电动客车气压制动响应特性与复合制动控制研究

花双平

摘要：随着我国的经济在快速的发展，社会在不断的进步，1）以某型电动客车为研究对象建立了复合制动系统仿真模型，复合制动系统模型包括再生制动仿真模型和气压制动仿真模型，其中再生制动仿真模型包括AVL-cruise中的整车模型、电机模型和电池模型;气压制动仿真模型包括AMEsim中的电控气压制动系统模型，MATLAB/simulink中的七自由度整车模型和TruckSim中的高精度整车模型。2）在电动客车复合制动系统仿真模型的基础的上设计了电动客车复合制动控制策略，其主要包括再生制动控制策略和气压ABS控制策略。分析了制动法规、电机、电池和车速对再生制动力分配的影响，然后制定了再生制动控制策略;研究了自适应容积卡尔曼滤波（ACKF）算法在车辆状态估算中的应用和修正逻辑门限值算法在执行机构控制中的应用，最后提出了基于滑移率的全局滑模变ABS控制策略。

关键词：车辆工程;电动客车;复合制动;研究

引言

最新发布的《BP世界能源统计年鉴》显示：石油仍是全球最重要的燃料，占全球能源消费的三分之一以上;2016年全球石油消费增长160万桶旧，其中中国消费增长40万桶旧，是最主要的需求增量;而与消费情况相反，全球石油产量仅增长40万桶旧，为2013年以来最缓增速。在全球石油产量增速放缓的同时，我国的原油产量自2015年开始出现持续下滑现象，这直接导致我国对进口原油的依赖度不断增加，截止201_5年，我国原油进口依赖度突破60%，这无疑给我国的能源安全提出了巨大挑战。

1电动客车复合制动系统总体构型

图1为本文中电动客车复合制动系统总体构型，根据构型建立的复合制动系统仿真模型主要包括：整车模型、电机模型、电池模型、电控制动系统模型（EBS），其中电控制动系统模型主要包括：前桥压力控制模块（FM）模型、后桥压力控制模块（RM）模型和ABS电磁阀模型，此外本文中共涉及三个车辆模型，第一个是在AVL-cruise中搭建的中等精度的车辆模型，主要用于再生制动工况中整车燃油经济性的仿真验证，第二个是在TruckSim中搭建的高精度车辆模型，主要用于ABS工况的仿真验证;第三个是在MATLAB/simulink中搭建的一个七自由度整车模型，主要用于ABS工况中的状态估算。

2电动客车复合制动系统控制策略设计

2.1电动客车复合制动控制策略总体架构

图2是本文中复合制动系统控制策略的总体架构图，复合制动控制策略包括两部分，第一部分是车辆不发生滑移的常规制动工况，这时车辆进入再生制动控制，再生制动控制策略首先根据制动强度确定前后轴制动力分配，然后将后轴制动力与电机实时能够提供的最大电机制动力对比，最后确定前后轴气压制动力和电机制动力，再生制动过程中采用cruise软件自带的简化气压制动系统;第二部分是车辆发生滑移的紧急制动工况，这时再生制动退出，车辆进入气压ABS控制，由ABS控制策略确定四个车轮的气压制动力，然后控制气压制动系统执行机构响应，最终实现对整车的制动控制。

2.2后轴气压制动力与电机制动力分配

在确定前后轴制动力分配策略之后，再生制动控制策略的第二部分内容就是确定后轴气压制动力与电机制动力的分配，由于本文的再生制动控制策略目標是在满足法规要求的前提下最大限度的回收制动能量，所以后轴制动力采用如下分配策略：如果电机最大制动力能够满足后轴制动力的要求则由电机单独制动，如果电机制动力不能单独满足后轴制动力的要求，则由最大电机制动力和后轴气压制动力共同制动。

