基于FPGA的汽車電子機械制動系統的研究

嚴舒+歐陽乾

摘 要 科技研究的進步和先進技術的引進，給汽車行業的發展帶來繁榮，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，汽車的控制系統中加入了大量的電子控制系統，電子機械制動系統的結構沒有太高的難度，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用[1]。文章就汽車電子機械制動系統進行研究，結合FPGA可編程邏輯門陣列進行編程數據分析。

關鍵詞 電子機械制動系統；可編程邏輯門陣列（FPGA）；安全系統

中圖分類號：TN791 文獻標識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）10-0028-01

汽車在數字技術不斷進步的前提下，已經開始向電子智能化方向發展，汽車的控制系統設計中越來越多的應用電子技術，現代汽車一項重要的標志就是汽車電子化的程度。汽車電子機械制動系統是汽車進行研發創新、完善汽車性能的重要技術措施。

1 汽車電子機械制動系統發展要求

在汽車制造的過程中傳統的液壓空氣制動技術已經發展成熟，但是人們生活水平的日益提升，使人們對汽車制動系統性能的要求越來越高，新型汽車在制造的過程中引進了全新的電子制動系統。例如，防抱死制動系統已經成功運用到汽車制動系統中。在制動線路上更多的附加結構被安置上，傳統的液壓空氣制動系統已經不能夠滿足復雜的結構程序需求，管路的設置更加的復雜多變，汽車在設計、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。這與當前的節能環保發展主題不符[2]。現代汽車對制動系統的要求越來越高，簡單精準、功能全面、反應靈活都是現代汽車制動系統的特點。更加便捷、結構簡單的電子機械制動系統是現代汽車的首選。

2 汽車電子機械制動系統的優勢

汽車電子機械制動系統與液壓制動系統相比具有明顯的優勢，相對液壓制動系統汽車電子機械制動系統在機械連接上能夠簡化程序操作，在系統運行的過程中不需要使用制動液，簡化制動管路，節省制動油箱。結構簡便，體積較小，并且容易維護，利于對車內進行設計，在系統制造的過程中不會存在液壓泄露的問題，更加環保[3]。采用汽車電子機械制動系統能夠實現汽車荷載傳遞的平穩，并且在制動過程中產生的噪音較小，性能平穩。利用電線對能量進行傳遞，這種方式傳播信號的速度快，傳動率高，并且反應靈活，耐久性良好。在汽車電子機械制動系統中，電機是連接制動執行的主要構造，這在傳統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能夠實現強大的控制功能，并且通過系統的主要程序以及相關的參數對制定器的性能進行改進，實現對軟件的控制，更加有利于實現ABS等功能，并且能夠實現對控制模塊的相應性的軟件仿真，對系統程序的控制功能進行驗證。電子機械制動系統中利用電能作為運行能量，電機是動力產生的裝置。在電控單元中系統內部的資源功能強大，有利于對系統功能進行創新與改進。

3 汽車電子機械制動系統的整體設計

汽車電子機械制定系統運行的時候是一個比較復雜的過程。當要進行剎車并且踩下制動板的時候，制動板能夠通過電子感應了解到踏板在運動時候的加速度，力的大小，位移的情況，進而辨別出駕駛人員的制動意圖。產生的制動指令通過相應的模塊轉化成為信號發送到電控單元中，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管進行控制疏導，對無刷直流電機的轉速與輸出力矩進行限制，之后再將信號傳輸到電機控制器，這樣就能夠在執行器中產生相應的制動力，實現了車輪的轉動。電機控制器會根據制動傳感器、電流傳感器等對信號進行反饋，并且將反饋之后的信號傳送到電控單元，對反饋的信號進行調節，這樣就提升了對制動壓力的精確度，實現車輛在行駛過程中的平穩運行。

汽車在行駛的過程中，電子機械制動系統的主要功能就是在規定的踏板制動信號控制下通過電控單元實現對無刷直流電機產生的制動轉矩。電子機械制動系統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、模數轉化模塊等，并且在電子機械制動系統中，電機控制器、無刷直流電機單元、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行分析說明，其他的車輪可以通過相似的方法進行設計。

4 結束語

汽車電子制動系統隨著科技的不斷進步已經成為未來汽車制動領域發展的重要方向。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，采取的主要系統算法是PID 模糊算法。對無刷直流電機中的控制模塊進行軟件設計與仿真研究，這樣能夠證明程序的準確性。但是在實際應用中會受到實現的限制，模塊要在理論研究的基礎上進行系統的分析與仿真驗證，沒有對整體控制系統進行實際的驗證[5]。因此汽車電子制動系統在這方面還有待進一步的完善創新。采用FPGA的SOPC技術，能夠將數據采集模塊、控制模塊以及模糊PID算法模塊融合在一個系統中，對整體系統進行仿真式檢測。

基金項目

九江學院校級課題2011KJ18用FPGA技術產生混沌吸引子的研究

參考文獻

[1]周潤景，圖雅，張麗敏.基于Quartus II的FPGA/CPLD數字系統設計實例[M].北京：電子工業出版社，2010（8）：408-411.

[2]李伯全，田洪勝，王瑞，等.基于FPGA的EMB力矩電機控制器設計[J].江蘇大學機械工程學院，2011（7）.

[3]Steve Kilts著.高級FPGA設計結構、實現、和優化[M].孟憲元譯.北京：機械工業出版社，2010（2）：23-55.

[4]王奎洋，唐金花.電子機械制動系統執行機構的分析與設計[J].江蘇技術師范學院學報（自然科學版），2010（06）.

[5]陳賾，鄒道勝，朱如琪.CPLD/FPGA與ASIC設計實踐教程[M].北京：科學出版社，2010（9）：164-176.endprint