，首先通過(guò)車輪輪速計(jì)算車速v：

ω1、ω2、ω3、ω4分別為四個(gè)車輪的轉(zhuǎn)速，r為車輪半徑，當(dāng)車速大于40km/h時(shí)，開(kāi)始檢測(cè)車輛是否在高速過(guò)彎。

如圖9所示，當(dāng)檢測(cè)到車輛側(cè)向加速度小于設(shè)定閾值時(shí)，主控制器控制各執(zhí)行裝置正常制動(dòng)；如果檢測(cè)到車輛側(cè)向加速度大于設(shè)定閾值時(shí)，如果車輛向左轉(zhuǎn)，則主控制器對(duì)右側(cè)車輪制動(dòng)力增加15％，同時(shí)對(duì)左側(cè)車輪制動(dòng)力減小5％；如果車輛向右轉(zhuǎn)，則主控制器對(duì)左側(cè)車輪制動(dòng)力增加15％，同時(shí)對(duì)右側(cè)車輪制動(dòng)力減小5％，完成制動(dòng)目的。