乘用车可变气隙宽度的电磁与摩擦集成制动器研究

摘要

为了降低盘式制动器的使用强度，以及提高制动系统的响应速度与控制精度，本文提出一种安装于乘用车的电磁与摩擦集成制动器及其控制技术。其具有可以显著提高电磁制动力矩的新型电磁制动器结构，即将可变气隙宽度的功能结构嵌入在电磁制动器结构中。
　　论文首先分析了可变气隙宽度的电磁制动器技术可行性，紧接着对其部分结构参数进行了优化设计。在分析了乘用车几种典型制动工况后，给出了相应的集成制动器工作模式，进而提出制动力分配策略和控制方法。本文设计了基于微处理器的集成制动器控制器，具体包括控制器硬件电路，底层软件以及制动控制算法。
　　对可变气隙宽度电磁制动器结构，采用影响因素剖析法，对影响电磁制动力矩的每一项结构参数进行具体分析，进而找到有改进空间的参数。采用有限元方法分析该电磁制动器结构的可行性，在ANSYS中建立其1/6物理模型，仿真其在制动时是否能够稳定工作。在Simulink工具中建立PID和模糊PID仿真模型，比较它们的控制效果。最后对可变气隙宽度的电磁制动器样机进行了性能试验研究。
　　有限元仿真结果表明：可变气隙宽度的电磁制动器工作时，铁芯温度最高，热膨胀件温度最低；两者最大温差在缓速制动工况中为14℃，在紧急制动工况中为54℃。在这两种制动工况中，气隙宽度值均以幂函数微降，变化幅度均不超过0.1mm。结构参数优化结果表明：热膨胀件和铁芯轴向长度的比值为0.7时，电磁制动器工作性能最佳。Simulink仿真结果表明：相对于PID控制，利用模糊PID控制集成制动器，其控制稳态精度高，超调幅度小，振荡小。试验结果表明：缓速制动工况中，线圈通入10A和20A两档电流，最大电磁制动力矩达到250Nm；紧急制动工况中，线圈通入40A电流，最大电磁制动力矩达到580Nm。
　　研究表明：可变气隙宽度的电磁制动系统是可以稳定工作的，它可以减少气隙宽度设计值，进而显著增大电磁制动力矩；可以通过调整热膨胀件和铁芯轴向长度的比值，来设计最佳的初始气隙宽度；对于集成制动系统的控制，模糊PID的控制效果优于PID控制。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 研究背景与研究意义

1.2 电磁制动技术研究与应用现状

1.3 本文主要研究内容

第二章 可变气隙宽度的电磁制动器方案比较

2.1 可变气隙宽度电磁制动器的结构与原理

2.2 减小气隙宽度的方案比较

2.3 本章小结

第三章 可变气隙宽度的电磁制动器有限元分析

3.1 电磁制动器温升模型

3.2 电磁制动器气隙宽度模型

3.3 电磁制动器比较分析

3.4 本章小结

第四章 可变气隙宽度电磁制动器的结构参数优化

4.1 优化目标

4.2 设计变量

4.3 目标函数

4.4 约束条件

4.5 优化结果分析

4.6 本章小结

第五章 集成制动系统的协调控制

5.1 集成制动系统工作模式分析

5.2 集成制动系统的控制

5.3 模糊PID控制系统仿真

5.4 本章小结

第六章 集成制动系统的控制器设计

6.1 控制器设计需要考虑的问题

6.2 控制器硬件电路

6.3 控制器软件

6.4典型软件模块

6.5 本章小结

第七章 可变气隙宽度的电磁制动器试验研究

7.1 试验台架与试验条件

7.2 温升试验和制动性能试验

7.3 本章小结

第八章 总结与展望

8.1 全文总结

8.2 进一步研究展望

参考文献

致谢

作者在攻读硕士学位期间发表与完成的论文

作者在攻读硕士学位期间申请专利情况

作者在攻读硕士学位期间负责或参与的科研项目