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原文传递纯电动汽车EHB-电机复合制动系统控制策略研究

论文题名：	纯电动汽车EHB-电机复合制动系统控制策略研究
关键词：	纯电动汽车;制动系统;控制策略;动态特性
摘要：	随着汽车传感、控制等技术的快速发展，车载控制系统功能日益增多。在制动系统方面，大量的主动制动控制单元广泛应用于汽车，采用机械直连的传统制动系统结构复杂、集成度较低、性能差、可靠性低等问题日益凸显。为迎合国家汽车电动化、智能化的战略发展需求，具有高度集成、结构简洁、制动解耦、响应快的EHB系统逐渐成为了当前汽车制动系统的最佳选择方案。当前，先进的稳定性控制、ADAS系统控制都需要准确、快速的EHB系统作为基础执行部件，同时纯电动汽车还存在电机、EHB两套独立的制动系统，如何设计EHB-电机复合制动系统控制策略以改善汽车的制动性能成为了国内外的研究热点之一。　　当前，国内外针对EHB-电机复合制动系统的控制研究已取得了较好的进展，但上层ADAS/人机切换控制系统的控制指令不连续造成制动突兀、汽车在不确定性因素干扰下的制动性能不一致、EHB-电机复合制动系统模式切换过程冲击较大、执行压力响应精度和速度难以兼顾的问题仍然存在。本文依托“智能电动线控底盘关键技术研究与产品开发”（编号：2016YFB0101002）这一国家重点项目，围绕EHB-电机复合制动系统控制所存在的关键问题展开了相关研究，本文主要研究内容如下：　　第一，EHB-电机复合制动系统动态特性建模研究。本文首先设计了一种新的EHB系统构型，在分析了该EHB系统工作原理的基础上，对影响EHB系统响应的关键环节进行了动态特性建模，通过建立仿真模型并与台架试验数据进行对比，验证了本文建立的EHB系统动态特性模型的准确性，为后续的控制算法开发和测试奠定了基础。　　第二，EHB-电机复合制动系统顶层控制研究。针对纯电动汽车，本文提出了EHB-电机复合制动系统控制整体架构，将控制系统分为驾驶意图、EHB-电机复合制动系统顶层控制、协调控制、执行控制四个部分，在顶层控制部分重点研究了：（1）基于3阶Bessel的制动减速度平滑算法，对上层ADAS/人机切换控制系统的离散、阶跃的减速度控制指令进行平滑，改善了ADAS/人机切换控制系统介入时产生的突兀现象，增加了驾驶员对系统的可接受程度。（2）基于ADRC的闭环控制，保证汽车在制动器磨损、外界环境温度变化、摩擦片涉水等不确定性干扰下，实现制动性能一致性。（3）在相平面理论分析基础上，采用基于MPC的横摆力矩决策和兼顾横纵向稳定性的最优力矩分配控制策略，保证汽车行驶稳定性。　　第三，EHB-电机复合制动系统协调控制策略研究。针对EHB-电机复合制动系统制动模式切换容易造成较大冲击从而产生制动不舒适的问题，本文提出了EHB-电机复合制动系统协调控制策略，该策略通过间隙消除、液压系统响应时间确定、目标力矩一阶惯性过渡以及预测补偿控制四个功能部分保证制动模式切换过程的舒适性。通过试验表明，本文提出的协调控制策略在制动模式切换过程中产生的冲击度明显低于典型的协调控制策略，验证了本文协调控制策略的有效性。　　第四，EHB-电机复合制动系统执行控制策略研究。针对传统EHB系统轮缸压力控制策略难以兼顾“快速增压”和“精确控压”的问题，本文提出了一种新的EHB构型，并在EHB系统动态特性试验基础上，提出了基于LTV-MPC的轮缸压力控制策略，在压力控制过程中，根据占空比的动态变化，实时更新预测模型，实现最优预测控制。通过阶跃工况、正弦工况、扫频工况表明，本文提出的基于LTV-MPC轮缸压力控制策略的控制效果均明显优于传统的MPC和RBF-PID控制策略，实现了“快速主动建压”和“压力精确控制”，同时，采用了基于DTC的永磁同步电机扭矩执行控制，精准实现目标电机扭矩，为上层的主动制动控制或驾驶员制动控制奠定了基础。　　第五，以某一前驱纯电动汽车为研究对象，搭建基于Carsim、Matlab/Simulink、dSPACE、EHB的硬件在环测试平台对本文提出的控制算法进行集成测试，通过试验证明：（1）3阶Bessel算法能够保证制动响应时间的情况下，降低制动冲击度，防止了汽车制动突兀的现象，提高了驾驶员对系统的可接受程度。（2）本文提出的基于ADRC的制动减速度控制，可以根据制动器磨损、外界环境温度变化、摩擦片涉水等外界不确定性干扰进行动态补偿，实现汽车的制动性能一致性。（3）通过FMVSS126法规工况、J-Turn工况、ISO3888-1规定的双移线工况对基于MPC的AYC控制算法进行了测试，结果表明本文的控制算法能够将车辆控制在稳定范围内，保证车辆不失稳。（4）本文的EHB-电机复合制动系统协调控制策略与典型的协调控制策略进行对比，表明本文的协调控制策略在制动模式切换过程中产生的冲击度均比典型的协调控制算法小，提高了制动舒适性。（5）本文提出的基于LTV-MPC的线控液压制动系统压力控制策略能够满足“快速主动建压”和“压力精确控制”的要求，在四个制动轮缸同时制动的情况下，压力跟随性能较好。
作者：	王晨
专业：	车辆工程
导师：	马芳武
授予学位：	博士
授予学位单位：	吉林大学
学位年度：	2021