混合動(dòng)力汽車機(jī)電復(fù)合制動(dòng)制動(dòng)力分配與穩(wěn)定性控制策略研究

【摘要】：電機(jī)回饋制動(dòng)能量回收技術(shù)作為混合動(dòng)力汽車提高燃油能量利用率的一種手段被廣泛采用。這是因?yàn)樵谥苿?dòng)的過程中，電動(dòng)機(jī)作為發(fā)電機(jī)來使用，車輛行駛的部分動(dòng)能被轉(zhuǎn)化為電能存儲(chǔ)到電池中，這部分能量又可以重新作為驅(qū)動(dòng)能量使用從而提高了燃油能量利用率。 與傳統(tǒng)汽車制動(dòng)減速過程不同的是，混合動(dòng)力汽車由于電機(jī)施加回饋制動(dòng)力矩于動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)中，其機(jī)電復(fù)合制動(dòng)系統(tǒng)就施加了兩種不同的制動(dòng)力矩：一種是由電機(jī)系統(tǒng)提供的電機(jī)回饋制動(dòng)力矩；另一種是由液壓制動(dòng)系統(tǒng)提供的液壓制動(dòng)力矩。因此，傳統(tǒng)汽車的制動(dòng)理論在混合動(dòng)力汽車機(jī)電復(fù)合制動(dòng)系統(tǒng)中的應(yīng)用就需要進(jìn)行新的研究與分析。 通過依托我國(guó)混合動(dòng)力轎車產(chǎn)業(yè)化研究課題，按照系統(tǒng)開發(fā)的一般流程，本文針對(duì)混合動(dòng)力汽車機(jī)電復(fù)合制動(dòng)系統(tǒng)的制動(dòng)力分配與穩(wěn)定性控制策略進(jìn)行了如下的研究。 第一，建立了混合動(dòng)力汽車機(jī)電復(fù)合制動(dòng)系統(tǒng)的整車動(dòng)力學(xué)模型。該模型的建立主要是為了滿足理論研究與系統(tǒng)分析的需要，其主要包括車輛動(dòng)力學(xué)、輪胎、液壓系統(tǒng)、電機(jī)系統(tǒng)和電池系統(tǒng)等模型。作為制動(dòng)系統(tǒng)控制策略開發(fā)的重要組成部分，該模型直接關(guān)系到制動(dòng)系統(tǒng)控制器的開發(fā)效率和精度。建模過程采用了實(shí)驗(yàn)建模與理論建模相結(jié)合的方法，其中對(duì)輪胎、液壓系統(tǒng)和電機(jī)系統(tǒng)模型進(jìn)行了較為深入地研究。為獲取必要的模型計(jì)算參數(shù)，設(shè)計(jì)了試驗(yàn)方案并進(jìn)行了相應(yīng)的試驗(yàn)。 第二，對(duì)混合動(dòng)力汽車機(jī)電復(fù)合制動(dòng)制動(dòng)力分配策略進(jìn)行了研究。由于車輛前、后軸的制動(dòng)力分配顯著影響著車輛的制動(dòng)穩(wěn)定性和安全性，因此，在對(duì)混合動(dòng)力汽車機(jī)電復(fù)合制動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行動(dòng)力學(xué)分析與建模的基礎(chǔ)上，從液壓制動(dòng)系統(tǒng)的前、后軸制動(dòng)器制動(dòng)力分配關(guān)系入手，提出并建立了機(jī)電復(fù)合制動(dòng)的制動(dòng)力分配系數(shù)控制方程并設(shè)計(jì)了制動(dòng)力分配曲線。對(duì)液壓制動(dòng)的利用附著系數(shù)以及制動(dòng)效率等制動(dòng)特性進(jìn)行了分析。最后，制定了機(jī)電復(fù)合制動(dòng)的制動(dòng)力分配策略，并對(duì)其進(jìn)行了仿真試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果表明該策略是可行且有效的。 第三，進(jìn)行了混合動(dòng)力汽車機(jī)電復(fù)合制動(dòng)穩(wěn)定性控制策略的研究。首先，對(duì)影響電機(jī)回饋制動(dòng)力矩輸出的電機(jī)發(fā)電特性、電池安全保證以及充電特性等多方面因素進(jìn)行了分析。通過對(duì)這些影響因素的分析，在制動(dòng)力分配控制策略基礎(chǔ)之上，制定了電機(jī)回饋制動(dòng)與液壓制動(dòng)的機(jī)電復(fù)合協(xié)同防抱死制動(dòng)穩(wěn)定性控制策略。在控制方法上，提出了防抱死制動(dòng)前電機(jī)介入延續(xù)回饋制動(dòng)控制的方法，并對(duì)液壓制動(dòng)系統(tǒng)的滯后與電機(jī)回饋制動(dòng)如何協(xié)同控制的方法進(jìn)行了論述?