（车辆工程专业论文）混合动力汽车机电复合制动制动力分配与稳定性控制策略研究.pdf

c a n did a t e ： z h a n gjia nio n g t u t o r s ：p r o f z h a n gjia n w u s p e c iait y ：v e hiciee n gin e e rin g o fm e c h a nic aia n dp o w e re n gin e erin g s h a n g h a ijia ot o n g ：u niv e rsit y j a nu a r y2 0 0 9 上海交通大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下， 独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外， 本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。 对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均己在文中以明确方式 标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签沪 日期矿年月伸 上海交通大学 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定， 同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子 版，允许论文被查阅和借阅。本人授权上海交通大学可以将本学位 论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、 缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 保密口，在一年解密后适用本授权书。 本学位论文属于 不保密回。 ( 请在以上方框内打“，) 学位论文作者签之渺 日期一产 月，厂日 ， 认 习 ，- r 【彩而 办形 月 名 e 戳 k 磁印、 教 ： 导 期 匕日丁一 指 日 张建龙博士学位论文答辩决议 张建龙的论文依托国家高技术研究发展计划( 8 6 3 计划) 课题“上 海牌插电式混合动力轿车新型整车技术研发 ，重点研究了混合动力 汽车机电复合制动的制动力分配与稳定性控制策略，研究工作具有重 要学术意义和工程应用价值。 论文的主要研究内容和创新如下： ( 1 ) 对机电复合制动系统的前、后轴制动器制动力分配关系进行了 分析，建立了混合动力汽车机电复合制动的制动力分配系数方程，制 定了制动力分配控制策略： ( 2 ) 针对混合动力汽车机电复合制动稳定性控制问题，提出了电机 回馈制动与液压防抱死制动协同控制方法，制定了机电复合协同防抱 死制动稳定性控制策略； ( 3 ) 搭建了混合动力汽车机电复合制动试验系统，开展了控制策略 关键参数的试验研究，对上述理论方法进行了验证。 论文条理清楚，结构完整，理论分析正确，试验结果可信，反映 了作者已掌握本学科系统的基础理论和扎实的专业知识，具备了独立 从事科学研究的能力，达到了博士学位论文要求。答辩思路清晰，回 答问题正确，经答辩委员会委员投票表决，一致通过张建龙的博士学 位论文答辩，并建议授予工学博士学位。 答辩委员会主席： 、 荆弧 加哆年厂月f 7 日 上海交通大学博士学位论文答辩决议书 所在 车辆工程 姓名 张建龙 学号 0 0 4 0 2 0 2 0 6 2 学科 指导教师 张建武 答辩 2 0 0 9 0 1 1 7 答辩 上海交通大学闵行校区汽车实验大楼3 1 9 日期地点 论文题目 混合动力汽车机电复合制动制动力分配与稳定性控制策略研究 投票表决结果：，于歹：岁 ( 同意票数，实到委员数，应到委员数)答辩结论：6 通过 口未通过 i 见舅寸严干 叫年，其f7 b 职务 姓名职称单位 f 签名 主席 来新民教授上海交通大学 一轫娠 答 委员褚超美教授 上海理工大学 饶奄笈 辩 委 委员 左曙光 教授 同济大学 方鹏， 员 会委员 刘成良 教授 上海交通大学 冬1 l 翻饺 成 惭j员 委员 朱平 教授 上海交通大学 签 委员 名 委员 秘书 陈俐副教授上海交通大学们侧 fi艮， r ， 卜海交通人学博上学位论文 摘要 混合动力汽车机电复合制动制动力分配与稳定性控制策略 研究 摘要 电机回馈制动能量回收技术作为混合动力汽车提高燃油能量利 用率的一种手段被广泛采用。这是因为在制动的过程中，电动机作为 发电机来使用，车辆行驶的部分动能被转化为电能存储到电池中，这 部分能量又可以重新作为驱动能量使用从而提高了燃油能量利用率。 