电子机械制动器分阶段闭环控制策略研究

电子机械制动器分阶段闭环控制策略研究

彭旭

伊犁川宁生物技术股份有限公司  新疆伊犁  835000

摘要：目前，我国的工业化进程有了很大进展，对电子机械设备的应用也越来越广泛。电子机械制动（EMB）作为真正意义上的线控制动，具有系统结构精简、制动响应迅速等诸多优势。本文首先对制动器分析，其次探讨电子机械制动器分阶段闭环控制策略，以期解决制动器衬片质量存在的问题，提升汽车制动器的安全性能。

关键词：电子机械制动器;分阶段闭环控制;夹紧力

引言

线控制动系统是支撑汽车电动化、智能化发展的关键之一，其中电子机械式制动系统被认为是线控制动系统的重要发展趋势，高性能的电子机械制动器(EMB)架构与控制策略是技术发展亟待解决的问题。

1制动器的相关分析

电子制动器是满足电子运行的关键部件，电子制动器在稳定工作下，能有效提升电子制动器的服务能力。通过制动器的正常工作，可以使得电梯在到达指定位置后，实现稳定停靠。电子制动器设置装备，主要借助通电期间所产生的双向电磁进行推动作用，使得设备机构和电机旋转能实现有效分离。而且在制动器断电时，电磁力就会消失。在外加制动弹簧的前提下，可以使得失电制动的摩擦式制动器主要的工作就是对电气制动装置系统实现负责。在制动器工作期间，其具有较好的优势，主要是因为制动器在工作中，操作会相对简便，并且还不会产生较大的噪声。并且震动的幅度相对不大，并且动作相对比较灵敏，电子制动器在工作中，应对电子制动器失效问题进行控制，如果失效问题出现，会严重影响电子制动器的功能，甚至会影响电子乘客的生命安全。

2电子机械制动器分阶段闭环控制策略

2.1EMB方案

本文设计的EMB执行机构的组成架构将电机定子固定在制动钳壳体上，行星齿轮内置其中，电机转子和行星齿轮减速机构的太阳轮相连，从驱动电机传来的动力经行星齿轮减速器进而驱动滚珠丝杠，丝杠螺母则驱动衬块夹紧制动盘以实现汽车制动。EMB的工作过程可用3个阶段来描述，即间隙消除阶段、力跟随阶段及分离阶段。依据电机转速、转向及电子踏板情况可判断各阶段临界点。EMB在不同阶段的工作特性不同:间隙消除阶段，制动踏板开始压缩，电机由0开始高速正转，在尽量短的时间内消除间隙;力跟随阶段，踏板继续压缩，电机转速持续上升，制动力达到峰值时电机转速骤降，并工作在堵转状态;分离阶段，制动踏板由压缩态开始复位，此时电机高速反转至电机转角复位，将间隙恢复至预设值，制动结束。为了便于仿真，本文利用目标夹紧力与实际夹紧力之间的关系近似代替上述过程以对三阶段进行描述和切换，即目标夹紧力大于0而实际夹紧力为0时为间隙消除阶段，目标夹紧力与实际夹紧力均大于0为力跟随阶段，目标夹紧力为0时则为分离阶段。

2.2级联式PID控制算法

作为经典运动控制的基准算法，级联PID结构被广泛用于EMB夹紧力控制。典型的三闭环级联PID控制由“夹紧力-转速-电流”3个闭环组成，具有分层的控制结构和多级控制速率，能够适应执行器和电机系统的动力学特性。此外，该结构显式地采用速度反馈控制，在夹紧力接近参考值时能够主动减速，实现夹紧力平稳快速的跟踪。如果省略转速环，采用“夹紧力-电流”双闭环控制，在夹紧力接近参考值时则须依靠超调实现被动减速，因此跟踪性能相对较差。

2.3制造工艺优化

对成型工艺进行优化确保衬片的形状和尺寸符合设计要求，采用精密成型技术如冷压成型、热压成型等来提高衬片的一致性和稳定性，通过控制烧结温度、时间和气氛以及使用先进的设备和工艺控制系统，来保证衬片的致密程度和机械性能。提升表面处理技术也是关键步骤，适当的表面处理如抛光、涂层等可以增强衬片的摩擦性能和耐磨性，同时优化表面处理工艺以确保涂层的附着性和耐腐蚀性。引入自动化生产设备和技术，通过自动化控制和数据采集实现精细化管理和质量控制，加强工艺监控和质量检验，建立完善的工艺监控体系实时监测工艺参数和质量指标，及时发现和纠正问题，加强质量检验以保证产品的合格率和稳定性。

