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半解耦式线控制动系统制动力控制研究

半解耦式线控制动系统制动力控制研究

作者：裴宇轩湖南大学

学位级别：硕士

智能新能源汽车成为全球汽车行业竞相角逐的战略高地,底盘线控制动执行系统是其核心部件,我国长期面临国外核心技术封锁与垄断,制约汽车产业自主可控与可持续发展。当前,线控制动关键技术难题主要集中在制动力控制,包括主动制动力控制... 详细信息

智能新能源汽车成为全球汽车行业竞相角逐的战略高地,底盘线控制动执行系统是其核心部件,我国长期面临国外核心技术封锁与垄断,制约汽车产业自主可控与可持续发展。当前,线控制动关键技术难题主要集中在制动力控制,包括主动制动力控制和制动能量回收过程中的制动力控制,为此,本文围绕半解耦式线控制动系统,进行制动力控制策略研究。首先,对线控制动系统及关键部件进行数学建模和台架试验。采用e Booster(电动制动助力器)+ESC(Electronic Stability Controller,电子稳定控制系统)的Twobox半解耦式线控制动系统,介绍Twobox组成原理和主要部件,对e Booster和ESC两大模块及主要部件建立AMESim与Simulink联合仿真模型,并进行台架试验,验证了模型的准确性。其次,研究基于摩擦补偿的主缸压力估算与控制。分析了影响线控效果的因素:非线性摩擦会降低制动系统的控制精度,主缸压力反馈信号存在因传感器或线路故障而丢失的风险从而导致制动不受控的后果,电机控制效果直接影响制动响应时长。为此,建立Lu Gre摩擦模型定量分析摩擦现象,设计基于无迹卡尔曼滤波的主缸压力观测器、与主缸压力传感器形成信号冗余,对电机进行电流矢量控制、加入弱磁控制器以提升电机转速。进而,设计级联式自适应Backstepping滑模控制器,跟随目标压力,应对非线性、干扰和不确定因素,提升控制器鲁棒性。然后,研究电动制动助力器助力控制策略,进行台架试验。分析真空助力器工作特性,得到各工作阶段反馈盘的主副面位移状态。以输入推杆与反馈盘副面的相对位移为被控制量,设计了助力曲线。进行了台架实验,得到了与真空助力器一致的效果,验证了助力控制策略的有效性。最后,研究协同式制动能量回收过程中制动力协调控制策略。建立车辆纵向动力学模型,制定制动能量回收过程中的制动力分配策略,针对制动过程中液压制动力和再生制动力的三种情况,研究e Booster和ESC的动作逻辑。在三种制动强度下进行仿真实验,验证了控制策略的有效性。

关键词：半解耦式线控制动系统制动力控制压力观测制动助力协同式制动能量回收

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商用车EBS控制器及制动力控制策略设计

商用车EBS控制器及制动力控制策略设计

作者：刘今朝北京林业大学

学位级别：硕士

为更好地分配混合动力商用车制动力,获得更准确、稳定的车辆制动力并提高能量回收效率,本文提出一种基于电控制动系统(EBS)的混合动力公交车(HEB)制动力控制策略,设计EBS控制器硬件及驱动软件,实现对各相关执行机构的控制与检测。在制... 详细信息

为更好地分配混合动力商用车制动力,获得更准确、稳定的车辆制动力并提高能量回收效率,本文提出一种基于电控制动系统(EBS)的混合动力公交车(HEB)制动力控制策略,设计EBS控制器硬件及驱动软件,实现对各相关执行机构的控制与检测。在制动力控制策略方面,首先,通过采集轮速、电机与发动机输出扭矩及制动阀内压力等相关信息,使用扩展卡尔曼滤波器(EKF)和递归最小二乘法(RLS)的混合算法分别实时估算道路坡度和车辆质量。其次,通过滑模控制(SMC)方法由期望制动强度结合估算得出的车辆质量和道路坡度,来计算制动所需的总制动力。另外,在实现驾驶员的制动意图并满足商用车辆和挂车制动系统技术要求法规的前提下,根据电机状态对制动力进行再生制动和气压制动的分配,以提高制动能量的回收量。在控制器硬件设计方面,本文分析制动踏板信号、相关电磁阀控制信号等核心信号的处理与安全保护,并选用相关汽车级芯片设计带有安全冗余的EBS硬件电子控制器,在硬件设计上实现一定的安全功能。同时,设计相关驱动软件与硬件相配合,保证相关安全功能的实现。最后,利用Matlab/Simulink来构建车辆仿真模型,通过运行设计算法进行仿真验证控制策略的合理性,同时获取相关的制动力及电磁阀压力控制参数。通过在设计的硬件在环测试平台中进行实验,测试控制阀体内的压力。结果表明,本文的状态估计算法提高了质量估计的准确性,与传统EKF算法相比误差减少2%,通过精确控制与分配制动力可以提高制动过程中的稳定性及缩短制动距离,从而有效提高制动性能,并在制动过程中更好的回收制动能量,在相同路况及车速控制条件下,可节约大约6%的电池能量。

