Тормоз по проводам - Brake-by-wire

в автоматизированная индустрия, тормоз по проводам Технология - это способность управлять тормозами с помощью электрических средств. Он может быть разработан для дополнения обычных рабочих тормозов или может быть отдельной тормозной системой.

Эта технология широко используется на всех гибридных и аккумуляторных электромобилях, включая Toyota Prius. Торможение по проводам также распространено в виде электрический стояночный тормоз который сейчас широко используется на основных транспортных средствах.

Технология заменяет традиционные компоненты, такие как насосы, шланги, жидкости, ремни и вакуумные сервоприводы и главные цилиндры с электронными датчиками и исполнительными механизмами. По проводам технология в автомобильной промышленности заменяет традиционные механические и гидравлические Системы управления с электронными системами управления с использованием электромеханический приводы и человеко-машинный интерфейс например, эмуляторы педалей и рулевого управления.

Некоторые технологии x-by-wire уже установлены на коммерческих транспортных средствах, например, с управлением по проводам и дроссельной заслонке. Технология проводного торможения получила широкое распространение с появлением аккумуляторных электромобилей и гибридных автомобилей. Самому широко используемому приложению Toyota в Prius большого объема предшествовали GM EV1, Rav4 EV и другие электромобили, где технология требуется для рекуперативное торможение. Ford, General Motors и большинство других производителей используют тот же общий дизайн, за исключением Honda, которая разработала заметно другой дизайн.

Легковой и легкий грузовик

Электропроводное торможение используется во всех распространенных гибридных и электромобилях, выпускаемых с 1998 года, включая все электрические и гибридные модели Toyota, Ford и General Motors. Toyota Synergy Drive и Rav4 EV используют систему, в которой модифицированный привод ABS (антиблокировочная тормозная система) соединен со специальным гидравлическим главным тормозным цилиндром для создания гидравлической системы, соединенной с блоком управления тормозами (компьютером). идентична системе Toyota, а система General Motors использует другую номенклатуру компонентов, при этом работа практически идентична.

Гидравлическое усилие, создаваемое нажатием педали тормоза, используется только в качестве входного сигнала датчика для компьютера, если только не произойдет катастрофический сбой, включая потерю 12-вольтовой электроэнергии. Тормозной привод имеет электрический насос, который обеспечивает гидравлическое давление в системе, и клапаны для создания давления на каждый суппорт колеса, чтобы задействовать фрикционный тормоз, когда это требуется для системы.

Система включает в себя всю сложность системы контроля устойчивости транспортного средства (VSC), антиблокировочной тормозной системы (ABS) и требование использовать регенеративное торможение в качестве основного режима замедления транспортного средства, если только не работает тяговая батарея (высоковольтная батарея). уровень заряда слишком высок, чтобы принять дополнительную энергию, или система обнаружила аварийную остановку или ситуацию с АБС.

Датчики, контролируемые в качестве входных данных для тормозной системы, включают датчики скорости вращения колес, состояние заряда тягового аккумулятора, датчик рыскания, педаль тормоза, датчик хода, угол поворота рулевого колеса, давление гидравлического привода, гидравлическое давление в каждом контуре суппорта колеса и положение акселератора. Другая информация и входные данные также отслеживаются.

Стандартная или типовая операция выглядит следующим образом:

