作者 | 北灣南巷
出品 | 汽車電子與軟件
隨著技術的不斷進步，汽車制動系統也在悄然發生變革。同馭汽車與菲格智能科技分別推出的電子機械制動系統及其控制方法，為解決電子機械制動系統存在的精確性和可靠性問題提供了參考價值。
同馭汽車的電子機械制動系統通過電機驅動，實現了制動力的精確傳遞和控制，而其雙重冗余設計更是將安全性提升到了新的高度。另一方面，菲格智能科技的制動控制方案則在制動踏板失效的情況下，提供了一種減速方法，確保了車輛在緊急情況下的安全。這兩項技術的應用，不僅展現了電子制動系統在精確性、可靠性和智能化方面的巨大潛力，也預示著汽車制動技術向更高效、更安全方向的持續演進。接下來，我們將詳細剖析這些技術的核心內容，并探討它們對汽車制動系統未來發展的影響。
#01 同馭汽車—電子機械制動系統及其控制方法
同馭汽車提供了一種電子機械制動系統 (EMB) 及其控制方法(申請號 202411205388 .9)，旨在解決傳統機械制動系統存在的精確性和可靠性問題，并提高車輛的整體制動性能和安全性。以下是該專利中的主要知識點，并進行更深入的分析：
1.1 技術背景
EMB 采用電機作為制動力的驅動源，通過機械傳動機構將電機的動力轉化為制動力，實現對車輛制動盤或制動鼓的夾緊，從而達到制動的目的。
與傳統液壓制動系統相比，EMB 具有更高的響應速度和更精確的控制能力，可以實現更高效的能量回收和更優化的制動性能。
隨著汽車電子化和智能化的不斷發展，電子機械制動系統成為高級駕駛輔助系統（ADAS）和自動駕駛系統中的關鍵組成部分。傳統制動系統存在對夾緊力識別精準度低、摩擦襯片磨損難監測等問題。現有EMB系統中的夾緊力傳感器價格昂貴，布置位置面臨挑戰，完全取消夾緊力傳感器會增加夾緊力辨識的難度。該發明旨在解決此類問題，以提高電子制動系統的精確性和可靠性。
1.2 發明目的
該專利發明的目的是設計一種具有高精度控制、快速響應和冗余安全功能的電子機械制動系統，具體包括以下幾個目標：
- 通過模塊化設計實現制動操作的精確控制。
- 監測并識別摩擦襯片磨損狀況，延長系統壽命。
- 利用剛度擬合和摩擦識別實現對無傳感器車輪的精準控制，降低硬件成本。
1.3 組成部分
該系統由控制模塊和執行模塊組成，執行模塊包含主執行模塊和次執行模塊，實現了雙重冗余設計：
電子機械制動系統控制原理圖
- 主執行模塊：包括電機、力傳感器和減速增扭機構，負責實時測量夾緊力和轉換運動。
- 次執行模塊：負責基于主執行模塊的夾緊力信息和算法計算估計的夾緊力，提供冗余或輔助制動。
- 控制模塊：接收指令并控制電機旋轉，從而實現夾緊或釋放操作。
控制模塊:
負責發送操作指令，控制制動系統的運行。例如，控制模塊可以根據駕駛者的制動踏板信號或車輛的行駛狀態信息，發送相應的夾緊或釋放指令。
控制器:
與電機位置傳感器、電流傳感器和力傳感器相連，接收控制模塊的指令，并根據這些傳感器的實時信息控制電機的旋轉。
通過精確控制電機的旋轉角度和電流大小，控制器能夠執行精確的夾緊或釋放操作。
控制器可以采用多種控制策略，例如 PID 控制、模糊控制、自適應控制等，以實現最佳的制動性能。
執行模塊：
主執行模塊:
設置有力傳感器，通過接觸識別獲取夾緊力信息。力傳感器可以實時測量制動器對制動盤或制動鼓的夾緊力，并將該信息反饋給控制器。
包括電機及減速增扭機構、運動轉換機構、電機位置傳感器和電流傳感器。
電機及減速增扭機構提供必要的夾緊或釋放動力，運動轉換機構將旋轉運動轉換為直線運動，實現制動操作。
電機位置傳感器和電流傳感器提供實時反饋，使控制器能夠精確控制電機的旋轉角度和電流大小。
次執行模塊:
通過接觸計算獲取預估的夾緊力，提供冗余或輔助制動。次執行模塊可以根據主執行模塊的夾緊力數據和/或其他相關參數，通過預設的算法計算并預估夾緊力。
1.4 電子機械制動系統控制方法
控制目標:
實現夾緊力的精確控制和摩擦襯片磨損情況的有效監測。
避免因摩擦襯片磨損導致夾緊力誤差，影響制動性能和安全性。
1.5 具體實施控制方案
基于單個力傳感器:
判斷是否滿足觸發接觸計算的條件，若滿足，則獲取車輛參數信息，進行接觸計算和活塞位置計算，再進行剛度擬合和摩擦識別，最后執行夾緊/釋放指令；若不滿足，則直接進行活塞位置計算、剛度擬合、摩擦識別和夾緊/釋放指令。
