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1、天津科技大学TIAN JIN UNIVERSITY OF SCIENCE & TECHNOLOGY文献翻译专业：机械工程及自动化（汽车工程）姓名：李晓婷学号：05017129指导教师：贺丽娟天津科技大学外文资料翻译滑动钻进式混合电力制动系统的性能评估摘 要：本文章倡导的是新概念混合电力制动系统( HEBS)。它由接触式传统的液压制动系统（CBS)与非接触式涡流制动器系统( ECB)结合而成的。接触式传统液压制动系统(ECB)由涡流电流和磁通量之间的交互作用产生制动力。可是非接触式涡流制动器系统在低车速情况下产生足够的扭矩，并且当它运转的时候会发热，引起效能退化。当然，接触式传统液压制动系统也有
2、几个与摩擦相关的问题,例如:热损耗,噪音和磨损。为了克服这些问题，结合式混合电力制动系统被设计和评估。汽车与轮胎模型的发展、制动转矩的分析都是利用近似理论模型来完成的。滑动钻进式控制器被设计并用来维持汽车运动期间车轮滑动的控制。模拟结果显示：新型的混合电力制动系统和设计成的控制器缩小了在干的柏油路与结冰的道路上以较少耗电量行驶的制动距离。而且结果证明：ECB系统是有效的辅助减速设备。因此，CBS和ECB的合理匹配将在减少车辆营运费的同时提高其安全性。2004年Elsevier有限公司版权所有关键词:混合电力制动系统( HEBS)；涡流制动器( ECB)；传统的液压制动系统( CBS)；防抱死制
3、动系(ABS)；滑块式控制器1 引言涡流制动系统是一个电磁制动减速器，当汽车下长坡和陡坡时，它是促进制动力增加的。它由绕传动轴绕旋转的压盘和一组电磁铁组成。ECB的制动转矩可以写成制动盘角速度和叠加电流的函数。如果叠加电流恒定，则制动力随角速度增加。因为当车轮开始滑行时，制动转矩自动地减小，这个现象有效的防止了滑动轮被抱死。该系统已经普及，并常常被用作辅助减速系统。但是，因为转动力矩与角速度成正比，所以ECB的制动转矩在低车速时几乎是可以不计的。由于叠加电流的磁性饱和性，该系统在极低车速下是不可控制的。此外，ECB运转时的发热现象，引起其性能损耗。传统的混合的电力制动系统( CBS)用于商用车
4、上，可是它们仍有很多问题，比如在压力增大情况下会出现时间延迟现象、噪音、振动、失稳、刹车片磨损和啮合机件的错位和在高速行驶时其笨重的体积和弱的制动器性能。因而，一个大功率的和稳固的制动系统需要保证其可靠性和汽车的安全性。在该项工作中，混合电力制动系统(HEBS)将克服这些问题。HEBS由ECB和CBS组成，如插图所示。速度感传器测量制动盘的旋转速度，根据辅助信息控制器的信号来决定哪个制动系统将要被利用，比如：轮转速和驾驶员踏板输入的位移，在高车速行驶状况下，ECB被使用，因为它能提供较高的制动转矩、较短的响应时间和良好的防抱死制动性能。ECB更好地消散热量并能够独立地工作，没有增加CBS的温度
5、。当汽车的速度下降时，ECB需要更多的输入电流来保持该制动转矩，但是该系统了限制电流以保护电路，防止其变得过热（所以电流不能无限制的增加）。此外，当电流增加时磁通量会饱和，为了解决这个问题，CBS被用来作辅助的减速系统，CBS由于很少使用，它的温度不会达到很高的。因而，刹车片有较长的使用寿命和避免了潜在的制动失效问题。2 涡流制动系统分析新的汽车系统的数学模型用来描述和分析研究ECB、CBS和HEBS的特性。Matlab是用来描述不同的制动特征和评估其在不同道路状况下性能的软件程序。调节器的设计也是用来维持汽车运动过程中车轮滑动的控制系统。这个制动控制系统的作用是保持车轮在一理想值范围内滑动，
