本發明屬于汽車制動技術領域，具體涉及一種電機驅動制動系統以及控制方法。

背景技術：

目前汽車上的制動器均為摩擦式制動器，根據摩擦形式的不同分為盤式制動器和鼓式制動器。傳統的制動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，制動靈敏度也不好，和現代汽車上的電子制動輔助裝置比如說abs不能很好地匹配。并且在制動過程中，如果氣動或液壓系統損壞的話，會造成制動力瞬間解除，有安全隱患。

技術實現要素：

本發明的目的在于提供一種電機驅動制動系統以及控制方法，以克服現有技術的不足。

為達到上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種電機驅動制動系統，包括操縱裝置、控制裝置和執行裝置，其中控制裝置包括主控制器以及通過can總線與主控制器連接的車輪轉速傳感器、踏板位移傳感器以及加速度傳感器；

操作裝置包括制動踏板，制動踏板下端通過回位彈簧與踏板位移傳感器連接；設置于不同車輪上的執行裝置均連接于主控制器；

執行裝置包括安裝在鼓式制動器制動底板上的步進電機，步進電機與鼓式制動器上的動力輸入軸凸輪軸通過蝸輪蝸桿連接。

進一步的，制動踏板呈s型鉸接在車體上。

進一步的，鼓式制動器包括摩擦片、制動蹄安裝片、制動蹄、回位彈簧、電磁驅動器、凸輪軸以及用于安裝制動蹄總成的制動底板，制動底板上設有用于安裝凸輪軸的凸輪安裝；凸輪軸一端為s型凸臺，另一端通過彈性聯軸器連接有蝸輪。

進一步的，蝸桿與步進電機輸出軸通過鍵連接，其中制動底板后端設有用于安裝步進電機的l型安裝板，安裝步進電機通過螺栓固定在l型安裝板上。

進一步的，制動底板上設有與凸輪安裝孔對稱設置的制動蹄安裝臺，制動蹄安裝臺上對稱開設有兩個用于安裝制動蹄的制動蹄安裝孔，制動蹄一端通過螺栓固定在制動蹄安裝孔上，另一端與凸輪軸s型凸臺線接觸，回位彈簧兩端分別固定在兩個對稱安裝的制動蹄上，制動蹄上分別設有上回位彈簧孔和下回位彈簧孔，用于上下固定兩個回位彈簧，制動底板上的凸輪安裝孔外側均勻設有多個用于安裝軸承的軸承定位安裝孔，凸輪軸通過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；

制動蹄外側固定有摩擦片，摩擦片通過螺釘鉚接或者焊接在制動蹄外側，當制動蹄片張開時，通過摩擦片和輪轂之間的摩擦摩擦力而產生制動所需要的摩擦阻力偶矩。

電機接收到主控制器發出的控制信號，轉動一定的角度，帶動蝸輪蝸桿減速機構，蝸輪通過聯軸器帶動凸輪轉動，然后凸輪推開制動蹄，制動蹄上的摩擦片壓向制動鼓，產生制動力矩。

一種電機驅動制動系統的控制方法，具體包括以下步驟：

1)、首先踏板位移傳感器將制動踏板位移量傳送至主控制器；

2)、主控制器實時采集車輛當前的運動狀態；

3)、主控制器根據車輛當前不同運動狀態分別控制不同車輪執行裝置的制動力。

進一步的，步驟1)中，踏板位移傳感器有一個初始力f0，當制動踏板踩下，踏板位移傳感器示數為f1，回位彈簧的剛度為k，則由胡克定律可知踏板位移δd可由下式計算：

δd＝(f1-f0)/k。

進一步的，步驟2)中，主控制器分別通過車輪轉速傳感器和加速度傳感器采集各車輪的車輪轉速以及車輪加速度，判斷車輛是否處于轉彎狀態。

進一步的，步驟3)中，主控制器根據車輛當前不同運動狀態分別控制不同車輪執行裝置的制動力，具體制動力計算如下：

首先計算凸輪軸轉角和摩擦襯片提供制動力矩的數學關系：

凸輪結構根據平行四邊形原理，其兩長邊距離為l1，較短的對角線長度為l2，在凸輪轉動過程中，位移變化量為[l1，l2]，轉角范圍是0到則制動蹄一端位移df與凸輪轉角關系是：

其中制動蹄一端位移df指制動蹄轉動時轉動弧長；

制動蹄一端的位移和摩擦力矩的關系：

制動蹄與摩擦襯片力學簡化關系：

r1為制動蹄內圓半徑，r2為制動蹄外圓半徑，其中制動蹄的當量直徑d為：

d＝0.95×(r1+r2)