与传统汽车制动减速过程不同的是，混合动力汽车由于电机施加 回馈制动力矩于动力传动系统中，其机电复合制动系统就施加了两种 不同的制动力矩：一种是由电机系统提供的电机回馈制动力矩；另一 种是由液压制动系统提供的液压制动力矩。因此，传统汽车的制动理 论在混合动力汽车机电复合制动系统中的应用就需要进行新的研究 与分析。 通过依托我国混合动力轿车产业化研究课题，按照系统开发的一 般流程，本文针对混合动力汽车机电复合制动系统的制动力分配与稳 定性控制策略进行了如下的研究。 第一，建立了混合动力汽车机电复合制动系统的整车动力学模 型。该模型的建立主要是为了满足理论研究与系统分析的需要，其主 要包括车辆动力学、轮胎、液压系统、电机系统和电池系统等模型。 作为制动系统控制策略开发的重要组成部分，该模型直接关系到制动 系统控制器的开发效率和精度。建模过程采用了实验建模与理论建模 相结合的方法，其中对轮胎、液压系统和电机系统模型进行了较为深 入地研究。为获取必要的模型计算参数，设计了试验方案并进行了相 应的试验。 第二，对混合动力汽车机电复合制动制动力分配策略进行了研 究。由于车辆前、后轴的制动力分配显著影响着车辆的制动稳定性和 安全性，因此，在对混合动力汽车机电复合制动系统进行动力学分析 后轴制动器制动力分配关系 力分配系数控制方程并设计 着系数以及制动效率等制动 制动的制动力分配策略，并 摘要 对其进行了仿真试验，试验结果表明该策略是可行且有效的。， 第三，进行了混合动力汽车机电复合制动稳定性控制策略的研 。 究。首先，对影响电机回馈制动力矩输出的电机发电特性、电池安全 保证以及充电特性等多方面因素进行了分析。通过对这些影响因素的 分析，在制动力分配控制策略基础之上，制定了电机回馈制动与液压 制动的机电复合协同防抱死制动稳定性控制策略。在控制方法上，提 出了防抱死制动前电机介入延续回馈制动控制的方法，并对液压制动 系统的滞后与电机回馈制动如何协同控制的方法进行了论述。基于前 馈补偿和模糊控制方法，以车辆横摆角速度和质心侧偏角为反馈输入 变量，进行了混合动力汽车侧向制动稳定性控制的研究。相关仿真试 验结果表明制动稳定性控制策略是可行且有效的。 第四，对制动控制系统进行了实车道路试验。首先，设计了制动 控制软、硬件系统。最后，通过进行相关制动试验，对控制策略进行 了进一步的分析。实车制动试验结果表明，电机回馈制动和液压制动 之间能够协同工作，车辆制动安全性与稳定性良好，部分制动能量被 回馈储存，控制策略与方法有效。 作为混合动力汽车控制核心技术之一，本文的研究对于开发具有 我国自主知识产权的混合动力汽车，加快其产业化步伐具有重要意 义。 关键词：混合动力汽车，机电复合制动，制动力分配策略，制动稳定 性控制策略，模糊逻辑控制 i b r a k i n gt h e o r yo fh y b r i de l e c t r i cv e h i c l e s e l e c t r o m e c h a n i c a lh y b r i d b r a k i n gs y s t e ms h o u l dt ob ea d d e dn e wr e s e a r c h e da n da n a l y z e dc o n t e n t b a s e do nt h e f i n a n c i a l l ys u p p o r t e dn a t i o n a lp r o je c to fh e v i n d u s t r i a l i z a t i o n t h ee l e c t r o m e c h a n i c a lh y b r i db r a k i n gf o r c ed i s t r i b u t i o n a n ds t a b i l i t yc o n t r o ls t r a t e g i e sw e r er e s e a r c h e da c c o r d i n gt ot h er & d f l o wo fs y s t e m ，a sf o l l o w i n g f i r s t ，c o n s i d e r i n gt h en e e d so ft h e o r yr e s e a r c ha n ds y s t e ma n a l y s i s ，a d y n a m i cm o d e lf o rh e ve l e c 仃o m e c h a n i c a lh y b r i db r