集成式电子液压制动系统液压力变结构控制 _摩擦

转自：集成式电子液压制动系统液压力变结构控制*
余卓平,韩伟,熊璐
(1.同济大学汽车学院,上海 ; 2.同济大学新能源汽车工程中心,上海 )
[摘要]针对集成式电液制动系统液压力控制中系统受到摩擦等非线性因素的影响而控制精度低的问题,简化了系统模型,并基于摩擦模型重点对造成系统非线性特性的摩擦力进行分析。然后设计了针对I-EHB系统的抗积分饱和变结构控制方法,通过和联合仿真验证控制算法的有效性。最后搭建了IEHB系统样机和试验平台,进行了硬件在环台架试验,验证了控制算法的正确性。结果表明,采用抗积分饱和变结构控制器后,系统跟踪变幅值或变频率的目标信号的效果良好,控制精度高,系统性能得到明显改善。
关键词：集成式电液制动系统;液压力控制;摩擦模型;抗积分饱和变结构控制
前言
随着汽车电子技术的不断发展和汽车系统的集成化,在航空和军事运用中逐渐成熟的线控制动技术开始逐渐被应用到汽车上。汽车线控系统的应用可极大地提高汽车驾驶的安全性、可靠性和稳定性。
作为线控技术与液压制动系统相结合的产物,从结构上看,电-液制动系统(- brake ,EHB)主要由电控系统和液压执行系统两大基本模块组成。其中,电控系统主要由电子控制单元(ECU)和一系列传感器组成,其核心功能是判断驾驶员的制动意图,并通过相应的控制程序向液压执行系统中各执行器发出控制指令,同时电控系统也通过CAN总线与其他车载电控系统进行通信和数据交换;液压执行系统主要由液压泵、蓄能器、电磁阀、制动主缸和制动轮缸等组成,各执行器接收来自ECU的控制指令,分别进行相应的操作以实现对轮缸压力的精确控制[1] 。
对于EHB系统,国内部分高校、科研单位做了初步的研究,且多为解决方案的提出和仿真研究,缺乏对EHB系统进行深入的试验研究和系统整体开发的能力。文献[2]中设计了一套电液制动系统,该系统通过踏板位移传感器获取驾驶员制动意图,并采用PID算法对液压系统压力进行主动控制,仿真和试验结果均证明,该系统具有良好的瞬态响应和稳态响应能力,并可利用滑移率控制实现ABS防抱死的功能。
文献[3]中提出了一种分布式电液制动系统的概念,并利用,和软件搭建系统的仿真模型。在搭建的系统实验台架上,运用PID控制方法进行了液压压力控制实验,实验结果显示该系统具有建压能力强、响应速度快,压力跟踪准确的优点。
集成式电-液制动系统(-- brake ,I-EHB)不同于目前应用较多的泵式电液制动(P-EHB)系统,它摒弃了高压蓄能器及其高速开关控制阀系,节省了成本并避免了泄漏风险[4],从成本和可靠性上更具优势。
由于I-EHB系统刚刚兴起,所以国内外研究主要集中于ESC和P-EHB 。相关研究如文献[5]中对P-EHB进行了相关建模及动态特性研究,文献[6]中对P-EHB系统的跟随特性进行了实验研究。
然而由于I-EHB系统采用了电机和减速机构,存在非线性时变因素,使其精确的动态液压力控制比较困难。且I-EHB由于其结构特征使其不能采用P-EHB或者电子稳定系统(,ESC)的液压力控制方法。此外,I-EHB系统的工作受温度、湿度和载荷扰动等多重不确定因素的影响,容易产生振荡。因此要求液压力控制系统对外界不确定的扰动有较强的适应性,同时满足法规要求。因此,对于I-EHB的液压力控制的研究有较高的实际应用需求和价值。国内对于I-EHB的研究,如文献[7]中利用基于系统改进的田口方法,提出一种集成式电液制动系统鲁棒性液压力控制方法,系统响应迅速,在500次试验内均保持稳健。
本文中简化了I-EHB系统模型,并基于摩擦模型重点对造成系统非线性特性的摩擦力进行分析。然后设计了针对I-EHB系统的抗积分饱和变结构控制方法[8],先通过和联合仿真验证控制算法的有效性。最后搭建了I-EHB系统样机和试验平台,进行了硬件在环台架试验,验证了控制算法的正确性。