Водитель транспортного средства нажимает на педаль тормоза
Главный цилиндр преобразует движение педали тормоза в гидравлическое давление.
датчик хода измеряет движение педали для определения состояния «экстренной остановки».
Датчик давления обеспечивает желаемое тормозное усилие.
Блок управления тормозом (компьютер) обнаруживает входные сигналы, а затем проверяет датчики скорости вращения колес, чтобы определить скорость автомобиля и определить, требуется ли для блокировки колес алгоритм ABS.
Затем система управления тормозом проверяет датчик рыскания, угол поворота рулевого колеса и состояние заряда тягового аккумулятора.
Если скорость транспортного средства превышает примерно 7 миль в час, генератор тягового двигателя транспортного средства используется в качестве генератора для преобразования кинетической энергии в электрическую и накапливает энергию в батарее. Это замедляет автомобиль.
Если оператор (водитель) нажимает на педаль тормоза сильнее, система задействует гидравлические фрикционные тормоза для увеличения тормозного усилия.
Как только скорость автомобиля упадет ниже примерно 7 миль в час, гидравлическая тормозная система полностью возьмет на себя работу, так как рекуперативное торможение не работает эффективно.
Если датчик рыскания обнаруживает рыскание автомобиля, система инициирует алгоритмы и процессы стабилизации транспортного средства (VSC).
Если датчики скорости вращения колес обнаруживают блокировку колес, система запускает алгоритм антиблокировки (ABS).

EBS

Тормоз по проводам существует на тяжелых грузовых автомобилях под названием Электронная тормозная система (EBS). Эта система обеспечивает электронную активацию всех компонентов тормозной системы, включая замедлитель и моторный тормоз. EBS также поддерживает прицепы и обменивается данными между тягачом и прицепом с помощью ISO 11992 протокол. Связь между прицепом и тягачом должна осуществляться через специальный разъем, предназначенный для ABS / EBS, либо ISO 7638-1 для систем 24 В или ISO 7638-2 для систем 12 В.

EBS по-прежнему полагается на сжатый воздух для торможения и управляет только воздухом через клапаны, что означает, что он не зависит от более высоких напряжений, используемых электромеханическими или электрогидравлическими тормозными системами, где электроэнергия также используется для приложения тормозного давления.

EBS повышает точность торможения по сравнению с обычным торможением, что сокращает тормозной путь. Откат системы EBS в случае отказа заключается в использовании обычного управляющего давления в пневматическом тормозе, поэтому даже в случае выхода из строя электроники транспортное средство сможет безопасно остановиться.

Архитектура электромеханической тормозной системы

Рис. 1. Общая архитектура системы EMB.

Общая архитектура электромеханический тормозная система (EMB) в по проводам Автомобиль показан на рис. 1. Система состоит в основном из пяти типов элементов:

Процессоров включая электронный блок управления (ECU) и другие локальные процессоры
объем памяти (в основном интегрирован в ЭБУ)
Датчики
Приводы
Сеть (и) связи.

Как только драйвер вводит тормозить команду в систему через человеко-машинный интерфейс - HMI (например, тормоз педаль ), четыре независимых команды торможения генерируются ЭБУ на основе функций торможения высокого уровня, таких как антиблокировочная система (ABS) или контроль устойчивости автомобиля (VSC). Эти командные сигналы отправляются на четыре электрических суппорты (электронные штангенциркули) через сеть связи. Поскольку эта сеть может быть не в состоянии должным образом обмениваться данными с электронными измерителями из-за сбоев в сети, сенсорные данные HMI также напрямую передаются на каждый электронный измеритель через отдельный шина данных.

В каждом электронном штангенциркуле контролер использует команду торможения (полученную от ECU) как вход задания. Контроллер обеспечивает команды управления приводом для модуля управления мощностью. Этот модуль управляет трехфазными токами привода для тормозного привода, который является постоянный магнит Двигатель постоянного тока, питаемый от источников 42 В. В дополнение к отслеживанию своей контрольной команды торможения, контроллер суппорта также управляет положением и скоростью тормозного привода. Таким образом, два датчики жизненно необходимы для измерения положения и скорости привода в каждом электронном штангенциркуле. Из-за критического характера приложения с точки зрения безопасности, даже отсутствие ограниченного числа образцов этих сенсорных данных должно быть компенсировано.

