基于自抗扰控制的电子制动助力器控制方法研究

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随着汽车电动化和智能化的发展,传统的真空助力器已无法满足新能源汽车制动系统的需求。电子制动助力器作为一种新型制动执行器,不仅可以替代真空助力器实现助力制动,还可以与自适应巡航控制(ACC)、自动紧急制动(AEB)等功能协调工作实现主动制动。论文以自主设计的电子制动助力器为研究对象,以助力制动和主动制动两种工作模式为主线展开研究,主要研究内容如下:(1)基于真空助力器工作原理,设计了以永磁同步电机为动力源,“两级齿轮+丝杠螺母”传动的非解耦式电子制动助力器;建立了助力器关键部件永磁同步电机、传动机构、反馈盘及制动踏板模型;提出了助力制动与主动制动模式切换的控制架构。(2)对于助力制动模式,针对PID串级控制策略动态性能和抗干扰能力差等问题,根据助力器工作要求,提出了基于自抗扰控制的助力制动控制策略;设计了助力器自抗扰控制器,通过稳定性分析和带宽法原理简化了控制器待整定参数个数。针对控制器参数整定困难等问题,通过粒子群优化算法寻优实现了控制器参数自整定。在Simulink和AMESim中搭建了助力器模型、PID串级控制器及自抗扰控制器等模型,仿真结果表明基于自抗扰控制的助力制动控制策略在动态性能、稳定性及抗干扰能力等方面均显著优于PID串级控制策略。(3)对于主动制动模式,针对单一前馈查表鲁棒性和抗干扰能力差等问题,提出了模糊PI主动制动控制策略,通过模糊规则实现PI参数自适应调整。针对模糊规则在误差和误差变化率较小时利用率低等问题,设计了比例型函数伸缩因子实现论域实时调整。搭建了相关模型并进行仿真分析,结果表明提出的可变论域模糊PI主动制动控制策略在快速性和准确性等方面表现优异,压力控制反应速度快、超调量小且稳态误差小。(4)基于电子制动助力器样机和真实制动系统,搭建了助力器试验台架,采用恩智浦S32K144开发板和基于模型的设计(MBD)开发方法,对助力器和提出的控制策略进行初步验证,结果表明了助力器在工程实际中的可应用性。在Simulink、AMESim和Car Sim中搭建了面向整车的主动制动仿真模型,验证了所提出控制策略的有效性以及助力器作为高级辅助驾驶或自动驾驶系统主动制动执行器的可行性。
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