基于FPGA汽車電子機械制動系統(tǒng)探究

1、基于fpga汽車電子機械制動系統(tǒng)探究摘要科技研究的進(jìn)步和先進(jìn)技術(shù)的引進(jìn)，給汽車 行業(yè)的發(fā)展帶來繁榮，同時人們對汽車的要求也在日益提 高，對其安全性能、舒適程度以及外觀方面都在不斷的追求 完美。目前，汽車的控制系統(tǒng)中加入了大量的電子控制系統(tǒng), 電子機械制動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)沒有太高的難度，體積較小，同時 功能集成性能可靠性較強，因此受到較為廣泛的推廣應(yīng)用1 。文章就汽車電子機械制動系統(tǒng)進(jìn)行研究，結(jié)合fpga可 編程邏輯門陣列進(jìn)行編程數(shù)據(jù)分析。關(guān)鍵詞電子機械制動系統(tǒng)；可編程邏輯門陣列(fpga)； 安全系統(tǒng)中圖分類號：tn791文獻(xiàn)標(biāo)識碼：a文章編號： 1671-7597 (2014) 10-0028-0

2、1汽車在數(shù)字技術(shù)不斷進(jìn)步的前提下，已經(jīng)開始向電子智 能化方向發(fā)展，汽車的控制系統(tǒng)設(shè)計中越來越多的應(yīng)用電子 技術(shù)，現(xiàn)代汽車一項重要的標(biāo)志就是汽車電子化的程度。汽 車電子機械制動系統(tǒng)是汽車進(jìn)行研發(fā)創(chuàng)新、完善汽車性能的 重要技術(shù)措施。1汽車電子機械制動系統(tǒng)發(fā)展要求在汽車制造的過程中傳統(tǒng)的液壓空氣制動技術(shù)已經(jīng)發(fā) 展成熟，但是人們生活水平的日益提升，使人們對汽車制動 系統(tǒng)性能的要求越來越高，新型汽車在制造的過程中引進(jìn)了 全新的電子制動系統(tǒng)。例如，防抱死制動系統(tǒng)已經(jīng)成功運用 到汽車制動系統(tǒng)中。在制動線路上更多的附加結(jié)構(gòu)被安置 上，傳統(tǒng)的液壓空氣制動系統(tǒng)已經(jīng)不能夠滿足復(fù)雜的結(jié)構(gòu)程 序需求，管路的設(shè)置更加的復(fù)

3、雜多變，汽車在設(shè)計、制造、 裝配、維過程中的難度越來越大，并且汽車中的安全隱患也 面臨著大幅度的提升。這與當(dāng)前的節(jié)能環(huán)保發(fā)展主題不符2。現(xiàn)代汽車對制動系統(tǒng)的要求越來越高，簡單精準(zhǔn)、功 能全面、反應(yīng)靈活都是現(xiàn)代汽車制動系統(tǒng)的特點。更加便捷、 結(jié)構(gòu)簡單的電子機械制動系統(tǒng)是現(xiàn)代汽車的首選。2汽車電子機械制動系統(tǒng)的優(yōu)勢汽車電子機械制動系統(tǒng)與液壓制動系統(tǒng)相比具有明顯 的優(yōu)勢，相對液壓制動系統(tǒng)汽車電子機械制動系統(tǒng)在機械連 接上能夠簡化程序操作，在系統(tǒng)運行的過程中不需要使用制 動液，簡化制動管路，節(jié)省制動油箱。結(jié)構(gòu)簡便，體積較小, 并且容易維護(hù)，利于對車內(nèi)進(jìn)行設(shè)計，在系統(tǒng)制造的過程中 不會存在液壓泄露的問題

4、，更加環(huán)保3。采用汽車電子機 械制動系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)汽車荷載傳遞的平穩(wěn)，并且在制動過程 中產(chǎn)生的噪音較小，性能平穩(wěn)。利用電線對能量進(jìn)行傳遞， 這種方式傳播信號的速度快，傳動率高，并且反應(yīng)靈活，耐 久性良好。在汽車電子機械制動系統(tǒng)中，電機是連接制動執(zhí) 行的主要構(gòu)造，這在傳統(tǒng)的液壓制動器件是沒有的，大大簡 化了操作控制過程中的速度，同時提升了制動器的精確度。 由于控制的信號是電信號決定的，所以采用電子機械制動系 統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)強大的控制功能，并且通過系統(tǒng)的主要程序以及 相關(guān)的參數(shù)對制定器的性能進(jìn)行改進(jìn)，實現(xiàn)對軟件的控制， 更加有利于實現(xiàn)abs等功能，并且能夠?qū)崿F(xiàn)對控制模塊的相 應(yīng)性的軟件仿真，對系統(tǒng)程序的