6、以使轮胎能够产生侧向力、转向操作力和缩短制动距离。由于汽车和轮胎模型的非线性和不可靠性，采用滑动钻进式的非线性控制方案来调节滑动控制系统，它是用来处理非线性系统参数和模型不可靠性的。由于它的稳定特性,该滑动钻进式调节装置可以应对道路条件的多样化和在动态模型中的不确定性。涡流制动系统分析图2显示的是一个ECB的示意图。麦克斯韦原则可用于解释ECB的磁性特性。当一个磁铁的圆盘在一个交变极性磁极环绕的情况下旋转时，该磁极产生的磁通量在铁芯不饱和的情况下与磁盘内部的激励电流成正比。该磁力线在制动盘和磁极内部形成回路。在一定强度下产生的交变涡流与磁通量和磁束线路周围的电流成比例。如果磁路是旋转在垂直于磁
7、盘中心轴时，涡流磁场将形成一个与该系统角速度成比例的阻力。这个阻力使圆盘的运动减速而使汽车减速。根据Lee和Park，制动转矩可以写成： I指的是电流，指的是制动盘的角速度，制动转矩Ti恒定: 和D分别表示电导率、空气的磁导率、匝数、空隙间距，和制动盘的厚度，可是，应该考虑漏磁、在磁极边缘的不均匀性、铁芯形状、制动盘的温度的影响，用和来修正，表示成： 在此, 这里，A和B分别是面向制动盘方向铁芯的宽度和高度，并且= B / A。式(1)指出那该制动转矩的大小与电流的平方和该轮转速成正比，因而当汽车车 速减少时，电流若保持不变，则该制动转矩是增加，导致制动转矩变得过热或磁性饱和。3 汽车和轮胎模
8、型车辆模型的编成过程需要几个步骤。汽车的动力用来描述输入扭转力的多少，需要定义。轮胎模型产生作用于汽车上的作用力需要选定。轮胎侧滑角度、滑移率、法向作用力，必须适合输入到轮胎模型扭转力。最后，关系轮胎倾斜角度的转向效应和悬架系统如模型7。3.1运动方程用附着于并随汽车运动的参考坐标系来描述汽车的运动方程是很方便的。这是因为汽车的惯性矩相对于参考坐标设计系是恒定的。在此分析中，汽车工程师学会标准坐标系被使用 8 ，它包括汽车向前的运动方向为X轴正向，汽车运动的右侧为Y轴正向，汽车向下的方向为光轴正向。依据右手定则规定正旋转方向。图3定义了坐标轴系统和必要的自由度。重要的汽车和轮胎力参数能够处理从
9、被定义的极小的性能到极限性能状况的一整套机动状态。使用八自由度，汽车在制动和转向期间的运动可以描述成：式中的i，在(6)、(7)和(10)中是i=1、2、3、4，并且各自地表示车轮的左前方、右前方、左后方和右后方。Fd表示阻止汽车运动的阻力；是汽车的总质量，它由悬挂质量，前部非悬挂质量，后部非悬挂质量；和分别表示偏转角、侧滑角和侧倾角,该方程式在图3.中显示。方程(6)中所有的力可表示为：它是四个轮胎轴向拉力的总和，表示车轮的转向角度， Fn是滚动阻力，它是由摩擦系数和每个车轮法向力Fz计算。力与运动方程式(7)类似，并且表示：方程(8)表示作用于汽车z轴偏航平面的转动力矩总和。前八项轮胎力的
10、作用，下面的四项表示轮胎定位阶段,最后一项表示空气动力引起的阻力矩。Iz表示在z轴周围汽车整体的惯量。方程(9)描述汽车滚动运动，表示汽车滚转轴附近的惯量，和分别表示横侧摆动阻尼和刚度常数，方程(8)表示作用于汽车z轴偏航平面的转动力矩总和。前八项轮胎力的作用，下面的四项表示轮胎定位阶段,最后一项表示空气动力引起的阻力矩。Iz表示在z轴周围汽车整体的惯量。方程(9)描述汽车滚动运动，分别表示横侧摆动阻尼和刚度常数，方程(10)指出车轮的动力学。最后一项是由滚动阻力引起，它的方向与轮胎的转动方向相反。当ECB被使用，制动转矩Tb用方程(1)来描述；当CBS被使用，如果非线性和温度的影响可以忽视，