关键词：商用车EBS控制器车辆状态估算制动力控制卡尔曼滤波制动能量回收

基于EHB和EMB的复合制动系统特性分析及制动力控制研究

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基于EHB和EMB的复合制动系统特性分析及制动力控制研究

作者：孙文龙吉林大学

学位级别：硕士

线控制动已经成为汽车制动系统研究和生产的主要方向,已经得到广泛的应用。比较成熟的线控制动系统有EHB和EMB,这两个制动系统有着各自的优点和局限性,当前,如何改进这两个系统是汽车制动一直领域关注的焦点,同时,机械-液压复合制动也... 详细信息

线控制动已经成为汽车制动系统研究和生产的主要方向,已经得到广泛的应用。比较成熟的线控制动系统有EHB和EMB,这两个制动系统有着各自的优点和局限性,当前,如何改进这两个系统是汽车制动一直领域关注的焦点,同时,机械-液压复合制动也成为最新的线控制动系统发展理念而被提出。本文提出了前轴为EHB,后轴为EMB的复合制动系统,此系统兼具两个系统的优势,同时弥补了两个系统的不足,是功能性更加优越的线控制动系统。本文首先分别对EHB系统和EMB系统进行机理分析并搭建相关的试验台架,其次对系统进行详细的特性测试,通过特性分析的结果分别对两个系统进行精确的制动力跟随控制算法研究,通过快速原型试验平台完成算法调试与验证;随后对复合制动系统进行前后轴制动力协调控制算法研究,提出制动力协调分配的控制策略,最后基于FlexRay网络以及Simulator搭建复合制动系统试验平台,并完成算法调试与验证。对于前轴EHB系统,本文首先对选定的HCU进行机理分析,其次进行特性测试,包括基频的选择、电磁阀线控区间的确定、高压蓄能器建压特性测试、电磁阀建压特性测试。根据特性分析结果,对系统进行制动力精确控制算法研究:首先使用压力、电流双闭环PID控制,随后使用模糊算法获得自整定的PID参数,最后对非线性特性进行前馈补偿控制。对于后轴EMB系统,本文先对系统进行机理分析,其次进行特性测试,进而对系统进行参数辨识,包括系统传动比、直流无刷电机力矩系数、转动惯量、刚度特性参数、摩擦特性参数,其中摩擦模型选用的是LuGre摩擦模型,通过遗传算法进行的参数辨识。根据参数辨识结果,对系统进行制动力精确控制算法研究,首先使用力、速度、电流、三闭环PID控制,随后使用模糊算法获得自整定的PID参数,最后对非线性特性进行优化补偿控制。最后,基于前后轴不同执行器特性进行制动力协调分配控制算法研究,在搭建的复合制动系统试验平台上进行实时的算法调试与验证。

关键词： EHB EMB 复合制动系统特性分析制动力控制

200km/h电动车组制动力控制研究与试验

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同济大学学报（自然科学版） 2001年第2期29卷 219-223页

作者：陈罡吴萌岭应之丁同济大学机车车辆工程系上海200331

20 0km/h电动车组采用微机控制直通电空制动系统 ,在制动力的控制精度和系统的响应时间上达到了国外同类产品的性能 .详述了电动车组制动力的理论计算 .在同济大学制动技术研究中心实验室内的高速及城轨制动控制系统 1∶1静止试验台上 ... 详细信息

20 0km/h电动车组采用微机控制直通电空制动系统 ,在制动力的控制精度和系统的响应时间上达到了国外同类产品的性能 .详述了电动车组制动力的理论计算 .在同济大学制动技术研究中心实验室内的高速及城轨制动控制系统 1∶1静止试验台上 ,经过反复试验 ,证实了理论计算值和试验值具有很好的一致性 ,同时证明了该系统制动力控制精度高 ,具有空气制动与动力制动能自动配合。

关键词：电动车组空气制动制动力控制动力制动微机控制直通电空制动系统铁路系统

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城轨列车减速度反馈制动力闭环控制方法

仪器仪表学报 2021年第4期42卷 197-205页

作者：马天和吴萌岭田春同济大学铁道与城市轨道交通研究院上海201804

针对城轨列车在目前理论减速度开环控制模式下,实际制动减速度精度较低的问题,提出一种基于参数估计的制动力闭环控制方法。将列车运行于坡道、弯道等路段产生的附加运行阻力和摩擦副摩擦系数变化等导致的实际制动力偏差等效为列车在制... 详细信息