a k i n gs y s t e mh a s b e e nb u i l tu pa so n ei m p o r t a n tp a r to fd e s i g no fb r a k i n gs y s t e mc o n 仃o l s t r a t e g y , i th a ss t r o n gi n f l u e n c eo nt h ee m c i e n c ya n de f f e c t i v e n e s so f d e v e l o p e dc o n t r o l l e r t h ev e h i c l es y s t e md y n a m i cm o d e lm a i nc o n s i s t so f v e h i c l ed y n a m i cm o d e l ，t i r em o d e l ，h y d r a u l i cs y s t e mm o d e l ，e l e c t r i c m o t o rm o d e l b a t t e r ym o d e l t h em o d e l i n gc o u r s eu s i n gt h e o r e t i c a l m o d e l i n ga p p r o a c hc o m b i n e dw i t he m p i r i c a lm o d e l i n g 1 1 1 i sd i s s e r t a t i o n m a k ead e e pi n s i g h ti n t ot h et i r em o d e l h y d r a u l i cs y s t e mm o d e la n d m o t o rm o d e li no r d e rt og e tt h en e e d e dm o d e lc a l c u l a t i o np a r a m e t e r s ， d e s i g nt h ee x p e r i m e n t ss c h e d u l ea n dm a k et h er e l a t e de x p e r i m e n t s s e c o n d ，h e ve l e c t r o m e c h a n i c a lh y b r i db r a k i n gf o r c ed i s t r i b u t i o n 。l。卜 f 二海交通人学博i j 学位论文 a b s t r a c t c o n t r o ls t r a t e g i e sw e r er e s e a r c h e d b e c a u s et h eb r a k i n gf o r c ed i s t r i b u t i o n t ot h ef r o n ta n dr e a ra x l e sh a sg r e a ti n f l u e n c eo nt h eb r a k i n gs t a b i l i t ya n d s a f e t y , b a s e do nt h er e s e a r c ho fh e ve l e c t r o m e c h a n i c a lh y b r i db r a k i n g s t a b i l i t yc o n t r 0 1s y s t e ma n dh y d r a u l i cb r a k i n gf o r c ed i s t r i b u t i o nt ot h e f r o n ta n dr e a ra x l e s t h ec o n t r o le q u a t i o no fb r a k i n gf o r c ed i s t r i b u t i o n c o e f f i c i e n tw a sb u i l ta n di t sb r a k i n gf o r c ed i s t r i b u t i o nc u r v e sw e r ea l s o d e s c r i b e d m e a n w h i l e ，a v a i l a b l ea d h e s i o nc o e f j i c i e n t ，b r a k i n ge m c i e n c y a n do t h e rb r a k i n gc h a