2.3线性卡尔曼滤波算法

在工程实践中，很多状态变量的真实值不能直接获取或者获取成本太高，因此状态估计问题逐渐成为现代控制理论的一个重要研究方向。状态估计的过程是根据状态变量的观测信号来估计状态变量的真实值，由于状态变量的观测信号中存在观测噪声，状态变量在运动过程中存在过程噪声，所以要准确的获得所需的状态变量是不可能的，只能根据观测信号来估计这些状态量，这其中卡尔曼滤波器（KalmanFilter，KF）就是一种能有效降低噪声影响的利器，在线性系统中，卡尔曼滤波是最优滤波器，因为不同于维纳滤波器，卡尔曼滤波是递推的，所以随着计算机技术的进步，计算要求和复杂性不再是卡尔曼滤波的应用障碍，目前卡尔曼滤波越来越多的应用于国防和制导等高科技领域。

2.4滑模面设计

基于滑移率的滑模变ABS控制器设计分为两个部分，第一部分是根据ABS系统的控制目标设计滑模面，保证系统在滑动模态区的运动渐进稳定;第二部分是根据滑模面设计控制律，保证在任意初始状态下，系统能在有限时间内移动到滑模面上BAl基于滑移率的ABS控制器以滑移率为控制目标，当车轮的滑移率在15%-20%之间时地面制动力达到最大值，这时车轮能够最大限度的利用路面附着条件，减小制动距离，保证制动安全，因此本文中ABS控制器的控制目标就是将四个车轮的滑移率控制在最佳滑移率附近，所以选择车轮实际滑移率与理想滑移率之差作为滑模面。

2.5轮胎模型

轮胎是车辆与地面接触并传递力和力矩的唯一部件，车辆所受的纵向力、侧向力和回正力矩都是轮胎与地面接触产生的，因此轮胎模型是否准确对整车模型至关重要。目前主流的轮胎模型分为三类：理论模型、半经验模型和经验模型。半经验模型和经验模型大都是通过实验数据拟合得到，形式简洁，计算简单，但是通用性较差，为了提高模型的适用性本文选择理论模型一GIM轮胎模型，GIM轮胎模型对于侧向力和纵向力的计算精度较高且模型参数测取方便。

2.6制动器模型

从上文中知高压气体从储气筒经EBS系统各执行机构最终达到制动气室产生制动压力，因此EBS能控制的是制动气室的制动压力，而在ABS和再生制动控制策略中，最终给出的是车轮的制动力或者制动力矩，这中间就需要一个关键的转换部件一制动器。制动器主要分为盘式制动器与鼓式制动器，盘式制动器以圆盘状的制动盘作为摩擦副中的旋转元件，盘式制动器尺寸小、质量轻、抗热衰退性能好，普遍用于乘用车;鼓式制动器以制动鼓作为摩擦副中的旋转元件，鼓式制动器制动效能高、成本低、能兼顾驻车制动，所以商用车特别是重型载货或载客商用车均采用鼓式制动器。

结语

1）研究了电动客车复合制动系统的总体布置并建立了复合制动系统仿真模型，复合制动系统模型主要包括再生制动仿真模型和气压制动仿真模型，其中再生制动仿真模型包括AVL-cruise中的整车模型、电机模型和电池模型;气压制动仿真模型包括AMEsim中的电控气压制动系统模型，MATLAB/simulink中的七自由度整车模型和Trucksim中的高精度整车模型。2）在电动客车复合制动系统仿真模型的基础的上设计了电动客车复合制动控制策略，其主要由再生制动控制策略和气压ABS控制策略组成，其中再生制动控制策略包括前后轴制动力分配策略和后轴电机制动力与气压制动力分配策略;气压ABS控制策略包括基于ACKF的状态估算策略、电控气压制动系统执行机构控制策略和基于滑移率的全局滑模变ABS控制策略。

参考文献

[1]韩正铁，宗长富，赵伟强.商用车EBS系统比例继动阀特性与控制方法[[J].农业机械学报，2014，45（10）：1一6.

[2]韩正铁.商用车电控制动系统迟滞特性及补偿控制策略研究[D].吉林大学2014.

（作者身份证号码：320124198811083258）