针对城轨列车在目前理论减速度开环控制模式下,实际制动减速度精度较低的问题,提出一种基于参数估计的制动力闭环控制方法。将列车运行于坡道、弯道等路段产生的附加运行阻力和摩擦副摩擦系数变化等导致的实际制动力偏差等效为列车在制动过程中所受的总扰动,以列车减速度和制动缸压力等作为输入,通过梯度估计方式对该扰动进行求解。根据总扰动的估计值对列车制动力控制目标进行在线修正以实现城轨列车制动力闭环控制。为便于在实际的制动系统电子制动控制单元中进行编程,将上述控制算法进行了离散化。仿真和硬件在环试验结果表明:参数估计算法能够对恒定扰动和变扰动进行估计,估计值的收敛速度与估计器系数呈正相关,但当估计器系数大于1之后,收敛速度趋于饱和。制动力闭环控制算法能够提高列车实际减速度对其目标值的跟随性,当坡道坡度呈正弦变化且实际摩擦系数同时随速度变化时,闭环控制的减速度偏差由开环时的0.36 m/s^(2)降至0.08 m/s^(2)。并且当制动过程中发生滑行时,防滑控制与制动力闭环控制仍能较好兼容,滑行轴速度、制动缸压力及列车实际减速度的变化满足预期。

关键词：制动力控制减速度控制参数估计制动系统城轨列车

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电子机械制动系统关键技术研究进展

北京航空航天大学学报 2023年

作者：赵立金杨世春曲婧瑶北京航空航天大学交通科学与工程学院中国汽车工程学会国汽(北京)汽车科技研究院有限公司

线控底盘是高阶自动驾驶技术落地的保障，电子机械制动系统是真正意义上的纯线控制动，完全摒弃液压/气压装置，实现人车解耦，易于集成电子驻车制动、防抱死制动系统、电子稳定控制、牵引力控制、自动紧急制动等自动驾驶系统功能，提... 详细信息

线控底盘是高阶自动驾驶技术落地的保障，电子机械制动系统是真正意义上的纯线控制动，完全摒弃液压/气压装置，实现人车解耦，易于集成电子驻车制动、防抱死制动系统、电子稳定控制、牵引力控制、自动紧急制动等自动驾驶系统功能，提升车辆主动安全性和操纵稳定性，是高级别自动驾驶技术的理想制动执行机构。但是由于系统可靠性、功能安全及成本等原因仍未规模量产应用。报告对电子机械制动系统典型结构设计原理，系统冗余设计方案、夹紧力控制等关键技术进行深入研究，最后对其后续产业化应用系统所面临的挑战进行了分析和后续研究展望。

关键词：电子机械制动冗余设计制动力控制

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商用半挂汽车列车预测性紧急制动系统研究

商用半挂汽车列车预测性紧急制动系统研究

作者：冯瑶吉林大学

学位级别：硕士

近年来,车辆碰撞预警、辅助制动以及自动紧急制动等主动安全技术逐渐在乘用车上得到推广和应用,有效减少了交通事故数量,提高了车辆安全性,然而,国内针对商用半挂汽车列车主动安全技术的研究仍处于起步阶段。随着我国经济不断发展,国内... 详细信息