r a c t e r i s t i c so fh e vh y d r a u l i cb r a k i n gw e r e a n a l y z e d a n d t h ee l e c t r 0 m e c h a n i c a lb r a k i n gf o r c ed i s t r i b u t i o nc o n t r o l s t r a t e g i e s w e r ep r e s e n t e d t h e b r a k i n gf o r c ed i s t r i b u t i o ns i m u l a t i o n r e s u l t ss h o wt h a tt h ec o n t r o ls t r a t e g i e sa r ef e a s i b l ea n de f f e c t i v e t h i r d h e ve l e c t r o m e c h a n i c a lh y b r i db r a k i n gs t a b i l i t yc o n t r o l s t r a t e g i e sw e r er e s e a r c h e d m a n yi n f l u e n t i a l f a c t o r st or e g e n e r a t i v e b r a k i n gt o r q u e ，s u c ha sm o t o rc h a r a c t e r so fg e n e r a t i n ge l e c t r i c i t y , b a t t e r y s a f t ya n di t sc h a r g i n gc h a r a c t e r sw e r ea n a l y z e d b a s e do na n a l y s i so ft h e i n f l u e n t i a lf a c t o r st or e g e n e r a t i v eb r a k i n gt o r q u e t h ee l e c t r 0 m e c h a n i c a l h y b r i da n t i l o c kb r a k i n gc o n t r o ls t r a t e g i e sw e r er e s e a r c h e d w h i c hw e r e t h ee x t e n s i o no fe l e c t r o m e c h a n i c a lh y b r i db r a k i n gf o r c ed i s t r i b u t i o n c o n t r o ls t r a t e g i e s t h ei d e at h a tm o t o ri n t e r v e n t i o nc o n t r o lw a ss p r i n g e d b e f o r ea n t i l o c kb r a k i n gi st r i g g e r e dw a sp r e s e n t e d m e a n w h i l e ，t h em o t o r r e g e n e r a t i v eb r a k i n gc o n t r o lm e t h o dw h i c ha i m sa to f f s e t i n gt h eh y d r a u l i c b r a k i n gh y s t e r e s i sw a sp r e s e n t e d b a s e do nf e e df o r w a r dc o m p e n s a t i o n a n df u z z yl o g i cc o n t r o l ，u s i n gy a wr a t ea n ds l i ds l i pa n g l ea st h es t a t e f e e d b a c k ，t h el a t e r a lb r a k i n gs t a b i l i t yw e r ep r e s e n t e d s i m u l a t i o nr e s u l t s s h o wt h a tt h eb r a k i n gs t a b i l i t yc o n 仃o ls t r a t e g i e sa r