Голосование

Электропроводная система по своей природе безопасность критически важна система и, следовательно, Отказоустойчивость является жизненно важной характеристикой этой системы. В результате система проводного торможения спроектирована таким образом, что значительная часть ее важной информации может быть получена из различных источников (датчики ) и обрабатываться не только с помощью необходимого оборудования. Три основных типа избыточность обычно существуют в системе с тормозом по проводам:

Резервные датчики в безопасность критически важна компоненты, такие как тормоз педаль.
Избыточные копии некоторых сигналов, которые имеют особое значение для безопасности, таких как измерения смещения и усилия педали тормоза, копируются несколькими процессорами в блоке интерфейса педали.
Избыточное оборудование для выполнения важных задач обработки, таких как несколько процессоров для ЭБУ на рис.1.

Чтобы использовать существующую избыточность, необходимо оценить, изменить и адаптировать алгоритмы голосования, чтобы они соответствовали строгим требованиям системы с проводным тормозом. Надежность, Отказоустойчивость и точность являются основными целевыми результатами методов голосования, которые должны быть разработаны специально для решения проблемы избыточности внутри проводной системы.

Пример решения этой проблемы: A нечеткий Voter разработан для объединения информации, поступающей от трех датчиков, выполненных в виде педали тормоза.

Компенсация за отсутствующие данные

В автомобиле с электрическим тормозом некоторые датчики критически важный для безопасности компонентов, и их выход из строя нарушит работу автомобиля и поставит под угрозу жизнь людей. Два примера - тормоз педаль датчики и датчики скорости колеса. В электронный блок управления всегда должен быть проинформирован о намерении водителя затормозить или остановить транспортное средство. Следовательно, отсутствие данных датчика педали является серьезной проблемой для функциональности системы управления автомобилем.

В современных системах с проводным торможением, используемых в легковых и легких грузовиках, система предназначена для использования существующих датчиков, надежность которых доказана в компонентах и системах тормозной системы, включая системы ABS и VSC.

Самый высокий потенциальный риск отказа тормозной системы оказался программным обеспечением системы управления тормозом. Повторяющиеся сбои произошли в более чем 200 случаях, задокументированных в документах NTSB. Поскольку каждый производитель охраняет конфиденциальность своей системы и программного обеспечения, независимая проверка систем не проводится.

По состоянию на 2016 год NTSB не проводила прямого расследования ДТП легковых автомобилей и легких грузовиков, связанных с тормозом по проводам, и производители заняли позицию, что их автомобили полностью безопасны, и что все зарегистрированные аварии являются результатом «ошибки водителя».

Данные о скорости вращения колес также важны в системе электронного торможения, чтобы избежать заноса. Конструкция автомобиля с электрическим тормозом должна обеспечивать защиту от пропуска некоторых выборок данных, предоставленных критически важными для безопасности датчики. Популярные решения заключаются в обеспечении резервных датчиков и применении безотказный механизм. Помимо полной потери сенсора, электронный блок управления также может возникать периодическая (временная) потеря данных. Например, данные датчиков иногда могут не достигать электронный блок управления. Это может произойти из-за временной проблемы с самим датчиком или с трактом передачи данных. Это также может быть результатом мгновенного короткое замыкание или отключение, сбой в сети связи или внезапное увеличение шума. В таких случаях для безопасной работы системе необходимо компенсировать недостающие выборки данных.

Пример решения этой проблемы: компенсация отсутствующих данных прогнозирующим фильтром.

Точная оценка положения и скорости тормозных приводов в электронных суппортах

Контроллер суппорта контролирует положение и скорость тормозного привода (помимо его основной задачи, которая заключается в отслеживании его контрольной команды торможения). Таким образом, датчики положения и скорости жизненно необходимы в каждом электронном штангенциркуле, и требуется эффективная конструкция измерительного механизма для определения положения и скорости привода. В последних разработках систем с проводным торможением используются резолверы для обеспечения точных и непрерывных измерений как абсолютного положения, так и скорости ротор приводов. Инкрементальные энкодеры являются датчиками относительного положения, и их аддитивная погрешность должна быть откалибрована или компенсирована различными методами. В отличие от энкодеров, резольверы выдают два выходных сигнала, которые всегда позволяют определять абсолютное угловое положение. Кроме того, они подавляют синфазный шум и особенно полезны в шумной среде. По этим причинам резольверы обычно применяются для измерения положения и скорости в системах с проводным торможением. Однако для извлечения точных оценок положения и скорости из синусоидальных сигналов, предоставляемых резольверами, требуются нелинейные и надежные наблюдатели.

