當(dāng)今很多汽車公司在概念車的設(shè)計中都采用了線控技術(shù)，線控技術(shù)將是未來汽車的核心內(nèi)容，這將要求汽車的各個組成部分發(fā)生革命性的變化，在汽車的制動系統(tǒng)部分就得到了充分的體現(xiàn)，如電子機械制動(EMB)系統(tǒng)就是制動系統(tǒng)的一個發(fā)展方向，本文就電子機械制動系統(tǒng)中的電磁制動系統(tǒng)展開了討論，并針對電磁制動系統(tǒng)的防抱死功能進(jìn)行了仿真研究。

1 基于盤式制動器的電磁制動系統(tǒng)

電子機械制動系統(tǒng)和液壓制動系統(tǒng)就制動原理來說是相同的，其車輪和制動裝置的主要部分是相同的。只是在電子機械制動系統(tǒng)中，電源代替了液壓源，機電作動器代替了液壓作動筒。小型車輛的EMB主要包含以下部分：（l）電制動器。其結(jié)構(gòu)和液壓制動器基本類似，動作器是電動機或電磁機構(gòu)。（2）電制動控制單元(ECU)。接收制動踏板發(fā)出的信號，控制制動器制動；接收駐車制動信號，控制駐車制動；接收車輪傳感器信號，識別車輪是否抱死、打滑等；控制車輪制動力，實現(xiàn)防抱死和驅(qū)動防滑并兼顧其它系統(tǒng)的控制。（3）輪速傳感器。準(zhǔn)確、可靠、及時地獲得車輪的速度。(4)電源。為整個電制動系統(tǒng)提供能源，與其它系統(tǒng)共用。

本文所研究的基于盤式制動器的電磁制動系統(tǒng)，是電子機械制動系統(tǒng)中的一種方式。電子機械制動系統(tǒng)按照作動器的不同可以分為電磁式和電動機式。其中電磁式的電子機械制動系統(tǒng)又可以分為兩種方式，一種是基于鼓式制動器，另一種是基于盤式制動器（關(guān)系如圖1所示)。與傳統(tǒng)的制動系統(tǒng)不同，電磁制動系統(tǒng)以電子元件代替部分機械元件，成為機電一體化的制動系統(tǒng)?；窘Y(jié)構(gòu)是使用電磁體代替液壓缸作為執(zhí)行機構(gòu)（如圖2所示），其工作原理類似以前馬車采用的楔塊制動方法，馬車制動時，在馬車車輪與輪罩之間塞人一楔型塊，由于摩擦力作用將導(dǎo)致楔塊與車輪的鎖止。此種電磁制動器正是沿用了這一思路，制動時控制電磁體推動楔型塊，由于利用了汽車的部分動能進(jìn)行制動，只需要較小的電磁力。通過電制動控制單元（ECU）來的控制電磁體的動作，在電子控制系統(tǒng)中設(shè)計相應(yīng)程序，操縱電控元件來控制制動力的大小及制動力的分配，可完全實現(xiàn)使用傳統(tǒng)控制元件所能達(dá)到的ABS功能。與傳統(tǒng)的ABS相比具有以下優(yōu)點：結(jié)構(gòu)布置上要靈活，省去了復(fù)雜的管路系統(tǒng)；省去了傳統(tǒng)制動系統(tǒng)中的制動油箱、制動主缸、助力裝置、液壓閥等部件，使整車的質(zhì)量降低；易于改進(jìn)，稍加改進(jìn)就可以增加各種電控功能；制動響應(yīng)時間短，提高制動性能。

2 汽車ABS控制的基本原理

汽車在制動過程中，其制動力受輪胎與路面之間附著系數(shù)的影響。試驗表明，表征輪胎與路面之間的附著系數(shù)與滑移率有圖3所示的關(guān)系。從圖中看出，當(dāng)滑移率為15％-20％時，縱向附著系數(shù)達(dá)到最大值，側(cè)向附著系數(shù)也處于較高水平，車輛的制動效果最佳，同時又具有一定的橫向穩(wěn)定潛能。汽車ABS控制正是利用這種關(guān)系，在制動過程中將車輪的滑移率控制在最佳滑移率的附近。

3 車輛系統(tǒng)模型的的建立

3.1 電磁制動系統(tǒng)模型

電磁制動系統(tǒng)中，電磁體的電磁力與電磁體線圈中的通電電流和匝數(shù)有關(guān)，基本上與安匝數(shù)成線性關(guān)系。當(dāng)線圈的匝數(shù)一定時，改變線圈中通電電流，電磁體的磁力隨之改變。不同于普通摩擦制動器，電磁制動器不需要壓力調(diào)節(jié)器，而直接控制電流。由于使用電流調(diào)節(jié)器代替了壓力調(diào)節(jié)器，所以減少了系統(tǒng)的非線性。制動時電磁體磁力首先要克服回位彈簧的回位拉力，在磁力大于彈簧力的情況下，推動楔型塊使摩擦塊與制動盤接觸，產(chǎn)生制動力矩。假定克服彈簧力所需斥力為Fo,電磁體產(chǎn)生的斥力為F，則制動力矩可以表達(dá)為：