ef e a s i b l ea n d e f f e c t i v e l a s t l y , r e a lv e h i c l et e s tf o rb r a k i n gc o n t r o ls y s t e mw a se x e c u t e d t 1 1 r o u g ht h es o f t w a r ea n dh a r d w a r ed e s i g no fr e a lv e h i c l eb r a k i n gc o n t r o l s y s t e ma n dr e a lv e h i c l et e s t ，t h ec o n t r o ls t r a t e g i e sw e r ea n a l y z e d t h e r e s u l t sf r o me x p e r i m e n ts h o wt h a th a r m o n i o u sc o o r d i n a t i o nb e t w e e n r e g e n e r a t i v ea n dh y d r a u l i cb r a k i n gf u n c t i o n ，b r a k i n gs a f t ya n ds t a b i l i t yo f t h ev e h i c l ei sg o o d ，aa m o u n to f b r a k i n ge n e r g yc a nb er e c o v e r e da n d t h e p r o p o s e dc o n t r o ls t r a t e g ya n dm e t h o da r ee f f e c t i v e a so n eo ft h ek e yt e c h n i q u e s ，b r a k i n gc o n t r o ls t r a t e g i e sp l a yt h e i m p o r t a n tr o l e si nt h ed e v e l o p m e n to fh e vw i t hd o m e s t i ci n d e p e n d e n t i n t e l l e c t u a lp r o p e r t y , a n di ti ss i g n i f i c a n tt op r o p e lt h ei n d u s t r i a l i z a t i o no f h e v k e yw o r d s ：h y b r i de l e c t r i cv e h i c l e ，e l e c t r o m e c h a n i c a l h y b r i d v 上海交通大学博士学位论文 目录 目录 摘昙量 i a b s t r a c t i i i 目勇乏 v i i 符号说明改 第一章绪论1 1 1 本课题的研究背景和意义。l 1 1 1 混合动力汽车国内外研究现状2 1 1 2 电动汽车电机回馈制动国内外研究现状。5 1 1 3 电动汽车电机回馈制动研究的关键问题6 1 1 4 车辆稳定性控制系统的研究背景及发展趋势6 1 1 5 混合动力汽车机电复合制动稳定性控制系统的研究背景和意义8 1 1 6 混合动力汽车制动稳定性与机电复合制动的关系1 2 1 2 混合动力汽车机电复合制动控制系统研究的主要问题1 3 1 3 课题来源和主要研究内容1 3 1 3 1 课题来源1 3 1 3 2 本文的主要研究内容1 4 1 3 3 本论文的体系结构1 4 第二章机电复合制动系统动力学分析与建模1 6 2 1 车辆动力学模型1 7 2 2 电磁阀动态响应特性分析和建模1 9 2 2 1 电磁阀电磁场与流场模型2 l 2 2 2 电磁阀动态响应特性2 3 2 3 液压调节器模型2 5 2 3 1 节流阀口及制动轮缸的压力流量特性分析2 5 2 3 2 液压调节器增压模型2 6 2 3 3 液压调节器减压模型2 8 2 3 4 液压调节器保压模型2 8 2 4 液压制动器模型3 0 2 5 电机模型3 2 2 5 1 电机输出转矩特性3 3 2 5 2 电机回馈制动力矩影响因素分析3 4 2 6 电池系统模型3 5 2 6 1 电池内阻模型3 6 2 6 2 电池荷电状态估计3 8 2 7 轮胎模型4 0 2 8 本章小结4 5 第三章机电复合制动制动力分配策略研究4 6 3 1 液压制动理想前、后轴制动器制动力分配4 6 3 2 液压制动实际前、后轴制动器制动力分配4 8 3 3 液压制动系统制动过程分析5 0 3 4 液压制动利用附着系数与制动效率分析5 l 3 5 机电复合制动制动力分配系数控制方程5 4 l ：海交通人学博 ：学位论文 目录 3 6 机电复合制动电机回馈制动制动力矩上限5 7 3 7 机电复合制动制动力分配策略5 8 3 8 仿真分析5 9 3 9 。