Пример решения этой проблемы: гибридная схема преобразования резольвера в цифровую форму с гарантированной устойчивой стабильностью и автоматической калибровкой резольверов, используемых в системе EMB.

Измерение и / или оценка усилия зажима в электромеханических суппортах

Сила зажима датчик - относительно дорогой компонент штангенциркуля EMB. Стоимость определяется высокой удельной стоимостью от поставщика, а также заметными производственными расходами из-за его включения. Последнее проистекает из сложных процедур сборки, имеющих дело с небольшими допусками, а также онлайн-калибровки для изменения характеристик от одного датчика усилия зажима к другому. Успешное использование датчика усилия зажима в системе EMB представляет собой сложную инженерную задачу. Если датчик усилия зажима расположен рядом с тормозная колодка, то он будет подвергаться суровым температурным условиям, достигающим 800 по Цельсию, что поставит под угрозу его механическую целостность. Также необходимо компенсировать температурный дрейф. Этой ситуации можно избежать, встроив датчик усилия зажима глубоко в каверномер. Однако установка этого датчика приводит к гистерезис что под влиянием трение между датчиком силы зажима и точкой контакта внутренней колодки с ротором. Этот гистерезис не позволяет измерить истинное усилие зажима. Из-за проблем со стоимостью и технических проблем, связанных с включением датчика усилия зажима, может быть желательно исключить этот компонент из системы EMB. Потенциальная возможность для достижения этого представляет собой точную оценку усилия зажима на основе альтернативных сенсорных измерений системы EMB, что приводит к отсутствию датчика усилия зажима.

Пример решения этой проблемы: оценка усилия зажима по положению привода и измерения тока с использованием слияние данных датчиков.

Электрический стояночный тормоз

Проводное торможение теперь является зрелой концепцией в применении к автомобилю. стояночные тормоза. Электронный стояночный тормоз (EPB) был представлен в начале 2000-х годов компанией BMW и Audi на своих топовых моделях ( 7 серии и A8 соответственно), чтобы обойтись без традиционной тросовой системы (управляемой с помощью рычага между сиденьями или ножной педалью), которая обычно действовала на задние колеса автомобиля. EPB, однако, используют моторизованный механизм, встроенный в суппорт заднего дискового тормоза, и сигнализируется с помощью переключателя на центральной консоли или приборной панели. Электрический стояночный тормоз обычно интегрируется с другими системами автомобиля через CAN-шина сеть и может предоставлять дополнительные функции, такие как

Автоматическое отключение стояночного тормоза при трогании с места
Автоматическое включение стояночного тормоза при остановке автомобиля на склоне - известное как «помощь при удержании».

Системы EPB предоставляют преимущества в области упаковки и производства, поскольку они позволяют использовать центральную консоль без загромождений при отсутствии традиционного рычага ручного тормоза (многие производители использовали освободившееся пространство для размещения органов управления для своих информационно-развлекательная система систем), а также снижает сложность производства, поскольку устраняет необходимость в маршрутизации тросы Боудена под автомобилем.

EPB постепенно переходит на более дешевые автомобили, например, в Volkswagen Group, EPB стал стандартным оборудованием 2006 года. Пассат (В6), пока Опель представил его в 2008 году Знаки отличия.

