摘 要

新能源汽车毋庸置疑早已成为未来汽车行业的发展方向，智能网联技术也是未来无人驾驶新能源汽车不可缺少的关键技术之一，随之而来的是汽车控制系统的线控化和智能化，舍弃掉传统的液压、机械控制系统可以大大减轻汽车的整备质量，提高控制功能的精确性。线控制动系统即BBW（Brake-by-Wire）和传统的电-液制动系统由很大的不同，它以电驱动原件为执行元件，即EMB制动执行器，来进行电子信号传输控制的制动行为，节能高效、可控性佳，因此对线控制动系统硬件及控制策略进行研究对未来无人驾驶新能源汽车的发展有重要意义。

本文分析了国内外相关文献，特别是有关EMB结构形式的内容。确立了目标车型，并基于此来设计了EMB执行器的总体方案，通过相关计算，得到组成EMB执行器的主要零件尺寸参数，并绘制了EMB执行器的三维模型及图纸。此外，以无人驾驶为背景，提出了一种以滑移率控制为目标的四轮独立制动汽车最优制动力分配策略，依托EMB执行器及目标车型参数，建立了MATLAB/Simulink和Carsim的联合仿真模型来完成仿真实验验证。仿真结果表明，该EMB执行器设计以及其制动力分配策略可行，能有效提高四轮独立驱动汽车制动稳定性，并缩短制动距离。

关键词：线控制动系统；EMB执行器；制动分配策略

Abstract

New energy vehicles, no doubt has become the future development direction of automobile industry, intelligent Internet technology is also one of the indispensable key technology of unmanned new energy vehicles in the future, followed by by-wire control and intelligent control system.Discarding the traditional hydraulic and mechanical control system ,it can greatly reduce the curb weight, improve the precision of the control function. Brake - by – Wire (BBW) system, which is different from traditional electrical and hydraulic braking system, using EMB actuators as perform elements, has the characteristic of energy efficiency, good controllability.Therefore, the research on the hardware and control strategy of BBW is of great significance to the development of driverless new energy vehicles in the future.

This paper analyzes the structural form of EMB in domestic and foreign literature, determines the overall design scheme of EMB actuator based on the target vehicle model, obtains the dimension parameters of each part of EMB actuator through calculation, and draws the 3D model and drawings of the actuator.In addition, in the context of unmanned driving, an optimal braking force distribution strategy for four-wheel independent braking vehicle with slip rate control as the target was proposed. Based on EMB actuator and target vehicle parameters, a joint simulation model of MATLAB/Simulink and Carsim was established to complete the simulation experiment verification.The simulation results show that the EMB actuator design and its braking force distribution strategy are feasible and can effectively improve the braking stability of four-wheel independent drive vehicle.

Key words: Brake-by-Wire;EMB actuator;Brake allocation strategy

目 录

摘 要 I

Abstract II

第1章 绪论 1

1.1研究背景及意义 1

1.2线控制动系统的国内外发展现状 1

1.3 制动力分配和控制策略的研究现状 2

1.4论文研究和设计内容 3

第2章 线控制动系统EMB执行器设计及CAD建模 3

2.1 EMB执行器设计要求及方案 3

2.2EMB的机构选型与设计计算 5

2.2.1EMB设计目标 5

2.2.2滚珠丝杠副的选型 8

2.2.3力矩电机的选型 13

2.2.4 行星齿轮减速器参数设计 14

2.3 EMB执行器的CAD建模 17

2.4 本章小结 18

第3章 直道制动力分配策略的研究 19

3.1 车辆制动器系统动力学建模 19

3.1.1 制动时单轮受力分析 19

3.1.2 滑移率和附着系数的关系 21

3.1.3 制动时汽车受力分析 22

3.1.4 轮胎模型 24

3.2 EMB执行器的数学建模 26

3.3 直道制动力分配策略 27

3.4 本章小结 30

第4章 直道制动力分配策略的仿真 30

4.1 仿真系统的设计 30

4.2建立在直道制动的仿真模型 30

4.3仿真条件及结果分析 33

4.3.1 干沥青路面仿真 33

4.3.2 湿沥青路面仿真 39

4.3.3雪地仿真 42

4.3.4 仿真结果分析 43

4.4 本章小结 44

结论与展望 44

致 谢 46

参考文献 47

第1章 绪论

1.1研究背景及意义

不断发展的汽车工业为人们的出行及物流运输提供了便捷条件，为人类社会带来了深远影响，但是随之而来的是安全问题、环保问题和能源问题，并且这些问题在全球气候变暖的背景下愈发突出且亟待解决。所以新能源汽车以其易于实现智能化、网联化、节能环保等特点，成为了为来汽车主要发展方向，纯电动的汽车尤甚。但是与传统的燃油汽车对比来看，在设计纯电动汽车时所需考虑的因素要更加繁杂。未来的智能网联无人驾驶汽车在轻量和电控这两方面的要求比传统燃油汽车更多，因此线控系统取代传统液压控制、机械控制系统将成为一大趋势。

制动系统是保证车辆安全行驶的关键，随着电子技术和互联网技术的发展，节能且高效的线控制动系统开始不断涌现，成为智能网联汽车的一大研究热点。线控制动系统通过电驱原件对车轮进行制动，并用线路部分替代或全部取代了传统的液压制动控制管路，它有着可以灵活布置、节省空间、轻巧、控制精度高、响应速度更快、更易于实现智能驾驶和无人驾驶的特点，符合新能源智能网联汽车的发展方向。目前，线控制动系统有两种：EHB电-液制动系统，和EMB电子机械制动系统。EHB可以被看成EMB的前期产品，EMB相对EHB具有完全线控化的特点。

EMB的主要优点在于：①依靠电子制动踏板，将制动踏板与执行器间的液压连接以电信号取代，反应较液路更亏啊，制动效能较高；②因为系统中不存在液压管路，也没有真空助力器，所以大大降低了维修难度，同时零件数量也有所减少，使得整套系统更加轻巧；③线控系统更加利于整合进ABS、EBD、ESP等功能；④由于不直接参与制动系统的作动，所以在ABS工作的场景下，制动踏板无回弹，噪音小。此外得益于没有液压管路的限制，基于EMB的线控制动系统可以单独为每一个车轮分配制动力，来实现单轮独立制动功能。系统根据每一个车轮各自的附着系数，合理分配制动力，充分利用附着系数来减小制动距离，最大限度保证汽车的制动稳定性。所以，对EMB执行器及制动力分配策略展开研究可以使无人驾驶新能源汽车的安全性、轻量化、智能程度得到较大的提升。