由幾何關系可知，當制動蹄上端位移為df時，制動蹄轉角為：

由胡克定律可知，小塊摩擦襯片所產生的彈力為：

δf＝δdk'μ

式中，δd為制動蹄上端產生df位移量時摩擦襯片所產生的徑向位移量，k'是摩擦襯片的剛度，μ是摩擦襯片與制動鼓之間的摩擦系數。

由幾何關系可知：

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積分到單個制動蹄上的摩擦襯片產生的制動力矩大小是：

上式得出了凸輪轉角和單個制動蹄制動力矩的關系。

進一步的，單個制動蹄能產生的最大制動扭矩是mmax，凸輪允許的最大轉角為：

進一步的，當檢測到車輛側向加速度小于設定閾值時，主控制器控制各執行裝置正常制動；如果檢測到車輛側向加速度大于設定閾值時，如果車輛向左轉，則主控制器對右側車輪制動力增加15％，同時對左側車輪制動力減小5％；如果車輛向右轉，則主控制器對左側車輪制動力增加15％，同時對右側車輪制動力減小5％，完成制動目的。

與現有技術相比，本發明具有以下有益的技術效果：

本發明一種電機驅動制動系統以及控制方法，通過控制系統自動控制執行裝置實現車輛的制動，其中執行裝置包括安裝在鼓式制動器制動底板上的步進電機，步進電機與鼓式制動器上的動力輸入軸凸輪軸通過蝸輪蝸桿連接，通過渦輪傳動進行制動，制動效果好，制動力強，其中控制裝置包括主控制器以及通過can總線與主控制器連接的車輪轉速傳感器、踏板位移傳感器以及加速度傳感器；主控制器通過本方法精確計算每個車輪行駛速度以及根據踏板位移傳感器不同位移量，主控制器通過can總線采集各車輪轉速信息、踏板位移信息以及加速度傳感器信息，從而產生不同的制動力矩，實現各個車輪單獨制動，本裝置結構簡單，方法計算精確，利用渦輪傳動來取代氣壓制動裝置，大大的提高了電動汽車的制動性，解決了電動汽車上應用的局限性。

進一步的，當檢測到車輛側向加速度小于設定閾值時，主控制器控制各執行裝置正常制動；如果檢測到車輛側向加速度大于設定閾值時，如果車輛向左轉，則主控制器對右側車輪制動力增加15％，同時對左側車輪制動力減小5％；如果車輛向右轉，則主控制器對左側車輪制動力增加15％，同時對右側車輪制動力減小5％，完成制動目的，能夠有效防止內側車輪抱死，避免產生危險狀況。

附圖說明

圖1為本發明執行裝置主視圖。

圖2為本發明執行裝置后視圖。

圖3為本發明執行裝置制動底板結構示意圖。

圖4為本發明輪與凸輪軸的連接方式圖。

圖5為本發明制動蹄與摩擦片總成結構示意圖。

圖6為本發明操縱裝置結構示意圖。

圖7為踏板位移和車輪制動力矩的關系簡化示意圖。

圖8為制動蹄與摩擦襯片力學簡化關系示意圖。

圖9為本發明系統示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖對本發明做進一步詳細描述：

如圖1至圖6所示，一種電機驅動制動系統，包括操縱裝置、控制裝置和執行裝置，其中控制裝置包括主控制器以及通過can總線與主控制器連接的車輪轉速傳感器、踏板位移傳感器以及加速度傳感器；

操作裝置包括制動踏板，制動踏板呈s型，制動踏板鉸接在車體上，制動踏板下端通過回位彈簧與踏板位移傳感器連接；設置于不同車輪上的執行裝置均連接于主控制器，通過主控制器進行控制；

執行裝置包括安裝在鼓式制動器制動底板003上的步進電機001，步進電機001與鼓式制動器上的動力輸入軸凸輪軸006通過蝸輪蝸桿連接，

鼓式制動器包括摩擦片005、制動蹄安裝片008、制動蹄004、回位彈簧007、電磁驅動器006、凸輪軸006以及用于安裝制動蹄總成的制動底板003，制動底板003上設有用于安裝凸輪軸006的凸輪安裝孔3-2；凸輪軸006一端為s型凸臺，另一端通過彈性聯軸器6-2連接有蝸輪2-1，

如圖4所示，蝸桿與步進電機001輸出軸通過鍵連接，其中制動底板003后端設有用于安裝步進電機001的l型安裝板3-3，安裝步進電機001通過螺栓固定在l型安裝板3-3上。

