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原文传递基于电磁直驱阀的制动系统设计与压力控制技术研究

论文题名：	基于电磁直驱阀的制动系统设计与压力控制技术研究
关键词：	汽车制动系统;电磁直驱阀;压力控制;多目标优化
摘要：	制动系统作为自动驾驶系统的执行系统，对汽车的操纵稳定性和舒适性发展起着至关重要的作用。电磁阀作为制动系统压力控制中的关键零件，对制动系统的快速建压和压力精确控制有着重要的影响。电磁直驱阀在质量、体积、响应等方面具有明显的优势，已经成为电磁阀的研究热点。由于汽车领域对制动系统的响应、精度等性能追求的不断提高，对基于电磁直驱阀的制动系统的研究具有重要的意义。　　本文以基于电磁直驱阀的制动系统为研究对象，通过对基于电磁直驱阀的制动系统进行方案设计、数学建模、压力控制器设计以及压力控制器参数多目标优化设计，并搭建相应的仿真模型以及试验平台，对所提出的制动系统与压力控制方法进行仿真分析和试验验证。本文主要研究内容如下：　　（1）设计基于电磁直驱阀的制动系统方案。本文通过对某款新能源汽车的制动需求进行分析，并进行基于电磁直驱阀的制动系统方案设计；详细阐述基于电磁直驱阀的制动系统的结构组成和工作原理，并分析制动系统控制器的逻辑控制架构；最后对制动系统中的关键参数进行匹配。为后续建立制动系统执行器的数学模型和仿真模型奠定基础。　　（2）分析制动系统执行器的数学模型并建立执行器的仿真模型。本文在研究基于电磁直驱阀的制动系统总体架构的基础上，搭建包括电磁直驱阀、制动轮缸、制动管路在内的制动系统执行器的数学模型，并基于仿真平台搭建仿真模型，对制动系统执行器中的关键元件电磁直驱阀的非线性流量特性进行分析。　　（3）设计制动系统轮缸液压力-电磁直驱阀位置切换控制架构。针对制动系统中电磁直驱阀存在阀死区等问题，设计切换控制算法并证明控制器的稳定性。基于该控制模型，提出控制器参数多目标优化方法对切换控制器参数进行优化。结果表明：12MPa工况下，液压力上升过程的增压时间和超调量分别为26.70ms和1.87％；相比于优化前，ITAE准则JITAE值和增压时间分别降低了21.27％和13.59％。在保障控制精度的前提下，切换控制算法响应迅速，跟踪效果良好，有效提升了液压力的动态响应性能和控制精度。　　（4）设计制动系统液压力外环-电磁直驱阀位置内环的串级控制架构实现对轮缸液压力的精确调节。针对制动系统轮缸液压力-电磁直驱阀位置切换控制存在强制切换、位置环需要使用高增益反馈等问题，设计串级控制算法并证明控制器的稳定性。结合控制器参数多目标优化方法对串级控制器参数进行多目标优化，并与切换控制进行比较。结果表明：变阶跃响应下串级控制相比于切换控制的ITAE准则JITAE值下降了26.58％；紧急制动下，串级控制相比于切换控制增压时间缩短了47.62%。所建立的串级控制算法可以满足制动的需求，且制动过程中有较好的动态和稳态效果。　　（5）基于电磁直驱阀的制动执行系统和压力控制算法的可行性验证。搭建基于电磁直驱阀的制动执行系统试验平台，设计上位机软件并阐述试验步骤；在试验平台上对右前制动轮缸进行P-V特性测试和各种典型工况的液压力试验。结果表明：12MPa阶跃液压力信号下，切换控制和串级控制的增压时间分别为68.55ms和64.10ms；ARTEMIS欧洲循环工况下，切换控制和串级控制的最大跟踪误差分别为0.28MPa和0.22MPa。验证该执行系统和压力控制算法具有较好的动态响应和稳态跟踪效果。
作者：	黎德祥
专业：	车辆工程
导师：	葛文庆;谭草
授予学位：	硕士
授予学位单位：	山东理工大学
学位年度：	2022