电磁涡流刹车作为汽车辅助刹车的研究

摘要

在汽车控制系统中，制动部分是非常重要的组成部分。汽车行驶过程中为了保持适当的车辆间隔和驾乘舒适度，精确控制刹车力矩显得尤为重要。由于刹车控制执行系统是非线性的，一个响应速度快且具有鲁棒性的刹车控制系统是至关重要的。对于紧急刹车情况，除了精确控制刹车力矩外，还要避免轮子被抱死的情况发生。我们可以利用电磁涡流刹车作为现有刹车系统的一个补充，电磁涡流刹车系统的刹车力矩大小与车子的速度近似成正比例关系，这种刹车系统在高速情况下可以提供较大的刹车力矩，在紧急刹车情况下能提供较好的响应速度，另外由于它是非接触刹车可以延长整个刹车系统的寿命，同时可以大大提高行车的安全和驾乘的舒适度。 汽车刹车系统工作过程中，一般都存在机械能转化为热能的现象。如果要保证刹车片(盘)和刹车鼓的性能，就要令其工作在合适的工作温度。由于存在较高的能量转化，就要求刹车片(盘)与刹车鼓所用材料有合适的比热，并且在装配时也要考虑散热问题。对于摩擦制动器往往在设计、装配时没有考虑到散热问题，而导致制动器的失效。就电磁涡流刹车而言，由于采用了一套新的工作机制，它工作在相对凉爽的工况下。电磁涡流刹车有良好的散热能力，其工作相对独立，不会增加原有摩擦制动器的发热量。用电磁涡流刹车作为现有摩擦制动器的辅助刹车系统，原有的刹车系统就可以较少的利用，从而不会达到较高的温度，可以避免刹车失效的问题产生，大大提高刹车系统的使用寿命。所以可以说电磁涡流刹车是现有刹车系统的一个重要补充。因此有必要研究电磁涡流刹车系统。 本文提出了描述电磁涡流刹车静态特性(角速度和刹车力矩关系)的数学模型，这个新模型比有关文献以前提出的其他三个模型性能要好，它利用了最小二乘法原理进行模型预测。与老模型不同的是，新模型把电磁线圈磁场的电阻效应看作是转速的函数，而不再把它看作常量。这样就能综合磁铁的磁饱和、气隙及退磁等负面影响，使建立的新模型更精确。利用Matlab编写程序，描述不同的刹车特性(静态和动态静)，而且对不同的道路路况进行刹车性能评估。 控制器的设计考虑到了车轮的滑移，控制器的设计目标就是控制车轮的滑移率在一个理想的范围内，这时轮胎仍可以产生侧向力和驱动力以保证车辆运行安全，并且是车辆在较短距离内可以停下来。为了控制车轮的滑移率，所建立的模型用滑移率来描述车辆的动力学方程。整个刹车系统是非线性的和不确定的(参数的不确定和系统动力模型的不确定性)，由于滑模控制常用于参数和模型不确定的非线性系统，因此选用滑模控制来控制车轮的滑移率。由于滑模控制器的鲁棒性，可以用来解决刹车控制算法设计中的两个主要困难：1)车辆系统是参数随时间变化的且具有不确定性的非线性系统；2)整个刹车系统的性能表现和轮胎与路面的状况有很大关系。利用软件程序对设计的车辆系统模型进行了模拟，并且设计的滑模控制器使车辆在不同道路状况下的滑移率保持在给定的范围内。模拟结果表明，所设计的刹车系统有较好的性能。 本课题的研究表明，电磁涡流刹车是很好的辅助刹车装置。电磁涡流刹车的应用和控制可以在设计刹车系统的时候与摩擦刹车系统进行综合考虑，这样可以综合两个系统优点，在降低车辆使用成本的同时，可以最大程度地保证行车安全。

目录

文摘

英文文摘

论文说明：插图索引、附表索引、符号索引

声明

第1章绪论

1.1问题的提出

1.2国内外研究现状

1.3主要研究内容

第2章电磁涡流刹车的基本理论

2.1简介

2.2刹车系统的基本原理

2.3摩擦制动系统装置(主制动器)

2.4“刹车失效”效应

2.5辅助助刹车装置

2.6电磁刹车的基本原理及其优点

2.6.1电磁刹车的基本原理

2.6.2安装位置

2.6.3电磁涡流刹车控制线路

2.6.4电磁涡流刹车的特性

2.6.5热动力学性能

2.7.小结

第3章电磁涡流刹车的数学模型

3.1简介

3.2概述

3.3电磁涡流刹车有关模型

3.3.1 W.R.Smythe模型

3.3.2 D.Schieber模型

3.3.3 J.H.Wouterse模型

3.4模型修正

3.5模型比较

3.6小结

第4章车辆动力学研究

4.1简介

4.2系统动力学研究

4.2.1车轮动力学

4.2.2车辆动力学

4.2.3系统整合

4.2.4用滑移率描述系统动力学问题

4.2.5系统动力学稳定性分析

4.3小结

第5章滑模控制

5.1.概述

5.2稳定性理论

5.2.1稳定性概念

5.2.2稳定性理论

5.3滑模控制

5.3.1模型误差的影响

5.3.2滑移面

5.3.3控制器设计

5.3.4抖动现象的控制

5.4小结

第6章电磁涡流刹车滑模控制器的设计

6.1 ABS系统简介

6.2电磁涡流设车系统滑模控制器的设计

6.3 SIMULINK和S函数

6.4.模拟结果

6.5.小结

第7章单片机在电磁涡流刹车系统上应用的研究

7.1 Motorola 68HC11系列单片机介绍

7.2用68HC11组成的滑移率反馈控制系统的性能评价

7.2.1 I/0端口数量

7.2.2 CPU和指令系统

7.2.3对其他车轮滑移率控制量的可扩展性和适宜性

7.3.算法设计的考虑

7.4其他控制器的选择

7.5.小结

结论

参考文献

致谢

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