電子機(jī)械式制動(dòng)執(zhí)行器硬件在環(huán)仿真論文
隨著電子化的深入，出現(xiàn)了以網(wǎng)絡(luò)通信為基礎(chǔ)的更加高效、節(jié)能的線控技術(shù)（)-b-wire)。結(jié)合線控技術(shù)和汽車制動(dòng)系統(tǒng)而成的線控制動(dòng)(brak-by-wire，BBW)，也稱為電子機(jī)械制動(dòng)（-lectr-mechanicalbraking，EMB)，改變傳統(tǒng)液壓或氣壓制動(dòng)執(zhí)行元件為電驅(qū)動(dòng)元件，由于電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的可控性好、響應(yīng)速度快的特點(diǎn)，電子機(jī)械制動(dòng)系統(tǒng)顯現(xiàn)出良好的發(fā)展前景。
1汽車電子機(jī)械制動(dòng)系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀
目前電子機(jī)械制動(dòng)技術(shù)已成為國(guó)外企業(yè)和研究機(jī)構(gòu)的研究熱點(diǎn)。在1999年的法蘭克福車展上,Bosch公司展出了被認(rèn)為是電子機(jī)械制動(dòng)系統(tǒng)前身的電子液壓制動(dòng)系統(tǒng)（electr-hydraulicbraking，EHB)。此后Bosch和Daimle-Chry-ler就在研究用于商業(yè)的EHB系統(tǒng)。目前已經(jīng)有一些廠商將EHB系統(tǒng)應(yīng)用到汽車的批量生產(chǎn)中，如2004奔馳CLK敞篷版、SL500。
從20世紀(jì)90年代起，一些著名的汽車電子零部件廠商陸續(xù)開(kāi)始了與電子機(jī)械式制動(dòng)系統(tǒng)相關(guān)的研究，Bosch、Siemens和ContinentalTeves這3家公司都取得了各自的研究成果，并申請(qǐng)了一系列專利，TRW也在進(jìn)行電子機(jī)械制動(dòng)系統(tǒng)(線控制動(dòng)系統(tǒng)）的研究。ContinentalTeves公司已經(jīng)有了比較成型的試驗(yàn)品，推出了幾代電子機(jī)械式制動(dòng)執(zhí)行器。目前EMB仍在試驗(yàn)階段中,并無(wú)批量裝車產(chǎn)品進(jìn)入市場(chǎng)，國(guó)內(nèi)在這方面的研究剛剛起步。
2電子機(jī)械制動(dòng)系統(tǒng)介紹
圖1中為電子機(jī)械制動(dòng)系統(tǒng)示意圖。與傳統(tǒng)的液壓制動(dòng)系統(tǒng)相比，電子機(jī)械制動(dòng)系統(tǒng)中，電源代替了液壓源，機(jī)電作動(dòng)器代替了液壓作動(dòng)裝置。EMB系統(tǒng)的中央電子控制單元根據(jù)電子踏板模塊傳感器的位移和速度信號(hào)，并且結(jié)合車速等其它傳感器信號(hào)，向車輪制動(dòng)模塊的電機(jī)發(fā)出信號(hào)控制其電流和轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角，進(jìn)而產(chǎn)生需要的制動(dòng)力,以達(dá)到制動(dòng)的目的。
3硬件在環(huán)仿真系統(tǒng)構(gòu)建方案
硬件在環(huán)仿真系統(tǒng)的基本構(gòu)成可分為4個(gè)部分:實(shí)物、模型、接口系統(tǒng)以及交互式的實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)。
對(duì)于電子機(jī)械式制動(dòng)執(zhí)行器的硬件在環(huán)仿真，就是把制動(dòng)執(zhí)行器以實(shí)物的形式通過(guò)相應(yīng)的接口管理系統(tǒng)與處理器中的車輛模型聯(lián)系起來(lái),使其在虛擬的'制動(dòng)環(huán)境下工作。車輛及其各子系統(tǒng)的建模米用Matlab/Simulink軟件，模型的實(shí)時(shí)仿真計(jì)算及接口由dSPACE公司的Autc-box和DS1005控制器板完成，仿真系統(tǒng)的監(jiān)控由系統(tǒng)分析軟件ControlDesk來(lái)完成。監(jiān)控系統(tǒng)的存儲(chǔ)、輸出及結(jié)果的圖形化顯示。圖2為電子主要完成系統(tǒng)仿真的控制、參數(shù)的在線調(diào)整、數(shù)據(jù)機(jī)械制動(dòng)執(zhí)行器硬件在環(huán)仿真系統(tǒng)框圖。
4系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的建立
為簡(jiǎn)化問(wèn)題研究，采用單輪車輛系統(tǒng)模型，如圖3,忽略空氣阻力和車輪滾動(dòng)阻力。
5模糊控制器設(shè)計(jì)
防抱死控制要求在各種不同的路面及不同的氣候條件下，均能在最少的時(shí)間和最短的距離內(nèi)使車輛制動(dòng)停車。模糊控制恰好適應(yīng)了制動(dòng)過(guò)程中車輛工況的多變及輪胎的非線性系統(tǒng)的控制，并具有魯棒性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)。