制動底板003上設有與凸輪安裝孔3-2對稱設置的制動蹄安裝臺3-4，制動蹄安裝臺3-4上對稱開設有兩個用于安裝制動蹄004的制動蹄安裝孔3-5，制動蹄004一端通過螺栓固定在制動蹄安裝孔35上，另一端與凸輪軸006s型凸臺線接觸，回位彈簧007兩端分別固定在兩個對稱安裝的制動蹄004上，制動蹄004上分別設有上回位彈簧孔4-2和下回位彈簧孔4-3，用于上下固定兩個回位彈簧007，制動底板003上的凸輪安裝孔3-2外側均勻設有多個用于安裝軸承的軸承定位安裝孔3-1，凸輪軸006通過軸承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；

制動蹄004外側固定有摩擦片005，摩擦片005通過螺釘4-4鉚接或者焊接在制動蹄004外側，當制動蹄片張開時，通過摩擦片005和輪轂之間的摩擦摩擦力而產生制動所需要的摩擦阻力偶矩。

電機接收到主控制器發出的控制信號，轉動一定的角度，帶動蝸輪蝸桿減速機構，蝸輪通過聯軸器帶動凸輪轉動，然后凸輪推開制動蹄，制動蹄上的摩擦片壓向制動鼓，產生制動力矩。

一種電機驅動制動系統控制方法，具體包括以下步驟：

1、首先踏板位移傳感器將制動踏板位移量傳送至主控制器；

2、主控制器實時采集車輛當前的運動狀態；

3、主控制器根據車輛當前不同運動狀態分別控制不同車輪執行裝置的制動力。

具體的，步驟1中，踏板位移傳感器有一個初始力f0，當制動踏板踩下，踏板位移傳感器示數為f1，回位彈簧的剛度為k，則由胡克定律可知踏板位移δd可由下式計算：

δd＝(f1-f0)/k

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

具體的，步驟3中，主控制器根據車輛當前不同運動狀態分別控制不同車輪執行裝置的制動力，具體制動力計算如下：

首先計算凸輪軸轉角和摩擦襯片提供制動力矩的數學關系：

如圖7所示，凸輪的形狀是一個近似于平行四邊形的不規則形狀，根據平行四邊形原理，其兩長邊距離為l1，較短的對角線長度為l2，在凸輪轉動過程中，位移變化量為[l1，l2]，轉角范圍是0到則制動蹄一端位移df與凸輪轉角關系是：

其中制動蹄一端位移df指制動蹄轉動時轉動弧長；

制動蹄一端的位移和摩擦力矩的關系：

如圖8所示，制動蹄與摩擦襯片力學簡化關系：

r1為制動蹄內圓半徑，r2為制動蹄外圓半徑，其中制動蹄的當量直徑d為：

d＝0.95×(r1+r2)

由幾何關系可知，當制動蹄上端位移為df時，制動蹄轉角為：

由胡克定律可知，小塊摩擦襯片所產生的彈力為：

δf＝δdk'μ

式中，δd為制動蹄上端產生df位移量時摩擦襯片所產生的徑向位移量，k'是摩擦襯片的剛度，μ是摩擦襯片與制動鼓之間的摩擦系數。

由幾何關系可知：

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積分到單個制動蹄上的摩擦襯片產生的制動力矩大小是：

上式得出了凸輪轉角和單個制動蹄制動力矩的關系。

單個制動蹄能產生的最大制動扭矩是mmax，由上式可知凸輪允許的最大轉角為：

在車輛高速過彎時，由于離心力的作用，車輛重心偏向外側，此時外側車輪的載荷明顯高于內側車輪，如果四個車輪仍然給同樣的制動力矩，內側車輪很容易抱死，從而產生危險狀況，為解決這一問題，本發明提供一個制動力控制策略，首先通過車輪輪速計算車速v：

ω1、ω2、ω3、ω4分別為四個車輪的轉速，r為車輪半徑，當車速大于40km/h時，開始檢測車輛是否在高速過彎。

如圖9所示，當檢測到車輛側向加速度小于設定閾值時，主控制器控制各執行裝置正常制動；如果檢測到車輛側向加速度大于設定閾值時，如果車輛向左轉，則主控制器對右側車輪制動力增加15％，同時對左側車輪制動力減小5％；如果車輛向右轉，則主控制器對左側車輪制動力增加15％，同時對右側車輪制動力減小5％，完成制動目的。