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原文传递轮毂电机电动汽车电磁、再生及摩擦复合制动与ABS集成系统研究

论文题名：	轮毂电机电动汽车电磁、再生及摩擦复合制动与ABS集成系统研究
关键词：	电动汽车;复合制动系统;防抱死系统;制动性能
摘要：	车辆智能化和电动化的发展推动了线控制动系统技术的进步。新兴的线控制动系统和轮毂电机的再生制动系统，不仅能够更高效地回收制动能量，而且可以使主动制动控制转化为一个经典的滑移率动态控制问题，这将会带来ABS的又一次革命。因此，研发一种基于轮毂电机的复合制动系统，在节能方面，实现最大化的制动能量回收，进一步提高制动能量利用率；在安全方面，充分挖掘和利用复合制动系统的潜能，进一步提高紧急和非紧急制动工况下的制动性能，具有非常重要的现实意义和应用前景。　　本文在总结国内外研究成果的基础上，以轮毂电机电动汽车电磁、再生及摩擦复合制动与ABS集成系统研究为主题，以轮毂电机电动汽车为研究对象，就轮毂电机复合制动系统模型、轮毂电机电动汽车电磁、再生及摩擦制动的复合制动系统设计、非紧急制动工况下轮毂电机复合制动系统的协调控制、轮毂电机复合制动系统的ABS滑移率控制方法以及基于快速控制原型的轮毂电机复合制动系统试验台架设计和验证等方面开展了一系列工作，主要内容如下：　　研究了轮毂电机电动汽车电磁、再生及摩擦制动的复合制动系统集成方案和结构布置方案，提出了非紧急制动工况下基于轮毂电机复合制动系统的最大化制动能量利用率的协调控制策略。为实现最大化的制动能量利用率，确定了再生制动耦合电磁制动模式与其他制动模式的稳态制动力矩的分配方案；针对切换时瞬态制动力矩冲击度问题，采用过渡过程方法实现了制动系统的稳定切换。　　探究了非紧急制动工况下基于轮毂电机复合制动系统的制动响应一致性协调控制策略，针对再生制动和摩擦制动同时工作导致的制动感觉不一致问题，采用过渡过程与一阶泰勒级数前馈补偿方法，既提高了复合制动系统的制动力矩的响应速度，又保证了制动力矩响应速度一致。对执行器带宽差与切换瞬态幅值差的关系进行机理分析，讨论了制动执行器带宽和幅值对提高复合制动系统响应速度的制约关系。　　设计了紧急制动工况下的基于线性自抗扰控制（LADRC）的ABS滑移率控制器。采用LADRC方法设计滑移率控制器，基于ABS制动器带宽特性进行LADRC过渡过程参数和反馈误差控制参数的整定，基于单轮制动模型，通过仿真证明LADRC能够实现滑移率的精确控制，参数整定简单，物理意义明确。分析执行器带宽参数对滑移率控制器的影响规律，为轮毂电机复合制动与ABS集成系统的滑移率控制提供了理论指导。　　设计了紧急制动工况下基于扩张状态观测（ESO）卡尔曼滤波器的ABS车速估计器。滑移率控制的关键是车速的精确获取，针对线性化技术和基于最坏边界优化技术估计汽车紧急制动工况下车速所带来的局限性，利用ESO来处理车速估计中的非线性和不确定性，并利用卡尔曼滤波器及时优化ESO增益，保证了车速估计的精确性和鲁棒性。　　提出了一种紧急制动工况下基于LADRC滑移率控制和分数阶极值搜索（FOESC）最优滑移率的复合制动与ABS集成方法。针对传统的极值搜索控制（ESC）算法在路面特性突变时搜索最优滑移率可能导致系统不稳定的问题，利用分数阶算子的特性，提出FOESC方法，实时搜索滑移率最优值，并发送给LADRC实现滑移率精确控制。基于双轮制动模型，通过仿真验证了该方法能够有效提高最优滑移率的收敛速度和鲁棒性。利用复合制动系统中的再生制动耦合电磁制动模式跟踪FOESC产生的高频制动力矩，既实现了制动能量的充分利用，又能够使制动系统跟踪高频控制量，为分数阶极值搜索控制在轮毂电机驱动汽车ABS实际应用提供了一种有效的方法。　　进行了轮毂电机电动汽车复合制动系统的试验研究。围绕各制动系统的稳态和瞬态特性进行分析和验证，进行基于过渡过程的复合制动系统的协调控制策略的试验验证，进行基于LADRC滑移率控制方法的试验验证。通过试验研究进一步证明，各制动系统的瞬态特性存在差异，需要考虑执行器的带宽特性进行车辆制动系统的设计，基于过渡过程的复合制动协调控制策略能够改善切换时的制动冲击度，基于LADRC的滑移率控制方法能够有效地实现滑移率的精确控制。
作者：	苑磊
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：	2022