辅助制动和汽车主制动装置联合控制理论和方法的研究

论文摘要

汽车的主制动装置可在紧急情况下有效地使汽车在短时间内减速或停车,但持续制动能力较差。辅助制动装置制动功率相对较小,但适合持续制动工况。论文针对辅助制动装置与汽车主制动装置的联合控制理论和方法进行研究,为合理使用汽车的辅助制动和主制动装置提供理论依据,主要内容集中在以下几个方面。1.辅助制动装置对汽车制动稳定性的影响。分析辅助制动装置制动力的大小对汽车同步附着系数的影响,提出适当增大汽车前、后制动器制动力分配系数的方法来增加汽车制动稳定性的措施,并用实车的具体参数进行模拟计算,验证这一措施的合理性。2.典型辅助制动装置控制方法的研究以发动机减压缓速器和电涡流缓速器为对象,以汽车制动过程中速度和加速度作为输入参数,汽车下坡的恒定速度作为目标,制定相应的控制策略和模糊控制规则,分别设计恒速控制系统和模糊控制系统。3.研究辅助装置装置与汽车主制动装置的联合作用方法以电涡流缓速器为例,深入研究电涡流缓速器和汽车主制动装置的联合控制理论和方法,提出以电涡流缓速器转子盘和汽车主制动装置工作温度作为汽车所需的制动力在两者之间分配的依据。根据传热学的热传导理论和能量守恒定律,建立电涡流缓速器转子盘和汽车主制动装置的热力学模型,并依据台架试验结果,采用数值拟合的方法建立制动装置的热衰退模型,量化表达制动装置的实际输出力矩、最大输出力矩和制动装置工作温度之间的数值关系。建立电涡流缓速器和汽车主制动装置的联合作用的数学模型。该数学模型包含以下的子模型:汽车制动过程动力学模型、主制动装置的制动力模型、电涡流缓速器的制动力模型、电涡流缓速器与主制动装置的联合制动系统制动力分配模型、电涡流缓速器转子盘和主制动装置的热力学模型、电涡流缓速器转子盘和主制动装置的热衰退模型。提出联合制动系统制动力分配系数的概念。以电涡流缓速器转子盘和汽车主制动装置工作温度为输入参数,联合制动系统制动力分配系数为输出参数,设计双输入单输出的模糊控制器,制定细密的带约束的模糊控制规则。在设定的坡道上对汽车制动过程进行计算,结果表明汽车可在联合制动系统作用下稳定行驶,且电涡流缓速器转子盘和汽车主制动装置的工作温度能保持正常的数值,从而验证联合控制理论的正确性和合理性。4.构建联合制动系统制动力分配系数的优化算法对由电涡流缓速器和汽车主制动装置构成的联合制动系统的制动力分配系数进行了优化研究,以电涡流缓速器转子盘和汽车主制动装置的工作温度的平方根构建联合制动系统制动力分配系数的目标函数,离线求解汽车不同速度下、不同坡道上的目标函数,综合取得制动力分配系数的优化结果。5.设计并制作联合制动系统的控制器分析联合制动系统的功能,设计制作了以微型计算机为核心的控制器。设定控制器对电涡流缓速器进行三种模式的控制:手动挡位分级控制、独立的恒速控制、和汽车主制动装置的联合控制。论文对设计制作的控制器在电涡流缓速器试验台架进行了试验。论文的创新点总结如下:1.设计发动机减压缓速器的恒速控制系统和电涡流缓速器制动力矩的模糊控制系统。2.提出以辅助制动装置和汽车主制动装置构成联合制动系统的方案,并以电涡流缓速器转子盘温度和汽车主制动装置温度作为将制动力在两者之间进行分配的依据。3.构建辅助制动装置与主制动器的联合制动系统制动力分配模型、辅助制动装置和主制动装置的热力学模型、辅助制动装置和主制动装置的热衰退模型,完善辅助制动装置和汽车主制动装置的联合制动系统的数学模型。4.应用模糊理论建立电涡流缓速器和汽车主制动装置制动力分配的控制理论和方法,提出联合制动系统制动力分配系数的概念,并进行优化研究,确定优化结果。对设计的控制器进行台架试验,表明电涡流缓速器能在控制器输出的占空比的控制下输出相应的制动力矩。仿真结果表明:辅助制动和汽车主制动装置联合产生制动作用,可有效降低汽车主制动装置的热负荷。设定的联合制动系统制动力分配的模糊规则和联合制动系统制动力分配系数的优化结果能使主、辅制动装置保持正常的制动效能,论文提出的以制动装置的工作温度作为将制动力在辅助制动和汽车主制动装置之间分配的措施是合理的,建立的联合制动系统的数学模型和控制理论可供工程实践参考。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 辅助制动装置简介
• 1.1.1 发动机排气缓速器简介
• 1.1.2 发动机减压缓速器简介
• 1.1.3 电涡流缓速器简介
• 1.1.4 永磁缓速器简介
• 1.1.5 液力缓速器简介
