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《江苏大学》 2012年
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汽车电磁制动与摩擦制动集成系统控制技术及性能研究

刘存香  
【摘要】:目前,轿车制动系统仍主要以“油液制动系统”为主,即使增加了ABS、TCS等系统,油液制动占主导地位的现状仍未得以改变。虽然安装有ABS的汽车能有效地防止车轮抱死、缩短制动距离,但对于因频繁制动或者下长坡制动而引起的“热衰退”现象并未得到改善。因此,在轿车上除摩擦制动系统外,增加一套电磁制动系统,通过两套制动系统的配合使用来改善轿车制动性能是一种可能的技术途径。为此,研究电磁制动与摩擦制动集成系统有着非常重要的意义。目前国内外虽然已有一些电磁制动研究,但多数是面向客车或货车的电涡流缓速器,而少数面向轿车的电磁制动方面研究均没有考虑两套制动系统的联合控制,且研究多以微缩模型为主,尚未有对轿车电磁制动与摩擦制动集成化研究的相关报道。针对这些问题,本文做了如下工作: 首先,提出电磁制动与摩擦制动集成系统的结构布置方案,并详细介绍电磁制动与摩擦制动集成系统在某型轿车上的布置方法。根据所提出的电磁制动与摩擦制动集成系统的结构布置方案,给出简化后的集成系统单轮制动模型。 采用优化设计方法,以提高汽车制动力矩为目标,分析电磁制动与摩擦制动集成系统的结构参数对制动力矩的影响规律,应用提出的集成系统结构参数分析方法,分析不同结构参数方案,利用Mathematica和Maltab软件进行了计算和仿真分析,获得最佳的电磁制动与摩擦制动集成系统结构参数和安装参数方案。 考虑到磁感应强度的获取对电磁制动器的控制及其力矩计算至关重要,而目前已有的磁感应强度计算公式过于复杂,不适于工程应用。为此根据位势理论和Maxwell方程,建立电磁制动器在制动盘某点处产生的磁感应强度预测模型。针对某一结构的电磁制动器在制动盘上所产生的磁感应强度进行了分析计算,对不同磁极长度、磁极宽度、磁极面与制动盘间距下的磁感应强度进行了预测,通过Ansoft Maxwell2D/3D软件进行了磁场分析。 基于获得的结构参数方案,提出通过PWM调节电磁制动器线圈通电电流从而改变集成系统总制动力矩的控制方法。利用Proteus仿真软件,结合建立的系统控制模型和控制策略对汽车制动性能进行仿真,证明所提出的PWM调节方法的可行性。 分别基于模糊控制理论和最优化控制理论构建电磁制动与摩擦制动集成系统控制模型。其中,基于模糊控制理论,提出采用控制电磁制动器线圈电流大小的模糊控制策略。在控制策略中以车辆滑移率为输入量,以电磁制动器线圈通电电流为输出量,设计系统模糊控制器。并以某一安装有电磁制动与摩擦制动集成系统的轿车为应用实例,运用Matlab/Simulink软件对系统进行仿真分析。基于最优化控制理论,利用Matlab/Simulink软件设计电磁制动与摩擦制动集成系统、最优反馈K以及摩擦制动器制动力矩,并由此得到联合制动力矩值。 根据电磁制动与摩擦制动集成系统原理,结合汽车的性能特性,设计电磁制动与摩擦制动集成系统测试台架,基于LabVIEW软件设计了采集系统软件。并在此基础上进行了联合制动力矩、电磁制动力矩及摩擦制动力矩关系分析、不同参数对集成系统联合制动力矩影响分析等多项试验。 最后,为了使电磁制动与摩擦制动集成系统更有利于在不同车型上匹配与应用,提出电磁制动与摩擦制动集成系统的五项性能指标,给出了这些指标的评定方法,并且分别基于可拓评价方法以及RS理论评价法等对集成系统进行选型评价。 本文的创新点在于: (1)提出一种电磁制动与摩擦制动集成系统的结构方案,并通过结构优化设计,给出电磁制动与摩擦制动集成系统最佳结构参数和安装参数。 (2)基于位势理论和Maxwell方程,建立电磁制动器在制动盘某点处产生的磁感应强度预测模型。 (3)提出通过PWM调节电磁制动器线圈通电电流从而改变集成系统总制动力矩的控制方法。基于模糊控制策略控制电磁制动器线圈电流大小的方法,并设计车辆控制模型。基于最优化控制理论,建立使用终了时间无限的二次型最优控制模型。利用所设计的测试台架开展了多项对比试验及抗热衰退性试验,从而验证集成系统能根据所设计的控制策略对总制动力矩进行调节并具有良好的抗热衰退性。 (4)提出基于可拓评价方法、RS理论评价法对电磁制动与摩擦制动集成系统进行匹配选型评价的方法。
【学位授予单位】:江苏大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2012
【分类号】:U463.5

【引证文献】
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