基于单片机的电动车电液复合制动系统控制器

关键词： 制动系统 , 电磁阀 , 电动汽车

作者：刘兵， 孙泽昌， 王猛  来源：微型机与应用2012年第22期

摘要： 研究了一种新型电动车电液复合制动系统,并在此基础上进行了控制器硬件和软件设计。硬件电路包括对传感器信号进行处理的信号处理电路和对执行器（电磁阀和电机）进行驱动的驱动放大电路，软件设计包括对输入信号的分析、驾驶员制动意图的识别和为达到理想制动力而对执行器的精确控制。

随着当今节能环保要求的提高，汽车行业面临巨大挑战。电动汽车以其部分或全部电机驱动和制动能量回收等特点正好满足了节能环保的要求。制动时，电动机可以作为发电机产生制动力的同时回收制动能量。但是，由于电机特性的限制，制动时提供的再生制动力有限，在制动减速度较大以及紧急制动时，仍然需要液压制动系统提供制动力，所以往往要根据不同的制动需求，利用电动机再生制动力和液压制动单独或者共同提供制动力。电液复合制动系统就是指这种根据制动需求，通过再生制动和液压制动单独或共同提供制动力的系统。

1 一种新型电液复合制动系统

目前电液复合制动的关键技术主要由丰田、博世和大陆等大型汽车整车及零部件厂商所掌握，其他汽车厂商很难突破它们的技术壁垒。对此，本文设计了一种新型电液复合制动系统，该系统具有集助力、制动踏板感觉模拟、踏板位移传感器于一体的一体化主缸，独立的四通道轮缸压力主动控制。该新型电液复合制动系统的设计方案如图1所示。

2012-12-19 14:55:49 上传

下载附件 (61.19 KB)

图1中，预载单元与储液室通过一个常开的预载电磁阀相连，当预载电磁阀关闭时，可通过高压泵提高预载单元中的液体压力。预载单元与一体式主缸仅在制动状态下接通。液压执行单元为8个电磁阀（4个升压阀和4个减压阀），其中，每个车轮对应一个常开的升压阀和一个常闭的减压阀，其布置与常规ABS的结构相同。该新型电液复合制动系统的制动过程包含3种状态：初始状态、工作状态和失效状态。

(1)初始状态。预载电磁阀打开，预载单元与储液室连通，此时两者压力相同。预载单元和一体式主缸不接通，ECU和液压控制单元均处于断电状态。

(2)工作状态。ECU上电，预载电磁阀关闭，升压阀关闭，由于预载单元和储液室以及一体式主缸断开连接，高压泵将使预载单元压力升高至一定高压。驾驶员产生制动动作时，一体式主缸的机械结构使得预载单元与一体式主缸接通，此时预载单元中的高压经一体式主缸传至升压阀。ECU根据制动踏板位移信号判断驾驶员的制动意图并计算需要多大制动力，再将其传输给整车管理系统(VMS);VMS根据电机控制策略计算出再生制动力和液压制动力,并将该信息传输回ECU；ECU经过信息处理发送PWM波给执行器(即液压执行单元)，使执行器按照一定频率开启，并因此产生液压制动力。另外，通过ECU控制液压控制单元还能实现ABS和ESP功能。制动结束后，系统将恢复至ECU上电状态，为下一次制动做好准备。

(3)失效状态。若电气系统失效（例如突然掉电），则ECU断电，所有执行器都将处于初始状态。随着制动踏板位移的进一步加大，制动踏板将与一体式主缸的机械结构直接接通，因此可以进行常规制动。

2 控制器硬件设计

由于该新型电液复合制动系统所需处理的信号量大，且驱动执行器多，因此考虑使用双PCB板设计。板一设计为双MCU，其中，MCU1用于信号采集和处理，MCU2用于算法计算和通信，两个MCU之间通过SPI连接；板二负责给传感器供电和信号处理以及执行器驱动。系统硬件设计方案如图2所示。由于篇幅有限，本文主要针对信号输入、MCU和信号输出进行说明。

2.1 信号输入

输入信号主要包括制动踏板位移信号、液压传感器压力信号和轮速信号。这些信号都必须通过相应电路对其进行去噪和放大等处理才能传输至MCU1。

2.1.1 踏板位移信号和液压传感器信号

制动踏板位移信号由踏板位移传感器发出，液压传感器信号由布置在液压管路中的液压传感器发出。位移信号和液压信号均为0~5 V的电压信号，因此可以用相同的处理电路对两种信号进行处理。传感器信号首先通过一个防静电二极管去除静电，随后通过由两个电容和一个电阻组成的π型滤波电路进行低通滤波，由OPA2340芯片形成的电压跟随器能将滤波信号转换为标准的电压信号，将该信号传输至板一MCU1的A/D转换口进行A/D转换。相应的信号处理电路如图3所示。

2012-12-19 14:55:49 上传

下载附件 (58.13 KB)