详情

原文传递基于集成式线控制动系统的车辆多阶段能量回收控制策略研究

论文题名：	基于集成式线控制动系统的车辆多阶段能量回收控制策略研究
关键词：	新能源汽车;集成式线控制动系统;能量回收控制策略
摘要：	近年来，汽车行业正向着智能化与电动化的方向改革，新能源汽车尤其是电动汽车的保有量正逐年攀升。随着自动驾驶等级的提升，传统的真空制动助力系统难以满足当前新能源汽车对高级别自动驾驶辅助系统的需求，线控制动系统已成为当今制动市场发展的主流。　　线控制动系统以电机作为动力源替代真空助力器，使新能源汽车摆脱了真空源的限制。随着线控制动系统的不断更新升级，集成式线控制动系统的集成度更高，通过踏板感觉模拟器和电控单元实现制动踏板与轮缸压力的完全解耦，具有更快的压力响应速度，可以实现主动制动、复合制动、制动能量回收等功能，提高了驾驶安全性与舒适性。制动能量回收作为纯电动汽车的重要技术之一，为解决能源消耗，提升电动汽车续航里程提供了新的思路。以集成式线控制动系统为基础，设计合理的制动能量回收控制策略可以实现更高的能量回收率，提高续航里程。　　本文依托校企合作项目“某企业电机控制能力提升专项软件开发”和“IBC集成式制动控制算法开发”，针对集成式线控制动系统及主动压力控制算法展开研究，并基于集成式线控制动系统，对车辆在不同阶段的能量回收控制策略进行分析与研究。本文的主要研究内容如下：　　（1）集成式线控制动系统构型分析与建模。以线控制动系统作为研究对象，首先，选取三种主流的制动系统构型方案，介绍各构型方案的整体结构及主要组成部分，分析各构型方案在不同制动模式下的工作原理；然后，结合实验室现有资源，对比分析各构型方案的优缺点，确定本文所要研究的线控制动系统构型方案，并对该制动系统进行动力学仿真建模，主要包括永磁同步电机、减速传动机构和液压系统，并对建立的模型进行仿真与实验台架对比验证；最后，对能量回收系统中的驱动电机和蓄电池进行动力学仿真建模。　　（2）集成式线控制动系统与驱动电机控制策略研究。首先，基于集成式线控制动系统完成了主动压力控制算法的设计，主要包括压力环控制和伺服三闭环控制，压力环采用基于制动系统液压特性的前馈补偿控制加 PID 反馈控制；伺服三闭环控制包括电流环、速度环和位置环，实现对永磁同步电机转子位置的控制；然后，通过实验台架完成了主动压力控制策略的验证；最后，对驱动电机的转矩跟随控制进行研究，并完成仿真验证。　　（3）车辆多阶段能量回收控制策略研究。首先，对车辆在制动过程的动力学及车辆在水平路面制动时前、后车轮的受力情况进行分析，得到基于理想的制动器制动力分配曲线及ECE法规限制下的前、后车轮制动力分配范围；然后，对车辆在收加速踏板、滑行及踩制动踏板三个阶段进行定义和划分，并基于加速踏板和制动踏板的当前状态判断车辆当前所处的行驶阶段，设计多阶段能量回收控制的阶段切换策略；最后，针对不同制动阶段的能量回收控制略进行设计，主要包括：（a）收加速踏板阶段：设计了基于模糊控制理论的收加速踏板阶段制动能量回收的电机制动力分配策略，以加速踏板位移和加速踏板位移变化率作为模糊控制器的输入，得到电机制动力的权重系数；（b）滑行阶段：根据车辆在滑行状态下的车速-时间模型，经公式推导得到电动汽车在滑行阶段制动能量回收的电机制动力分配策略；（c）踩制动踏板阶段：考虑制动力分配基本理论及ECE法规对前、后车轮制动力分配的限制，建立多目标优化的制动力分配模型，将控制需求转化为控制目标及约束条件，并基于模型预测控制算法得到最优的液压制动力矩和电机再生制动转矩。　　（4）系统集成仿真与硬件在环实验验证。首先，基于Matlab/Simulink和CarSim搭建联合仿真平台，在CarSim中完成车辆参数及仿真环境的设置，选取不同制动强度的单次制动工况及三种循环工况对多阶段能量回收控制策略进行联合仿真验证，仿真结果表明该控制算法可以有效提高能量回收率，提升电动汽车的续航里程；然后，基于dSPACE快速原型控制工具和实时仿真机Simulator搭建了以集成式线控制动系统为基础的硬件在环实验平台；最后，基于硬件在环实验平台完成了多阶段能量回收控制策略的实验验证，实验结果表明，集成式线控制动系统的主缸压力控制算法和多阶段制动能量回收控制策略具有良好的控制效果。
作者：	张鹏辉
专业：	车辆工程
导师：	吴坚
授予学位：	硕士
授予学位单位：	吉林大学
学位年度：	2023