本章小结6 2 第四章机电复合制动稳定性控制策略研究6 3 4 1 机电复合制动刚馈能最管理策略6 3 4 1 1 机电复合制动能量管理基本策略6 4 4 1 2 不同制动模式的制动能量管理策略“ 4 2 电机同馈制动的约束条件6 5 4 3 机电复合防抱夕e 制动逻辑门限控制6 6 4 3 1 机电复合制动防抱死逻辑门限控制门限值的确定6 7 4 3 2 防抱死制动前电机介入延续回馈制动控制6 9 4 3 3 机电复合防抱死制动控制7 0 4 4 液压制动系统的滞后与电机回馈制动控制7 7 4 5 控制量的获取与计算7 9 4 5 1 轮速计算与误差分析7 9 4 5 2 制动减速度计算8 2 4 5 3 参考滑移率计算8 4 4 6 制动稳定性控制前馈补偿控制器设计8 4 4 7 制动稳定性控制模糊控制器设计8 6 4 8 仿真分析9 0 4 9 本章小结9 6 第五章控制系统设计与试验研究9 7 5 1 控制系统设计与开发9 7 5 1 1 控制系统方案9 7 5 1 2 控制系统硬件设计改造9 9 5 1 3 控制系统软件开发。1 0 0 5 1 4 监控系统1 0 1 5 2 实车试验及试验数据分析1 0 2 5 2 1 试验测试车辆与仪器1 0 2 5 2 2 高附着路面制动试验1 0 4 5 2 3 低附着路面制动试验1 0 8 5 2 4 转向制动道路试验一1 1 2 5 3 本章小结1 1 5 第六章全文总结1 1 6 6 1 全文总结一1 1 6 6 2 论文创新点1 1 6 6 3 研究展望一1 1 7 参考文献1 1 9 致谢1 2 5 攻读博士学位期间发表和录用的学术论文一1 2 6 v 1 1 1 上海交通大学博：l 学位论文 符号说明 符号说明 ( 按章节及出现顺序排列) 第二章机电复合制动系统动力学分析与建模 汽车质量( 培) 簧载质量( 姆) 轮胎纵向力( n ) 轮胎横向力( n ) 滚动阻力( n ) 质心到前轴的距离( m ) 质心到后轴的距离( m ) 前轮距( m ) 后轮距( m ) 车轮自回正力矩( n m ) 转向轮转角( r a d ) 绕z 轴力矩( n m ) 绕x 轴力矩( n m ) 空气阻力( n ) 车辆沿x 轴方向速度( m $ ) 车辆沿y 轴方向速度( m s ) 横摆角速度( r a d s ) 滚动阻力矩( n m ) 簧载质量绕z 轴转动惯量( 姆m 2 ) 簧载质量绕x 轴转动惯量( 姆m 2 ) 簧载质量关于船轴的惯性积( 姆m 2 ) 空气阻力系数 质心到侧倾中心距离( m ) 侧倾角( r a d ) 侧倾角速度( r a d s ) 侧倾刚度( n m ) 侧倾阻尼( n s m - 1 ) ： 液压制动力矩( n m ) 6 自 z z 吐 m 鸠c b名00m。万mme匕巧厂弓t l l g p矿矽巧q i ：海交通人学博l 学位论文符i ，说明 丁 4m o t o r r e g 五 1 w a f 够 y w t h “ y 厶 e q i d 风 b e h 3 p s f 一朋 r p d 矽 z 门 f u r z 电机回馈制动力矩( n m ) 滚动阻力系数 车轮转动惯量( 堙m 2 ) 迎风面积( m 2 ) 风速与行驶速度方向的夹角( r a d ) 沿x 轴方向风速( m s ) 沿y 轴方向风速( m s ) 沿x 轴方向空气阻力( n ) 沿y 轴方向空气阻力( ) 轮胎法向反力( n ) 车辆坐标系与惯性坐标系的相对转角( r a d ) 轮胎侧偏角( r a d ) 电通( 量) 密度( c m 2 ) 体电荷密度( c m 3 ) 磁感应强度( t ) 电场强度( v m ) 磁场强度( a m ) 体电流密度( a m 3 ) 介质磁导率( h m ) 介质介电常数 电磁力( n ) 电感( h ) 雷诺数 制动液密度( k g m 3 ) 节流孔直径( m ) 流体的动力粘度( p a s ) 制动主缸直径( m ) 活塞行程( m ) 增压阀入口直径( m ) 增压阀总数 初次增压压力建立时间( s ) 电磁线圈驱动电压( v ) 线圈回路电阻( q ) 线圈电流( a ) 上海交通大学博 ：学位论文符号说明 线圈磁链( w b ) 泄流二极管压降( m