11、则Tb是制动压力的线性函数。因而， K是常数，Aw是制动压力适用的面积，Pw is制动压力。通常，作用的制动转矩会由于在前后车轮而不同，这是因为后轮容易制动。因而,在该模型中，无论什么样的制动系统，其前后轮分配的制动转矩之比为0.55:0.45。3.2.垂直动力学在汽车运动模型中，重要的输入量之一是每个轮胎上的法向力，用来计算的方法是检查在动力学演习期间的重量转移，它包括横向和纵向重量转移。横向重量转移是由于车轮本身的滚动( Frf,Frr)、滚动中心的高度( Fsf,Fsr)和汽车的非悬挂重量( Fuf,Fur)。纵向重量转移是由于前后轮胎制动( Fbf,Fbr)和作用于每个轮胎的法向力(
12、Fmf,Fmr)，它是由静态分布的质量引起的。作用于左前轮的所有法向力为：同样地,作用于其它轮胎所有的力为： 独立的重量转移表示为： hf和hr表示前后轮非弹簧质量的重心高度，jf和jr表示前后轮刚性滚动系数。当汽车在右转弯时加速的过程中，由于重量转移这会产生正值。这个方程式忽略道路坡度(假定坡度为零)、气动升力和阻碍物的影响。该升力和阻力项提供一个微小负荷变速，它小于Fmf或Fmr的5% 9。3.3.轮胎模型轮胎力由轮胎的性能和滑动样式决定。轮胎模型以侧滑角r和纵向滑动系数k为基准，前后轮的侧滑角为：该纵向滑移率定义为： 这里，vxt是轮胎向前方向的轮心速度，并且每个车轮是独立的9。轮胎的纵
13、向力的和横向力( Fxi,Fyi) 是用Dugoff模型10计算的，它是建立在摩擦椭圆思想上的非线性的轮胎模型。这个模型已经被广泛的学习并且被用来作非线性的模拟11。3.4.模型认证 在模型的精确性被推断之前，这个结论必须先与已知的参考进行比对。这个策略是为了将该模型与已公开的实验或分析结果进行比较。一个显著的例外是史密斯和斯塔基 9 ,它包括足够的数据来推动模拟实验。 左上方的图4说明速度为10米/秒的车辆行程转向输入量为一个矩形。在这个演示过程中， 车辆做一紧急事件加倍行线转换来避免一次事故。图4的另一个图给出汽车位移、偏航角速度和横向加速度的响应。模型的数据列在参考9的图表中。导致图4中
14、模型与参考量之间巨大的差异是汽车位移。横向加速度也稍有不同，但是这个因素是可以忽略的。该差异是由转向操作期间模型算法和制动转矩供给的数值引起的。 基于这种比较，模型足够对在这项研究过程中使用的演习有效。4 滑动方式控制器控制器的目标是在保持它的操纵性时尽可能快降低车辆的速度。 在一次最佳的滑动达到最大的减速时， 这个车轮远离被锁住以致保持了车辆的操纵性。 最佳的滑移率是在0.15 和0.25之间，取决于路面状况 12.由（6）和（10），得这里 = FxiRw/Iwi，sr = Trolli/Iwi。当CBS被使用，Ki = KAwRb/Iwi，操纵输入信号ui = Pwi。当ECB被使用，K
15、i = Tix/Iwi且操纵输入信号u = 。动态和不能准确地确定，但是可以用和进行估计。 为了使该制动系统的滑距符合滑移比的要求，滑移面被定义为：这里，从方程（27），有：那么，滑移面的导数为：连续控制规律的最佳近似且当=0时：若定义:当u=时，方程（32）可重新整理为：为了满足滑行条件，保持标量S在零点有：将方程（35）代入方程（36）得，当S0时，为了满足方程（36）的滑行条件，方程（37）将转化成，当S0时，方程（38）和（37）都满足滑行条件，因此，由方程（33）和（34）得操纵输入信号u，通过使用紧挨着转接设备表面的厚度的稀疏的界层可以被消去由于振动问题引起的控制系统sgn(S)值。因此，sgn(S)可以用sat(S/)值12替代。5.模拟结果及论述5.1