5、控制功能進(jìn)行驗證。電子機 械制動系統(tǒng)中利用電能作為運行能量，電機是動力產(chǎn)生的裝 置。在電控單元中系統(tǒng)內(nèi)部的資源功能強大，有利于對系統(tǒng) 功能進(jìn)行創(chuàng)新與改進(jìn)。3汽車電子機械制動系統(tǒng)的整體設(shè)計汽車電子機械制定系統(tǒng)運行的時候是一個比較復(fù)雜的 過程。當(dāng)要進(jìn)行剎車并且踩下制動板的時候，制動板能夠通 過電子感應(yīng)了解到踏板在運動時候的加速度，力的大小，位 移的情況，進(jìn)而辨別出駕駛?cè)藛T的制動意圖。產(chǎn)生的制動指 令通過相應(yīng)的模塊轉(zhuǎn)化成為信號發(fā)送到電控單元中，電控單 元通過傳感器的列陣信號以及車輛行駛的狀態(tài)明確車輪制 動的大小，這樣就是電控單元的傳輸信號4。傳輸信號通 過隔離電路以及放大電路對開關(guān)管進(jìn)行控制疏導(dǎo)，對

6、無刷直 流電機的轉(zhuǎn)速與輸出力矩進(jìn)行限制，之后再將信號傳輸?shù)诫?機控制器，這樣就能夠在執(zhí)行器中產(chǎn)生相應(yīng)的制動力，實現(xiàn) 了車輪的轉(zhuǎn)動。電機控制器會根據(jù)制動傳感器、電流傳感器 等對信號進(jìn)行反饋，并且將反饋之后的信號傳送到電控單 元，對反饋的信號進(jìn)行調(diào)節(jié)，這樣就提升了對制動壓力的精 確度，實現(xiàn)車輛在行駛過程中的平穩(wěn)運行。汽車在行駛的過程中，電子機械制動系統(tǒng)的主要功能就是在規(guī)定的踏板制動信號控制下通過電控單元實現(xiàn)對無刷 直流電機產(chǎn)生的制動轉(zhuǎn)矩。電子機械制動系統(tǒng)的主要模塊組 成部分為電子踏板單元、電控單元ecu,無刷直流電機、車 速采集模塊、模數(shù)轉(zhuǎn)化模塊等，并且在電子機械制動系統(tǒng)中, 電機控制器、無刷直流

7、電機單元、傳感器等是被同一個電控 單元控制的。本文中主要是對單一性的車輪控制進(jìn)行分析說 明，其他的車輪可以通過相似的方法進(jìn)行設(shè)計。4結(jié)束語汽車電子制動系統(tǒng)隨著科技的不斷進(jìn)步已經(jīng)成為未來 汽車制動領(lǐng)域發(fā)展的重要方向。汽車制動主要有緊急制動與 普通制動兩個方面，在緊急制動中更多的會增加abs等控制 模塊以及相應(yīng)的算法。而普通制動中主要是建立fpga作為 主控器的電機控制，采取的主要系統(tǒng)算法是pid模糊算法。 對無刷直流電機中的控制模塊進(jìn)行軟件設(shè)計與仿真研究，這 樣能夠證明程序的準(zhǔn)確性。但是在實際應(yīng)用中會受到實現(xiàn)的 限制，模塊要在理論研究的基礎(chǔ)上進(jìn)行系統(tǒng)的分析與仿真驗 證，沒有對整體控制系統(tǒng)進(jìn)行實際

8、的驗證5。因此汽車電 子制動系統(tǒng)在這方面還有待進(jìn)一步的完善創(chuàng)新。采用fpga 的sopc技術(shù)，能夠?qū)?shù)據(jù)采集模塊、控制模塊以及模糊pid 算法模塊融合在一個系統(tǒng)中，對整體系統(tǒng)進(jìn)行仿真式檢測。 基金項目九江學(xué)院校級課題2011kj18用fpga技術(shù)產(chǎn)生混沌吸引 子的研究參考文獻(xiàn)1 周潤景，圖雅，張麗敏.基于quartus ii的fpga/cpld 數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計實例m.北京：電子工業(yè)出版社，2010 (8)： 408-411.2 李伯全，田洪勝，王瑞，等.基于fpga的emb力矩 電機控制器設(shè)計j.江蘇大學(xué)機械工程學(xué)院，2011 (7).3 stevekilts著.高級fpga設(shè)計結(jié)構(gòu)、實現(xiàn)、和優(yōu)化 m.孟憲元譯.北京:機械工業(yè)出版社，2010 (2)：