模块化机械电子论文提纲

论文题目：乘用车新型电子机械制动助力器变助力特性研究

摘要：制动系统在汽车行驶安全中一直扮演着至关重要的角色,但随着环境污染、能源紧缺问题的出现以及计算机技术的快速发展,汽车行业朝着电动化、智能化、网联化和共享化方向发展,传统真空助力形式的制动系统已经不能够满足现代汽车的发展和要求,而电子机械制动助力器应运而生。电子机械制动助力器具有以下几个特点:（1）以电机作为伺服助力源,不需要发动机提供真空或真空泵,满足电动车逐渐取消发动机和无真空源的要求;（2）能够实现主动制动的快速响应和精确调节,满足智能车自适应巡航和自动紧急制动的要求;（3）与电子稳定性程序或主动蓄能器配合使用可以实现制动能量回收;（4）具有可调整的制动踏板特性。现如今,汽车的许多特性都可以通过软件进行调节,制动系统中可调整的踏板特性就是其中之一。通过控制参数和软件的调节可以改变助力器助力特性曲线,形成从活力运动型到舒适型优异的制动踏板感觉,满足不同国家、不同整车厂、不同汽车平台和不同消费人群的要求。本文对一种新型电子机械制动助力器的变助力特性进行了深入的理论分析和研究,并以此实现变助力控制,设计并实现了制动系统运动型、常规型和舒适型三种不同的制动踏板感觉,具体内容如下:（1）电子机械制动助力器原理分析与建模。针对一种新型电子机械制动助力器,详细介绍其在不同工作模式下的工作原理。为了更好的实现电子机械制动助力器仿真和控制参数优化,本文利用模块化的处理方法对助力器进行动力学建模,并进行相应的模型验证。为了实现对制动助力器的控制,需要对其进行一定程度的改装,加装了电机转角传感器并验证其工作的有效性。提出一种解析单边半字节传输协议的方法,完成位移差传感器的协议解析和标定。（2）变助力特性研究。从真空助力器的工作原理出发,讨论了其助力特性曲线的形成原因、调节措施和各阶段评价指标。橡胶反馈盘的特性是实现变助力控制的关键,通过两种简化模型理论分析出橡胶反馈盘主、副面位移差对助力特性曲线的影响,搭建橡胶反馈盘电动缸测试平台,测试橡胶反馈盘在不同工作模式和不同主、副面位移差下输入力、输入位移和输出力的关系,指导变助力控制策略的设计。（3）电子机械制动助力器变助力控制策略设计。本文讨论了电子机械制动助力器助力特性曲线的形成原因和调节措施。根据三种不同制动踏板感觉理想助力特性曲线的要求进行分段设计,利用橡胶反馈盘测试结果和机构工作原理,设计出不同制动踏板感觉下踏板输入推杆位移和橡胶反馈盘主、副面位移差的关系,以此间接得到电机期望目标位置。电机目标位置的跟随控制采用包括电流环、转速环和位置环的三闭环控制,电机在基速内采用恒转矩角控制方法,为了提高电机能够达到的最大转速,采用了无模型（参数不敏感）的弱磁控制方法。此外,为了提高控制精度,增加了惯性补偿环节和摩擦补偿环节。（4）电子机械制动助力器变助力控制策略试验验证。基于dSPACE快速控制原型开发工具MicroAutoBox II和RapidPro、电动缸、惯性导航RT 3000等设备搭建了台架试验平台和实车试验平台,详细介绍使用的软件系统和硬件系统。对电子机械制动助力器电机跟随控制策略、基础助力控制策略和变助力控制策略进行了试验验证,结果表明,该控制策略可以实现制动助力器活力运动型、常规型和舒适型三种不同的制动踏板感觉。综上所述,本文的研究实现了新型电子机械制动助力器变助力控制,并且将常规型制动踏板感觉助力特性曲线作为助力器的基础助力特性曲线。同时,本文的变助力特性研究成果,为其他以橡胶反馈盘作为耦合元件的助力器设计制动助力特性曲线和控制策略提供了参考。

关键词：电子机械制动助力器;变助力控制;橡胶反馈盘;永磁同步电机;快速控制原型

学科专业：车辆工程

摘要

ABSTRACT

第1章 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 电控助力制动系统研究现状

1.2.1 国外研究现状

1.2.2 国内研究现状

1.3 电控助力制动系统控制策略研究现状

1.3.1 国外研究现状

1.3.2 国内研究现状

1.4 本文主要研究内容

第2章 电子机械制动助力器原理分析与建模

2.1 电子机械制动助力器构型分析

2.1.1 电子机械制动助力器机械结构

2.1.2 电子机械制动助力器工作原理

2.2 电子机械制动助力器动力学建模

2.2.1 电机模型

2.2.2 输入系统模型

2.2.3 减速机构、伺服及耦合装置模型

2.2.4 输出系统模型

2.2.5 摩擦模型

2.2.6 制动主缸模型

2.2.7 动力学模型验证与分析

2.3 制动助力器的改装

2.4 传感器的标定

2.4.1 电机转角传感器

2.4.2 位移差传感器

2.5 本章小结

第3章 变助力特性研究

3.1 真空助力器

3.1.1 真空助力器工作原理

3.1.2 真空助力器助力特性曲线

3.2 橡胶反馈盘

3.2.1 橡胶反馈盘变形状态

3.2.2 橡胶反馈盘模型

3.3 橡胶反馈盘测试试验台

3.4 橡胶反馈盘特性测试

3.4.1 橡胶反馈盘仅主面受力试验

3.4.2 橡胶反馈盘仅副面受力试验

3.4.3 橡胶反馈盘凸起试验

3.4.4 橡胶反馈盘下凹试验

3.4.5 橡胶反馈盘变主副面位移差试验

3.5 本章小结

第4章 电子机械制动助力器变助力控制策略设计

4.1 面向实车的变助力控制策略

4.2 制动助力特性曲线设计

4.2.1 信号处理

4.2.2 制动踏板方向识别

4.2.3 汽车运动状态判断

4.2.4 伺服目标位移求解

4.3 永磁同步电机控制策略

4.3.1 矢量控制算法设计

4.3.2 弱磁控制算法设计

4.3.3 空间矢量调制算法实现

4.3.4 三闭环PI+可变增益+前馈补偿的控制策略

4.4 本章小结

第5章 电子机械制动助力器变助力控制策略试验验证

5.1 控制策略台架试验验证

5.1.1 试验台架方案

5.1.2 软硬件介绍

5.1.3 试验结果与分析

5.2 控制策略实车试验验证

5.2.1 实车测试平台方案

5.2.2 试验结果与分析

5.3 本章小结

第6章 全文总结与展望

6.1 本文研究内容总结

6.2 研究展望

参考文献

致谢