电动汽车新型线控制动系统控制技术研究

发布时间：2017-08-11 16:03

  本文关键词：电动汽车新型线控制动系统控制技术研究

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【摘要】：制动系统作为保障行车安全的主要系统,其性能决定整车安全品质。液压制动系统经过多年发展,技术成熟可靠,但进一步发展潜力有限。目前,制动系统正逐步向线控制动系统发展,主要代表有电子液压制动和电子机械制动。虽然电子液压制动和电子机械制动能够有效解决一些传统制动系统存在的问题,但是此类制动系统也存在相应的不足。电子液压制动基于传统液压制动改良而成,该系统仍然存在液压泵、蓄能器和高压管路等液压部件,因此性能进一步提升的潜力有限。而电子机械制动则同时需要运动转换和增力/扭两套力学机构,因此该系统结构复杂、制动力调控难度大。为有效解决电子机械制动结构复杂及电子液压制动性能提升潜力有限等问题,本文设计一种全新的线控制动单元—直驱电液制动单元,并基于该单元为电动汽车构建完整的复合制动系统,最后对电动汽车的回馈制动策略和车轮滑移率控制策略进行深入研究。论文主要开展以下几方面的理论研究与试验工作:(1)建立电动汽车动力学模型,分析电动汽车制动过程。利用前后轴制动力分配曲线和车轮利用附着系数曲线详细阐述在电动汽车上运用液压制动系统的不足。详细研究直驱电液制动单元原理和设计方案,为电动汽车搭建包括直驱电液制动和回馈制动的整车复合制动系统,并对比分析在电动汽车上运用直驱电液制动单元具有的优势。(2)根据直驱电液制动单元特点和工作环境确定电磁直线执行器设计方案,提出电磁直线执行器设计指标,完成电磁直线执行器加工和装配工作,在某型制动器上改装试制直驱电液制动单元样件,并对其进行参数辨识。(3)建立直驱电液制动单元电路子系统、磁路子系统和机械子系统多场耦合模型。建立Matlab/Simulink和AMESim联合仿真模型,完成直驱电液制动单元参数辨识并分析参数对制动性能的影响。(4)分析直驱电液制动单元存在的干扰和设计控制系统存在的难点,针对直驱电液制动单元设计基于Kalman滤波的状态观测器,并结合自抗扰方法为直驱电液制动单元提出双闭环抗干扰控制方法。(5)设计并搭建制动单元控制系统,完成传感器选型和标定,编写制动单元控制程序、上位机控制程序及数据分析程序。针对样件设计5MPa阶跃响应试验和最高压力4MPa、幅值2MPa、周期1000ms的正弦波压力跟随试验,结果表明直驱电液制动单元响应迅速,控制精度高。(6)分析电动汽车回馈制动力影响因素,针对装备直驱电液制动单元的电动汽车提出最优回收效率回馈制动方案。详细研究减速度控制策略、车轮滑移率控制策略、制动力分配策略,搭建Matlab/Simulink和AMESim联合仿真模型对高低两种强度制动工况进行对比研究,最后针对UDDS和NEDC城市循环工况进行仿真研究,验证方案可行性。
【关键词】：电磁直线执行器 直驱电液制动 线控制动系统 电动车 回馈制动 回馈效率
【学位授予单位】：南京理工大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U469.72;U463.5
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-17
• 主要符号说明17-19
• 1 绪论19-33
• 1.1 课题背景及意义20
• 1.2 线控制动系统研究现状20-26
• 1.2.1 电子液压制动系统21-23
• 1.2.2 电子机械制动系统23-26
• 1.3 电动汽车回馈制动技术优势和研究现状26-30
• 1.3.1 回馈制动技术原理与优势27-29
• 1.3.2 电动汽车回馈制动技术现状29-30
• 1.4 电动车制动系统主要挑战30-31
• 1.5 论文主要研究内容与结构31-33
• 2 直驱电液制动原理及其构成的电动车复合制动系统33-53
• 2.1 电动车制动原理及其对制动系统的要求33-37
• 2.1.1 制动原理33-35
• 2.1.2 电动车对制动系统要求35-37
• 2.2 液压制动系统的局限37-41
• 2.3 直驱电液制动原理及电动车制动系统41-49
• 2.3.1 直驱电液制动原理41
• 2.3.2 电动车复合制动系统41-49
• 2.4 直驱电液制动优势49-52
• 2.5 小结52-53
• 3 直驱电液制动单元设计及模型研究53-67
• 3.1 电磁直线执行器53-57
• 3.1.1 电磁直线执行器设计54-55
• 3.1.2 各部件参数辨识55-57
• 3.2 制动卡钳、活塞、柱塞57-58
• 3.3 直驱电液制动单元主要部件加工制作58-59
• 3.4 直驱电液制动单元模型研究59-64
• 3.4.1 电路子系统59-60
• 3.4.2 磁路子系统60
• 3.4.3 机械液压子系统60-63
• 3.4.4 直驱电液制动单元系统方程63-64
• 3.5 直驱电液制动单元仿真研究64-66
• 3.6 小结66-67
• 4 直驱电液制动单元控制方法研究67-76
• 4.1 直驱电液制动单元控制方案67-69
• 4.2 Kalman状态观测器69-71
• 4.3 双闭环抗干扰控制器71-75
• 4.3.1 外环控制器71-74
• 4.3.2 内环控制器74-75
• 4.4 小结75-76
• 5 制动单元试验及整车防抱死制动研究76-85
• 5.1 控制系统硬件方案76-78
• 5.1.1 TMS320F281276-77
• 5.1.2 H桥功率驱动电路77
• 5.1.3 MOSFET驱动模块77
• 5.1.4 信号反馈电路77-78
• 5.2 控制系统软件方案78-79
• 5.3 直驱电液制动单元仿真和试验研究79-82
• 5.3.1 直驱电液制动单元测试79-81
• 5.3.2 直驱电液制动单元仿真和试验研究81-82
• 5.4 整车制动性能仿真研究82-84
• 5.5 小结84-85
• 6 基于直驱电液制动单元的电动汽车回馈制动方法研究85-122
• 6.1 电动车回馈制动方案85-88
• 6.2 最优制动效果方案88-100
• 6.2.1 减速度控制88-89
• 6.2.2 滑移率控制89-99
• 6.2.3 驱动轴回馈制动力与摩擦制动力分配方案99-100
• 6.3 最优回馈效率方案100-105
• 6.3.1 前轴制动力限制条件100-101
• 6.3.2 前后轴制动力分配方法101-104
• 6.3.3 最优回馈效率制动方案优势104-105
• 6.4 电机回馈制动力控制方法研究105-107
• 6.5 其他回馈效率影响因素107-108
• 6.6 电动车回馈制动仿真研究108-121
• 6.6.1 仿真模型简介108-109
• 6.6.2 两种回收策略对比仿真研究109-117
• 6.6.3 电机功率和制动强度对回馈效率的影响117-119
• 6.6.4 UDDS循环工况仿真119-120
• 6.6.5 NEDC循环工况仿真120-121
• 6.7 小结121-122
• 7 总结与展望122-125
• 7.1 主要工作与结论122-123
• 7.2 论文创新点123
• 7.3 研究展望123-125
• 致谢125-126
• 参考文献126-135
• 攻读博士学位期间发表的学术论文及其它成果135

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本文编号：656981