电子机械硕士研究生论文--电子机械制动（EMB）控制策略研究

电子机械制动（EMB）控制策略研究

摘要：目前，汽车工业的新五化正以前所未有的趋势引领着相关行业的快速发展，无形中汽车已成为机电一体化的典型代表。此外，人们对汽车的安全性提出了更严格的要求。线控制动系统作为一种高科技，与传统的液压/气压系统有着本质的区别。同时可分为电子液压制动(Electronichydraulicbrake、EHB)和电子机械制动(Electronichanichanicbrake、EMB)。EHB以中间过渡产品的形式存在，EMB是其最终发展产品。作为电控系统的重要组成部分，制动防抱死系统(Antilockbrakestem、ABS)对提高汽车制动性和稳定性有很好的标准功能。基于上述介绍，本文的主要研究内容是确定EMB执行器的功能和总设计要求，并提出总体设计方案。基于目标模型，选择执行机构的主要部件，计算并构建相应的数学模型。为了提高EMB系统的控制质量，在确定EMB采用闭环控制结构的基础上，设计了基于力-转速-电流的三阶闭环PID控制策略。此外，还提出了一种间隙控制策略，通过夹紧力-速度-丝杠螺母位移识别制动过程中接触和分离临界点。最后，在Matlab/Simulink平台上验证上述策略的有效性。建立车辆、轮胎模型，设计基于滑移率的ABS积分滑模和模糊积分滑模控制算法，并在Matlab/Simulink平台上根据单轮车辆模型构建相关算法的模拟分析。最后，在不同的操作条件下使用ABS模型。设计基于卡尔曼滤波器的纵向速度估计器、基于车辆模型的传统制动PI分配控制策略和ABS模糊积分滑动模具控制策略。选择不同的道路条件，在Carsim和Simulink联合模拟平台上BS控制算法、传统制动控制算法和纵向速度估计器在车辆模型中的有效性和可行性。同时，将结果与传统ABS制动系统中基于门限值的主流算法进行比较。结果表明，本文中提到的算法在提高汽车制动效率方面具有一定的优势。最后，构建基于NI的软件在环测试平台（SiL），进一步验证ABS控制算法和传统制动控制算法的有效性和合理性。

关键词：电子机械制动;防抱死制动;三阶闭环PID;积分滑模;模糊积分滑模;SiL;

摘要

abstract

第一章 绪论

    1.1 课题研究背景及意义

        1.1.1 电子机械制动系统

        1.1.2 防抱死制动系统

        1.1.3 集成ABS的 EMB系统研究意义

    1.2 电子机械制动系统国内外研究现状

        1.2.1 EMB国外研究现状

        1.2.2 EMB国内研究现状

        1.2.3 ABS控制策略研究现状

    1.3 论文主要研究内容

第二章 EMB执行器的设计与建模

    2.1 EMB执行器的工作原理

    2.2 EMB执行器功能及总设计要求

        2.2.1 EMB执行器制动目标的确定

        2.2.2 制动盘最大夹紧力

        2.2.3 制动间隙及间隙消除所需时间

        2.2.4 制动能力校核

    2.3 EMB执行器整体设计方案

    2.4 EMB执行器各部件选型及设计计算

        2.4.1 运动转换机构的选型与设计

        2.4.2 驱动电机的选型与设计

        2.4.3 减速增矩机构的选型与设计

    2.5 EMB执行器各部件的建模

        2.5.1 驱动电机模型

        2.5.2 电机摩擦模型

        2.5.3 传动机构模型

        2.5.4 负载及制动器模型

    2.6 本章小结

第三章 EMB控制策略设计及仿真分析

    3.1 EMB控制系统模块

        3.1.1 PID控制

        3.1.2 基于PID的 EMB控制系统设计

    3.2 制动间隙控制模块

        3.2.1 间隙控制策略方案选择

        3.2.2 间隙控制策略设计

    3.3 仿真分析研究

        3.3.1 仿真模型搭建

        3.3.2 EMB响应特性仿真分析

        3.3.3 制动间隙控制仿真分析

    3.4 本章小结

第四章 基于EMB的防抱死控制算法研究

    4.1 基于EMB的 ABS控制架构设计

    4.2 车辆动力学系统建模

        4.2.1 车辆制动模型

        4.2.2 轮胎模型

    4.3 ABS积分滑模变结构控制器设计

        4.3.1 滑模变结构控制概述

        4.3.2 积分滑模变结构控制器设计

    4.4 ABS模糊积分滑模变结构控制器设计

        4.4.1 模糊控制概述

        4.4.2 模糊积分滑模变结构控制器设计

    4.5 仿真分析

        4.5.1 无ABS控制

        4.5.2 有ABS控制

    4.6 本章小结

第五章 基于整车的算法设计分析及SiL研究

    5.1 基于卡尔曼滤波的纵向车速估计器

        5.1.1 经典卡尔曼滤波理论

        5.1.2 纵向车速估计器设计

    5.2 基于PI的常规制动力分配控制器设计

        5.2.1 驾驶员制动工况判断模块

        5.2.2 常规制动力分配控制策略

    5.3 基于整车模型的ABS模糊积分滑模变结构控制器设计

    5.4 Carsim与 Simulink联合仿真

        5.4.1 仿真平台设计

        5.4.2 联合仿真分析

    5.5 基于NI设备的软件在环研究

        5.5.1 组成部件

        5.5.2 SiL测试方案

        5.5.3 操作流程

        5.5.4 结果分析

    5.6 本章小结

总结与展望

参考文献