該方法通過單個力傳感器實現了對無力傳感器車輪的有效控制和監測，降低了成本，提高了制動系統的可靠性和安全性。
基于單個力傳感器的四車輪整體夾緊力控制流程圖
該方法結合了車輛參數和電機狀態信息，提高了估計夾緊力的準確性，為車輛制動系統的智能控制提供了有力支持。
基于兩個力傳感器:
與基于單個力傳感器的控制方法類似，但增加了一個力傳感器，可以更準確地估計夾緊力。
基于兩個力傳感器的四車輪整體夾緊力控制流程圖
該方法可以進一步提高制動系統的性能和可靠性，并更好地適應不同的車輛參數和行駛條件。
1.6 關鍵技術模塊
1. 接觸識別與接觸計算：基于電機電流變化，更新活塞接觸點行程以監測摩擦襯片磨損狀況。
2. 剛度擬合：通過有力傳感器車輪的夾緊力和活塞位置信息，在無力傳感器車輪上進行夾緊力估計。
3. 摩擦識別與補償：通過電機轉速、電機電流和估計夾緊力控制摩擦補償，提高系統穩定性和準確性。
1.7 具體控制方法
該系統的控制方法包括獲取車輛參數、進行接觸計算、夾緊力估算和摩擦識別等步驟，通過如下幾種不同的控制策略實現制動操作的優化：
有力傳感器車輪:
通過力傳感器獲取夾緊力信息，并更新活塞的接觸點行程，計算活塞位置。
接觸識別：通過力傳感器得到的夾緊力變化情況和電機電流變化情況，更新活塞的接觸點行程，以此判斷摩擦襯片的磨損情況，實現摩擦襯片的自適應補償。
活塞位置計算：通過電機位置傳感器實時傳感的電機角度，再根據執行機構參數進行積分獲得活塞位置。
有力傳感器的方案又分為：
1. 單力傳感器控制：在一個車輪上安裝力傳感器，其他車輪通過剛度擬合獲取夾緊力估計，實現全車監控。
2.雙力傳感器控制：在兩個車輪上安裝力傳感器，并通過剛度擬合進一步提高無力傳感器車輪的控制精度。
基于單個或兩個有力傳感器的車輪夾緊力控制流程圖
無力傳感器車輪:
通過車輛參數和電機電流進行接觸計算，得到活塞位置信息，并通過剛度擬合估計夾緊力。
接觸計算：根據有力傳感器車輪中接觸點識別模塊得到的接觸點行程，結合該車輪執行機構的電機電流變化情況，更新活塞的接觸點行程，以此判斷摩擦襯片的磨損情況，實現摩擦襯片的自適應補償。 剛度擬合：接收有力傳感器車輪的夾緊力和活塞位置信息進行剛度擬合，得到夾緊力與活塞位置之間的函數關系，再根據未設置力傳感器車輪的活塞位置信息，通過該函數關系計算得到估計夾緊力。 摩擦識別：通過電機電流、電機轉速和估計夾緊力辨識摩擦補償，控制所需的摩擦轉矩。
摩擦補償：通過實時辨識和補償摩擦影響，可以減小預估夾緊力與實際夾緊力之間的偏差，提高制動的準確性。
摩擦補償有助于消除因摩擦不確定性導致的制動波動和抖動現象，提高制動的平穩性和穩定性。
精確的摩擦控制和補償可以減少制動部件的磨損和損壞風險，從而延長整個制動系統的使用壽命。
1.8 優勢
精確控制：通過優化傳感器布置和夾緊力辨識方法，實現夾緊力的精確控制和摩擦襯片磨損情況的有效監測。
提高性能和可靠性: 主執行模塊和次執行模塊的雙重設計，提高了制動系統的準確性和可靠性。
降低成本: 僅在部分車輪上設置力傳感器，降低了系統復雜性和成本。
增強安全性: 精確控制每個車輪的夾緊力，實現了車輛制動力的合理分配，提升了車輛的整體制動性能和安全性。
1.9 應用前景
該電子機械制動系統及其控制方法可以應用于各種車輛，包括汽車、卡車、摩托車等，提高車輛的整體制動性能和安全性。
隨著汽車電子化和智能化的發展，EMB 系統將逐漸成為未來汽車制動系統的重要發展方向。
1.10 未來發展方向
進一步優化控制算法: 開發更先進的控制算法，例如基于人工智能的控制算法，以進一步提高制動系統的性能和可靠性。
集成更多傳感器: 例如，集成輪速傳感器、加速度傳感器等，以獲取更全面的車輛狀態信息，并進一步提高制動系統的控制精度。
開發更先進的摩擦模型: 建立更精確的摩擦模型，以更準確地描述摩擦襯片與制動盤之間的摩擦特性，并進一步提高制動系統的控制精度。
總結：
同馭汽車提供了一種先進的電子機械制動系統及其控制方法，該系統具有精確控制、高可靠性、低成本和增強安全性等優點，具有廣闊的應用前景。
