集成式电液制动系统压力控制与再生制动应用研究

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本文对集成式电液制动系统(I-EHB)的重要部件和结构进行了设计。首先对简化后的线性系统进行建模,推导出不考虑摩擦等非线性扰动下系统的传递函数。其次搭建I-EHB系统试验台架,利用Stribeck摩擦模型对系统静、动摩擦阶段的摩擦力矩参数进行辨识,以得到更为准确的摩擦模型。然后,基于摩擦干扰的I-EHB系统模型,设计了压力-速度-电流环的三回路串级PID控制器,并加入基于系统模型的前馈控制器,随后进行了台架试验,实现了I-EHB系统相较于传统PID控制更快、更稳定的压力响应。最后,基于I-EHB系统工作特性设计了针对两种不同系统布置方案的再生制动能量回收控制策略,利用Matlab/Simulink进行相应仿真模型搭建,并进行了实车测试与仿真验证。具体的研究工作如下:(1)设计了I-EHB系统工作方案,在忽略系统非线性因素影响前提下,对机械子系统与液压子系统进行了数学建模,建立了I-EHB系统状态方程并推导出了系统传递函数。利用AMESim软件搭建了对应的仿真模型,初步验证了在不考虑系统摩擦影响下I-EHB系统线性化模型的准确性。(2)搭建了I-EHB系统试验台架,设计了若干硬件在环试验并阐述了其工作原理。分析了I-EHB系统摩擦Stribeck效应,利用所搭建的AMESim模型研究了静摩擦力矩和动摩擦力矩对系统动态特性的影响。重复多次试验,完成了I-EHB系统静摩擦力矩与动摩擦力矩的参数识别,得到了基于Stribeck效应的更为准确的I-EHB系统摩擦模型。(3)利用拟合出的I-EHB系统试验台架摩擦模型,进行了电机主动增减压开环特性试验,验证了该摩擦模型准确性。基于面向控制对象的I-EHB系统模型设计了考虑伺服主缸压力、伺服主缸活塞速度与电机电流的三闭环串级PID控制器,利用Lucas方法对I-EHB系统传递函数进行了降阶变换,并加入基于系统负载的前馈补偿控制器,得到了面向前馈补偿控制的总体结构。(4)分别进行加入“三闭环串级PID控制”与“三闭环串级PID控制+前馈补偿”两种控制策略后的I-EHB系统台架试验,在不同目标压力输入下测试系统实际响应情况。试验结果表明,在不同目标液压力信号输入下,阶跃压力响应中系统调整时间缩短了0.1s左右,正弦压力响应中均方根误差均小于5bar,斜坡压力响应均方根误差均小于1bar,整体性能提升了40%~50%左右,保证了I-EHB系统较好的制动稳定性和制动性能。(5)在满足I-EHB系统制动液压力响应快速准确的基础上,基于仅在前轴驱动轮集成一个电机的单电机式布置方案,提出一种合理的再生制动能量分配策略,并利用实车测试平台进行功能验证。之后,再基于四轮独立驱动的四轮边电机式布置方案提出一种再生制动能量分配策略,并搭建Simulink仿真模型进行了该控制策略的仿真验证和优化分析。
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