线控制动系统制动力分配策略研究

论文摘要

制动系统是汽车安全行驶的重要保障。传统的液压或气压制动系统由于受硬件的限制,已经难以满足制动系统发展的要求。线控制动系统与传统制动系统的不同在于它将制动踏板与制动器之间的液压或气压管路用信号线和电子元器件来替代,驾驶员的制动需求通过传感器来感测,制动压力由控制器控制电机产生。线控制动系统由于具有响应迅速、易于采用模块化结构、易于进行改进与增加功能等优良的特性,现在已经成为了一个研究的热点。当驾驶员踩下制动踏板时,如何分配四个车轮的制动力是线控制动系统设计过程中一个非常关键的问题,它决定了各个车轮的制动能力能否得到充分发挥以及制动过程中汽车的稳定性,也关系到驾驶员的制动感受。本文的研究内容主要包括以下几个方面:详细阐述了线控制动系统的结构,该结构不仅考虑了制动功能的实现,也考虑了系统的容错性能。通过车辆动力学仿真软件CarSim建立了非常逼近于实车的汽车模型,以用于对制动力分配策略进行仿真验证。在重点考虑了驾驶员的制动感受的前提下,对踏板力与制动减速度之间的关系进行了设计,这样就可以根据驾驶员的制动意图来确定需要产生多大的制动力,为制动力在各个车轮之间的分配打下基础。研究了直道上与弯道上的制动力分配策略,为了使各个车轮的制动能力都能得到充分发挥,使各个车轮的制动力与车轮的垂直载荷成正比。针对垂直载荷估计的误差、实际当中整车重量的改变以及道路坡度或倾斜所导致的实际的制动力分配偏离理想的分配,本文提出了根据各个车轮之间轮速的差异来对制动压力进行调节的方法,最终使得各个车轮的轮速接近相等,从而也使得实际的制动力分配接近理想的分配。通过联合MATLAB/Simulink与CarSim对制动力分配策略进行了仿真验证,结果表明制动力分配策略的效果比较理想。研究了当某一车轮制动器出现故障时制动力在其余三个车轮上进行分配的策略,为了抑制重新分配制动力后由于左右两侧车轮制动力不平衡所导致的制动跑偏,本文提出使两侧车轮制动力不平衡所建立的速度与车速的平方成反比,让驾驶员有充足的时间做出反应并实施反向转向,与此同时不会显著增长制动距离。通过联合MATLAB/Simulink与CarSim对制动力分配策略进行了仿真验证,结果表明在轻度制动时故障汽车与正常汽车几乎没有差别,重度制动时在没有显著增长制动距离的情况下有效的抑制了制动跑偏。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题的研究背景与意义
• 1.2 线控制动系统的发展与研究现状
• 1.2.1 线控制动系统的提出
• 1.2.2 电子液压制动系统EHB
• 1.2.3 电子机械制动系统EMB
• 1.2.4 EHB 与EMB 的优缺点对比
• 1.3 制动力分配策略的发展与研究现状
• 1.4 论文的主要研究内容
• 第2章 线控制动系统的结构以及车辆建模
• 2.1 线控制动系统的结构
• 2.1.1 BBW 系统总体结构
• 2.1.2 BBW 系统各主要功能模块
• 2.2 制动过程的动力学分析
• 2.2.1 制动过程中汽车的稳定性
• 2.2.2 理想的制动力分配曲线
• 2.2.3 传统的制动力分配策略
• 2.3 基于CarSim 的汽车模型
• 2.3.1 CarSim 及其在汽车动力学研究中的作用
• 2.3.2 CarSim 的工作原理
• 2.3.3 CarSim 模型的建立
• 2.4 本章小结
• 第3章 直道制动的制动力分配策略及其仿真
• 3.1 踏板力与制动减速度之间的关系研究
• 3.2 直道制动的制动力分配策略
• 3.2.1 直道制动时总的制动力与各车轮的制动力
• 3.2.2 直道制动时前后车轮的垂直载荷
• 3.2.3 直道制动时前后车轮的制动压力
• 3.2.4 直道制动时基于PI 控制的制动压力调节
• 3.3 直道制动仿真模型的建立
• 3.4 直道制动仿真结果与分析
• 3.4.1 无ABS 直道制动仿真与分析
• 3.4.2 有ABS 直道制动仿真与分析
• 3.4.3 承载情况变化后的直道制动仿真与分析
• 3.4.4 坡道上制动仿真与分析
• 3.5 本章小结
• 第4章 弯道制动的制动力分配策略及其仿真
• 4.1 弯道制动的制动力分配策略
• 4.1.1 弯道制动时总的制动力与各车轮的制动力
• 4.1.2 弯道制动时各个车轮的垂直载荷
• 4.1.3 弯道制动时各个车轮的制动压力
• 4.1.4 弯道制动时基于轮速差异的制动压力调节
• 4.2 弯道制动仿真模型的建立
• 4.3 弯道制动仿真结果与分析
• 4.3.1 无ABS 弯道制动仿真与分析
• 4.3.2 有ABS 弯道制动仿真与分析
• 4.3.3 承载情况变化后的弯道制动仿真与分析
• 4.3.4 倾斜弯道上制动仿真与分析
• 4.4 本章小结
• 第5章 制动器出现故障时的制动力分配策略及其仿真
• 5.1 制动器出现故障时的制动力分配策略
• 5.1.1 制动器出现故障时制动力分配的总体思路
• 5.1.2 制动跑偏的抑制
• 5.1.3 制动器出现故障时制动力分配的具体步骤
• 5.2 制动器出现故障时仿真模型的建立
• 5.3 制动器出现故障时仿真结果与分析
• 5.3.1 轻度制动情况下的仿真与分析
• 5.3.2 重度制动情况下的仿真与分析
• 5.4 本章小结
• 结论与展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录A （攻读学位期间所发表的学术论文目录）