轿车电子机械制动系统的建模及评价

论文摘要

该论文针对机电子机械制动系统在轿车上的应用,分别从发展过程、数据建模、计算机仿真以及试验做了较为系统的描述。由于线控技术的不断成熟,在越来越越多的控制系统中,采用电子信息的传送方式取代过去由机械、液压或气动的系统连接方式被大量采用。线控技术不仅仅是连接方式的变化,而且包括操纵机构和操纵方式的变化以及执行机构的变化(电气化),线控技术的广泛应用造成了一种全新的汽车结构。其中电子机械制动系统(Electro Mechanical Braking,简称EMB)是一个全新的制动机构,是制动驱动机构供能与传动装置上的革新。它取消了传统的液压制动系统,以电机提供制动能源,以电信号传输驾驶员制动意图,执行机构仍是常规的制动器。汽车电子机械系统具有一系列的优点,符合汽车发展安全、节能、环保的三大主题,是未来制动系统的发展方向。从世界范围来看,电子机械制动系统的研究还处于实验阶段,离产品推出还有一段距离。所以,对电子机械制动系统进行研究,有利于缩短我国与国外之间制动技术方面的差距,对未来提高国产车的竞争力,对我国汽车工业某些关键零部件的跨越式发展有着重要意义。本文介绍了轿车制动系统的发展历史、电子机械制动系统的工作原理、组成以及技术优点;根据某款上汽自主品牌车的参数,建立了电子机械制动器的数学模型和在水平路面上汽车制动时整车动力学模型;并且运用MATLAB/SIMULINK仿真软件,针对电子机械制动器的制动效能,对某款结构的电子机械制动执行机构的开环响应特性进行详细的分析,分析其产生的原因和对制动力控制的影响,提出了电子机械制动系统制动力控制三方面的评价方法并且进行电子机械制动系统的硬件在环仿真;通过实验,应用PID控制策略为电子机械制动系统制动力的闭环控制策略,根据制动力评价方法,通过大量的实验,寻求PID参数与系统控制周期等参数对制动力控制效果的影响规律,并且详细分析了控制参数对控制效果的影响规律,进一步分析了EMB系统的机械结构对控制效果的影响。指出电子机械制动系统抗干扰措施的重要性,应用采样取平均值的方法来削弱系统内外部高频干扰的影响。最后,以高性能的DSP系统作为电子机械制动的控制系统,简单阐述了设计编写控制软件部分的各大模块和流程图。文章最后,分别从制动力控制策略的完善和控制器的开发、制动执行器的开发、实车实验以及电子机械制动系统可靠性的研究几个方面提出了进一步的发展方向。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 汽车制动系统发展概述
• 1.1.1 汽车制动系统发展历程
• 1.1.2 汽车线控制动系统发展情况
• 1.2 电子机械制动系统（EMB）的介绍
• 1.2.1 EMB 系统的工作原理
• 1.2.2 EMB 系统的结构组成
• 1.2.3 EMB 系统的性能优点
• 1.3 电子机械制动系统的研究现状
• 1.3.1 EMB 相关专利的检索
• 1.3.2 德国BOSCH 公司的研究现状
• 1.3.3 德国ESTOP 公司的研究现状
• 1.3.4 美国DELPHI 公司与美国俄亥俄州大学的联合研究现状
• 1.3.5 国内研究现状
• 1.4 本课题的研究意义与主要研究内容
• 1.4.1 本课题的研究意义
• 1.4.2 本课题的主要研究内容
• 1.5 本章小结
• 第二章 电子机械制动系统的数学建模
• 2.1 1/4 车辆制动模型的建立
• 2.1.1 车辆模型的参数
• 2.1.2 1/4 车辆制动模型
• 2.1.3 轮胎模型
• 2.2 电子机械制动执行机构模型
• 2.2.1 无刷直流力矩电机模型
• 2.2.2 行星减速器模型
• 2.2.3 滚珠丝杠与制动摩擦块模型
• 2.2.4 执行机构整体建模
• 2.3 执行机构数学模型的验证与分析
• 2.4 本章小结
• 第三章 电子机械制动系统的硬件在环仿真
• 3.1 电子机械制动硬件在环仿真系统的简介
• 3.1.1 dSPACE 硬件在环仿真系统介绍
• 3.1.2 电子机械制动硬件在环仿真系统的构成
• 3.2 电子机械制动系统的硬件在环仿真
• 3.2.1 国家标准中对乘用车行车制动器的性能要求
• 3.2.2 汽车防抱死制动系统简介
• 3.2.3 无ABS 控制策略时电子机械制动系统对国标要求的检验
• 3.2.4 带有ABS 控制策略时电子机械制动系统对国标要求的检验
• 3.2.5 汽车在高速不同附着路面下的电子机械ABS 制动硬件在环仿真
• 3.3 本章小结
• 第四章 电子机械制动系统制动力控制的实验研究
• 4.1 电子机械制动实验系统的介绍
• 4.1.1 控制系统的选择
• 4.1.2 电子机械制动系统执行机构的选择
• 4.1.3 其它实验部件的选用
• 4.1.4 实验系统中各部分的构成关系
• 4.2 电子机械制动系统制动力控制的评价方法
• 4.2.1 制动力对梯形波的响应
• 4.2.2 输出力对矩形波的响应
• 4.2.3 制动力对脉冲波的响应
• 4.3 电子机械制动系统制动力的PID 控制
• 4.3.1 PID 控制算法的介绍与PID 参数的整定
• 4.3.2 PID 参数对制动力控制的影响
• 4.3.3 系统控制周期对制动力控制的影响
• 4.3.4 EMB 系统的抗干扰措施
• 4.3.5 电子机械制动系统制动力控制的综合分析
• 4.4 控制系统的软件设计
• 4.4.1 主函数程序设计
• 4.4.2 时钟中断程序设计
• 4.4.3 AD 中断程序设计
• 4.4.4 串口通讯程序设计
• 4.4.5 PID 控制程序设计
• 4.4.6 DA 程序的设计
• 4.5 本章小结
• 第五章 全文总结
• 5.1 全文总结
• 5.2 创新点
• 5.3 下一步工作的展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间已发表或录用的论文