基于CAN總線的汽車EMB結構設計

彭旻洋　呂景亮　曹達　白宇　賈永凱　趙峰

摘? ?要：在汽車電子機械制動系統的基礎上，引入了一種新的結構布置形式，包括電子制動踏板模塊、中央控制單元、電控制動模塊和制動執行模塊。其中，電子制動踏板模塊與中央控制單元連接，中央控制單元與汽車的CAN總線連接，電控制動模塊與汽車的CAN總線連接，電控制動模塊安裝于底盤懸架上實現電動機力矩控制，制動執行系統與電控制動模塊連接，制動執行模塊安裝于車輪上塊進行制動操作。該結構實現了制動控制，具備一定的穩定性。

關鍵詞：CAN總線? 汽車? EMB制動系統

中圖分類號：TP27? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1674-098X（2020）03（b）-0031-02

1? 基于CAN總線的汽車電子機械制動系統的優勢

現階段汽車制動系統廣泛使用的是液壓制動與氣壓制動系統。傳統的液壓制動系統會在制動時使制動液受熱部分制動液汽化，進而在管路中形成氣泡，嚴重影響液壓傳輸，使制動系統效能降低，甚至完全失效。氣壓制動必須有空氣壓縮機、貯氣筒、制動閥等裝置、結構復雜、笨重、成本高;管路中壓力的建立和撤除都較慢，滯后時間較長（0.3～0.9s），使得制動距離加長;管路工作壓力低，一般為0.5～0.7MPa，所以制動氣室的直徑設計得大，且只能置于制動器外部;氣壓制動系統是通過桿件和凸輪或楔塊來驅動制動蹄，增加了簧下質量;制動氣室排氣有很大噪聲，因此無法滿足現在車輛行業的更新需求，然而新興產生的電子機械制動（electro-mechanical brake，EMB） 系統采用高效的線控技術具有傳統制動系統無法比擬的優勢，極大地提高了容錯性，穩定性和通信效率，可以有效避免傳統液壓、氣壓制動缺點，受到了廣泛的關注和研究。

但是線控技術數據量十分龐大，制動過程中需要采集大量的信息和信號，所以，傳統的通信方式顯得不太適用，缺點很多，采用CAN總線通信，具有較高的容錯性，穩定性和較高的通信效率，故基于CAN總線的汽車EMB系統有很大的發展前景。本文主要基于CAN總線通信，對電子機械制動系統進行研究和模塊設計。

2? 汽車CAN總線的EMB系統總體設計方案

2.1 汽車CAN總線的EMB系統的組成

該電子制動制動系統采用了分模塊化的思想進行設計，提出了一種基于CAN總線的汽車電子機械式制動系統（EMB），通過電子制動踏板產生制動信號，再由中央控制單元實現控制制動執行器工作。系統的總體方案結構由圖1所示。

該系統包括四個模塊，分別是電子制動踏板模塊、中央控制單元（利用CAN總線進行信號傳輸）、電控制動模塊和執行制動模塊四個部分。其特征在于，所述電子制動踏板模塊會采集對制動踏板的操作并由傳感器輸出相應的信號;中央控制單元可與電子制動踏板模塊的傳感器相接，將采集的信號轉換為系統的傳輸信號并將此信號高效、可靠地傳送;電控制動模塊能將傳遞過來的信號轉換為控制執行制動模塊的控制信號;執行制動模塊會根據控制信號的控制完成制動器的動作。

2.2 汽車CAN總線的EMB系統設計方案

汽車CAN總線的汽車EMB控制系統的具體工作是當車輛制動時，駕駛員會對制動踏板施加一個作用力，使制動踏板產生位移，位移傳感器輸出信號A，與此同時電子制動踏板的機構產生相對應的壓力，壓力傳感器輸出脈沖信號B。信號A、B經過相應的數模轉換傳遞給單片機進行處理，經過內部設計的算法進行綜合分析處理，計算所需要的電機的轉向與轉速，將計算結果傳送到CAN總線。通過CAN總線的節點進行編碼與相應分析，再由CAN L 與CAN H 雙絞線分別傳送到與四個車輪相連的節點進行譯碼，將信號傳送到電控制動模塊。電動制動模塊從總線接收信號，單片機程序將信號進行分析，傳遞給與伺服電機驅動器（TB6600），此驅動器連在伺服電機上，可以根據信號控制電機的轉速和轉矩。

3? 硬件電路設計

3.1 硬件電路設計方案

電子制動踏板模塊包括三個部分：制動踏板、踏板感覺模擬器、踏板角度傳感器。踏板位移傳感器安裝在電子制動踏板上，且與中央控制單元連接。

中央控制單元由A /D 轉換模塊，ECU，CAN總線等所組成。其最核心的部分是ECU，是整個中央控制單元的核心，它可以接收各傳感器傳入的信號，進行信號處理和分析，從而識別駕駛員制動意圖。中央控制單元通過CAN總線將信號傳輸進行通信，解碼并重新編碼新的數字信號作為輸出信號傳遞給電控制動模塊。

電控制動模塊將傳輸過來的信號分析，并進行處理輸出控制信號，傳給執行制動模塊。

執行制動模塊包括電動機驅動器、車載電源、直流電動機、行星滾柱絲杠減速增矩裝置、制動鉗。制動鉗由驅動裝置驅動產生制動力施加在制動盤，控制汽車的制動。

圖 3 所示為汽車EMB系統的總體結構硬件組成框架圖，其包括ECU、A/D轉換模塊、信號采集模塊、制動踏板單元以及伺服電動機單元。

3.2 CAN總線通信電路

CAN總線通信電路由三個部分組成，分別是微控制器，CAN控制器和CAN收發器。控制器和收發器的芯片分別選用SJA1000以及CTM1050T。微控制器采用AT89C52。AT89C52是一個低電壓，高性能CMOS 8位單片機，它將通用的微處理器和Flash存儲器結合在一起，特別是可反復擦寫的Flash存儲器可有效地降低開發成本。CTM1050T是一款帶隔離的高速CAN收發器芯片，該芯片內部集成了所有必需的CAN收，發器件，具有提供 DC2500 V 電氣隔離功能和ESD保護功能，可以避免由于浪涌、干擾產生的元件故障和總線錯誤問題，其包括CAN 收發器、ESD 總線和電源保護電路、隔離電路等，通過 RXD 和 TXD 引腳便可與 SJA1000 相連。復位電路選用 MAX708 芯片，以實現高低電平有效復位信號的同時輸出。

4? 結語

本文主要研究了一種基于CAN總線的汽車電子制動系統，作為線控技術在制動方面的拓展，電子制動系統有著傳統制動系統無可比擬的優勢。它具有可控性好，穩定性好，制動反應速度快，具有較高的容錯性和穩定性以及較高的通信效率等優點。不僅如此，EMB系統的可擴展性能強，修改 ECU 的控制算法就能實現ABS、ESP、等附加功能，可以改進制動性能。

可以預見，基于CAN總線的EMB制動系統作為一種全新的制動系統，未來必將取代傳統的制動系統。設計出符合新型汽車需求的電子機械制動系統，是汽車行業生產的未來發展方向。

參考文獻

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