2.4电气故障的有效管控

在制动器工作中，要对制动器的电气故障进行控制，要求工作期间，能实现电气故障的有效管控。控制时，要注意对制动器设备装置监测工作进行合理落实，并且要做到有序顺利地展开监测工作，确保电气故障能得到检测，经过检测后能降低电气故障的影响，提高制动器的服务能力。同时，要对机械人员进行培训，培训过后可有效提升检测效果，并使得他们综合素质实现提升，降低电气故障的影响。另外，工作中，应注意对制动器检验工作的管控，促使制动器保持稳定的工作状态。具体电气故障控制时，应先结合故障检测的结果，对故障的原因进行分析，分析时可以结合故障现象，完成故障的分析，再根据制动器的电气电路原理进行分析，再对电气设备的构造进行研究，促使故障能实现有效检测，并实现故障的合理控制。针对制动器的检测工作，其可以提升制动器的检测效果，能有效减少干扰因素给制动器带来影响。应对制动器材料进行控制，要求制动器材料能符合制动器的质量标准，工作时，还要提升检测水平。再配合制动器的养护工作。养护期间，要对制动器的性能测试工作进行落实，使得性能测试工作能发挥相应作用，进一步推动制动器的检测效果。

2.5加强电子制动器的检验检测

1)检验检测人员认真观察制动器是否动作灵活；电子制动时制动闸瓦是否紧密、均匀地贴合在制动轮上，电子运行时制动闸瓦与制动轮不发生摩擦；制动闸瓦与制动轮工作面上无油污。对于需要定期拆解保养的柱塞式电磁铁型式的杠杆鼓式制动器，查看维护保养单位是否按照制造单位或者型式试验机构的要求进行了拆解保养。2)检测电子制动器的制动力时，操作人员在电子井道外操作，电子空载以额定速度向上运行至井道上部时切断电动机与制动器供电。然后装载1.25倍额定载荷，以额定速度向下运行到井道下部时切断电源，观察轿厢是否停止运行。

2.6环境适应性测试

设定湿润环境下的测试条件，以模拟潮湿天气或雨天的实际使用情况，进行湿度与温度循环测试，评估温度变化引起的热胀冷缩效应以及湿气对摩擦性能的影响，还需要在湿润环境中对制动器衬片的摩擦性能进行评估，重点关注制动效果、制动力平稳性、响应速度等关键指标。进行湿润环境下的耐腐蚀性测试评估衬片在潮湿环境中的耐久性和腐蚀抵抗能力，检测表面腐蚀情况以及对摩擦副的影响，对制动效能的稳定性进行测试，保证产品即使在潮湿环境中也能保持稳定的制动性能，避免因潮湿环境导致的制动力下降或不稳定的情况。整个测试过程需要严格遵守相关的标准和法规以保证测试结果的可靠性和可比性，通过这些环境适应性测试可以全面了解制动器衬片在湿润环境下的性能表现，及时发现并解决可能的问题，从而确保产品在各种环境条件下的稳定性。

结语

提出了电子机械式制动器的分阶段闭环控制策略，将制动过程分为间隙消除阶段、力跟随阶段及分离阶段，验证了控制策略的有效性。设计了基于前馈补偿的二阶线性自抗扰制动夹紧力控制器，有效提升了夹紧力闭环控制的响应速度、控制精度和抗干扰能力。

参考文献

［1］傅云峰，王维锐，葛正．新型汽车电子机械制动系统建模仿真与实验研究［J］．工程设计学报，2017，24(6):702－709．

［2］宗长富，李刚，郑宏宇，等.线控汽车底盘控制技术研究进展及展望［J］.中国公路学报，2013，26（2）：160-176.

［3］谭草，鲁应涛，葛文庆，等．直驱式永磁直线电机深度模糊滑模－自抗扰控制［J］．西安交通大学学报，2023，57(1):185－194．