• 1.2 辅助制动装置及主制动装置对制动过程的适应性
• 1.3 辅助制动与主制动装置控制技术的研究现状
• 1.4 本文研究的主要内容、目的和方法
• 第二章 辅助制动装置的特性与控制
• 2.1 发动机排气缓速器
• 2.1.1 发动机排气缓速器的数学模型
• 2.1.2 发动机排气缓速器的工作特性
• 2.1.3 发动机排气缓速器目前的控制方式
• 2.2 发动机减压缓速器
• 2.2.1 发动机减压缓速器的数学模型
• 2.2.2 发动机减压缓速器的工作特性
• 2.2.3 发动机减压缓速器目前的控制方式
• 2.3 电涡流缓速器
• 2.3.1 电涡流缓速器的数学模型
• 2.3.2 电涡流缓速器的工作特性
• 2.3.3 电涡流缓速器目前的控制方式
• 2.4 永磁缓速器
• 2.4.1 永磁缓速器的数学模型
• 2.4.2 永磁缓速器的工作特性
• 2.4.3 永磁缓速器目前的控制方式
• 2.5 液力缓速器
• 2.5.1 液力缓速器的数学模型
• 2.5.2 液力缓速器的工作特性
• 2.5.3 液力缓速器目前的控制方式
• 2.6 本章小结
• 第三章 制动装置的热力学分析
• 3.1 制动装置的传热
• 3.1.1 制动装置的传热方式
• 3.1.2 制动部件的换热系数
• 3.2 制动部件的热力学模型
• 3.3 制动部件的热衰退模型
• 3.3.1 制动装置的热衰退率的定义
• 3.3.2 电涡流缓速器的热衰退率与工作温度的关系
• 3.3.3 汽车主制动装置的热衰退率与工作温度的关系
• 3.3.4 制动装置的持续制动能力的评价
• 3.4 本章小结
• 第四章 辅助制动装置对汽车制动稳定性的影响
• 4.1 辅助制动装置影响汽车制动稳定性的分析方法
• 4.2 辅助制动装置作用时汽车的制动力分配曲线
• 4.3 提高汽车制动稳定性的措施
• 4.4 提高汽车制动稳定性实例分析
• 4.5 本章小结
• 第五章 典型辅助制动装置控制技术研究
• 5.1 发动机减压缓速器的恒速控制
• 5.1.1 发动机减压缓速器的制动能力
• 5.1.2 发动机减压缓速器恒速控制系统设计
• 5.1.3 汽车下长坡时发动机减压缓速器模拟计算及分析
• 5.2 电涡流缓速器的恒速控制
• 5.2.1 电涡流缓速器制动力矩的脉宽调制（PWM）控制技术
• 5.2.2 电涡流缓速器的模糊控制模型
• 5.2.3 电涡流缓速器模糊控制器设计
• 5.2.4 电涡流缓速器作用下汽车制动过程的模拟计算及分析
• 5.3 本章小结
• 第六章 辅助制动与主制动装置的联合作用建模与仿真分析
• 6.1 辅助制动与主制动装置的联合作用数学模型
• 6.2 电涡流缓速器和主制动装置联合制动系统制动力的模糊算法
• 6.3 电涡流缓速器和主制动装置联合制动系统的模拟计算
• 6.3.1 电涡流缓速器单独作用
• 6.3.2 主制动装置单独作用
• 6.3.3 电涡流缓速器和汽车主制动装置联合制动作用
• 6.4 本章小结
• 第七章 联合制动系统制动力分配系数的优化
• 7.1 构建联合制动系统制动力分配系数的优化模型
• 7.2 联合制动系统制动力分配系数优化模型的求解
• 7.3 制动力分配系数优化后实车模拟计算和分析
• 7.4 本章小结
• 第八章 联合制动系统控制器的软硬件设计
• 8.1 联合制动系统控制器的总体设计
• 8.2 联合制动系统控制器的硬件电路设计
• 8.2.1 控制器微型计算机的选择
• 8.2.2 微型计算机的资源分配
• 8.2.3 控制器局部电路的设计
• 8.3 控制器软件设计
• 8.4 控制器抗干扰措施
• 8.4.1 控制器元件选择
• 8.4.2 控制器硬件抗干扰措施
• 8.4.3 控制器软件抗干扰措施
• 8.5 本章小结
• 第九章 联合制动系统控制器的试验及分析
• 9.1 电涡流缓速器台架试验简介
• 9.2 电涡流缓速器力矩特性试验
• 9.3 联合控制系统控制器的挡位试验
• 9.4 本章小结
• 第十章 结论及展望
• 10.1 论文工作总结和结论
• 10.2 论文创新点总结
• 10.3 工作展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录A 单位换算表
• 附录B NJ6776T型 NAVECO旅行车参数
• 作者在攻读博士学位期间发表与完成的论文
• 博士期间参加的科研项目
• 申请专利