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《吉林大学》 2014年
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商用车电控制动系统迟滞特性及补偿控制策略研究

韩正铁  
【摘要】:随着汽车运输行业的飞速发展,汽车主动安全技术也越来越受到人们的重视。对于运送货物或者乘客的商用车辆,安全问题尤为重要。汽车制动系统作为保障车辆安全的重要部分,其技术的革新在提升车辆安全性与舒适性上有着极其重要的影响。随着电子电控与集成控制的不断进步,车辆主动安全系统也得到了新的发展。传统的机械系统已经无法满足现代汽车对安全性的要求,各种提高汽车安全性的电控系统已经成为汽车企业和学者的研究重点,汽车电控系统正在进入一个快速发展的时期。 商用车电控制动系统(ElectronicBrakingSystem, EBS)是近年在制动防抱死系统上发展起来的,主要用于改善商用车的制动性能。它弥补了传统气压制动系统响应慢的缺点,通过实现制动线控化,提高了制动舒适性及安全性等制动系统的性能。基于线控原理的电控制动系统为商用车制动性能的提升带了巨大的空间,是未来商用车制动系统研发的方向。因此,进行商用车EBS系统开发和控制方法研究对进一步提高商用车的安全性能有重要的现实意义和广阔前景。 在电控制动系统(EBS)采用了线控技术,解决了传统商用车气压制动系统气路过长而导致的响应延迟问题,但采用比例继动阀等执行机构存在的迟滞特性,也降低了EBS系统的响应时间和控制精度。 本文依托国家自然科学基金项目“基于模型预测的重型半挂车动力学稳定性多目标控制研究”(编号:51075176),在前期商用车电控制动系统理论和应用研究成果基础上,以提高商用车制动稳定性及安全性为目标,开发商用车EBS系统关键部件的迟滞补偿控制策略,提高商用车电控制动系统的响应时间和控制精度,为商用车电控制动系统的自主研发提供理论支持。论文主要进行了以下研究工作: (1)在商用车气压EBS系统的迟滞特性及其产生原因综合分析的基础上,重点研究了EBS系统关键部件的迟滞特性。首先分析了迟滞特性对商用车气压制动性能的影响,然后利用AMESim建立了EBS系统关键部件--比例继动阀的数学模型,并进行迟滞特性的仿真,通过与开环测试结果对比验证了模型的准确性;利用数学模型进行了比例继动阀关键参数对其响应和迟滞特性影响的分析,为比例继动阀的进一步改进提供理论依据。 (2)在确立商用车气压EBS系统总体技术方案基础上,利用AMESim商用软件,建立了包括前轴比例继动阀(前桥控制阀)、桥控阀(后桥控制阀)、ABS阀、管路等关键部件和整个商用车气压EBS系统动力学模型,并利用硬件在环试验台验证了模型的准确性。为商用车EBS系统改进设计和控制策略开发奠定基础。 (3)建立了EBS系统控制架构,开发了商用车EBS系统的常规制动及紧急制动控制策略,以及比例继动阀、桥控阀、ABS电磁阀等阀体控制方法。所开发的常规制动控制方法中包含减速度控制、制动力分配控制及差动制动控制策略;紧急制动策略中包含基于迟滞补偿的ABS控制策略和制动辅助控制算法。并在对核心部件比例继动阀的滞环特性进行了分析基础上,开发了前馈补偿结合PID的控制策略,为EBS控制策略的离线及HIL实验台仿真奠定基础。 (4)开发了商用车气压EBS系统动力学仿真平台。利用Simulink搭建了车辆动力学模型,并结合EBS系统AMESim模型进行联合仿真,对所开发的延迟和迟滞补偿控制策略进行离线仿真验证。仿真结果表明所开发的补偿控制策略在各种工况下均能较好工作,得到预期的控制效果,能够改善商用车制动稳定性和制动性能。 (5)在已开发的商用车气压EBS系统硬件在环实验台上,考虑实际EBS系统硬件,包括比例继动阀、桥控阀、ABS阀、实际气压管路和控制器等硬件,进一步验证了所开发的基于迟滞补偿的EBS控制策略。硬件在环试验进一步证明了所开发的控制策略有效提高了商用车制动稳定性和制动性能,为下一步的实车试验奠定基础。 综上所述,本文取得的创新性成果如下: (1)基于AMESim建立了商用车气压EBS系统比例继动阀的动力学模型,在对比例继动阀的动态特性进行仿真的基础上,详细分析迟滞特性及其产生原因,为比例继动阀迟滞补偿控制奠定理论基础。 (2)建立基于AMESim的商用车气压EBS系统关键部件和整个系统物理模型,采用仿真方法,分析了EBS系统关键部件主要参数对EBS部件和系统压力响应特性的影响,为EBS系统关键部件的优化设计及控制打下理论基础。 (3)开发了基于迟滞补偿控制的EBS系统控制方法,仿真及硬件在环试验表明,所开发的控制策略有效提高了商用车制动稳定性和制动性能,提高了商用车主动安全性。
【学位授予单位】:吉林大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2014
【分类号】:U463.5

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【参考文献】
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