對(duì)于基于滑移率控制的汽車防抱死特性來(lái)說(shuō)，要求制動(dòng)時(shí)使車輪滑移率維持在最佳的期望滑移率點(diǎn)K附近。系統(tǒng)的誤差定義為VK，誤差的變化率定義為(E-E-^/T。式中.-T為采樣間隔；EEC為系統(tǒng)的輸入量;輸出控制參數(shù)選用力矩電機(jī)電流的變化量U。滑移率控制即為比較典型的雙輸入單輸出模糊控制系統(tǒng)。實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的模糊控制算法一般采用Mam~dain推理法，由此求出控制表，將此表預(yù)置于控制器中，從而實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)控制。
圖4~6分別為模糊控制器的2個(gè)輸入?yún)⒆兞亢?個(gè)輸出控制參變量的隸屬度函數(shù)，全部米用靈敏度較高的三角形函數(shù)，變量的等級(jí)是5級(jí)。參變量所代表的語(yǔ)言值為：NB為負(fù)大;NS為負(fù)小;ZE為零;PS為正小；PB為正大；DTB為快速減小電機(jī)控制信號(hào)；DTS為低速電機(jī)控制信號(hào);HOLD為保持電機(jī)控制信號(hào)；/TS為低速増大電機(jī)控制信號(hào);/TB為快速増大電機(jī)控制信號(hào)。以滑移率為控制對(duì)象的ABS模糊控制系統(tǒng)是較典型的雙輸入單輸出模糊控制系統(tǒng)，其模糊控制規(guī)則的形式為1‘IFEandECthenU5’。根據(jù)手動(dòng)控制策略，總結(jié)出25條模糊控制規(guī)則，如表1所列。
6電子機(jī)械式制動(dòng)執(zhí)行器的硬件在環(huán)仿真硬件在環(huán)仿真過(guò)程中，根據(jù)式（1)~(4)建立的車輛仿真模型，保持電源電壓24V不變。圖7~11為制動(dòng)初速度20m/s,基于模糊控制的電子機(jī)械式制動(dòng)執(zhí)行器硬件在環(huán)仿真結(jié)果與在Ma-lab/Simulink環(huán)境下所得到仿真結(jié)果的對(duì)比曲線，分別選取電子機(jī)械制動(dòng)系統(tǒng)防抱死制動(dòng)過(guò)程中滑移率變化、車速和輪速變化、制動(dòng)器制動(dòng)力矩、電機(jī)控制器輸入信號(hào)和電機(jī)線圈電流的變化作為對(duì)比參數(shù)。
從硬件在環(huán)仿真與Matlab/Simulink仿真的對(duì)比曲線可以得出以下結(jié)論:Simulink仿真結(jié)果表明系統(tǒng)取得良好的控制效果，滑移率控制在期望值附近，并在較短的時(shí)間內(nèi)減速直至停車;制動(dòng)過(guò)程中，硬件在環(huán)仿真與Simulink仿真結(jié)果基本相同一曲線基本重合，可見(jiàn)硬件在環(huán)仿真的制動(dòng)控制效果良好，說(shuō)明電子機(jī)械式制動(dòng)執(zhí)行器原理機(jī)的設(shè)計(jì)是合理的;從對(duì)比曲線可以看出，硬件在環(huán)仿真所得的曲線的上升時(shí)間及穩(wěn)定時(shí)間比Simulink仿真時(shí)要小，而控制的超調(diào)量卻大，這是由于電子機(jī)械制動(dòng)系統(tǒng)的反應(yīng)速度要比傳統(tǒng)的液壓制動(dòng)要快，而電子機(jī)械制動(dòng)系統(tǒng)的機(jī)械慣性較液壓系統(tǒng)大所造成的。
7結(jié)束語(yǔ)
電子機(jī)械制動(dòng)技術(shù)是一種全新的制動(dòng)理念，極大的提高了汽車的制動(dòng)安全性。它代表了汽車制動(dòng)技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)，在未來(lái)數(shù)十年內(nèi)擁有十分廣闊的市場(chǎng)前景，具有極高的社會(huì)價(jià)值和經(jīng)濟(jì)價(jià)值。本文介紹了電子機(jī)械制動(dòng)系統(tǒng)的發(fā)展及其基本結(jié)構(gòu)，運(yùn)用硬件在環(huán)仿真技術(shù)對(duì)所建立的車輛模型和電子機(jī)械式制動(dòng)執(zhí)行器進(jìn)行研究和試驗(yàn)。通過(guò)對(duì)電子機(jī)械式制動(dòng)執(zhí)行器硬件在環(huán)仿真結(jié)果與在Matlab/Simulink環(huán)境下所得到仿真結(jié)果的對(duì)比表明，控制算法適用于電子機(jī)械制動(dòng)系統(tǒng)，制動(dòng)執(zhí)行器反應(yīng)速度及輸出性能滿足車輛制動(dòng)防抱死特性的要求，驗(yàn)證了電子機(jī)械制動(dòng)技術(shù)的可行性，為電子機(jī)械制動(dòng)系統(tǒng)的進(jìn)一步研究開(kāi)發(fā)及整車試驗(yàn)提供了理論及試驗(yàn)依據(jù)。
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