基于汽车电子机械式制动系统的主动安全设计

发布时间：2017-10-11 22:39

  本文关键词：基于汽车电子机械式制动系统的主动安全设计

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【摘要】：随着汽车技术的飞速发展,人们对汽车安全性能的提高更加看重。由于传统的制动系统多采用气、液压及机械等混合制动方式,在整个系统的构成方面元件数量较多,制动的反应速度较慢,制动距离较长。同时,其在制动过程中,采用规则逻辑控制方式制动,人机工程学方面存在问题,安全性能较低。有鉴于此,结构相对简单、功能集成可靠的电子机械制动(EMB)系统,越来越受到青睐。其体积小、响应快,在制动过程中,采用连续调节制动力矩的控制方式,性能可靠;而且其线控制动均采用电子控制装置,易于通过CAN总线将其他控制进行集中管理和信息共享。本文首先介绍电子机械式制动系统的概念和国内外研究现状及发展趋势,然后根据所需实现的主动安全的基本功能,对整车的电子机械式制动系统进行了总体结构设计。针对电子机械式制动执行机构与传统制动装置的不同特性,详细分析了EMB执行器的结构及其工作原理,设计了该制动执行机构的驱动电路总体结构,确定了执行机构中无刷直流电机的调制方式及调速方案。其次,在硬件设计中,根据电子机械式制动系统的功能需求,确定了该系统总体硬件结构图,并通过芯片选型,提出了基于STM32F103嵌入式微控制器的主控节点和从控节点的硬件设计方案。同时,设计了STM32F103核心电路、A/D接口电路、CAN接口电路、电机驱动电路及电流采集反馈电路等,详细分析了高速信号的隔离实现,不同电平转换电路的设计及方案选择。再次,在软件设计中,针对电子机械式制动系统的主从节点软件控制流程进行设计;再根据汽车电子机械制动系统实现的功能,对主控节点CAN总线建立控制策略、分配节点地址、建立通信协议、编写模块程序并仿真,而后,依据制动力的影响因素,提出了模糊控制和PID控制算法相结合的优势,并做了简要阐述,针对电子机械式执行器的不稳定因素提出了采用伺服控制系统的解决方案。最后,对设计出的控制器各个模块进行了软件和硬件的调试,以确定其功能有效性。通过测试得知,主控节点能够精确采集车轮转速,并依据制动踏板行程和加速度的变化,通过CAN总线将PWM控制信号传输到从控节点,从控节点再控制制动执行器对车轮进行制动控制,整个控制系统达到了预期效果。
【关键词】：主动安全 电子机械式制动系统 嵌入式系统 无刷直流电机 CAN总线
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U463.5
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-11
• 第一章 绪论11-16
• 1.1 论文研究的背景11-12
• 1.2 汽车电子机械式制动系统12-14
• 1.2.1 汽车电子机械式制动系统简介12-13
• 1.2.2 国内外现状13-14
• 1.3 论文研究的意义14
• 1.4 本论文研究的主要内容14-16
• 第二章 电子机械式制动系统总体结构的设计16-29
• 2.1 电子机械式制动系统的方案分析16-18
• 2.2 电子机械式制动系统的总体设计18-19
• 2.3 制动执行机构控制单元设计19-28
• 2.3.1 制动执行机构19-20
• 2.3.2 制动执行器无刷直流电机的结构20-21
• 2.3.3 EMB内无刷直流电机的工作原理21-23
• 2.3.4 无刷直流电机驱动电路结构设计23-28
• 2.3.4.1 无刷直流电机的三相电源23-26
• 2.3.4.2 无刷直流电机调制方式26-27
• 2.3.4.3 无刷直流电机控制器调速方案27-28
• 2.4 本章小结28-29
• 第三章 基于SMT32的电子机械制动系统EMB控制单元硬件设计29-49
• 3.1 EMB控制单元硬件系统总体结构29-30
• 3.2 EMB控制单元主控芯片30-31
• 3.2.1 芯片选型30
• 3.2.2 STM32F103xx的电源部分30-31
• 3.3 EMB主节点电子控制单元硬件设计31-41
• 3.3.1 STM32主控芯片电路设计31-32
• 3.3.2 CAN总线接口电路设计32-36
• 3.3.3 轮速计数脉冲采集电路设计36-41
• 3.3.3.1 信号调理电路设计36-37
• 3.3.3.2 逻辑电平转换电路设计及方案选择37-41
• 3.3.4 踏板传感器ADC转换电路设计41
• 3.4 EMB从节点电子控制单元硬件设计41-48
• 3.4.1 开关主硬件电路设计42-43
• 3.4.2 驱动硬件电路设计43-45
• 3.4.3 调制及转向控制硬件电路设计45-48
• 3.4.3.1 转子位置检测46
• 3.4.3.2 转子转向检测及控制46-47
• 3.4.3.3 过电流检测电路47-48
• 3.5 本章小结48-49
• 第四章 电子机械式制动系统软件设计49-72
• 4.1 行车电子机械制动系统主节点软件结构49-51
• 4.2 行车电子机械制动系统从节点软件结构51
• 4.3 发动机转速测试软件结构51-52
• 4.4 基于STM32嵌入式系统软件开发过程52-55
• 4.4.1 CAN总线网络拓扑52-53
• 4.4.2 STM32处理器CAN模块53-54
• 4.4.3 基于STM32嵌入式系统的软件构架54-55
• 4.5 电子通讯网络CAN总线设计55-68
• 4.5.1 建立控制策略55-57
• 4.5.2 建立通信协议57-61
• 4.5.2.1 刹车通信协议57-58
• 4.5.2.2 轮速通信协议58-59
• 4.5.2.3 自诊断通信协议59-60
• 4.5.2.4 从节点通信协议60-61
• 4.5.3 模块程序编写61-67
• 4.5.4 数据测量仿真67-68
• 4.6 控制算法68-71
• 4.6.1 制动力的影响因素68-69
• 4.6.2 模糊控制69-70
• 4.6.3 伺服控制系统70-71
• 4.7 本章小结71-72
• 第五章 结论72-76
• 5.1 控制器制动实验72-74
• 5.2 总结与展望74-76
• 致谢76-77
• 参考文献77-79
• 在学期间取得的与学位论文相关的研究成果79-80

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本文编号：1015201