；谇梆佈a(bǔ)償和模糊控制方法，以車輛橫擺角速度和質(zhì)心側(cè)偏角為反饋輸入變量，進(jìn)行了混合動(dòng)力汽車側(cè)向制動(dòng)穩(wěn)定性控制的研究。相關(guān)仿真試驗(yàn)結(jié)果表明制動(dòng)穩(wěn)定性控制策略是可行且有效的。 第四，對(duì)制動(dòng)控制系統(tǒng)進(jìn)行了實(shí)車道路試驗(yàn)。首先，設(shè)計(jì)了制動(dòng)控制軟、硬件系統(tǒng)。最后，通過進(jìn)行相關(guān)制動(dòng)試驗(yàn)，對(duì)控制策略進(jìn)行了進(jìn)一步的分析。實(shí)車制動(dòng)試驗(yàn)結(jié)果表明，電機(jī)回饋制動(dòng)和液壓制動(dòng)之間能夠協(xié)同工作，車輛制動(dòng)安全性與穩(wěn)定性良好，部分制動(dòng)能量被回饋儲(chǔ)存，控制策略與方法有效。 作為混合動(dòng)力汽車控制核心技術(shù)之一，本文的研究對(duì)于開發(fā)具有我國(guó)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的混合動(dòng)力汽車，加快其產(chǎn)業(yè)化步伐具有重要意義。 【關(guān)鍵詞】：混合動(dòng)力汽車 機(jī)電復(fù)合制動(dòng) 制動(dòng)力分配策略 制動(dòng)穩(wěn)定性控制策略 模糊邏輯控制
【學(xué)位授予單位】：上海交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2009
【分類號(hào)】：U463.5
【目錄】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-8
• 目錄8-10
• 符號(hào)說明10-16
• 第一章 緒論16-31
• 1.1. 本課題的研究背景和意義16-28
• 1.1.1. 混合動(dòng)力汽車國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀17-20
• 1.1.2. 電動(dòng)汽車電機(jī)回饋制動(dòng)國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀20-21
• 1.1.3. 電動(dòng)汽車電機(jī)回饋制動(dòng)研究的關(guān)鍵問題21
• 1.1.4. 車輛穩(wěn)定性控制系統(tǒng)的研究背景及發(fā)展趨勢(shì)21-23
• 1.1.5. 混合動(dòng)力汽車機(jī)電復(fù)合制動(dòng)穩(wěn)定性控制系統(tǒng)的研究背景和意義23-27
• 1.1.6. 混合動(dòng)力汽車制動(dòng)穩(wěn)定性與機(jī)電復(fù)合制動(dòng)的關(guān)系27-28
• 1.2. 混合動(dòng)力汽車機(jī)電復(fù)合制動(dòng)控制系統(tǒng)研究的主要問題28
• 1.3. 課題來源和主要研究?jī)?nèi)容28-31
• 1.3.1. 課題來源28-29
• 1.3.2. 本文的主要研究?jī)?nèi)容29
• 1.3.3. 本論文的體系結(jié)構(gòu)29-31
• 第二章 機(jī)電復(fù)合制動(dòng)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)分析與建模31-61
• 2.1. 車輛動(dòng)力學(xué)模型32-34
• 2.2. 電磁閥動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性分析和建模34-40
• 2.2.1. 電磁閥電磁場(chǎng)與流場(chǎng)模型36-38
• 2.2.2. 電磁閥動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性38-40
• 2.3. 液壓調(diào)節(jié)器模型40-45
• 2.3.1. 節(jié)流閥口及制動(dòng)輪缸的壓力流量特性分析40-41
• 2.3.2. 液壓調(diào)節(jié)器增壓模型41-43
• 2.3.3. 液壓調(diào)節(jié)器減壓模型43
• 2.3.4. 液壓調(diào)節(jié)器保壓模型43-45
• 2.4. 液壓制動(dòng)器模型45-47
• 2.5. 電機(jī)模型47-50
• 2.5.1. 電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩特性48-49
