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原文传递纯电动卡车制动系统集成研究

论文题名：	纯电动卡车制动系统集成研究
关键词：	纯电动卡车;制动系统;电子机械制动执行器;能量回收型缓速器
摘要：	我国石油消耗量大，发展新能源汽车是推进我国能源转型的重要途径，卡车电动化后有助于减少石油消耗，并且纯电动卡车质量大，制动时可回收的制动能量多，对纯电动卡车制动能量回收进行研究，有利于提高车辆整车经济性。电子机械制动系统（Electro-mechanicalBrake，EMB）能够实现机械制动力矩的精确调节，满足解耦式制动能量回收系统对机械制动力矩的需求，并且EMB制动响应速度快，有利于提高制动效能。但EMB在长时间缓速制动时存在制动效能衰退的问题，因此无法满足缓速制动需求，而能量回收型缓速器（EnergyRecoveryRetarder，ERR）能够满足缓速制动需求，并可以回收缓速制动时的能量，同时，ERR、EMB和驱动电机能够联合制动，制动时制动力矩的分配将影响车辆整车经济性和制动安全性，据此，本文主要研究内容如下：　　（1）为满足解耦式制动能量回收系统对机械制动力矩的需求，并提高制动效能，提出了一种采用双向偏心轮的双向同步增力式EMB执行器方案。通过对EMB执行器增力机构的结构和受力分析，得到了增力机构增力比和双向偏心轮偏心距等参数的关系，并确定了增力机构对制动衬片磨损的补偿量和双向偏心轮偏心距的关系，基于增力比和补偿制动衬片最大磨损的需求，完成了双向偏心轮偏心距等结构参数的设计，并对EMB执行器关键部件进行了静力学分析和运动学验证。为弥补EMB无法满足缓速制动需求的不足，根据国标要求，并改善纯电动卡车牵引车部分和半挂车部分之间的冲撞问题，提出了一种安装于半挂车一轴的ERR方案，并对ERR参数进行了匹配。　　（2）分析了制动系统集成控制流程，并对缓速制动控制、小强度制动控制和ABS控制等制动系统集成控制策略进行了研究。为计算需求制动力矩，对制动强度识别和车辆质量估计进行了研究，选取了驾驶员制动强度的识别参数和识别算法，并采用不同制动强度工况对识别准确性进行了验证。基于车辆纵向动力学模型，并结合递推最小二乘法原理，对车辆质量估计进行了研究与验证。为提高制动能量回收率，并改善牵引车和半挂车之间的冲撞问题，基于粒子群算法，对EMB、ERR和驱动电机的制动力矩进行了优化分配。　　（3）基于TruckSim软件和MATLAB/Simulink软件搭建了纯电动卡车联合仿真平台，利用TruckSim搭建了牵引车模型、半挂车模型、负载模型和道路模型等，利用MATLAB/Simulink搭建了驾驶员模型、驱动电机模型、EMB模型、ERR模型和制动系统集成控制模型等，通过数据交互接口进行信号交互，完成联合仿真平台搭建。　　（4）基于纯电动卡车联合仿真平台，对制动系统性能和整车经济性进行验证。首先对EMB制动响应时间、EMB制动力矩调节性能以及制动系统行车制动性能进行了验证，EMB制动响应时间与规定时间相比减小68.8%，并且EMB能精确调节机械制动力矩，制动系统行车制动性能满足国标要求；其次对EMB能否满足ABS对制动力矩调节的需求进行了验证，EMB与ABS协调工作，使各轴车轮滑移率保持在0.2附近，EMB满足ABS对制动力矩调节的需求；最后，在缓速制动性能试验工况、中国半挂牵引车列车行驶工况和中国重型商用车辆瞬态循环工况等工况下，对集成EMB和ERR的纯电动卡车整车经济性和制动安全性进行了验证，集成EMB和ERR后，纯电动卡车百公里能耗降低，并且车辆负载越大，节能比例越高，在缓速制动时，ERR安装于半挂车能够明显改善纯电动卡车负载时冲撞问题，同时，在满载小强度制动时，牵引车和半挂车之间的冲撞力减小了84.5%，集成EMB和ERR有利于提高整车经济性和制动安全性。
作者：	聂孟稳
专业：	车辆工程
导师：	杨坤
授予学位：	硕士
授予学位单位：	山东理工大学
学位年度：	2022