Projekt układu hamulcowego typu „brake-by-wire” dla bezzałogowego minibusa opartego na ESC

Przedstawiony w tym artykule system „brake-by-wire” oparty na ESC jest jedną z najbardziej ekonomicznych i dojrzałych metod inteligentnego sterowania hamulcami samochodowymi.

Wraz z ciągłym rozwojem i dojrzałością elektroniki samochodowej powstał system hamulcowy-by-wire. Ze względu na wysoką integrację i łatwy układ, system hamulca-by-wire może nie tylko spełniać funkcję ESC, ale także realizować funkcje ACC, AEB i inne, aby zaspokoić potrzeby inteligentnego rozwoju funkcji jazdy. Automotive ESC kontroluje wielkość i kierunek siły wzdłużnej i bocznej opony, aby zapewnić stabilną jazdę samochodu podczas hamowania, jazdy, ostrego kierowania, a nawet w innych ekstremalnych warunkach, a także zwiększa bezpieczeństwo samochodu. Automotive ESC zapewnia pewną podstawę dla samochodowego hamulca typu „by-wire”, realizując precyzyjną kontrolę ciśnienia w cylindrach każdego koła.

1. Dobór i budowa układu hamulcowego typu wire-by-wire

1.1 Dobór układu hamulcowego-by-wire
Bezzałogowy minibus musi realizować funkcje bezzałogowego jazdy L4 w określonym obszarze działania, takie jak autonomiczne planowanie tras i wybór przystanków itp., co wymaga, aby jego opóźnienie reakcji hamowania przewodowego było mniejsze lub równe {{3} }.5 s. Ponieważ układ ESC pojazdu opiera się na tradycyjnym hydraulicznym układzie hamulcowym, ma on zalety takie jak niski koszt, krótkie opóźnienie, całkowita redundancja awarii, niezależne sterowanie hamowaniem na cztery koła w czasie rzeczywistym itp. polecenie hamowania wydane przez automatyczny sterownik jazdy w celu realizacji aktywnej kontroli opóźnienia pojazdu lub ciśnienia hamowania. Dlatego minibus bez kierowcy wykorzystuje system hamulca-by-wire oparty na ESC.

1.2 Architektura systemu hamulca-by-wire
Architekturę układu hamulcowego typu „brake-by-wire” samochodu opartego na ESC pokazano na rysunku 1

w tym:

• pojemnik do przechowywania oleju 1,
• elektroniczna jednostka sterująca hydrauliki (HCU) 2
• czujnik ciśnienia 3
• tablica pomiaru ciśnienia 4
• czujnik kombinowany 5
• zaciski hamulcowe 6
• Tarcza hamulcowa 7
• twarda rura hamulca 8
• przewód hamulcowy 9
• wąż olejoodporny 10
• wiązka przewodów 11
• Sygnał CAN 12 itd.

Przy czym elektroniczna hydrauliczna jednostka sterująca (HCU) 2 zawiera silnik, sterownik i zawór elektromagnetyczny. Jego główne funkcje są następujące:
1) Odpowiedz na żądanie docelowego opóźnienia wysłane przez sterownik najwyższego poziomu pojazdu (tj. VCU pojazdu): zakres opóźnienia wynosi 0-6.0 m/s2, czas reakcji hamowania jest mniejszy lub równy 0,5 s, a czas narastania ciśnienia hamowania jest mniejszy lub równy 0,6 s. Czas reakcji oznacza czas od wysłania przez VCU całego pojazdu żądania hamowania do chwili, gdy prędkość pojazdu zaczyna gwałtownie spadać; czas narastania ciśnienia odnosi się do czasu od wysłania przez VCU całego pojazdu żądania hamowania do osiągnięcia przez pojazd docelowego opóźnienia.
2) Na normalnych drogach cementowych lub asfaltowych wymagana jest maksymalna dokładność hamowania przewodowego (0,2 m/s2, 10%), to znaczy przyjmować maksymalną wartość pomiędzy 0,2 m/s2 i (10%×spowolnienie docelowe)
 

1.3 Architektura algorytmów sterowania układu hamulcowego typu „brake-by-wire”.
1.3.1 Model ciśnienia hamowania

Podstawą algorytmu sterowania układu hamulcowego typu „brake-by-wire” opartego na ESC jest model ciśnienia hamowania.

1) Projekt modelu ciśnienia hamowania. Model ciśnienia hamowania projektuje się w następujący sposób: najpierw zbuduj model sprzętowy silnika i różnych sterowników w HCU w oparciu o charakterystykę HCU, a następnie porównaj różne docelowe opóźnienia obliczone na podstawie parametrów pojazdu bezzałogowego minibusa z wymagane Krzywa zależności ciśnienia hamowania jest importowana do wyżej wymienionego modelu sprzętowego ciśnienia hamowania i ostatecznie ciśnienie hamowania wymagane dla różnych docelowych opóźnień można osiągnąć poprzez dopasowanie projektu otwarcia silnika i sterownika w modelu.

