輕型商用車集成式電子液壓制動系統助力策略設計

李建濤　楊繼斌　徐曉惠　冉曉珂

摘 要：伴隨輕型商用車電動化的發展，用于輕型商用車的線控制動技術得到發展，針對線控制動技術中的集成式電子液壓制動系統，提出一種基于模糊PI控制反應盤主副面位移差的制動助力方法。通過實車驗證表明：實際反應盤主副面位移差能夠快速跟隨目標曲線，制動過程平順，具有實用性。

關鍵詞：輕型商用車 集成式電子液壓制動系統 模糊PI 反應盤主副面位移差

Aiding Strategy Design of Integrated Electronic Hydraulic Brake System for Light Commercial Vehicles

Li Jiantao，Yang Jibin，Xu Xiaohui，Ran Xiaoke

Abstract：With the development of electrification of light commercial vehicles， the brake-by-wire technology for light commercial vehicles has been developed. Aiming at the integrated electronic hydraulic brake system in the brake-by-wire technology， a fuzzy PI control reaction plate main and auxiliary is proposed. The actual vehicle verification shows that the displacement difference between the main and secondary surfaces of the actual reaction plate can quickly follow the target curve， and the braking process is smooth and is of practical use.

Key words：light commercial vehicle， integrated electronic hydraulic brake system， fuzzy PI， displacement difference between main and sub-surface of reaction disc

隨著汽車智能化、電動化的發展，傳統的真空制動助力系統已經不滿足制動需求，線控制動系統（BBW）由此發展迅速[1]。線控制動系統主要有泵式電子液壓制動系統（P-EHB）、集成式電子液壓制動系統（I-EHB）和電子機械制動系統（EMB）。EMB制動響應迅速，但電子機械制動器布局空間有限，電機選型小導致剎車力不足[2];P-EHB系統制動器用于高壓儲液罐的泵及其驅動電機在未制動時也需頻繁工作，使用壽命受到影響[3];I-EHB系統結構緊湊，助力電機承擔著助力和踏板力模擬的功能，保留著傳統的液壓制動系統，在電機出現故障失效時，依然能保障車輛制動的基本需求[4]，因此I-EHB系統是現在發展的主流。

因此，針對用于輕型商用車的I-EHB系統，設計一種基于模糊PI控制反應盤主副面位移差的制動助力方法。

1 I-EHB系統運動過程分析

集成式電子液壓制動系統結構如圖 1所示，電機通過齒輪11、10增加扭矩，齒輪10與絲桿螺母9通過滑槽連接，在電機失效時，允許制動踏板不被電機卡住，帶動整個絲杠螺母軸向移動，保障基本的制動需求。絲杠螺母將轉動轉化為平動，絲桿和反應盤殼體3相連，將會推著反應盤殼體向前移動，壓縮反應盤，推動主缸推頭5，進而壓縮主缸6實現增壓。

反應盤4與踏板推桿的靜態相對距離為1.2mm，在較小的電機助力下，踏板推桿很快經過空行程與反應盤主面接觸，此時電機助力和踏板力在反應盤處耦合，踏板推桿到反應盤的距離等于反應盤主副面位移差。踏板推桿與電機絲杠推桿的關系可描述為：

其中，xr為主副面相對位移差;xp為踏板推桿位移;xm為電機轉動角度;i1電機與齒輪傳動比;i2齒輪與絲杠螺母齒輪傳動比;i3絲杠螺母傳動比。

2 助力策略設計

制動助力系統控制算法結構如圖 2所示，通過實際電機位置和反應盤主副面位移差信號計算出踏板推桿位移。制動狀態辨識以踏板推桿位移信號作為輸入，使用邏輯門限方法辨識出制動、保持、回退三種狀態。根據真空助力器特性，設計目標反應盤主副面位移差曲線，如圖3所示。根據電機制動狀態和踏板推桿位移查表得到反應盤主副面位移差，與實際值作差得到誤差，模糊控制器根據誤差及其變化率調整PI參數，誤差經過PI控制器后得到目標電機位置，最后進行電機位置跟隨控制。

2.1 反應盤主副面位移差模糊PI控制器設計

模糊控制器以反應盤主副面位移差誤差及其變化率作為輸入量，PI控制器的參數、作為輸出量。誤差exr論域和誤差變化率dexr論域采用7個模糊變量，模糊集為{NB、NM、NS、ZO、PS、PM、PB}，其中：NB、NM、NS、ZO、PS、PM、PB分別代表較負大、負中、負小、零、正小、正中、正大。參數論域和參數論域采用5個模糊變量，模糊集為{VS、S、M、B、VB}，其中：VS、S、M、B、VB 分別代表較小、小、中、大、較大。模糊語言輸入、輸出變量采用三角形隸屬度函數。據經驗和知覺推理制定模糊控制規則，如表1、表2所示，再通過面積中心法轉化為清晰量。

3 實驗驗證

為了驗證控制策略的有效性，進行了實車驗證。在東風EV350輕型商用車上安裝I-EHB，如圖4所示，控制器主控芯片采用NXP5741P，使用NXP基于模型設計工具箱將Simulink控制程序生成代碼并下載到主控芯片中，上位機通過CAN通訊采集控制器數據。

從圖5、圖6可知，與PI控制相比，模糊PI控制能夠減少震蕩，快速將實際值控制在目標值附近。從圖7、圖8可知，踏板力曲線原車液壓制動助力系統制動后半行程踏板力超過了400N，踏板感沉重，I-EHB的踏板力小于180N，制動過程更加輕便舒適。

5 結語

本文對I-EHB系統的運動過程進行分析，提出一種基于模糊PI控制反應盤主副面位移差的制動助力方法，并在輕型商用車上驗證了制動助力控制略的有效性，比原車液壓制動助力輕便舒適。該方法不依賴模型參數，控制方式簡單，適合工程運用。

成都市重大科技創新（2019-YF08-00003-GX），流體及動力機械教育部重點實驗室研究基金（szjj2019-015），四川省科技廳重大專項（2019ZDZX0002）。

參考文獻：

[1]董雪梅.汽車線控制動技術的研究與分析[J].汽車實用技術，2019，284（5）：123-125.

[2]蔡海紅.汽車線控制動系統安全控制技術研究[J].內燃機與配件，2018：77-78.

[3]皮志剛.解耦式電動制動助力器的控制研究[D].華南理工大學， 2018.

[4]余卓平，徐松云，熊璐，等.集成式電子液壓制動系統魯棒性液壓力控制[J].機械工程學報，2015，51（16）：22-28.