电动汽车线控制动同步机理及控制策略研究

The distributed brake mode under the network control like Brake-By-Wire (BBW) has brought the fundamental change in vehicle braking performance and plays a leading role in the modern automobile industry especially the electric vehicle industry. However, the defect of synchronous control performance blocks the development of BBW. In this project, BBW synchronous mechanism and synchronous control strategy will be studied from three important aspects affect the synchronization aiming at improving the electric vehicle braking safety and developing the key technology of BBW. Firstly, the theoretical model of the vehicle braking performance and synchronous control performance will be set up, then the coupling control structure of BBW and multi-motor synchronous coupling intelligent control strategy will be proposed to make sure the output responses of Electro-Mechanical Brake (EMB) are synchronizing. Secondly, a distributed vehicle brake network platform based on FlexRay will be built. Besides, a network time delay control strategy and a message scheduling strategy will be proposed to ensure the synchronicity of network information transmission. Thirdly, the optimal braking force distribution strategy with three wheels based on BBW inherent redundancy will be studied to achieve the brake control security refactoring in case of the brakes are not synchronizing due to any wheel brake failure. Through the perspective of multi-feature coupling mechanism analysis and dynamic coordinated control research, this project will solve the key scientific problems of BBW synchronicity of the electric vehicle, and lay the theoretical foundation for independent development of high-performance braking stability technology.

线控制动这种网络环境下分布式制动方式，给汽车制动性能带来了根本性变革，在现代汽车尤其是电动汽车领域具有技术引领作用。然而，制约线控制动技术发展的核心问题之一是同步控制性能。本项目以提高电动汽车制动安全性、发展线控制动核心技术为目标，从影响同步性最重要的三个方面研究线控制动同步机理及控制策略。一是建立融合汽车制动性与控制同步性的理论模型，构建线控制动耦合控制架构，提出多电机同步耦合智能控制策略，确保电机制动器输出响应的同步性；二是构建分布式制动FlexRay网络平台，提出网络时延控制和消息调度策略，确保网络传输的同步性；三是利用线控制动固有冗余，研究三轮协同制动力最优分配策略，实现因某一车轮制动失效造成制动不同步时的制动控制安全重构，确保这类极端情况下车辆稳定性。本项目从多特征耦合机理与动态协同控制角度，解决电动汽车线控制动同步的关键科学问题，为自主开发高性能制动稳定性技术奠定理论基础。

线控制动技术可极大地提高汽车的安全性、可靠性和稳定性，在新能源汽车上有着广泛的应用前景，提高线控制动的同步控制性能对保证车轮制动的协调一致性、制动力控制决策的准确性以及车辆安全性至关重要，因此本基金从影响同步性能最重要的三个方面（车载网络时延控制方法及消息调度策略、线控制动系统同步制动控制及三轮协同制动力分配策略）对电动汽车线控制动同步机理和控制策略进行了研究。.在车载网络时延控制方法及消息调度策略方面，首先提出了一种采用减少静态段协议附加载荷的方法来求解最优负载长度的静态段参数优化模型，能够有效提高FlexRay总线静态段的带宽利用率；其次提出了一种最优负载长度和最少时隙个数的消息封装算法，通过将帧封装的非线性整数规划问题转变成为箱子尺寸和个数都确定的装箱问题，提高了帧封装效率；然后提出了一种基于可靠性目标的FlexRay总线静态段消息重传调度策略，通过全局可靠性目标及消息的时隙复用有效减小了静态段报文重传对带宽的占用，并实现了消息传输时延的最小化；最后搭建了基于FlexRay总线的线控制动通信实验平台，根据消息重传调度策略所得的最优化调度结果，对通信系统进行了全系统仿真、半实物仿真及系统集成测试。.在线控制动系统同步制动控制方面，首先初选电子机械制动（Electro-mechanical Brake, EMB）执行器的结构型式，对相关机电部件选型设计和性能校核。其次，开展对EMB执行器控制系统的设计工作，实现对单轮EMB执行器的精确控制。在此基础上，从整车制动系统出发，研究基于EMB执行器的四轮独立制动系统控制技术，采用基于滑移率和基于制动压力的两种策略实现对汽车制动系统的控制。针对EMB系统的同步制动问题，提出基于轮速偏差补偿的制动力耦合控制策略，能够有效保证汽车制动时的稳定性。.在三轮协同制动力分配策略方面，以单轮制动失效下制动力重构为研究重点，提出了单轮制动失效下三轮协同制动力优化分配控制策略：以最大程度满足驾驶员制动期望为目标，充分利用地面附着系数，初始分配剩余三轮制动力；为防止车辆因制动力重构产生横摆或跑偏，以横摆角速度和质心侧偏角为控制目标，采用滑模控制方法设计线控前轮转向控制器；考虑前轮转向对轮胎纵向力的影响，建立基于魔术公式的轮胎侧向力数学模型，以轮胎负载率为目标，基于二次规划方法实时优化轮胎在侧偏纵滑工况下的制动力。