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随着能源危机与环境问题的日益严峻,以节能和环保为特点的新能源汽车成为了全球研究的热点。在电动汽车中,由于驱动电机的介入,引发了车用驱制动系统结构与工作原理的巨大变化。经过多年的研发,电动汽车已实现规模化应用,但针对电动汽车制动性能进一步的提升与优化,还需根据电制动系统自身特点,在制动安全性、制动舒适性方面进行深入研究,达到电制动系统性能综合优化的目标。同时,需要对车用电制动系统实物及其动态控制方法进行全面的测试分析,而室内试验台架则是除实车道路测试外电制动系统重要的测试平台。测试平台应该能够准确模拟电制动系统在不同实车运行工况下的真实受力与运动状态,如何在台架上精确给定并准确执行电制动系统的负载模拟量是台架测试的核心技术。 本文以纯电动轿车为对象开展研究,重点研究了车辆动力学建模与不同车型传动系机械特性差异、车辆极端制动工况下传动系机械特性补偿方法、极端制动工况下电机转矩的精确控制、电制动系统的试验台架测试技术。通过研究,实现车用制动系统以电制动为主、液压制动为辅的运行方式,利用电制动系统优良的控制性能提升车辆制动的安全性、舒适性。 首先,考虑纯电驱动轿车中三种典型车型在传动系特性上的差异,对其分别进行车辆动力学模型的搭建及传动系特性的分析。针对电动轮车型,将其传动系简化为刚性,建立单轮车辆模型,将传动系传递特性视为转矩幅值的传动比增益;针对轮边电机驱动车型传动系的半轴弹性及阻尼,建立1/2车辆纵向动力学模型,在频域内分析传动系弹性及阻尼对电制动转矩传递的影响,研究电机转矩传递前后的幅值及相位发生的改变;针对集中驱动式车型传动系的弹性、阻尼与传动系齿隙非线性的耦合特性,进一步修正车辆动力学模型,研究传动系的齿隙在接触面发生变化时产生冲击及半轴转矩产生振荡的机理。 其次,设计不同传动系机械特性下电制动系统动态控制方法。针对刚性传动系下的电制动系统,基于车轮目标滑移率提出电制动与液压制动转矩的分配策略。通过以电制动为主,液压制动为辅的方式,设计参数自适应的滑移率闭环控制方法,以缩短制动距离。针对弹性传动系下的电制动系统,设计半轴转矩实时估计方法,提出半轴转矩补偿方法,在车轮滑移率闭环控制的基础上加入半轴转矩控制内环,以缩短整车制动距离。针对传动系齿隙及弹性耦合特性下的电制动系统,设计传动系主动补偿方法,当开始穿过齿隙时切换至齿隙补偿控制,以减小齿轮在重新接触瞬间的转速差,当齿轮重新接触后,切换至半轴补偿控制,以减小制动冲击,提升电制动系统动态控制性能。 接着,针对车用电制动系统动态制动过程的电机转矩精确控制,基于永磁同步电机磁场定向控制模型,结合补偿传动系特性后的电机转矩命令生成方法,完成电机制动、传动系补偿、液压制动、车轮滑移等车辆动态特性的综合控制。与未考虑传动系弹性、阻尼、齿隙及未考虑电机电压、电流、转矩物理建模的制动方法相比,所提出的电制动系统控制方法仿真分析更接近真实工况,在单一附着及对接路面上电机的电流分量控制快速准确,将电机转矩完全控制在制动象限,充分利用电机转矩控制优势,实现极端工况下电动汽车平稳、快速的动态制动效果。 最后,针对车用电制动系统在试验台架上的测试问题,采取通用的被测电机转矩控制、测功机转速控制的测试方案,对极端工况弹性传动系下电制动系统的动态测试方法进行优化。研究利用试验台架模拟电制动系统的负载对台架动态性能的需求,提出符合测试要求的测功机技术参数范围,指导测试装备硬件的选型。在控制测功机模拟电制动系统负载的方法中,测功机转速闭环PI法是常用的,在此基础上设计基于电机转矩前馈法及台架逆动力学模型法的负载模拟方法,使极端工况弹性传动系下电制动系统负载的模拟误差大幅减小,对纵向极端制动情形提供精度更高的模拟效果。所提出的测试方法具有良好的动态跟随性能和鲁棒性,使得台架测试数据真实可信,不会影响制动控制效果的正确评价,为车用电制动系统控制的台架测试提供技术支撑。