機電一體化技術在汽車制動系統中的應用研究

摘要：近年來，計算機技術已廣泛滲透于社會各個領域并發生不可取代的作用，機電一體化技術得到迅速的發展，并在我國汽車制造企業中的應用展現出極為重要的價值，為國家汽車步入自動化、智能化發展道路提供有力的技術支持?；诖?，對機電一體化技術進行概述，分析我國機電一體化技術在汽車制動系統中的應用現狀，并對機電一體化技術在汽車制動系統中的應用要點及相關的應用實例進行探討。

關鍵詞：機電一體化；汽車制動系統；應用研究

中圖分類號：U463.5? 收稿日期：2023-07-26

DOI：1019999/jcnki1004-0226202401020

1 線控制動系統概述

線控制動（Brake-By-Wire，BBW）系統是為電流提供服務的技術。該系統未設置供應液壓技術應用的設備，也未設置相關的接口，機械連接數量較少。借助電力線對機械做功需要的能量加以傳輸，用數據線進行信號的傳輸，可節約管道與傳感器數量，還可縮短發動機的反應時間[1]。

1.1 BBW系統工作原理

停車引擎借助電控單位達到啟動目的，這類機器設置通過能量傳送器與力學形式變換裝置，進而為機器各項功能的發揮提供充足的動力，輪胎一般會對輪軸沿原定方向移動產生相應的阻力，以免輪軸的力量直接傳到輪胎導致輪胎整體發生旋轉。在這樣的狀況下，以摩擦力完成相關裝置，將被加壓推進預先設計的位置，壓力加大會使電流加大。在此期間，電力控制點對電流起到測量功能，若供電超標，則控制單位會及時切斷發電機供電，停車引擎會快速對此現象作出反應，而工作者要始終警惕這種裝置，否則壓力會被解除，進而完成整輛汽車動力系統的恢復。

1.2 BBW系統的重要部件

汽車上的BBW一般分以下幾部分：中央電子控制模塊、車輪制動模塊、模塊化的踏板裝置。車輪制動模塊主要由ECU操作系統、執行模塊的裝置與其他操作系統構成。模塊利用電子信號技術與電流技術對車輪制動模塊起到推動作用，所以模塊分為電信號、電流兩個入口，主要根據車胎的轉動頻率，或者對電子轉子的測量角作出計算。但是受到外部環境的影響，如溫度改變，裝置會產生磨損，無法僅僅依靠電動機的角度、頻率對固定力作出精確的計算，故工作人員還可收集力量傳感器，以此對系統動態加以計算，確保系統更為安全。

中央電子控制裝置工作原理如下：從控制板接收信號，對發動機加以控制。工作人員主要職責如下：對發動機和輪胎傳感器發出的信號進行及時接收，進而了解輪胎是否打滑，同時分析接收的信息，利用控制系統采取防抱死等措施，或者進行防滑操作。

BBW嚴禁用原來的液壓系統的機械傳輸設備，選擇功能相近的模擬器代替以上系統。這一新型的系統模式以特定手段對作出的相關力學生成電信號，上傳到中央ECU。而這種系統模式的端口性能一定要適用于人工機械設計，還要嚴禁遵照相應的駕駛規則，特別是要增強安全性、舒適度以及保障行駛速度[2]。

2 機電一體化技術的主要特征

2.1 安全性能良好

長期以來，汽車機械設置在生產期間，受到機電一體化技術的制約。在生產線上汽車安全技術、自動化管理要求非常高，因此在生產管理工作中，如果存在生產技術上的故障，則可有效借助智能自動化汽車生產安全技術系統，及時采取相應的安保處理措施，規避生產事故以及安全問題的發生。除此之外，在生產的每個流程中，機電一體化技術的產品通常要搭配電子元件結構，與傳統汽車機械生產鏈下的產品相比，最大化地節約機電一體化產品結構的零件，極大地降低產品發生故障的頻率，保障機電一體化技術產品在投入應用時的穩定性和安全性能。

2.2 生產效率較高

對于汽車的制動技術設備，在內部結構中若應用機電一體化技術，能夠使汽車在具體的操作中更為方便。機電一體化技術不僅包含汽車信息化與通信管理技術，還內置自動化設備的生產管理技術及互聯網系統管理技術等實用性強的技術。隨著機電一體化技術的不斷升級，陸續開發出帶有數據庫、汽車信息庫的自動化控制分析的性能。汽車制動系統可以自動進行信息的控制處理。采用汽車制動執行控制技術內部機構設計的自動執行控制系統，可以更好地確保汽車有效執行達到預定方案的設計標準，還能夠輔助汽車生產加工作業。汽車設備生產系統結構內部使用機電一體化的控制技術，能夠有效地提高汽車生產效率，從某種意義上可以提升汽車設備生產作業水平[3]。