v ) 阀芯移动速度( m s ) 回位弹簧刚度( n m ) 液动力( n ) 速度阻尼系数 阀芯位移( m ) 弹簧预紧量( m ) 阀芯摩擦力( n ) 由节流口形式、液体状态、油液性质等因素决定的系数 节流阀口的通流截面积( m 2 ) 节流阀指数 制动轮缸容积( m 3 ) 轮缸压力( m p a ) 轮缸等效体积弹性模量( n m 2 ) 制动液体积弹性模量( n m 2 ) 制动器综合刚度( n m ) 沿程阻力系数 圆管长度( m ) 圆管直径( m ) 液体的密度( 姆m 3 ) 液体的平均流速( m $ ) 局部阻力系数 制动液流量( m 3 5 ) 制动轮缸的等效液容( m 3 ) 液压阀v i 的等效液阻( p a s m 3 ) 增压时集中等效液容( m 3 ) 增压时集中等效液阻( p a 脚3 ) 减压时等效液阻( p a j 坍3 ) 减压时节流指数 低压蓄能器内压力( m p a ) 电磁阀响应时滞( s ) 液压管路响应时滞( j ) 轮缸活塞位移( m ) 杪y足6 x g 乃q 4 r 比己k k k白，d p v f 瓯o r e匙吐r e 吒 ：海交通大学博 ：学位论文符号说明 聊， k p 几 q 孝 k d 屹 玩 红 l 乙一胛 u 。 k 眦 k 。 m o t o r c m d ib t i l q c l t 面r r b i ) q ，。 等效到轮缸活塞上的运动质量( k g ) 等效的制动器刚度( n m ) 活塞横截面积( m 2 ) 制动器固有频率( h z ) 制动器阻尼系数 效能因数 有效半径( m ) 电机温升常数 电机温升力矩修正系数 电机当前转速下连续工作最大转矩( n m ) 电机当前转速下短时间工作的峰值力矩( n m ) 电机效率( ) 电源总线电压( v ) 电机回馈制动力矩的电池s o c 影响因子 电机转速影响因子 电机的负荷率指令 电系统的总线电流( a ) 充电时电池的库仑效率( ) 电池组壳体内的空气温度( k ) 等效热阻( 刚w ) 空气热容( j k g k ) 电池组壳体外的环境温度( k ) 空气导热系数( w ( m 2 k ) ) 电池模块导热系数( w ( m 2 k ) ) 电池组表面积( m 2 ) 电池初始温度( k ) 电池质量( k g ) 电池热容( j k g k ) 轮胎纵向相对滑移率 轮胎侧向相对滑移率 轮胎纵向松弛长度( m ) 轮胎侧向松弛长度( m ) 轮胎纵向平移刚度( n m ) 轮胎侧向平移刚度( n m ) 6 ， r y 吃4“一g q 乞0 k 砖 上海交通大学博卜学位论文 符号说明 k f 轮胎纵向滑移速度( m , ) 轮胎侧向滑移速度( m s ) 轮胎阻尼刚度比 第三章机电复合制动制动力分配策略研究 地面对前轮的法向反作用力( n ) 地面对后轮的法向反作用力( n ) 质心到前轴中心线的距离( m ) 质心到后轴中心线的距离( m ) 质心高度( m ) 汽车质量( 堙) 减速度( m , 2 ) 前轴地面制动力( n ) 后轴地面制动力( n ) 地面总制动力( n ) 制动强度 路面附着系数 前、后轮制动器单侧制动块对制动盘压紧力( n ) 前、后轮制动轮缸直径( m ) 前、后轮盘式制动器的制动力矩( n m ) 主减速器速比 力矩耦合比 前、后轮盘式制动器的制动效能因数 同步附着系数 前轴利用附着系数 后轴利用附着系数 液压制动力前、后轴制动力分配系数 机电复合制动前、后轴制动力分配系数 混合动力汽车制动力分配系数下限 混合动力汽车制动力分配系数上限 机电复合制动稳定性控制策略研究 办 以q c 埘 。一 乃乃口6 k肌舭e z缈m驴”乇t吩作 j 二海交通人学博i j 学位论文符号说明 控制器响应时间常数( s ) 齿圈齿数 信号脉冲数 时标信号周期( j ) 时标信号周期( s ) 模糊控制器输入变量 模糊控制实际状态向量 模糊控制期望状态向量 模糊控制权系数向量 模糊控制器量化因子 稳态状态增益常数 稳态状态时间常数 模糊控制力矩( n m ) 横向稳定性控制力矩( n m ) 厂 ， k c f z乃x k铂蚝 上海交通大学博i ：学位论文 第一章绪论 第一章绪论 1 1 本课题的研究背景和意义 从第一辆汽车发明至今，经过一百多年的改进和发展，现代汽车与最初的汽 车已经有了极大的区别，各种技术进步不断地满足着人们对汽车逐步提高的要 求。 汽车电子技术可以说是满足人们对汽车工业实现环境保护、节约能源、安全 性和智能性目标的最活跃和最具革命性的力量【1 。】。自上世纪5 0 年代，计算机技 术和现代控制理论的飞速发展为汽车电子技术的发展提供了物质基础和动力。