近年来,车辆碰撞预警、辅助制动以及自动紧急制动等主动安全技术逐渐在乘用车上得到推广和应用,有效减少了交通事故数量,提高了车辆安全性,然而,国内针对商用半挂汽车列车主动安全技术的研究仍处于起步阶段。随着我国经济不断发展,国内公路货运量呈快速上升趋势,商用半挂汽车列车作为公路货运的主要手段,其保有量逐年提升。商用半挂汽车列车载货量大,当其发生交通事故时易带来极大的生命财产损失,故预测性紧急制动系统作为提升车辆安全性的有效手段,必将会在商用半挂汽车列车上得到广泛应用。本文依托国家自然科学基金(编号:51475206)、吉林省科技发展计划(编号:20140204010GX)等项目,对商用半挂汽车列车预测性紧急制动系统(Predictive Emergency Braking System.PEB)展开研究:通过自主设计商用半挂汽车列车PEB系统顶层控制策略、底层制动力精细调节控制策略以及底层主动制动执行机构,实现商用半挂汽车列车紧急工况下的主动制动;通过搭建MATLAB/Simulink、TruckSim联合仿真平台及PEB系统硬件在环试验台,对PEB系统进行仿真验证与硬件在环测试分析,确保车辆能够有效规避纵向碰撞事故的发生。本文主要研究内容包括:(1)主动气压制动系统设计与测试分析。根据传统制动系统组成及原理,设计与其兼容的主动气压制动系统;搭建主动气压制动系统测试试验台,对主动气压制动系统特性进行测试与分析。(2)主动气压制动力控制。以主动气压制动系统流量特性为基础,搭建主动气压制动系统模型,采用粒子群算法辨识模型参数,在此基础上,对主动气压制动系统执行机构启闭特性进行拟合;通过台架测试验证模型的有效性;设计基于主动制动系统模型的压力观测器与制动力控制器,实现主动制动力精确控制。(3)PEB系统设计。利用ESR毫米波雷达获取前方目标车辆信息,基于传感器信息对本车载荷与质心位置进行估算;根据行车工况紧急程度,建立PEB系统分级预警机制,并参考前车行车工况设计安全距离模型;结合本车状态信息与安全预警策略所得期望制动减速度,采用前馈与减速度反馈相结合的制动力分配算法实现制动力合理分配,并采用滑模控制算法实现车轮防抱死控制,确保车辆制动稳定性。(4)PEB系统测试与分析。基于MATLAB/Simulink、TruckSim搭建PEB系统仿真平台,设置典型工况,对PEB系统顶层分级预警机制、安全距离模型、制动力分配策略以及底层制动力控制策略的有效性展开仿真测试与分析;利用dSPACE实时系统与主动气压制动执行器硬件,搭建PEB系统硬件在环试验台,对所设计的主动制动执行器功能进行测试与验证,同时对PEB系统控制策略有效性进行进一步验证分析。结果表明:所设计的PEB分级预警策略及安全距离模型能够有效防止车辆发生纵向碰撞;PEB制动力分配策略能够在各种制动强度下合理分配车辆各制动气室压力,保证车辆制动平顺性与稳定性;PEB底层制动力控制策略能够有效控制主动气压制动系统建立起期望制动压力,避免追尾事故发生,提高车辆安全性。

关键词：车辆工程预测性紧急制动系统主动气压制动系统制动力分配制动力控制

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基于路面识别的车辆纵向动力学控制

基于路面识别的车辆纵向动力学控制

作者：张进吉林大学

学位级别：硕士

纵向动力学控制对车辆的动力性、制动性、行驶安全性具有极其重要的作用，受到了国内外企业和学者的广泛重视。但目前通常使用的纵向动力学控制方式为基于逻辑门限的控制方式，无法在各种工况下都取得最佳的控制效果，且对应的路面识别... 详细信息

纵向动力学控制对车辆的动力性、制动性、行驶安全性具有极其重要的作用，受到了国内外企业和学者的广泛重视。但目前通常使用的纵向动力学控制方式为基于逻辑门限的控制方式，无法在各种工况下都取得最佳的控制效果，且对应的路面识别方法只能得到路面附着的分级识别，无法准确获得行驶路面的路面附着系数。针对现有纵向动力学控制系统存在的这两个问题，本文提出了基于路面识别的纵向动力学控制方法。首先针对驱动力和制动力控制的应用，设计基于状态观测的路面识别方法，用以准确估算路面附着系数，然后针对制动力控制，利用路面附着系数改进其制动压力的控制策略，以减少轮速和制动压力的波动;针对驱动力控制，利用路面附着系数，将发动机、变速器和制动系统进行协调控制，以提高其驱动性能。本文的研究内容如下：（1）建立路面识别算法。首先介绍了目前驱动力和制动力控制系统中成熟的基于门限的路面识别方法，然后设计了基于状态观测的路面识别方法，包括车辆状态计算器、轮胎力观测器和递归最小二乘估算器的设计，其中分别设计了滑模变结构观测器和卡尔曼滤波观测器两种轮胎力观测器。（2）设计驱动、制动控制策略。针对制动工况，设计了基于逻辑门限值的制动压力控制策略和基于滑模变结构的制动压力控制策略。针对驱动工况，首先介绍了驱动控制的整体控制逻辑，然后进行了目标转速和车辆行驶标志位的计算，最后针对整体控制逻辑分别设计了发动机、变速器和制动系统的控制方法。（3）搭建算法验证与测试平台。首先介绍了V型开发流程，然后基于该开发流程，建立了离线仿真平台、硬件在环仿真平台和车载测试与开发平台。（4）对路面识别及驱动力控制算法进行了离线仿真和硬件在环试验。离线仿真包含了四种工况，分别是低附着系数路面直线起步加速，对接路面直线起步加速，附着分离路面直线起步加速和转向加速。硬件在环试验选择的是附着分离路面直线起步加速工况。（5）制动工况，对基于状态观测的路面识别算法、滑模控制算法和逻辑门限控制算法进行了离线仿真。随后，分别进行了夏天和冬天的对接路面实车制动试验，用于验证基于状态观测的路面识别算法的有效性。

关键词：车辆工程纵向动力学驱动力控制制动力控制路面识别