基于轮毂电机的复合制动系统与ABS集成控制策略研究

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近年来,电动汽车的开发和应用成为汽车领域发展的一个重要方向,这主要得益于其在节能、环保方面的巨大优势。作为电动汽车经济性的固有优势,再生制动系统已成为电动汽车不可或缺的系统。然而,众多因素限制了再生制动的发展,某些制动工况下,仅利用再生制动无法满足驾驶员的制动需求,为此许多车辆采用了复合制动系统,即电机的再生制动与传统的液压制动相结合的制动系统。此外,再生制动系统的加入改变了传统汽车前后轴的制动力分配比,并且容易造成制动失稳的状况发生,车辆必须具有制动防抱死功能。因此,在保证制动安全的前提下,如何使复合制动系统和制动防抱死系统(ABS)的协调工作,并且最大限度地回收制动能量成为有待解决的关键问题。本文针对四轮轮毂电机驱动电动汽车,研究基于路面识别的复合制动系统与ABS集成控制策略。  首先,对四轮轮毂电机驱动电动汽车结构进行分析;综合比较各种轮毂电机性能,选择永磁无刷直流电机作为驱动电机,建立轮毂电机数学模型;针对四轮轮毂电机驱动电动汽车,基于CARSIM搭建了整车动力学模型,为了适应本文的需要,中断整车模型中的传动系和制动系,在MATLAB/SIMULINK搭建车辆的驱动系统和液压控制系统,合理设置CARSIM动力和制动压力的输入接口,为后面控制策略的验证做铺垫。  其次,为保证ABS在不同路面上正常工作,充分利用不同路面提供的最大附着系数,提出了一种路面识别算法:选用BURCKHARDT μ-S模型作为路面识别算法的数据库模型,并对其进行合理的增加和优化;在此基础上,提出了一种基于拉格朗日插值法的路面识别算法,根据当前路面下车轮的滑移率信号和利用附着系数信号,确定当前路面与BURCKHARDT μ-S模型中五条标准路面的关系,再根据五条标准路面的峰值附着系数,获得当前路面的峰值附着系数。  在路面识别的基础上,提出了一种基于路面识别的复合制动与ABS集成控制策略:根据ABS是否工作,将制动工况分为常规制动工况和防抱制动工况:常规制动工况下的控制策略以制动能量回馈为主;防抱制动工况包括两部分,防抱制动触发前取消再生制动的过渡过程和防抱制动过程中再生制动和液压制动的协调控制,针对前者,提出触发因子ktrigger来表征车辆触发ABS的可能性,并根据该触发因子逐步退出再生制动,以避免再生制动直接退出引起的协调控制等问题;后者以保证制动稳定性为主,由液压制动承担基础液压制动力矩,再生制动进行滑移率控制,基础液压制动力矩根据控制过程实时调整,同时兼顾安全性和能量回馈效率。  最后,在 MATLAB/SIMULINK 环境下建立了路面识别模型和复合制动系统与ABS 集成控制模型,与建立的整车动力学模型进行联合仿真,分别在单一路面和对接路面下进行制动性能仿真试验。
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