• 2.5.2. 電機(jī)回饋制動(dòng)力矩影響因素分析49-50
• 2.6. 電池系統(tǒng)模型50-55
• 2.6.1. 電池內(nèi)阻模型51-53
• 2.6.2. 電池荷電狀態(tài)估計(jì)53-55
• 2.7. 輪胎模型55-60
• 2.8. 本章小結(jié)60-61
• 第三章 機(jī)電復(fù)合制動(dòng)制動(dòng)力分配策略研究61-78
• 3.1. 液壓制動(dòng)理想前、后軸制動(dòng)器制動(dòng)力分配61-63
• 3.2. 液壓制動(dòng)實(shí)際前、后軸制動(dòng)器制動(dòng)力分配63-65
• 3.3. 液壓制動(dòng)系統(tǒng)制動(dòng)過程分析65-66
• 3.4. 液壓制動(dòng)利用附著系數(shù)與制動(dòng)效率分析66-69
• 3.5. 機(jī)電復(fù)合制動(dòng)制動(dòng)力分配系數(shù)控制方程69-72
• 3.6. 機(jī)電復(fù)合制動(dòng)電機(jī)回饋制動(dòng)制動(dòng)力矩上限72-73
• 3.7. 機(jī)電復(fù)合制動(dòng)制動(dòng)力分配策略73-74
• 3.8. 仿真分析74-77
• 3.9. 本章小結(jié)77-78
• 第四章 機(jī)電復(fù)合制動(dòng)穩(wěn)定性控制策略研究78-112
• 4.1. 機(jī)電復(fù)合制動(dòng)回饋能量管理策略78-80
• 4.1.1. 機(jī)電復(fù)合制動(dòng)能量管理基本策略79
• 4.1.2. 不同制動(dòng)模式的制動(dòng)能量管理策略79-80
• 4.2. 電機(jī)回饋制動(dòng)的約束條件80-81
• 4.3. 機(jī)電復(fù)合防抱死制動(dòng)邏輯門限控制81-92
• 4.3.1. 機(jī)電復(fù)合制動(dòng)防抱死邏輯門限控制門限值的確定82-84
• 4.3.2. 防抱死制動(dòng)前電機(jī)介入延續(xù)回饋制動(dòng)控制84-85
• 4.3.3. 機(jī)電復(fù)合防抱死制動(dòng)控制85-92
• 4.4. 液壓制動(dòng)系統(tǒng)的滯后與電機(jī)回饋制動(dòng)控制92-94
• 4.5. 控制量的獲取與計(jì)算94-99
• 4.5.1. 輪速計(jì)算與誤差分析94-97
• 4.5.2. 制動(dòng)減速度計(jì)算97-99
• 4.5.3. 參考滑移率計(jì)算99
• 4.6. 制動(dòng)穩(wěn)定性控制前饋補(bǔ)償控制器設(shè)計(jì)99-101
• 4.7. 制動(dòng)穩(wěn)定性控制模糊控制器設(shè)計(jì)101-105
• 4.8. 仿真分析105-111
• 4.9. 本章小結(jié)111-112
• 第五章 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與試驗(yàn)研究112-131
• 5.1. 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與開發(fā)112-117
• 5.1.1. 控制系統(tǒng)方案112-114
• 5.1.2. 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)改造114-115
• 5.1.3. 控制系統(tǒng)軟件開發(fā)115-116
• 5.1.4. 監(jiān)控系統(tǒng)116-117
• 5.2. 實(shí)車試驗(yàn)及試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析117-130
• 5.2.1. 試驗(yàn)測(cè)試車輛與儀器117-119
• 5.2.2. 高附著路面制動(dòng)試驗(yàn)119-123
• 5.2.3. 低附著路面制動(dòng)試驗(yàn)123-127
• 5.2.4. 轉(zhuǎn)向制動(dòng)道路試驗(yàn)127-130
• 5.3. 本章小結(jié)130-131
• 第六章 全文總結(jié)131-134
• 6.1. 全文總結(jié)131
• 6.2. 論文創(chuàng)新點(diǎn)131-132
• 6.3. 研究展望132-134
• 參考文獻(xiàn)134-140
• 致謝140-141
• 攻讀博士學(xué)位期間發(fā)表和錄用的學(xué)術(shù)論文141-143

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