Смотрите также

дальнейшее чтение

Хосейннежад, Р., Баб-Хадиашар, А., Компенсация недостающих данных для критически важных с точки зрения безопасности компонентов в проводной системе (2005), Транзакции IEEE по автомобильным технологиям, том 54, выпуск 4, стр. 1304–1311.
Хосейннежад Р., Методы и устройства обработки сигналов (обработка недостающих данных с помощью многоступенчатого опережающего фильтра), Номер международного патента PCT / AU2005 / 000888.
Хосейннежад Р., Баб-Хадиашар А., Объединение избыточной информации в системах с проводным тормозом с использованием нечеткого избирателя (2006), Журнал достижений в области слияния информации, Volume 1, Issue 1, pp. 35–45.
Хосейннежад, Р., Определение положения в тормозных суппортах с проводным подключением с использованием резольверов (2006), IEEE Transactions по автомобильной технологии, том 55, выпуск 3, стр. 924–932.
Хосейннежад Р., Хардинг П., Аппаратура и методы обработки сигналов и определения местоположения, Номер международной заявки на патент PCT / AU2006 / 000282.
Хосейннежад, Р., Баб-Хадиашар, А., Автоматическая калибровка датчиков резольвера в электромеханических тормозных системах: модифицированный рекурсивно-взвешенный подход наименьших квадратов (2007), IEEE Transactions on Industrial Electronics, Volume 54, Issue 2, pp. 1052 –1060.
Анвар С., Чжэн Б. Алгоритм антиблокировочного торможения для проводной системы торможения на основе вихревых токов (2007). IEEE Transactions по автомобильной технологии, 56 (3), стр. 1100–1107.
Анвар, С., Антиблокировочное управление тормозом гибридной системы с проводным тормозом (2006) Труды Института инженеров-механиков, Часть D: Журнал автомобильной техники, 220 (8), стр. 1101–1117.
Ли Ю., Ли У. С., Аппаратное моделирование электромеханического тормоза (2006 г.), 2006 г. Международная совместная конференция SICE-ICASE, ст. нет. 4109220, стр. 1513–1516.
Кануто, Ф., Турко, П., Коломбо, Д., Управление процессом разработки системы с проводным торможением (2006) Труды 8-й двухгодичной конференции ASME по проектированию и анализу инженерных систем, ESDA2006, 2006,
Ланг, Х., Робертс, Р., Юнг, А., Фидлер, Дж., Майер, А., Дорога к технологии 12-вольтного тормоза по проводам (2006) VDI Berichte, (1931), стр. 55–71. .
Эмероле, О.К., Гуд, М.К., Сравнение эффективности торможения электромеханических и гидравлических систем пресса (2005) Американское общество инженеров-механиков, Отдел динамических систем и управления (публикация) DSC, 74 DSC (1 ЧАСТЬ A), стр. 319– 328.
Мерфи, Ю.Л., Масрур, А., Чен, З., Чжан, Б., Нечеткая система для диагностики неисправностей в проводной системе на базе силовой электроники (2005 г.) Ежегодная конференция Североамериканского общества обработки нечеткой информации - NAFIPS , 2005 г., арт. нет. 1548556, стр. 326–331.
Масрур, А., Чжан, Б., Ву, Х., Ми, К., Чен, З., Мерфи, Ю.Л., Диагностика неисправностей в системе электронного торможения на основе силовой электроники (2005), 2005 г., IEEE Vehicle Power and Propulsion Конференция, VPPC, 2005, арт. нет. 1554615, стр. 560–566.
Анвар С., Управление скользящим режимом на основе крутящего момента вихретоковой тормозной системы для автомобильной промышленности (2005) Американское общество инженеров-механиков, Отдел динамических систем и управления (публикация) DSC, 74 DSC (1 ЧАСТЬ A), стр. 297 –302.
Анвар, С., Антиблокировочное управление тормозом электромагнитной тормозной системы по проводам (2005) Американское общество инженеров-механиков, Отдел динамических систем и управления (публикация) DSC, 74 DSC (1 ЧАСТЬ A), стр. 303– 311.