轿车稳定性控制系统轮缸压力控制和估算算法研究

轿车稳定性控制系统是一种以制动防抱死和驱动防滑转为基础并增加横摆力矩控制的主动安全控制系统。它通过轮缸压力控制和估算模块精确控制轮缸压力,使车辆产生一定的横摆力矩,抑制其不足转向和过多转向的运动趋势,从而改善车辆的行驶稳定性。轮缸压力控制和估算算法作为稳定性系统控制算法的一部分,位于主控算法和底层硬件驱动之间,用于进一步解析主控算法和向底层硬件驱动发送控制指令,能够提高稳定性系统对制动压力的控制精度,是整个稳定性控制算法的重要组成部分。 目前国外公司如德国博世和大陆公司,美国天合和德尔福公司,日本电装和韩国万都公司等都已将此项技术成果应用于轿车电子稳定性控制系统产品中。国内还未对此项技术开展深入研究,这已经成为电子稳定性控制系统开发的技术瓶颈之一。开展本项研究对于打破国外技术垄断,提高自主创新能力意义重大。本文结合国家和省部级项目开展的主要研究工作如下： 1、ESC液压制动系统的理论分析。主要包括液压调节单元的结构原理分析,工作原理分析；高速开关阀的开关原理和控制理论分析；电机液压泵的运动原理和控制理论分析；ESC液压制动系统压力建立理论分析。以上分析为轮缸压力控制和估算算法的研究提供重要的理论依据。 2、ESC液压制动系统的试验分析。主要包括电机液压泵、进油阀、出油阀的电气响应特性测试；电机液压泵、进油阀、出油阀的液压响应特性测试；ESC液压制动系统的P V特性测试。以上分析为轮缸压力控制和估算算法提供重要的试验依据。 3、ESC系统轮缸压力控制与估算关键参数的确定。主要包括轮缸压力控制和估算模型的初始轮缸压力估算算法研究；基于目标轮缸压力与实际轮缸压力偏差以及其偏差变化率的目标轮缸压力变化速率的模糊控制器设计；基于路面附着情况跃变的目标轮缸压力变化速率修正原则。以上研究为轮缸压力的控制和估算提供了所需的外部变量。 4、ESC系统轮缸压力控制与估算的算法研究。根据电磁阀、电机液压泵以及ESC液压制动系统的特性曲线和关键参数,各部件的工作状态和压力需求,提出了基于理论与试验相结合的轮缸压力控制和估算的经验和半经验控制算法。 5、ESC液压制动系统硬件在环试验验证。建立了基于Matlab/Simulink/xPC Target的ESC综合试验台,并对所建立的轮缸压力控制和估算模型进行了不同目标压力需求的试验验证。 通过以上研究本文可以得到以下结论： 1、以打开“黑箱”为目的,利用理论与试验相结合的方法,对影响轮缸压力快速、平稳建立的各部件因素进行分析研究,并进行有机组合,只对电磁阀、电机液压泵以及ESC液压制动系统的P V特性进行试验研究,研究表明这种方式能够较为真实的获取ESC液压制动系统的压力控制特性。 2、基于液压介质体积压缩系数理论,采用改进型制动压力与制动液体积之间的变化关系即P V特性,能够灵活的考虑制动管路和制动轮缸的弹性变形以及沿程压力损失和局部压力损失等的影响,为轮缸压力控制和估算模型奠定了基础。 3、通过试验数据分析,得出电磁阀、电机液压泵的最优PWM控制信号周期和PWM控制信号占空比范围,为达到目标轮缸压力变化速率需求时,在实际压力一定的情况下为PWM控制信号占空比提供了参考数据库。 4、基于车轮压力状态和路面附着系数的变轮缸压力变化速率的压力控制原理,结合电磁阀流量特性和液压制动系统PV特性的压力估算原理,进行轮缸压力的控制,能够使轮缸压力快速、平稳建立。