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原文传递电磁-液压复合制动系统防抱死控制技术研究

论文题名：	电磁-液压复合制动系统防抱死控制技术研究
关键词：	电磁-液压复合制动系统;防抱死控制;参数设计;数学模型;汽车
摘要：	目前，乘用车主要依靠液压助力进行摩擦制动，这种制动方式存在几方面的问题:由于制动系统的过度磨损，导致维修成本升高和有害粉尘的产生;长时间制动引起的热衰退，致使制动性能下降甚至是失效;制动介质惯性及复杂的制动管路使得制动反应迟钝;电控技术的飞速发展使得车辆的各种智能制动控制功能（如ABS\TCS\ESP\ACC\EBD）集成更加容易的同时，也导致反应迟钝的传统液压制动机构与高速的电控单元在匹配上出现了偏差。　　为了解决传统液压制动系统存在的问题，非接触的电磁制动（为了区分电动汽车上采用的电动机制动技术，本文所指的电磁制动特指电涡流制动，下同）无疑是一种可供选择的制动方式。电磁制动没有摩擦，反应比摩擦制动更迅速，集成控制更简单，高速制动效果更好。但是，单一的电磁制动也存在缺点，如制动需要较大的励磁电流;缺少失效安全控制功能;纯电磁制动的防干扰能力不能完全保证制动系统的安全性;附加大容量蓄电池也增加了车辆的负荷等。　　为了充分利用液压制动和电磁制动的优点，屏蔽各自的缺点，国内外一些专家学者提出了将现有电磁制动系统与液压制动系统进行机构合成，开发电磁-液压复合制动系统的设想。本文在充分调研与分析电磁-液压复合制动技术研究进展的基础上，提出了“电磁-液压复合制动系统防抱死控制技术研究”的创新研究方向。基于此，本文主要进行了以下几方面的研究工作: 　　首先，调研了国内外各研究机构及学者在电磁-液压复合制动系统方面的研究成果和进展，总结归纳了这些研究成果的创新点、取得的主要成绩和存在的不足，分析了电磁-液压复合制动系统的发展趋势及其关键技术，为进一步研究打下了基础。　　其次，选择捷达轿车的制动系统为研究对象，进行了电磁-液压复合制动系统设计与理论分析，确定了电磁-液压复合制动系统的设计原则和设计方案，为了解决复合制动系统依然存在的的热衰退及热失效问题，创新地提出了电磁与液压制动共用一个复合制动盘的结构形式，详细阐述了其工作原理和设计优点，并以此结构形式为研究对象，进行了复合制动系统设计参数的优选，建立了描述电磁-液压复合制动系统完整的数学模型，并进行了车辆动力学特性分析。　　为了提升电磁-液压复合制动防抱死控制系统对复杂路面的识别能力，利用电磁制动方便可靠，响应速度快，控制精度高的优点，进行了路面实时观测估算与控制策略的研究。通过对“电磁制动力矩-速度特性曲线”进行临界速度的确定、分区建模、试验修正以及车辆动力学分析，以Matlab和Labview为软件平台，编写了路面识别实时观测与估算程序，实现了复合制动系统控制器对路面状况的精确识别。　　依据建立的数学模型，采用滑模变结构控制原理，定义了复合制动系统滑模控制的滑模面，通过在切换函数中引入跟踪误差积分项，设计了以最佳滑移率为控制目标的滑模变结构控制器，提高了跟踪精度。通过仿真软件模拟沥青路面和冰雪路面，进行了传统液压制动系统与电磁-液压复合制动系统的性能对比仿真分析，验证了电磁-液压复合制动系统在提升车辆制动系统的稳定性，减少制动距离和制动时间方面的优点。　　最后，考虑到电磁-液压复合制动系统是一个多学科复杂的非线性系统，影响其性能的因素是非常复杂的，为了降低开发成本，提高研究效率和质量，本文建立了硬件在环仿真平台，在多种路面条件下对复合制动系统进行了硬件在环制动防抱死控制技术研究。　　本文的创新点在于: 　　(1)为了克服液压防抱死制动系统反应速度慢，摩擦磨损以及热衰退的缺点，在总结分析了国内外电磁-液压复合制动系统研究进展的基础上，提出了在燃油动力汽车或混合动力汽车上，将电涡流制动与液压制动相复合，进行电磁-液压复合制动防抱死控制技术研究的方向（区别于电动汽车上采用的电动机制动与液压制动相复合的制动方式）。同时，以捷达轿车的制动系统及车轮参数为研究对象，建立了电磁-液压复合制动系统研究理论体系（如设计原则及方案、工作原理及参数优选、数学模型的建立等）。　　(2)针对目前电磁-液压复合制动系统集成方式存在的弊端（如结构尺寸大，集成度低，制动热失效），提出了电磁与液压制动共用一个复合制动盘的系统设计方案，使得复合制动系统的结构更紧凑，集成度更高，同时满足了电磁与液压两种制动方式对不同制动盘材料的要求，在提高制动力矩的同时，有效降低了制动热失效的隐患。　　(3)在电磁-液压复合制动系统中，提出了以液压制动力矩为基础，利用电磁制动力矩调节车辆ABS，实施防抱死控制的新思路。开发了电磁-液压复合制动系统滑模变结构控制策略。在控制过程中，利用电磁制动方便可靠，响应速度快，控制精度高的优点，进行了路面实时观测与估算算法的研究，并编写了路面识别观测与估算程序，使得防抱死控制程序与路面识别程序有机的融为一体，提高了复合制动系统在各种不同路面上的防抱死制动性能。　　(4)提出了以某一具体轿车制动系统的参数为依据，进行电磁-液压复合制动系统样机及硬件在环仿真平台开发，开展液压制动系统与复合制动系统对比仿真试验研究的思路。通过多种路面条件下的硬件在环仿真试验研究，完善了电磁-液压复合制动系统的设计，为下一步实车装配试验奠定了基础。
作者：	刘学军
专业：	车辆工程
导师：	何仁
授予学位：	博士
授予学位单位：	江苏大学
学位年度：	2014
正文语种：	中文