电子机械制动系统控制策略论文提纲

电子机械制动系统控制策略论文提纲--面向动力学控制的电子机械制动系统控制策略研究

摘要：电气化和智能化是当前汽车工业的重要发展方向。纵向动力控制系统，包括自适应巡航和自动应急制动功能，作为汽车智能技术的重要组成部分，引起了广泛的关注，成为行业的研究热点之一。同时，随着汽车电气化和智能技术的发展，车辆对制动系统的要求越来越高。一方面要求具有主动制动功能，方便与底盘区域的其他控制系统集成；另一方面，要求系统尽量减少油污染，在保证踏板力的前提下，配合上层控制策略尽可能多地回收制动能量，提高电动汽车的续航里程。电子机械制动系统(ElectromechanichalBrakesystem，EMB)是线控制动系统之一。它以电机为动力源，通过传动系统直接向制动盘施加夹紧力，对车辆进行制动。该系统不仅节省了大量液压管道，而且易于实现主动制动与纵向动力控制系统的集成。此外，EMB还可以在保证制动踏板感的前提下解耦制动踏板力，配合再生制动系统实现更大的能量回收率。因此，电子机械制动系统能够很好地适应汽车电气化和智能化的发展趋势，具有良好的应用前景。本文主要研究电子机械制动系统的控制策略。首先完成了EMB执行机构的选择、设计计算和系统建模，然后研究了EMB执行机构中驱动电机的控制策略。根据对电子机械制动系统工作流程的分析，设计了EMB多阶段闭环控制策略，通过Simulink/Amesim联合模拟和硬件在环实验验证了EMB控制策略的有效性。最后，基于EMB的纵向动力控制策略进行了设计，EMB作为执行器的有效性，包括ACC和AEB功能。具体研究内容如下：（1）电子机械制动系统执行机构的设计、计算和建模。首先，介绍了电子机械制动的工作原理和执行结构，然后根据目标模型参数和相关法律法规确定了EMB的总体制动需求，完成了EMB执行机构的两个主要性能指标，即最大夹紧力和间隙消除时间的设计，然后选择和设计了EMB驱动电机、减速机构和运动转换装置，然后详细分析了执行机构的数学模型，并根据数学模型在Simulink环境中建立了相应的模拟模型，为EMB控制策略的开发和模拟验证奠定了基础。（2）EMB驱动电机控制算法研究。首先分析析了永磁同步电机的矢量控制方法。其次，对矢量控制中涉及的三种坐标系和坐标变换、空间矢量脉宽调制技术进行了仔细研究和相关公式推导，然后设计了EMB驱动电机的整体控制策略，包括电流环、速度环和位置环，并对MPC的电流环控制策略进行了详细的分析和理论推导，最后在Simulink环境中建立了模拟模型，并进行了模拟实验。（3）研究了电子机械制动系统控制策略。首先，分析EMB执行机构的工作流程。根据EMB执行机构在三个阶段的工作特点，设计了EMB多阶段闭环控制策略，然后设计了基于自抗扰控制的压力环控制器，结合执行器模型，对直接影响车辆制动控制效果的压力环进行了比较和模拟分析。模拟结果表明，与PID控制相比，控制算法对不同制动压力的适应性更强，对目标值的跟踪效果更好。最后，基于Simulink/Amesim的联合模拟平台和基于DSPACE设备的EMB硬件在环实验平台上通过联合模拟和环实验，验证了EMB多阶段闭环控制策略的合理性和优势。（4）基于EMB的纵向动力控制策略研究。在EMB控制算法的基础上，以EMB为执行器，研究了包括ACC和AEB系统在内的上下垂直动力学控制策略。首先，介绍了基于EMB的纵向动力学控制系统的整体结构，对下层控制部分的驾驶车辆进行了纵向应力分析，并根据纵向动力学方程设计了目标制动压力控制策略、目标驱动扭矩控制策略和驱动和制动切换控制策略，然后设计了上层决策控制部分的定速巡航PID控制器和独立跟踪LQR控制器，然后研究了AEB安全距离模型、分级制动控制策略和各功能模块之间的切换控制策略。最后，基于Carsim/Simulink建立了一个联合模拟平台，模拟验证了基于EMB的纵向动力学控制策略的有效性。

关键词： 电子机械制动系统;多阶段闭环控制;自抗扰控制;硬件在环;纵向动力学控制;

摘要

Abstract

第1章 绪论

    1.1 研究背景与意义

    1.2 电子机械制动系统研究现状

        1.2.1 电子机械制动系统执行机构研究现状

        1.2.2 电子机械制动系统控制算法研究现状

        1.2.3 基于EMB的汽车纵向动力学控制策略研究现状

    1.3 本文主要研究内容

第2章 电子机械制动系统执行机构设计与建模

    2.1 EMB工作原理及执行器结构

    2.2 EMB执行机构设计要求

        2.2.1 制动间隙消除时间设计

        2.2.2 最大夹紧力设计及校核

    2.3 EMB执行机构选型与设计计算

        2.3.1 运动转换机构的选型与设计

        2.3.2 驱动电机及减速器的选型与设计

    2.4 EMB执行机构数学模型

        2.4.1 驱动电机模型

        2.4.2 驱动电机摩擦模型

        2.4.3 驱动电机负载模型

        2.4.4 传动机构模型

        2.4.5 制动盘模型

    2.5 EMB执行机构仿真模型

    2.6 本章小结

第3章 EMB驱动电机控制策略设计及仿真

    3.1 永磁同步电机矢量控制方法

    3.2 三种坐标系与坐标变换

    3.3 空间矢量脉宽调制技术(SVPWM)

        3.3.1 SVPWM的基本原理

        3.3.2 SVPWM的算法实现

    3.4 基于MPC的电流环控制策略研究

        3.4.1 模型预测控制基本原理

        3.4.2 基于MPC的永磁同步电机q轴电流控制策略

        3.4.3 电流环控制模型搭建与仿真验证

    3.5 本章小结

第4章 电子机械制动系统控制策略设计及验证

    4.1 电子机械制动系统多阶段闭环控制策略设计

        4.1.1 EMB制动过程分析

        4.1.2 EMB多阶段闭环控制策略研究

    4.2 基于自抗扰控制的压力环控制算法研究

    4.3 基于Amesim的EMB控制策略联合仿真验证

        4.3.1 基于Amesim的EMB执行机构建模

        4.3.2 电子机械制动系统联合仿真平台搭建

        4.3.3 联合仿真结果分析

    4.4 硬件在环平台搭建及实验验证

    4.5 本章小结

第5章 基于电子机械制动的车辆纵向动力学控制策略研究

    5.1 基于EMB的纵向动力学控制系统架构

    5.2 纵向动力学下层控制算法研究

        5.2.1 行驶车辆纵向受力分析

        5.2.2 目标制动压力控制模块设计

        5.2.3 目标驱动转矩控制模块设计

        5.2.4 驱动与制动模式切换策略

    5.3 纵向动力学上层决策算法研究

        5.3.1 自适应巡航系统控制策略

        5.3.2 自动紧急制动系统控制策略

        5.3.3 功能模块切换控制策略

    5.4 联合仿真验证

        5.4.1 联合仿真平台的搭建

        5.4.2 联合仿真分析

    5.5 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