汽車電磁制動(dòng)與摩擦制動(dòng)集成系統(tǒng)控制技術(shù)及性能研究.pdf

1、目前，轎車制動(dòng)系統(tǒng)仍主要以“油液制動(dòng)系統(tǒng)”為主，即使增加了ABS、TCS等系統(tǒng)，油液制動(dòng)占主導(dǎo)地位的現(xiàn)狀仍未得以改變。雖然安裝有ABS的汽車能有效地防止車輪抱死、縮短制動(dòng)距離，但對(duì)于因頻繁制動(dòng)或者下長坡制動(dòng)而引起的“熱衰退”現(xiàn)象并未得到改善。因此，在轎車上除摩擦制動(dòng)系統(tǒng)外，增加一套電磁制動(dòng)系統(tǒng)，通過兩套制動(dòng)系統(tǒng)的配合使用來改善轎車制動(dòng)性能是一種可能的技術(shù)途徑。為此，研究電磁制動(dòng)與摩擦制動(dòng)集成系統(tǒng)有著非常重要的意義。目前國內(nèi)外雖然已有一些

2、電磁制動(dòng)研究，但多數(shù)是面向客車或貨車的電渦流緩速器，而少數(shù)面向轎車的電磁制動(dòng)方面研究均沒有考慮兩套制動(dòng)系統(tǒng)的聯(lián)合控制，且研究多以微縮模型為主，尚未有對(duì)轎車電磁制動(dòng)與摩擦制動(dòng)集成化研究的相關(guān)報(bào)道。針對(duì)這些問題，本文做了如下工作：
　　 首先，提出電磁制動(dòng)與摩擦制動(dòng)集成系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)布置方案，并詳細(xì)介紹電磁制動(dòng)與摩擦制動(dòng)集成系統(tǒng)在某型轎車上的布置方法。根據(jù)所提出的電磁制動(dòng)與摩擦制動(dòng)集成系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)布置方案，給出簡化后的集成系統(tǒng)單輪制動(dòng)模型

3、。
　　 采用優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，以提高汽車制動(dòng)力矩為目標(biāo)，分析電磁制動(dòng)與摩擦制動(dòng)集成系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)制動(dòng)力矩的影響規(guī)律，應(yīng)用提出的集成系統(tǒng)結(jié)構(gòu)參數(shù)分析方法，分析不同結(jié)構(gòu)參數(shù)方案，利用Mathematica和Maltab軟件進(jìn)行了計(jì)算和仿真分析，獲得最佳的電磁制動(dòng)與摩擦制動(dòng)集成系統(tǒng)結(jié)構(gòu)參數(shù)和安裝參數(shù)方案。
　　 考慮到磁感應(yīng)強(qiáng)度的獲取對(duì)電磁制動(dòng)器的控制及其力矩計(jì)算至關(guān)重要，而目前已有的磁感應(yīng)強(qiáng)度計(jì)算公式過于復(fù)雜，不適于工程應(yīng)用

4、。為此根據(jù)位勢(shì)理論和Maxwell方程，建立電磁制動(dòng)器在制動(dòng)盤某點(diǎn)處產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度預(yù)測(cè)模型。針對(duì)某一結(jié)構(gòu)的電磁制動(dòng)器在制動(dòng)盤上所產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度進(jìn)行了分析計(jì)算，對(duì)不同磁極長度、磁極寬度、磁極面與制動(dòng)盤間距下的磁感應(yīng)強(qiáng)度進(jìn)行了預(yù)測(cè)，通過Ansoft Maxwell2D/3D軟件進(jìn)行了磁場(chǎng)分析。
　　 基于獲得的結(jié)構(gòu)參數(shù)方案，提出通過PWM調(diào)節(jié)電磁制動(dòng)器線圈通電電流從而改變集成系統(tǒng)總制動(dòng)力矩的控制方法。利用Proteus仿真軟件，

5、結(jié)合建立的系統(tǒng)控制模型和控制策略對(duì)汽車制動(dòng)性能進(jìn)行仿真，證明所提出的PWM調(diào)節(jié)方法的可行性。
　　 分別基于模糊控制理論和最優(yōu)化控制理論構(gòu)建電磁制動(dòng)與摩擦制動(dòng)集成系統(tǒng)控制模型。其中，基于模糊控制理論，提出采用控制電磁制動(dòng)器線圈電流大小的模糊控制策略。在控制策略中以車輛滑移率為輸入量，以電磁制動(dòng)器線圈通電電流為輸出量，設(shè)計(jì)系統(tǒng)模糊控制器。并以某一安裝有電磁制動(dòng)與摩擦制動(dòng)集成系統(tǒng)的轎車為應(yīng)用實(shí)例，運(yùn)用Matlab/Simulink軟

6、件對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行仿真分析?；谧顑?yōu)化控制理論，利用Matlab/Simulink軟件設(shè)計(jì)電磁制動(dòng)與摩擦制動(dòng)集成系統(tǒng)、最優(yōu)反饋K以及摩擦制動(dòng)器制動(dòng)力矩，并由此得到聯(lián)合制動(dòng)力矩值。
　　 根據(jù)電磁制動(dòng)與摩擦制動(dòng)集成系統(tǒng)原理，結(jié)合汽車的性能特性，設(shè)計(jì)電磁制動(dòng)與摩擦制動(dòng)集成系統(tǒng)測(cè)試臺(tái)架，基于LabVIEW軟件設(shè)計(jì)了采集系統(tǒng)軟件。并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行了聯(lián)合制動(dòng)力矩、電磁制動(dòng)力矩及摩擦制動(dòng)力矩關(guān)系分析、不同參數(shù)對(duì)集成系統(tǒng)聯(lián)合制動(dòng)力矩影響分析等多項(xiàng)試

7、驗(yàn)。
　　 最后，為了使電磁制動(dòng)與摩擦制動(dòng)集成系統(tǒng)更有利于在不同車型上匹配與應(yīng)用，提出電磁制動(dòng)與摩擦制動(dòng)集成系統(tǒng)的五項(xiàng)性能指標(biāo)，給出了這些指標(biāo)的評(píng)定方法，并且分別基于可拓評(píng)價(jià)方法以及RS理論評(píng)價(jià)法等對(duì)集成系統(tǒng)進(jìn)行選型評(píng)價(jià)。
　　 本文的創(chuàng)新點(diǎn)在于：
　　 (1)提出一種電磁制動(dòng)與摩擦制動(dòng)集成系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)方案，并通過結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)，給出電磁制動(dòng)與摩擦制動(dòng)集成系統(tǒng)最佳結(jié)構(gòu)參數(shù)和安裝參數(shù)。
　　 (2)基于位勢(shì)理論

8、和Maxwell方程，建立電磁制動(dòng)器在制動(dòng)盤某點(diǎn)處產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度預(yù)測(cè)模型。
　　 (3)提出通過PWM調(diào)節(jié)電磁制動(dòng)器線圈通電電流從而改變集成系統(tǒng)總制動(dòng)力矩的控制方法?；谀：刂撇呗钥刂齐姶胖苿?dòng)器線圈電流大小的方法，并設(shè)計(jì)車輛控制模型。基于最優(yōu)化控制理論，建立使用終了時(shí)間無限的二次型最優(yōu)控制模型。利用所設(shè)計(jì)的測(cè)試臺(tái)架開展了多項(xiàng)對(duì)比試驗(yàn)及抗熱衰退性試驗(yàn)，從而驗(yàn)證集成系統(tǒng)能根據(jù)所設(shè)計(jì)的控制策略對(duì)總制動(dòng)力矩進(jìn)行調(diào)節(jié)并具有良好的抗熱衰