汽车电子机械制动系统can总线通信研究

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1、汽车电子机械制动系统CAN总线通信研究第一章绪论1.1汽车电子机械制动系统的研究意义汽车电子机械制动系统可由电子制动踏板、中心控制器、执行器和执行器控制器，以及现场总线组成[4]。汽车电子机械制动系统的工作原理图如图1.1所示。汽车电子机械制动系统工作时，如图1.1所示，中心控制单元根据电子制动踏板传感器和车轮转速传感器采集的信号通过控制算法计算出目标制动力，然后通过CAN总线传送到各个制动机构控制器，EMB控制器根据目标制动力发送P脉冲信号驱动直流电机，直流电机通过减速增扭机构和运动换向装置作用在制动钳上，使制动钳压紧制动盘，同时EMB控制

2、器通过压力传感器、电流传感器和霍尔位置传感器采集反馈信号构成三环控制系统使制动压力得到精确的控制[5-9]。电子制动踏板的意义在于将驾驶员的制动意图转换为中心控制器能识别的电信号，其包括制动踏板、踏板位移传感器和踏板支撑[10]。中心控制器是整个电子机械制动系统的核心部件，它的主要任务有：1.检测电子踏板信号；2.根据检测的信号计算目标制动力；3.通过控制器局域网将目标制动力发送到分布在汽车四个车轮的执行器控制器。执行器和执行器控制器通常以一体式系统出现，执行器控制器接收到中心控制器的目标制动力后，通过内部控制算法转换为P信号输出。执行器由无

3、刷直流电机和增力换向机构组成，执行器控制器输出的P信号作为电机的控制信号可以实现电机扭转力矩的控制。同时执行器控制器采集电机电流和转速，以及压盘的制动压力形成闭环控制。总线通常采用串行异步通信的方式，这样可以减小控制器的接口使用和硬件成本，各控制器以节点的形式挂接在总线上进行信息交互，目前车载总线有CAN总线和FlexRay总线，主要用于通信速率要求较高的车辆动力系统、车身系统和底盘系统；成本较低的LIN总线，通常作为CAN总线的延伸，用于对通信速率要求较低的车身电子系统，如门窗、雨刷等控制系统；环形拓展的MOST总线主要用于娱乐通信系统[1

4、1,12]。1.2国内外汽车电子机械制动系统的发展现状电子机械制动系统最早是针对飞机的制动系统进行研发，1982年，美国的LoralAircraftBrakingSystems在一架A-10飞机上装载了全电制动系统，并成功完成了实验测试，当时的电子控制技术还不能保证其性能稳定，随后的研发工作主要针对飞机电子机械制动系统的稳定性进行，直到2000年，电子机械制动系统实施商用应用计划[22]。随着汽车车速的不断提升，汽车传统的液压制动系统越来越不能满足汽车对制动系统性能的要求，于是电子机械制动系统在汽车上的应用成为了汽车制造商的研究重点。在国外一

5、些发达国家，如美国、法国、德国等，在电子控制技术方面较我国发展的较早和成熟，关于汽车电子机械制动系统的研发开始的较早，主要研究控制算法和机电一体式制动执行器两个方向，一些公司申请和公布了部分自己的专利，如德国的博世公司、西门子公司和大陆特维斯公司，各公司研发的执行器样机[23]如图1.3所示。目前，汽车电子机械制动系统的控制和执行器性能还有待提升，其只是在一些样车和概念车上装车试验，如大众公司开发的生物纳米概念车Nanospyder，起亚公司开发的生物电池概念车Sandstorm，本田公司开发的纳米燃料电池概念车Acura，2007年米其林公

6、司推出的Hy-light概念车，法国雪铁龙2008年公布的C5样车[24]。第二章汽车电子机械制动系统CAN应用方案制定2.1汽车电子机械制动系统的功能分析汽车在实际的道路行驶时会遇到各种状况，汽车电子机械制动系统至少应具有以下3种功能需求：1.在紧急情况或路面附着条件差的情况下制动时，车轮容易因为制动力过大而抱死，汽车前轮抱死会使汽车丧失转向能力，后轮抱死会使汽车在很小的横向力作用下就会出现侧滑，这就要求汽车制动系统具有防抱死(ABS)功能；2.汽车在附着系数很小的路面起步、加速时很容易出现驱动车轮滑转现象，车轮滑转会使轮胎和路面间的附着系

7、数进一步降低，以致汽车驱动力很小而无法驱动车辆前进，可以采取减小发动机扭矩和控制制动系统制动力来降低驱动轮的驱动力，这要求汽车制动系统具有防滑控制(ASR)功能；3.常规情况下，车轮非抱死情况下的制动功能。汽车电子机械制动系统中的CAN总线应用的研发初期，首先要根据汽车电子机械制动系统实现的功能分析并制定通信方案，通信方案包括确定CAN节点的数量、构建网络拓扑结构、分配节点地址和名字、分配节点收发的报文等[39]。因此，本章先进行汽车电子机械制动系统的功能分析，然后再进行CAN通信方案的制定。2.2汽车电子机械制动系统ABS原理及功能实现纵向

8、附着系数先随着滑移率的增大而急剧上升，在达到一个峰值之后，随着滑移率的增加纵向附着系数反而减小了；横向附着系数随着滑移率的增加而急剧减小，在车轮抱死的情况下，即滑移