基于动态力控制的线控制动系统仿真外文翻译资料

基于动态力控制的线控制动系统仿真

W.A. Shanaka P . Abeysiriwardhana and A.M. Harsha S. Abeykoon, Senior Member , IEEE

Department of Electrical Engineering

University of Moratuwa

Katubeddha, Sri Lanka

shanaka@elect.mrt.ac.lk, harsha@elect.mrt.ac.lk

摘 要：近年来，为了提高汽车驱动技术的可靠性、安全性和性能，人们开发了线控技术。制动系统是汽车安全最重要的控制系统。线控技术的发展鼓励了线控制动系统的发展，以减少传统机械和液压系统在汽车上的使用。提出了一种基于反作用力的双向电机控制方法，实现了一种新型的线控制动控制器。该系统采用两个带干扰观测器和反作用力观测器的线性执行器，以提供踏板力放大和踏板回缩能力。该系统包括一个力控制器，为驾驶员提供踏板感觉。采用机电制动位置控制提供制动力。对所提出的系统进行了不同条件下的仿真，测试了系统的性能和鲁棒性。仿真结果为系统的鲁棒性、力放大、踏板和制动回缩能力提供了依据。

关键词：线控制动；建模；仿真

1 导言

在发达社会，陆路运输是最重要的。近几十年来，随着科技的发展，陆地交通得到了改善，在满足许多发达经济体和发展中经济体需求的同时，运行速度更快、效率更高。陆路运输系统主要包括汽车运输系统和火车运输系统。对这些系统进行改进，会减少旅行时间和提高效率。快速运输系统对制动系统具有很高的重要性[1]。

紧急情况下的车辆制动是预防事故发生的重要手段，因此制动系统的可靠快速响应对车辆安全至关重要[2]。鼓式制动器是法国制造商路易雷诺（Louis Renault）在1902年开发的第一个现代汽车制动系统。在早期阶段，机械连杆被用来将制动意图传递给车轮。液压控制器后来成为著名的制动系统中机械力传递机构。盘式制动系统使用液压系统进行制动控制，通常用于轻型车辆。随后防抱死制动系统（ABS）、电子制动力分配（EBD）被开发出来以提高安全性[4]。

传统的制动系统包括制动踏板和制动片。在传统的制动系统中，使用流体动力学原理可以增加人的脚力[5]。新改进的液压系统包含制动助力器技术[6]。制动踏板和制动盘通过一个将踏板连接到车身的悬置弹簧机构从踩下位置缩回到原来的位置。线控制动系统是近年来随着线控驱动技术的发展而发展起来的。这些系统旨在减少车辆中机械和液压系统的使用[7]。线控制动系统使用电路和电子线路将踏板力传输到车轮制动盘，而无需任何液压力传输机构的干预。线控制动系统引入了动态制动控制、自动制动控制，避免了液压系统中的问题，包括泵和油封的成本[8]。

[9]中介绍了电子机械制动器（EMB），并提供了线控制动系统中盘式制动系统的制动方式。EMB可用于提供必要制动夹紧力的盘式制动器。在[10]中进行了盘式制动器夹紧力测量，为评估系统的力和传感器要求提供了必要的手段。在这些研究中开发的控制器不提供双边控制，以创建与制动踏板和EMB的互动。[11]中提供了EMB控制和可用的传感数据，表明该系统包括用于位置传感的力传感器和旋转变压器。踏板感知以及双边控制在[12]中被提及和发掘，但控制器是一个传统的双边系统，不包含制动助推能力。因此，控制器将向踏板引入总的制动执行器扰动力。有必要用带有双踏板感觉和制动助力器的线制动，以便在将制动夹紧力降低到可接受水平的同时为驾驶员提供制动感觉。

本文介绍了一种新型的双向力控制线控制动方法。该方法利用基于位置控制和反作用力观测器（RFOB）[13]的双边力控制系统，提供从踏板力到制动力的踏板感觉和制动助力。乘法标量允许产生不同车型的制动助力器和踏板感觉控制。另外，这种新的方法利用踏板电机中的弹簧效应来缩回踏板。在制动踏板和车身之间安装一个假想弹簧，类似于传统的车辆制动系统和小减震器来稳定系统。

所考虑的线控制动系统模型如图1所示。该模型包含两个线性执行器：踏板执行器和制动执行器。线制动控制器可方便地用于旋转电机或直线电机。考虑到EMB无刷直流电机中不同电机旋转角度[14]产生的夹紧力读数，选择模拟中使用的制动夹紧力，并创建线性夹紧力与线性偏转模型。

查表

图2 提出的线控电机环境的制动模型

图1 制动系统

制动力模型

制动力X

制动位移X

电控系统

线控制动系统

车轮

制动踏板

液力系统

液力制动系统

制动踏板弹簧效应也作为虚拟弹簧添加到控制器中，为驾驶员提供踏板弹簧的感觉。在汽车制动系统中，制动踏板的感觉是非常重要的。踏板力的感觉能够向驾驶员提供有关制动位移的信息[12]。在Matlab仿真环境中对系统进行仿真，对不同工况下的制动性能进行评估。

第二节对线控制动系统进行了数学建模，包括控制方法。此外，第二节还介绍了仿真中使用的控制框图及其参数。本文的仿真结果在第三节给出，包括系统在不同条件下的时间响应。最后，在第四节中用仿真结果说明了这种新方法的结论。

2 建模

传统制动系统使用液压泵系统将脚力发送到制动片，反之亦然，如图1所示。一个简单的线制动系统模型，其中电子控制器将力发送到踏板执行器和制动片执行器，如图1所示。该模型控制器将脚力传递到制动片上，制动电机将制动力经验传递到踏板上。此外，还对连接制动踏板和车身的弹簧进行了建模，以便为线控制动系统提供弹簧效应。表一描述了本文建模中使用的符号。两个线性执行器控制系统的位置和力如图2所示。该系统使用两个线性执行器来显示脚和制动钳的力。将模型线性化，并直接考虑作用在线性执行器上的力，以便执行器可以改为基于无刷直流电机的线性执行器[14]，如在EMB中。

踏板线性马达

制动钳

制动执行器

图3 提出的线控制动硬件模型

表一

表二

该模型具有比踏板电机更大的制动电机来描述作用在制动执行器上的大制动力。踏板电机和制动电机的电机力在和方向测量，制动力和脚力在电机力的相反方向测量。

考虑到图2中的踏板电机和制动电机，我们可以建立踏板执行器牛顿方程（1）和制动执行器牛顿方程（2），其中是驾驶员在制动踏板上释放的力，是由于制动片力而在制动电机上释放的力。

电机的制动力是的函数，并被建模为机械制动力或制动夹紧力、摩擦阻尼效应和制动片重量的效应的组合，见方程（3）。考虑到[14]中给出的夹紧力测量值，将制动夹紧力转换为图3所示的线性化图。EMB夹紧力-旋转动作转换为线性偏转-夹紧力图，这样制动执行器类型不会影响系统的执行。

线控制动控制器由踏板控制电机力控制器和制动电机位置控制器组成。踏板马达力控制器包含弹簧-阻尼器效应和制动效应。踏板上的弹簧-阻尼器效应力可导出为（4），

制动执行器中的反作用力观测器（RFOB）用于测量施加在制动执行器上的制动力，如图4中的系统框图所示。脚上的制动效果由踏板上的制动效果力，即方程（5）中的提供，

图4 提及的线控制动控制器

制动力

制动线性电机模型

电机摩擦力

踏板线性马达模型

电流传感器

踏板力

踏板电机力控制器采用（

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