车辆电子机械制动系统防抱死制动控制器研究

论文摘要

车辆电子机械制动系统(EMB)是一种新型制动系统。EMB体积小,响应快速,性能可靠,没有液压制动回路,既安全又环保,具有很高的市场价值。车辆防抱死制动系统(ABS)作为提高汽车行驶安全性和制动稳定性的装置,能够防止车辆在紧急制动情况下车轮发生抱死,避免驾驶员因失去对车辆方向控制带来交通事故的发生,现已成为汽车标准配置。防抱死制动控制器的研究是车辆电子机械制动系统研究的重要组成部分,同时也是实现汽车稳定控制、防滑控制等高级控制策略的基础。本文首先对盘式车辆电子机械制动系统的机械执行部分进行了分析,计算得到EMB驱动电机的各项参数,并进行驱动电机选型以及相应的驱动电路设计。然后,对车辆防抱死制动控制方法进行研究,分别建立了车轮模型、轮胎模型、液压制动器和电子机械制动器的数学模型。同时,建立了它们和模糊控制器、PID控制器、模糊PID控制器和路面识别的Matlab仿真模型。使用各模型进行仿真并对其防抱死制动控制效果进行对比分析,即液压制动器和电子机械制动器的防抱死制动效果对比分析;模糊控制器、PID控制器和模糊PID控制器的防抱死制动效果对比分析;带有路面识别功能的防抱死制动控制器和不带路面识别功能的防抱死制动控制器的防抱死制动效果对比分析。结果显示,带有路面识别模块的模糊PID防抱死制动控制器可以取得较好的制动控制效果。最后,基于FPGA技术设计了汽车电子机械制动系统防抱死制动主控制芯片,并对模糊PID控制器的功能进行了实验验证。本文率先基于FPGA技术设计车辆盘式EMB防抱死制动系统主控制芯片,可以将普通制动控制器、防抱死制动控制器进行整合与路面识别技术一并融入车辆EMB。将模糊PID控制器模块、路面识别模块、电机控制模块等各个独立的功能模块集成到一个芯片(FPGA)中,提高了EMB系统的安全稳定性,减小了控制系统的功耗和体积,缩短了系统的设计周期,增强了各功能模块的可复用性,便于以后系统的升级和改造。利用FPGA开发平台,电动脚踏以及直流电机对模糊PID控制器进行实验验证,结果证实模糊PID控制器可以实现对电机转速的精确控制,达到了预期的效果。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 电子机械制动系统
• 1.2.1 线控制动系统（BBW）
• 1.2.2 线控液压制动器（EHB）
• 1.2.3 电子机械制动系统（EMB）
• 1.2.4 电子机械制动系统研究现状
• 1.3 防抱死制动系统
• 1.3.1 防抱死制动系统及其必要性
• 1.3.2 防抱死制动系统研究现状
• 1.4 主要研究内容
• 1.5 内容安排
• 第二章 车辆防抱死制动原理与控制方法
• 2.1 车辆制动系统
• 2.2 防抱死制动控制原理与组成
• 2.2.1 滑移率与路面附着系数的关系
• 2.2.2 防抱死制动系统组成
• 2.3 防抱死制动控制策略
• 2.4 本章小结
• 第三章 车辆EMB驱动电机的选型与控制
• 3.1 EMB驱动电机的参数计算与选型
• 3.1.1 驱动电机最小制动转矩的计算
• 3.1.2 驱动电机最高转速的计算
• 3.2 EMB驱动电机的控制
• 3.2.1 无刷直流电机结构及其工作原理
• 3.2.2 驱动电机控制电路设计
• 3.3 本章小结
• 第四章 防抱死制动系统建模与控制仿真
• 4.1 车辆模型的建立
• 4.1.1 车轮模型
• 4.1.2 轮胎模型
• 4.1.3 车辆盘式EMB制动器模型
• 4.1.4 液压制动器模型
• 4.2 ABS控制器模型的建立
• 4.2.1 PID控制
• 4.2.2 模糊控制
• 4.2.3 ABS模糊PID控制器
• 4.3 路面识别技术
• 4.4 ABS控制仿真
• 4.4.1 液压制动器和EMB制动器防抱死制动性能仿真
• 4.4.2 PID控制器、模糊控制器和模糊PID控制器防抱死制动控制仿真
• 4.4.3 基于路面识别的模糊PID控制器防抱死制动仿真
• 4.5 本章小结
• 第五章 基于FPGA的EMB防抱死制动控制器设计
• 5.1 FPGA及其设计方法
• 5.1.1 可编程逻辑门阵列（FPGA）原理
• 5.1.2 FPGA开发设计流程
• 5.2 电子控制单元设计
• 5.2.1 电子控制单元总体设计方案
• 5.2.2 车速计算模块设计
• 5.2.3 滑移率计算模块设计
• 5.2.4 路面识别模块设计
• 5.2.5 驱动电机控制模块设计
• 5.2.6 ABS控制器设计
• 5.3 模糊PID控制器功能验证
• 5.4 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 全文总结
• 6.2 未来展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文