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基于CAN总线的汽车电子机械制动系统设计分析

发布时间:2020-11-09 10:43

  摘要:CAN即控制器局域网络是目前应用最广泛的总线之一,具有很多优良的特性,被广泛用于医疗和工业设备等领域,拥有可靠的错误处理和检错机制,结构简单,线束的数量较少,总线系统数据稳定可靠,抗干扰能力强,节点个数不受限制且各节点之间可以自由通信。在汽车中应用CAN总线可以减少车身上的线束,较传统汽车制动系统运行速度快,减少成本。CAN总线充分考虑了汽车上特殊的工作环境,在汽车制动领域具有良好的发展前景。


  关键词:CAN总线;汽车;电子制动系统


  0引言


  2019年1-6月中国汽车产销量分别完成1213.2万輛和1232.3万辆,单就2019年6月中国汽车产销量分别完成189.5万辆和205.6万辆,比上月环比增长2.5%和7.5%,由此我们可以看出汽车具有巨大的发展市场。而电子机械制动系统作为汽车的重要构成部分,其设计质量将会直接影响企业运行稳定性。


  1系统的硬件设计和配件选择


  基于CAN总线的汽车电子机械制动系统硬件设计主要是驱动电路和控制电路两部分。控制电路的工作原理是汽车在驾驶时由驾驶员施加控制力,通过踏板位移传感器感受识别传给电子机械制动系统工作的核心部分-ECU,ECU在对信号进行处理,将处理结果发给电动机,电机通过减速增力机构使输出的力矩放大,经过处理后发送给每一个车轮。执行器主要包括电机,传感器等,进行系统硬件的总体设计时需要认真考虑它们的适应能力,综合比较运行能力,减少成本。合理的硬件设计系统是保证制动系统正常运行的前提。设计人员需要针对不同车型、不同参数进行准确的设计,保障汽车电子机械制动系统的效果。如驱动电机的选择,电机的设计性能直接决定了执行器的性能。所以设计和选择合适的电机非常重要。例如电机电源系统的选择,为维持系统运行,电源电压应该为42V,峰值电压为58V,需要满足降低能耗的要求,保证系统的安全性。


  2控制系统和软件设计


  基于CAN总线的汽车制动控制系统要求能够准确地对各部位控制,提高控制的速度和效果,以精准的控制方法,减少制动距离。设计人员要熟练掌握科学技术,设计出反应灵敏的控制系统,提高控制系统的可靠性。软件编程主要是C语言编程,先完成内部总体编程,控制器在运行前需要初始化,CAN接收程序步骤为,判断缓冲器空闲,然后读取发送内容,判断批文格式是否正确,CAN协议支持两种报文格式,标准格式为11位,扩展格式为29位,满足要求则启动发送程序。而接收程序更为复杂,如若发送程序没有收到回应,则说明前面有错误出现。因此,CAN总线有很好的纠错系统。


  例如ECU的设计,首先要根据完成系统的结构的综合描述,建立详细的系统需求模型,设计要求需要充分考虑ECU的结构形式和尺寸,选择时要具有接口数量多,综合性能好等特性。ECU系统包括输入处理电路、输出处理电路、电源电路和微处理器,大部分ECU电路结构没有差异,汽车中的微处理器要进行高准确度的控制,要对系统实时控制,要具有处理高速度,能力强、实时输入和输出、有强大的中断处理能力等特性。有4位机、8位机、16位机和32位机,现在多选用后两种。设计人员还要综合考虑成本因素,选择具有良好性价比的微处理器。要注意微处理器和接口电路需要在5v电压下工作,从而保证系统正常运行。如图所示即为汽车电子机械制动系统结构图。


  3系统性能测试与实验研究


  基于CAN总线的汽车电子机械制动系统常常出现故障,而根据统计2019年由汽车电子机械制动系统故障所导致的安全事故占总事故的34.6%,如果设计人员不能够加强系统性能测试,就可能会增加汽车故障率,所以汽车电子机械制动系统的性能测试非常的重要。而对系统运行环境进行模拟试验,包括电机性能、制动性能、间歇调节功能等测试,检测设计方案的可行性,检测能否满足制动要求,并进一步验证系统模型正确与否,是保障系统安全运行的基础,能够减少安全事故的发生,降低可能发生故障的概率,最大程度的发挥汽车电子机械制动系统的作用。


  例如电机性能的检测试验,在环境中组件系统的物理模型,在不连接负载的情况下,通过控制电机驱动电路给电机以电压-电压信号,得到实验数据,、利用CurveFitting工具对电压转速曲线进行性能分析,测试电机转速-电压图像,检验电机的工作特性。响应性能的测验,利用实验室条件对摩擦片进行压力试验,所得模型作为制动器的负载模型,以此来分析制动器对不同制动信号的响应。间歇调节功能测试,间歇调节功能是指汽车在完成制动之后,下次制动时能够保持其行程一致性,能够提高制动器的可靠性能。实验可以对制动活塞设置不同的制动间隙,模拟摩擦片的不同磨损量,、验证具有间隙补偿功能的制动器可以保证制动行程的一致性与安全性。


  4、结论


  基于CAN总线的汽车电子机械制动系统的设计要求严格,必须要对系统性能进行测试,保障驾驶员的生命安全,减少事故的发生。CAN总线具有很多优点,应该被广泛用于汽车制动系统,我国的研究水平还有待提升,开发者能够研究达到安装水平的高效执行器非常的重要,使各系统能够主动适应条件的变化,满足车体的控制水平,显著提高驾驶过程的安全性。

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