2.3 適用性較廣

機電一體化控制技術在實際的汽車制動系統內部應用時具有適用性較廣的特征。目前該技術的優勢是極為明顯的，不僅能夠有效地提高并促進汽車制動、運行系統內部有關產品使用性能的優化，進而提高汽車產品的質量，而且還能夠打破傳統的機械生產技術對現階段汽車制運系統的限制，使得汽車產品的制動系統技術能夠最大化地發揮自主控制的性能，更好地展現汽車智能化校對、調整、保護等生產模式，促進產品制造的功能朝多功能化、復合化方向發展。而傳統的機械生產技術通常會產生大量的要求，并且具有極大的局限性，從某種程度上限制了汽車制動系統的使用面。

2.4 系統調整方便

機電一體化技術與汽車操作管理技術在常規的設備維護與管理問題上均需要具備便于動手操作的功能。目前國內在汽車生產與相關裝備的制造行業中，機電一體化的汽車生產技術本身已能夠展現良好的自主維護控制與生產管理的功能，因此在汽車投入試運行以及投入正常生產過程中，能夠及時發現系統工作中存在的故障。應用機電一體化控制技術，再配合一套相對應的生產故障問題應對方案的實施策略，可以很大程度上確保汽車生產管理系統工作人員更好地恢復正常的生產工作與生產管理狀態。

3 機電一體化技術在汽車制動系統中的應用現狀

制動體系是轎車內部控制體系中最重要的組成部分，其綜合性能直接決定轎車整體的安全系數，對轎車起到極為重要的保護作用。目前國產汽車的制動系統多為手工制動模式，相比先進的網絡時代下的自動化、智能化的制動系統顯得落后。在這樣的形勢下，汽車制造行業迫切地需要引進高新技術，進而實現對整體的汽車制動體系的升級與優化，安裝汽車緊急制動裝置，以此強化汽車的安全性能。雖然液壓制動裝置的使用在某種程度上促進了汽車制動體系的改進，可是在自動控制方面，液壓制動體系仍存在兼容性、靈活性較差的弊端。所以，機電一體化自動控制技術已被大量應用于汽車制動體系規劃與出產環節[4]。

4 機電一體化在汽車制動系統設計過程中的應用

4.1 車輪控制模塊的應用

車輪控制模塊在汽車制動系統中占據重要地位，它應用于汽車內部運動控制的電子系統中，是車輪的一部分。這種控制模塊的功能主要記錄相關的汽車操作控制的全部信息，再將記錄的內容在電子車輪控制模塊下加以轉化，生成精確的數據信號。然后經過兩個重要的連接路徑，以此促進電子信息技術功能的發揮，實現電子車輪控制模塊的控制、執行。這里提到的兩個路徑主要用于實現電子信息的引入功能。最后通過電子軟件推送指定的工作信息，集中對汽車運行姿態作出反映。

從環境因素分析，汽車發動機在運行的時候，會受到車輪磨損程度、外界工作溫度條件的影響，長期工作中可能存在一定的問題。操作人員在計算汽車車輪的運行壓力時，需認真分析考量所有的外部因素，以此最大化地保證發動機的外驅動力計算無誤。還需要對車輛執行系統軟件內部的機電一體化系統軟件應用情況作出詳細分析，具體體現在車輪制動控制的兩方面：一是制動執行器；二是中間驅動單元，處于制動執行裝置車輪控制系統中的軟件里。

在車輛制動系統軟件中有兩項重要的信息：一是經過外部電流傳輸的數據信號；二是由數據控制的數據信號。據分析發現，在汽車制動系統軟件運行期間，必須可以形成對制動執行電流的有效反饋，這樣才會對制動力矩予以精準計算，確保計算數據真實可靠。值得注意的是，執行中還需對因外界因素生成的其他能量進行分析，如外部滑動摩擦能量，進而對能量變化和制動器二者的關系作出分析。

4.2 中央電子控制模塊應用

中央電子自動控制單元的應用目的在于及時、精準地接收外部的控制信號，并對信號加以有效的控制。在收到自動控制設備發出的信號后，中央電子控制單元就會第一時間向汽車的發動機系統發布指令，保證自動控制器得到有效的控制，以免發生安全故障，還可以提升系統的運行效率。