式中，T表示產(chǎn)生的制動力矩；kb為制動效能因數(shù)，是車輛速度的函數(shù)，這里近似看為常數(shù)；uf是摩擦塊與制動盤的平均摩擦系數(shù)；r為制動盤摩擦半徑,F是隨時間線性變化，對(1)式求導(dǎo)得：

式中，U為制動力矩的變化速率。當(dāng)制動力矩增加時U =a，（a為正常數(shù)）；當(dāng)制動力矩減少時，U=-a；當(dāng)制動力矩保持不變時，U =0.3.2車輛動力學(xué)模型

單輪制動時的受力分析如圖4所示，簡化分析忽略滾動摩擦阻力及空氣阻力，其運動微分方程如下：

式中m-車輛質(zhì)量

-車身加速度

Fx-地面制動力

J-車輪轉(zhuǎn)動慣量

-車輪角加速度

r-車輪半徑

Tb-制動器扭矩

μ-縱向附著系數(shù)定義滑移率為：

λ=1-ωr/v

式中λ——滑移率 ω——車輪角速度

r——車輪半徑

v——車身速度

3.2 基于路面附著系數(shù)的控制算法

目前ABS系統(tǒng)大都采用邏輯門限控制和基于車輪滑移率的控制，如滑?？刂?、PID控制、模糊控制、模糊PID控制等，邏輯門限控制的控制邏輯比較復(fù)雜，控制也不夠平穩(wěn)，各類車型之間的互換性不佳，因為具體控制參數(shù)值的選取往往根據(jù)具體車型而定。采用車輪滑移率控制算法可以克服邏輯控制的缺陷，它能使車輪的滑移率迅速收斂到設(shè)定目標(biāo)，但很容易引起控制系統(tǒng)的不穩(wěn)定，導(dǎo)致車輪滑移率以較大幅值波動，同時不能充分利用路面的附著系數(shù)，導(dǎo)致制動器的效能降低?；诼访娓街禂?shù)的防抱死制動系統(tǒng)控制算法能夠適應(yīng)各種路面變化，只需車輪轉(zhuǎn)速，不需車身的速度，降低了ABS裝置的成本。

根據(jù)如下表達(dá)式[3]：

式（6）中v、r、m均為正數(shù)， 的正負(fù)號由 的正負(fù)號決定。

當(dāng) 需增大電流；

當(dāng) 需減小電流；

當(dāng) 需保持電流不變。

4 仿真分析

在MATLAB的SIMULINK環(huán)境下，建立了制動系統(tǒng)仿真模型見圖5。

仿真模型的參數(shù)：整車質(zhì)量1000kg；車輪半徑0.31m；車輪轉(zhuǎn)動慣量0.65 kg m2；制動初速度20m/s.在混凝土路面的路況條件下（當(dāng)滑移率為0.2時，峰值附著系數(shù)為0.85），仿真才用變步長5階龍格一庫塔法進(jìn)行，仿真結(jié)果如圖6～圖9所示。圖6為車速和輪速的變化曲線，可以看出車輛輪速并不是很快減小為零，而是隨車速一起緩慢變化，提高制動時的安全性。圖7為汽車在混凝土路面上仿真的滑移率變化曲線，從仿真結(jié)果上可以看出，使用基于路面附著系數(shù)的控制方式，可以保證車輛滑移率在最佳滑移率附近，使汽車能夠充分利用路面的附著力，從而提高汽車的制動性能和操縱性能。表明本文電磁制動器以基于路面附著系數(shù)控制方式建立的模型是正確的，可以為實際ABS系統(tǒng)的開發(fā)提供參考。

5 結(jié)論

電磁制動器改善了現(xiàn)有制動器的諸多缺點，特別是由于采用電路控制代替?zhèn)鹘y(tǒng)制動作動系統(tǒng)減少了制動滯后，也減少了制動系統(tǒng)的非線性因數(shù)，使得制動過程更穩(wěn)定。基于路面附著系數(shù)的控制方式，能很好的解決其他控制方式的缺點，使車輛能根據(jù)路面情況的變化而變化，保證車輛的安全穩(wěn)定性。本文的不足之處在于沒有與其他的控制方式進(jìn)行仿真比較，特別是傳統(tǒng)液壓ABS系統(tǒng)的比較，還需要進(jìn)一步進(jìn)行量化的研究，同時需進(jìn)一步用實驗來證明。