【摘 要】
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为了降低环境污染和交通拥堵等问题,近年来智能电动化汽车得到了大力发展。而目前汽车智能化技术仍然处于研发阶段,因此整车制动系统应集成有驾驶员参与的基础助力功能,同时需要匹配智能电动汽车提出的主动制动新需求,从而能够实现整车的纵向减速度调节。在有驾驶员意图参与的基础助力过程中,需要助力制动系统合理的匹配踏板输入力和液压输出力的关系,在减速过程中获得足够的制动强度,从而缩短制动距离避免交通事故的发生。而
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为了降低环境污染和交通拥堵等问题,近年来智能电动化汽车得到了大力发展。而目前汽车智能化技术仍然处于研发阶段,因此整车制动系统应集成有驾驶员参与的基础助力功能,同时需要匹配智能电动汽车提出的主动制动新需求,从而能够实现整车的纵向减速度调节。在有驾驶员意图参与的基础助力过程中,需要助力制动系统合理的匹配踏板输入力和液压输出力的关系,在减速过程中获得足够的制动强度,从而缩短制动距离避免交通事故的发生。而无驾驶员意图参与的主动制动过程中,需要通过对整车受到的纵向力和制动压力进行主动调控从而实现车辆纵向运动学特性的调节,最终予以减速度合理控制,保证汽车纵向行驶的安全性。因此减速度控制是智能汽车运动控制中关键的一环。然而智能电动汽车取消了发动机,不再为传统真空助力器式的制动系统提供真空源,难以实现制动系统核心的基础助力功能。另一方面传统真空助力器式的制动系统较难集成主动制动功能,无法满足制动压力主动调控的需求。为了适应汽车智能化与电动化发展,以高性能电机作为伺服助力源的电子机械助力器应运而生。首先,电子机械助力器能够将电机的伺服助力和踏板人力进行耦合后推动活塞实现主缸建压,具备基础助力功能。在进行主动制动时,控制器能够快速的自动调节内部伺服电机的转矩与转角,随后经传动机构作用于液压系统形成制动压力,从而实现整车制动减速度的精确控制。以上两大特点很好的迎合了汽车智能化和电动化的发展。但是电子机械助力器是机电液一体化的复杂系统,具有很强的非线性特性,这大大增加了其基础助力和主动制动控制的实现难度。此外在进行主动制动时,无驾驶员参与的整车制动减速度控制受坡度和整车质量等状态信息的影响,需要对坡度和整车质量进行参数辨识。因此本文以电子机械助力器为控制核心,面向驾驶员制动意图和主动制动对电子机械助力器进行控制策略开发,实现基础助力功能和主动制动功能,并围绕无驾驶员参与的主动制动对整车减速度控制问题展开研究。本文涉及的具体研究内容如下:(1)真空助力器的特性测试和电子机械助力器原理。首先分别对真空助力器、电子机械助力器的结构原理和工作特点依次进行分析。随后借助所搭建的试验台对真空助力器进行特性测试。分析测试得到的助力特性曲线为电子机械助力器中输入力和液压输出力的合理匹配提供参考依据。(2)面向驾驶员意图和主动制动,设计电子机械助力器的基础助力控制策略和主动制动控制策略。首先,对以上两种不同模式下电子机械助力器的目标位置进行求解。其中面向驾驶员意图,设计基础助力调节控制层对电子机械助力器目标位置进行计算,内容主要包括反馈盘逆模型的建立、反馈盘主副面位移的标定;其中基于主动制动下的整车减速度控制的需求,设计基于前馈查表和反馈PI相结合的制动压力控制环对制动压力进行调控,并获得主动制动模式下的电子机械助力器目标位置。其次,建立永磁同步电机的数学模型,并基于滑模变结构控制理论和摩擦模型设计电子机械助力器位置与转速控制策略。最后基于PID控制理论设计底层永磁同步电机的控制策略。(3)基于主动制动的整车减速度控制策略设计。首先建立整车纵向动力学模型,设计从目标减速度到目标纵向力的直接前馈控制器,以增量式PID控制理论为基础设计误差反馈控制器,共同形成前馈补偿和反馈修正的控制闭环。考虑到状态信息对纵向力的影响,采用递推最小二乘法对整车质量进行估计,采用龙贝格状态观测器对坡度进行估计。随后搭建由目标纵向力到目标制动压力的执行器逆模型,获得电子机械助力器中制动压力控制环的目标输入。为了避免减速度控制过程中出现驱动和制动频繁切换的问题,设计相应的缓冲层完成驱动和制动间的有序切换。(4)硬件在环试验验证。首先基于d SPACE软件系统和相应的执行器搭建电子机械助力器基础助力和主动制动硬件在环试验台。其次对电子机械助力器控制策略的有效性进行验证。最后结合Car Sim软件对基于主动制动的整车减速度控制策略进行验证。
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