在汽車制動系統中，中央高頻控制技術的任務主要是接收制動信號，并對相應的制動信號命令進行迅速傳輸。中央電子控制模塊可以主動接收一個來源于制動系統踏板的制動指令，從而達到自動制動的效果。中央電子控制模塊一旦接收了駐車制動系統發布的命令，就會自動對各車輪進行制動。

中央電子控制模塊若接收各車輪制動的命令，就會對所有汽車車輪的制動效果展開自動監控，對所有車輪在運行中的抱死、打滑等狀況實時監控并自動有效的識別，及時作出反映，實現對各汽車車輪運行情況的實時控制，有效地規避了因汽車制動運行中車輪抱死或發生打滑的安全故障[5]。

4.3 電子踏板模塊應用

機電一體化制動系統的一項重要部分是電子踏板模塊的應用，現階段我國汽車工業自動化發展過程中，對傳統制動液壓的使用進行嚴格的限制，正在逐步過渡到運用電子模擬機的制動技術。電子軌跡控制技術能夠更好地對汽車駕駛員發出的力學電子控制信號進行轉換，變成滿足汽車制動中央控制技術制動需求的電子制動信號，并通過轉換功能，把電子控制信號迅速地傳輸于汽車制動中央電子控制單元，便于駕駛人員及時了解汽車制動系統的作用力情況，及時對制動過程中的操控處理系統作出改進與調整。這種制動技術的日益更新要求利用網絡大量收集汽車駕駛員的常規制動中的行為、制動操控技術能力信息，以保障汽車電子制動踏板在實際使用中的安全性與舒適性，還要對這些新的電子制動踏板制動裝置進行功能的優化，提升對汽車駕駛員制動行為判斷的靈敏度，使得制動設備人員可對中央力學制動電子控制信號及相關的運動狀況迅速作出反饋。

5 機電一體化技術在BBW系統中的應用實例

汽車全回路制動BBW系統主要分為三部分：車輪制動單元、中央電子控制模塊、電子踏板單元。汽車BBW系統的結構如圖1所示。

工作原理如下：當汽車發出駐車制動的信號時，制動信號會經過踩下的制動踏板傳輸到系統的中央電控單元，在電控機械的制動單元進行開啟電機。電機經由皮帶帶動絲桿與斜盤的齒輪，促使旋轉絲桿的螺母順著絲桿螺紋的方向發生轉動，進而與制動裝置的活塞觸碰緊密，制動摩擦片擠壓力不斷加大，最終擠壓到制動盤上。等待以上流程結束，強大的擠壓力會使密封圈產生形變，電機內的電流上升，所以整個汽車制動過程，要實時通過制動控制單元監測電機中的電流動態變化，若電流超限，則制動控制單元會自動切斷電機的供給電流。在制動結束時，旋轉的螺母會沿著絲桿方向，轉到原本的位置，對活塞壓力進行大量釋放，恢復制動盤的平衡，促使活塞回到原本的狀態，保持制動盤和摩擦片分開[6]。

6 結語

科技的進步和人們生活質量的大幅度提升對汽車的使用性能提出了更高要求，我國的汽車制造行業正朝著自動化、智能化方向發展。在汽車制動系統中，合理地應用機電一體化技術，有利于進一步優化汽車的制動系統各方面功能，增強制動效果，不僅為駕駛員提供更為安靜、優良的駕駛環境，而且有效地推動我國汽車制造行業健康、長期的發展。

參考文獻：

[1]姜十萬汽車制動系統中機電一體化技術的應用分析[J]汽車維修，2023（2）：24-26

[2]諸葛橋忠機電一體化技術在汽車制動系統中的應用研究[J]時代汽車，2022（14）：30-31

[3]濮美玲機電一體化技術在汽車制動系統中的應用研究[J]內燃機與配件，2021（23）：221-222

[4]梁利軍機電一體化技術在汽車制動系統中的應用[J]南方農機，2020，51（20）：145-146

[5]金培英機電一體化技術在汽車制動系統中的應用[J]內燃機與配件，2020（3）：224-225

[6]呂爍機電一體化技術在汽車制動系統中的應用[J]山東工業技術，2017（3）：174

作者簡介：

李恒熙，男，1974年生，數控技師，研究方向為中職教育、機電類教育。