电液复合制动系统EHB控制策略开发与测试

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随着新能源汽车在我国的不断发展和普及,应用在新能源汽车之上的技术也在不断革新进步,使新能源汽车在满足传统汽车性能的同时,向着更加智能化、节能化的方向发展。丰田普锐斯的电子液压制动系统(Electro-hydraulic Brake System,EHB)在新能源汽车领域有着非常广泛的应用。其优点是EHB系统能够有效满足制动能量回收对制动系统的要求,同时还能为驾驶员提供良好的制动反馈。并且在汽车智能辅助(Advanced Driver Assistance Systems,ADAS)方面,EHB制动系统也可以根据算法的需求进行主动建压制动,实现自适应巡航(Adaptive Cruise Control,ACC)、自动紧急制动(Autonomous Emergency Braking,AEB)等智能辅助功能。由此可见,对于丰田普锐斯的液压制动系统EHB的研究,在新能源汽车制动方面的应用与发展有着深远影响。EHB内部由10个电磁阀组成,其中有8个线性电磁阀,2个普通开关阀。线性电磁阀的流量可以线性调节,从而实现轮缸压力的精确控制。但是国内对于EHB内部线性电磁阀的建模以及线性控制方面的研究相对较少,控制算法未能充分发挥线性电磁阀的线性调节作用,而是将其当成开关阀进行调控。所以本文在对国内外文献进行大量搜集和阅读后,以EHB的液压执行器(Hydraulic Control Unit,HCU)作为研究对象,依据大量的试验数据,应用参数辨识的方式建立较为准确的电磁阀模型,同时开发EHB的底层压力控制策略,从而达到轮缸压力精确跟随的控制目的。首先,建设试验测试所需的软硬件环境,为线性电磁阀建模与底层压力控制算法的开发奠定基础。在硬件方面,设计并搭建EHB液压制动试验台,复原普锐斯整个制动系统,使用d SPACE公司旗下的Micro Auto BoxⅡ1401/1501作为控制器,根据接收到的传感器信号做出决策并输出控制信号,同时设计控制器输出信号的功率放大驱动板。在软件工具方面,主要应用Matlab/Simulink搭建线性电磁阀模型、开发EHB底层压力控制策略,同时应用Control Desk将经过RTI接口自动代码生成的数据文件下载到控制器中进行快速原型。其次,对HCU进行拆解,分析线性增减压电磁阀结构特点,对电磁阀进行物理建模。为了能够更好的描述线性阀的特性,本文将会引入电流对电磁阀的模型进行描述,根据已有的台架实验数据,利用最小二乘法对模型未知参数进行辨识,并且与试验台实测曲线进行对比。然后,在EHB液压制动试验台上进行HCU的电机特性以及电磁阀的液压特性试验,包括EHB内部传感器的标定、PWM控制基频的选择、高压蓄能器的增压特性、线性增减压阀在不同占空比下的增减压特性以及流通电磁阀的电流大小,深入了解HCU的动态特性,为后文算法的开发奠定基础。最后,进行EHB底层压力跟随控制算法的开发。在传统控制算法的基础上,根据电流为线性电磁阀开度调节的根本因素,开发基于电流前馈的压力-电流双闭环控制,最终在EHB实验台上对改进后的算法进行快速原型试验,与传统策略相比,新控制策略的控制效果有了很大改善,线性阀的线性区间得到充分利用。同时将EHB上层ESP控制策略与底层压力控制算法进行衔接融合,下载到控制器中进行硬件在环试验,改进后的控制算法可以良好的跟随上层决策压力,达到ESP控制策略的控制预期。本文在深入了解线性电磁阀工作特性的基础上,开发适用于线性电磁阀的控制算法,充分利用其线性调压的优势,减少液压系统的脉动与冲击,对后期制动能量回收系统的精确建压以及ADAS智能辅助制动方面的深入探究提供一种研究思路。
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