汽 车电子技术的每一次突飞猛进都带来了汽车工业革命性的进步，对社会、环境和 人类产生积极的影响。汽车电子技术革新与发展历程中的一个重要方面就是对汽 车行驶安全性的影响。 随着汽车行驶速度向高速发展和高速公路网络纵横延伸，人们对汽车行驶安 全性提出越来越严格的要求，许多国家都为此颁布了严厉的汽车安全法规卜7 。 如何提高汽车行驶安全性便成为现代汽车研究的重要课题之一。 汽车的行驶安全性从研究内容上讲主要包括两个方面：主动安全性和被动安 全性。主动安全性是指如何通过车辆设计尽量减少或避免交通事故的发生；被动 安全性是指通过车辆的设计使车辆在发生事故时尽量减少对乘员的伤害。汽车主 动安全性控制技术中的防抱死制动控制技术可以提高制动过程中的稳定性并同 时缩短制动距离，大大提高了汽车行驶安全性，减少了车祸事故发生。该技术是 主动安全性技术的代表，已经成为目前世界上普遍公认的提高汽车安全性能的有 效措施之一【l ，2 ，8 】。提高汽车安全性能的另一项有效措施是车辆稳定性控制系 统。该系统集成了制动防抱死控制功能并兼顾驱动防滑控制，在特定条件下还可 以主动对车辆运动姿态进行干预，以防止车辆侧滑，及时帮助驾驶员控制车辆姿 态【9 43 1 。目前，某些发达国家已把车辆稳定性控制系统列为汽车出厂标准装备。 然而，该技术在我国还处于试验、研制阶段，还没有真正自主开发出产业化产品 为国内汽车所用，特别是这方面的理论还不完善，远远达不到指导生产的需要。 汽车的行驶安全性从研究对象应用基础车型上讲主要包括两种车型：内燃机 汽车和电动汽车。现代新型电动汽车具有的特殊动力传动与制动系统架构对汽车 的行驶安全性技术特别是稳定性控制技术提出了更多的问题与挑战。以混合动力 汽车为例，在制动减速过程中，电机施加回馈制动力矩于动力传动系统中，混合 动力汽车制动系统就存在两种不同的制动力矩。其一是由电机提供的回馈制动力 矩，其二是由液压制动系统提供的液压制动力矩。由于电机回馈制动力矩仅仅施 1 ：海交通人学博i ：学位论文第一章绪论 加于前轴( 混合动力架构不同，回馈制动力矩施加部位也不同) ，因此在低附着 系数路面制动时与传统车辆相比混合动力汽车的前轮就较易抱死。因此，由于电 机回馈制动力矩的影响，混合动力汽车稳定性控制的制动力分配与控制逻辑就需 要进行重新设计。随着人们对车辆行驶安全性要求的提高，车辆制动稳定性控制 技术作为提高车辆行驶安全性的一项关键技术，面对新型动力汽车的出现，应针 对需要解决的主要问题展开研究。 1 1 1 混合动力汽车国内外研究现状 早在十九世纪末内燃机发明之f j ，电动汽车即出现。1 8 7 3 年英国人r o b e r t d a v i d s o n 研制成第一辆电动汽车，与当时的蒸汽机汽车相比，电动车具有易起动、 易操纵、噪声小、无排放等优点，非常适合城市家庭使用，因此，电动汽车很快 占领了小型轿车的市场【1 4 。16 1 。从1 9 1 0 年开始，随着内燃机技术不断发展成熟， 而且由于电动车蓄电池的能量密度低，充电时间长，续驶里程短等缺点，内燃机 汽车逐步占领了汽车市场的几乎全部份额。 从2 0 世纪4 0 、5 0 年代，由于环境污染的逐步加剧，出现了一系列的环境污 染问题，经过多年研究确认其主要原因就是汽车尾气排放。从1 9 6 0 年开始美国、 西欧、日本及许多其它国家都陆续制定法规限制汽车尾气排放中的有害物质，这 就促使汽车界不断地应用各种先进技术，对发动机进行优化并对汽车排气净化以 减少有害物的排放量【l7 1 。这虽然可减少每辆汽车的排放，但是由于汽车保有量的 大幅增加，大气中汽车排放的污染物并未减少，反而增多。另外，1 9 7 3 年和1 9 7 9 年由中东战争所引起的两次世界性石油危机，使西方发达国家不得不在国民经济 的各个领域开始减少对石油的依赖，开始认识到，以汽油、柴油为燃料的汽车， 不仅给大气带来污染，而且石油能源也不可能长久使用，人们又开始重新认识电 动汽车，掀起了开发电动汽车的热潮，电动汽车得到进一步发展。但随后石油价 格的跌落和燃油汽车性能的提高又使电动汽车发展停滞不前【l5 掩】。 进入九十年代以来，一方面各国制定的排放法规同趋严格，石油等不可再生 能源也日益耗竭，另一方面各种高新技术的应用尤其是蓄电池技术的发展也使研 制新型高效电动汽车成为可能，世界各大汽车公司开始大力研制各种新型无污染 环保汽车，力图使汽车达到或接近“零污染 标准，从而减少对地球大气的污染 和缓解未来数十年的世界性能源危机，电动汽车的发展进入了又一次高潮。现代 电动汽车不是百年前陈旧技术的重复，它是汽车、电力拖动、电子、智能控制、 化学能源、计算机、新能源、新材料等最新成果的集成产物【1