面对日益严峻的节能、环保、安全及交通拥堵等压力,新能源汽车和智能汽车已成为现代汽车工业的发展重点,也是未来汽车技术发展的主要方向和关键竞争领域,这一趋势亦推动了汽车制动系统向集成化、线控化和高效安全等方向发展,使之在满足传统汽车制动功能的基础上,还需满足许多新的制动需求。新能源汽车为实现制动能量回收的最大化,提高制动效能,其制动系统需实现人机制动的解耦,摩擦与非摩擦制动的协调与优化,以及电控制动与电驱动系统的集成控制等;此外各轮制动力的独立调节,和对制动压力的精准控制等对于提高制动效能、提高电动汽车的续航里程等都十分重要;智能化汽车也对制动系统提出了新的需求,以满足紧急自动制动控制系统(AEB)、高级驾驶辅助系统(ADAS)等智能驾驶技术需要,包括快速精确的主动制动控制、特别是大减速度紧急制动等功能;此外作为核心安全部件,制动系统的失效容错和可靠性要求也大大提高,以更好的适应智能或无人驾驶技术的发展需要。传统制动系统受限于其结构和工作机理难以满足汽车电动化和智能化等对制动系统提出的许多新的功能需求,难以实现人机制动的解耦、快速精确的四轮主动制动并较长时间的保压能力等,同时系统的失效容错能力亦难以满足未来智能汽车日益增长的控制和可靠性需求;纵观制动系统技术发展历程,从ABS到ESC的推出,一般都是渐进式的功能叠加,不断在原有功能的基础上增加新的控制功能;随着新的功能需求不断增加,易导致功能冗余、处理器资源浪费以及控制目标冲突等一系列问题。本文依托国家高技术研究发展计划(863计划)项目“电动汽车底盘和动力学控制系统开发”(编号:2012AA10904)和国家自然科学基金汽车产业重点项目“智能电动汽车一体化建模与集成控制方法研究”(编号:U1564211)等项目,提出了一种可满足现代车辆发展需要的新型电子液压制动系统,包括新型制动系统结构、围绕该制动系统的新型控制架构、制动力分配和制动压力控制方法等。本文的研究不仅包括制动系统结构方案设计、制动控制理论与方法研究,还包括搭建相应的软件仿真及硬件在环仿真实验平台,以及对所提出的新型制动系统结构、控制架构与控制方法等开展的实验验证研究。本文主要研究内容如下:(1)新型电子液压制动系统结构方案设计及制动机理研究。本文通过对电动汽车和智能汽车新的制动功能需求分析,提出并设计了一种基于双电机/双单腔液压制动缸构型的新型电子液压制动系统;相比于现有制动系统方案,该系统具有控制灵活、制动压力控制响应快、控制精度高、容错能力强等特点,且拥有包括并行制动压力控制及多通道分时制动压力控制等多种工作模式,将大大提高汽车制动性能。在申报或获批一系列新型制动系统结构发明的基础上,开展了制动横摆力矩扰动影响机理的研究,对所提出的新型制动系统开展了关键性能指标的分析计算和关键参数匹配设计等,建立了面向性能匹配设计的制动系统模型,并优化得出可满足设计性能指标的系统参数等。(2)新型电子液压制动系统控制架构及制动力分配方法研究。在本文提出的新型电子液压制动系统的基础上,进一步提出了一种自顶向下分层式的新型制动控制架构,该架构包括控制命令解析层、控制目标决策层及制动力分配层等。控制命令解析层主要考虑车辆动态响应的驾驶员纵侧向操纵意图解析;控制目标决策层则兼顾车辆侧向及侧翻稳定性,以及横摆力矩对车辆侧向和侧倾运动的影响,同时提出了基于前馈和反馈控制相结合的车辆纵向力决策方法,以及基于离散滑模控制器对车辆附加横摆力矩的决策方法;在制动力控制分配层中,提出了基于约束优化方法的制动力控制分配方法,以保证在满足控制目标跟随特性下的轮胎路面附着利用率等。(3)新型电子液压制动系统压力控制方法研究。鉴于本文所提出的新型电子液压制动系统中采用了双电机/双单腔液压制动缸,且每个液压制动缸均通过4个常闭电磁阀分别与4个轮缸相连,通过主动调节液压制动缸的压力并分别作为系统高、低压源,配合电磁阀的精细控制,实现对轮缸压力的精确调节,即并行制动压力控制模式;通过主动调节液压制动缸压力,在较短的时间序列内,令其依次达到各轮缸目标压力,同时配合电磁阀的开关动作,实现各轮缸压力的分时调节,即多通道分时制动压力控制模式,由于制动轮缸压力可主动精确调节并依次达到各轮缸目标压力,较并行控制模式可显著降低电磁阀的调节难度,同时保证压力控制精度。结合上述工作模式,本文围绕系统压力控制方法展开深入研究,提出了包括并行制动压力控制方法、基于双通道和四通道的分时制动压力控制方法等;此外,考虑机械传动过程中的非线性因素(如系统摩擦等),提出了一种基于前馈+补偿控制和压力反馈控制的方法,以保证液压制动缸压力的控制精度,为并行制动压力控制、多通道分时制动压力控制实现及轮缸压力精确控制奠定了良好的基础。(4)基于软件仿真平台及硬件在环仿真平台的控制方法验证。为验证本文提出的新型电子液压制动系统结构及控制方法,本文搭建了基于MATLAB/Simulink及Car Sim车辆动力学的软件仿真平台,为提高仿真验证置信度,进一步搭建了基于d SPACE Simulator/Micro Auto Box II和制动系统硬件在环仿真实验平台,在设置的典型实验工况下对本文所提出的控制方法进行了分析与验证,包括对系统压力跟随控制及上层制动控制分配算法进行了合理性和有效性验证。仿真和实验结果表明,本文所提出的新型电子液压制动系统及其控制方法均具有较快的压力响应及较高的压力控制精度,并能有效地满足电动汽车和智能汽车在制动性能、车辆稳定性、制动能量回收和紧急制动等功能需要。综上所述,本文研究的主要创新点如下:(1)提出了一种基于双电机/双单腔液压制动缸构型的新型电子液压制动系统,包括系统机电液一体化方案设计和系统参数匹配与优化;相比于现有主流制动系统,该系统具有制动压力响应快、压力控制精度高、和失效容错能力强等特点,且拥有包括并行制动压力控制及多通道分时制动压力控制等多种工作模式,大大提高了汽车制动性能,可更好地满足汽车电动化、智能化发展对制动系统提出的新的功能需求。(2)提出了一种基于该新型电子液压制动系统的新型控制架构及制动力分配方法,该控制架构采用自顶向下的分层方式,包括控制命令解析层、控制目标决策层、制动力控制分配层、制动力控制执行层、状态观测层及系统故障诊断层等,具有较好的功能扩展性;基于该控制架构,本文进一步提出了基于前馈和反馈相结合的车辆期望纵向力决策方法,基于离散滑模控制方法的车辆期望横摆力矩决策方法,以及基于约束优化方法的制动力控制分配方法,以保证在满足制动压力跟随特性前提下良好的轮胎路面附着利用率,并兼顾车辆制动效能、侧向和侧翻稳定性等。(3)提出了包括并行制动压力控制方法、基于双通道和四通道的分时压力控制方法,通过对液压制动缸和和电磁阀的协调控制,以提高压力响应速度及压力控制精度等;其中分时压力控制方法还具有较好的失效容错功能;而并行压力控制方法则具有连续调压功能。两种压力控制模式可根据不同压力控制需求等切换,具有较强的控制灵活性和容错能力等。