电子机械专业硕士研究生论文优秀论文赏析

题目：基于电子机械助力器的汽车减速度控制

摘要：为了减少环境污染和交通拥堵，智能电动汽车近年来得到了大力发展。目前，智能汽车技术仍处于研发阶段，车辆制动系统应集成驾驶员参与的基本动力功能，同时需要满足智能电动汽车提出的新的主动制动需求，从而实现车辆的纵向减速调整。在驾驶员打算参与的基本动力过程中，需要帮助制动系统合理匹配踏板输入力与液压输出力之间的关系，在减速过程中获得足够的制动强度，以缩短制动距离，避免交通事故的发生。在没有驾驶员意图参与的主动制动过程中，需要主动调整车辆的纵向力和制动压力，以调整车辆的纵向运动学特性，最终合理控制减速，确保车辆纵向行驶的安全。因此，减速控制是智能汽车运动控制的关键环节。然而，智能电动汽车取消了发动机，不再为传统的真空动力器制动系统提供真空源，难以实现制动系统核心的基本动力功能。另一方面，传统的真空动力器制动系统难以集成主动制动功能，不能满足主动制动压力控制的需要。为了适应汽车智能和电气化的发展，以高性能电机为伺服动力源的电子机械动力器应运而生。首先，电子机械动力器可以将电机伺服动力与踏板人力耦合，促进活塞实现主缸压力，具有基本动力功能。在主动制动过程中，控制器可以快速自动调整内部伺服电机的扭矩和角度，然后通过传动机构作用于液压系统形成制动压力，从而实现车辆制动减速的准确控制。上述两个特点很好地迎合了汽车智能和电气化的发展。然而，电子机械动力器是一个非线性电力系统，这是一个非线性电力系统。此外，在主动制动过程中，由于坡度和车辆质量等状态信息的影响，无驾驶员参与的车辆制动减速控制需要识别坡度和车辆质量的参数。因此，本文以电子机械助力器为控制核心，开发了驾驶员制动意图和主动制动的电子机械助力器控制策略，实现了基本的助力功能和主动制动功能，并研究了车辆减速控制问题，无驾驶员参与。本文涉及的具体研究内容如下：（1）真空助力器的特性测试和电子机械助力器的原理。首先，分析了真空助力器和电子机械助力器的结构原理和工作特点。然后，在试验台的帮助下，测试了真空助力器的特性。通过分析测试获得的动力特性曲线，为电子机械助力器中输入力和液压输出力的合理匹配提供了参考。（2）面向驾驶员的主动制动控制策略。首先，在上述两种不同同模式下电子机械助力器的目标位置。对于驾驶员的意图，设计基本动力调节控制层计算电子机械动力器的目标位置，主要包括反馈盘逆模型的建立和反馈盘主副面位移的校准；根据主动制动下车辆减速控制的需要，设计基于前馈表和反馈PI的制动压力控制环，获得主动制动模式下电子机械动力器的目标位置。其次，建立永磁同步电机的数学模型，根据滑动模变结构控制理论和摩擦模型设计电子机械动力器的位置和速度控制策略。最后，根据PID控制理论设计了底层永磁同步电机的控制策略。（3）基于主动制动的车辆减速控制策略设计。首先，建立车辆纵向动力学模型，设计从目标减速到目标纵向力的直接前馈控制器，基于增量PID控制理论设计误差反馈控制器，共同形成前馈补偿和反馈修正的控制闭环。考虑到状态信息对纵向力的影响，采用最小二乘法估计车辆质量，并采用龙贝格状态观测器估计坡度。然后建立从目标纵向力到目标制动压力的执行器逆模型，以获得电子机械助力器中制动压力控制环的目标输入。为避免减速控制过程中频繁切换驱动和制动的问题，设计了相应的缓冲层，完成驱动和制动之间的有序切换。（4）在环试验中验证硬件。首先，根据DSPACE软件系统和相应的执行器，在环试验台上建立电子机械助力器基本动力和主动制动硬件。其次，验证了电子机械助力器控制策略的有效性。最后，结合Car减速控制策略。

摘要

Abstract

第1章 绪论

    1.1 研究背景和意义

    1.2 电子机械助力器研究现状

        1.2.1 国外研究现状

        1.2.2 国内研究现状

    1.3 汽车纵向运动控制研究现状

    1.4 本文的研究内容

第2章 真空助力器特性测试和电子机械助力器工作原理

    2.1 真空助力器特性测试分析

        2.1.1 真空助力器结构与工作原理

        2.1.2 真空助力器助力特性分析

    2.2 电子机械助力器结构和工作原理

        2.2.1 博世i Booster结构和工作原理

        2.2.2 电子机械助力器结构和工作原理

    2.3 本章小节

第3章 面向驾驶员意图和主动制动的电子机械助力器控制策略开发

    3.1 电子机械助力器总体控制架构

    3.2 不同模式下的电子机械助力器目标位置求解

        3.2.1 反馈盘及其逆模型的建立

        3.2.2 基础助力模式下电机目标转角求解

        3.2.3 主动制动模式下制动压力控制

    3.3 电子机械助力器位置与转速控制策略设计

        3.3.1 永磁同步电机建模

        3.3.2 位置与转速控制策略设计

    3.4 电子机械助力器电机控制策略设计

    3.5 本章小节

第4章 基于主动制动的汽车减速度控制策略设计

    4.1 汽车减速度控制架构

    4.2 减速度控制器设计及状态估计

        4.2.1 汽车纵向动力学建模

        4.2.2 减速度控制器设计

        4.2.3 状态估计

    4.3 制动与驱动切换策略设计和制动逆模型的建立

    4.4 汽车减速控制算法仿真验证

    4.5 本章小节

第5章 硬件在环试验验证

    5.1 基础助力和主动制动控制试验验证

        5.1.1 试验台架的搭建

        5.1.2 基础助力试验验证

        5.1.3 主动制动试验验证

    5.2 汽车减速度控制硬件在环试验验证

        5.2.1 水平路面试验结果分析

        5.2.2 下坡路面试验结果分析

    5.3 本章小结

第6章 全文总结与展望

    6.1 全文总结

    6.2 研究展望

参考文献