汽車摩擦制動(dòng)與電磁制動(dòng)的系統(tǒng)集成與協(xié)調(diào)控制.pdf

1、雖然經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展汽車液壓制動(dòng)系統(tǒng)的控制功能在不斷地增強(qiáng)，但是其作為摩擦制動(dòng)的本質(zhì)沒(méi)有改變，仍存在持續(xù)制動(dòng)下熱衰退和制動(dòng)噪聲等問(wèn)題。為改善汽車液壓制動(dòng)系統(tǒng)的制動(dòng)效能，國(guó)內(nèi)外研究學(xué)者提出將電子液壓制動(dòng)與電磁制動(dòng)進(jìn)行系統(tǒng)集成，充分發(fā)揮電子液壓制動(dòng)和電磁制動(dòng)各自優(yōu)勢(shì)以提升汽車的安全性、節(jié)能性和環(huán)保性。目前，國(guó)內(nèi)外研究學(xué)者在摩擦與電磁集成制動(dòng)系統(tǒng)領(lǐng)域已經(jīng)取得一些研究進(jìn)展，但這些研究大都關(guān)注電子液壓制動(dòng)動(dòng)態(tài)特性分析、電磁制動(dòng)性能的有限元分析、電子

2、液壓制動(dòng)和電磁制動(dòng)非線性控制方法研究、基于電磁制動(dòng)實(shí)現(xiàn)防抱死制動(dòng)控制或車身穩(wěn)定性控制、摩擦與電磁集成制動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和參數(shù)優(yōu)選、摩擦制動(dòng)與電磁制動(dòng)聯(lián)合工作時(shí)制動(dòng)性能分析等。通過(guò)分析國(guó)內(nèi)外學(xué)術(shù)文獻(xiàn)，發(fā)現(xiàn)相關(guān)研究成果中缺乏對(duì)摩擦與電磁集成制動(dòng)系統(tǒng)耦合非線性特性、節(jié)能優(yōu)化設(shè)計(jì)、前后軸制動(dòng)力分配、制動(dòng)模式切換控制及防抱死制動(dòng)協(xié)調(diào)控制等方面的研究工作。針對(duì)上述關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題的提出和解決，本文著重開(kāi)展如下工作：
　　分別提出電磁制動(dòng)器和永磁制

3、動(dòng)器勵(lì)磁磁場(chǎng)、渦流磁場(chǎng)和氣隙磁場(chǎng)分布的理論計(jì)算方法，并用臺(tái)架試驗(yàn)和有限元數(shù)值計(jì)算驗(yàn)證理論計(jì)算的正確性；系統(tǒng)地討論勵(lì)磁磁場(chǎng)和渦流磁場(chǎng)對(duì)氣隙磁場(chǎng)分布的影響，揭示渦流去磁效應(yīng)的物理機(jī)理并完善渦流去磁效應(yīng)理論。依據(jù)渦流去磁效應(yīng)理論的重新界定，可以精確獲得電磁制動(dòng)的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型，以此作為基礎(chǔ)對(duì)現(xiàn)有電磁制動(dòng)器的制動(dòng)特性進(jìn)行解釋并對(duì)設(shè)計(jì)中電磁制動(dòng)器的制動(dòng)性能進(jìn)行預(yù)測(cè)。
　　分別建立電子液壓制動(dòng)、電磁制動(dòng)和汽車制動(dòng)的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型，推導(dǎo)得到摩擦與電

4、磁集成制動(dòng)系統(tǒng)的耦合非線性模型；搭建基于NI的快速控制原型平臺(tái)，進(jìn)行摩擦與電磁集成制動(dòng)系統(tǒng)的耦合非線性特性試驗(yàn)研究。試驗(yàn)研究表明摩擦與電磁集成制動(dòng)系統(tǒng)耦合非線性模型是正確有效的，可直接用于摩擦與電磁集成制動(dòng)系統(tǒng)前后軸制動(dòng)力分配方法研究，并通過(guò)適當(dāng)簡(jiǎn)化后得到摩擦與電磁集成制動(dòng)系統(tǒng)制動(dòng)模式切換控制和防抱死制動(dòng)協(xié)調(diào)控制的數(shù)學(xué)模型。
　　建立電子液壓制動(dòng)和電磁制動(dòng)的能耗數(shù)學(xué)模型，并以此為基礎(chǔ)分別進(jìn)行電子液壓制動(dòng)和電磁制動(dòng)能耗特性的影響因素

5、分析；以ECE-EUDC循環(huán)工況耗能量為主要優(yōu)化目標(biāo)，建立摩擦與電磁集成制動(dòng)系統(tǒng)節(jié)能優(yōu)化設(shè)計(jì)數(shù)學(xué)模型，利用遺傳算法進(jìn)行節(jié)能優(yōu)化設(shè)計(jì)的算例分析。優(yōu)化結(jié)果表明在保證電子液壓制動(dòng)制動(dòng)性能的前提下能夠有效降低電子液壓制動(dòng)的耗能量并縮小蓄能器的體積；在使得電磁制動(dòng)完成典型的城市運(yùn)行工況前提下，使其耗能功率曲線的“低耗能功率區(qū)”盡量包含典型城市汽車行駛工況的汽車制動(dòng)初始速度區(qū)間，能夠顯著提高電磁制動(dòng)能耗特性。
　　研究電子液壓制動(dòng)的安全特性，

6、提出摩擦制動(dòng)模式下摩擦與電磁集成制動(dòng)系統(tǒng)前后軸制動(dòng)力分配方法；研究熱力學(xué)特性對(duì)電磁制動(dòng)能耗的影響，提出電磁制動(dòng)模式下前后軸制動(dòng)力分配方法；分析 ECE R13制動(dòng)法規(guī)對(duì)汽車前后軸制動(dòng)力分配的影響，提出聯(lián)合制動(dòng)模式下前后軸制動(dòng)力分配方法。仿真研究表明摩擦與電磁集成制動(dòng)系統(tǒng)在三種制動(dòng)模式下的制動(dòng)力分配方法能夠顯著提高摩擦與電磁集成制動(dòng)系統(tǒng)的能耗特性和安全特性。
　　提出摩擦與電磁集成制動(dòng)系統(tǒng)制動(dòng)模式切換控制策略，建立摩擦與電磁集成制動(dòng)

7、系統(tǒng)混雜Petri網(wǎng)模型并利用共同Lyapunov函數(shù)法分析制動(dòng)模式切換過(guò)程中的穩(wěn)定性；設(shè)計(jì)摩擦與電磁集成制動(dòng)系統(tǒng)解耦控制器并進(jìn)行制動(dòng)模式切換控制的試驗(yàn)研究。試驗(yàn)研究表明在制動(dòng)模式切換過(guò)程中控制車輪縱向滑移率使其始終低于路面的最佳滑移率，使用電磁制動(dòng)跟隨駕駛員的制動(dòng)意圖而電子液壓制動(dòng)主要用來(lái)提供一定的制動(dòng)強(qiáng)度，可以保證汽車在制動(dòng)模式切換中穩(wěn)定性并提高制動(dòng)模式切換過(guò)程中的舒適性。
　　建立摩擦與電磁集成制動(dòng)系統(tǒng)防抱死制動(dòng)模型，設(shè)計(jì)摩