2) Sterowanie modelem ciśnienia hamowania. Gdy moduł HCU odbierze sygnał hamowania, zaprojektowany model ciśnienia hamowania realizuje sterowanie ze sprzężeniem zwrotnym i sterowanie ze sprzężeniem zwrotnym zgodnie z sygnałem ciśnienia w cylindrze koła. HCU wybiera odpowiednie polecenie sterujące w celu wygenerowania docelowego ciśnienia w celu wyhamowania pojazdu, tak aby pojazd osiągnął docelowe opóźnienie, zapewniając jednocześnie spójność, stabilność i płynność zwalniania podczas hamowania.

1.3.2 Architektura algorytmów sterowania

Algorytm sterowania oparty na systemie hamulcowym ESC dzieli się głównie na moduł aktywnego sterowania hamowaniem (obliczanie odpowiedniej wielkości stanu oraz ocenę warunków wejścia i wyjścia), moduł górnego sterownika (kontroler docelowego opóźnienia) i dolny sterownik (aktywny regulator ciśnienia hamowania). ), jego architekturę pokazano na rysunku 2.

Wśród nich logikę sterowania górnego docelowego sterownika opóźnienia i dolnego aktywnego regulatora ciśnienia hamowania pokazano na rysunku 3.

Rolą docelowego sterownika opóźnienia wyższego poziomu jest przekształcenie docelowego opóźnienia w ciśnienie docelowe; Rolą aktywnego sterownika ciśnienia hamowania niższego poziomu jest rozwiązywanie odpowiednich poleceń silnika i zaworu elektromagnetycznego w celu osiągnięcia docelowego ciśnienia wymaganego przez sterownik wyższego poziomu.

Logika sterowania nadrzędnego sterownika opóźnienia docelowego: zgodnie z modelem dynamiki wzdłużnej pojazdu obliczyć docelowe ciśnienie odniesienia wymagane do osiągnięcia docelowego opóźnienia jako ogniwo wyprzedzające w procesie sterowania; zgodnie z odchyleniem pomiędzy opóźnieniem docelowym a opóźnieniem rzeczywistym, docelowe ciśnienie hamowania jest korygowane w celu uzyskania skorygowanego ciśnienia hamowania, które służy jako sprzężenie zwrotne w procesie sterowania; na koniec uzyskuje się kompleksowe ciśnienie docelowe na podstawie referencyjnego ciśnienia hamowania i skorygowanego ciśnienia hamowania.

Logika sterowania dolnego aktywnego regulatora ciśnienia hamulca: najpierw oblicz podstawowe otwarcie każdego zaworu elektromagnetycznego i podstawowe otwarcie silnika zgodnie z modelem ciśnienia w przód; następnie obliczyć skorygowane otwarcie każdego zaworu elektromagnetycznego zgodnie ze sprzężeniem zwrotnym odchylenia ciśnienia i skorygowanym otwarciem silnika; na koniec, połączone otwarcie zaworu elektromagnetycznego i silnika uzyskuje się poprzez nałożenie otwarcia podstawowego i otwarcia skorygowanego.

2.Dobór i budowa układu hamulcowego typu wire-by-wire

Elementy ww. układu hamulcowego są montowane w całym pojeździe, a powyższy projekt teoretyczny jest weryfikowany w celu uzupełnienia ostatecznego projektu układu hamulcowego całego pojazdu.

W przypadku w/w minibusa bezzałogowego weryfikację dynamiczną działania układu hamulcowego typu „bree-by-wire” przeprowadza się na płaskiej nawierzchni o dużej przyczepności, w temperaturze otoczenia wynoszącej około 30 stopni.

Tym elementem testu weryfikacyjnego jest zmiana stopnia zwalniania. Badanie zmiany stopnia zwalniania odzwierciedla typowy proces utrzymywania ciśnienia, utrzymywania i dekompresji oraz symuluje typowe warunki hamowania i zwalniania pojazdu. Podczas hamowania prędkość początkowa wynosi około 15 km/h, a docelowe opóźnienie wynosi 1,0-6.0 m/s2. Dla każdego docelowego opóźnienia zapisz czas reakcji na hamowanie, czas narastania ciśnienia hamowania i dokładność hamowania po przewodzie. Wymagania techniczne i wyniki badań weryfikacyjnych przedstawiono w tabeli 1.

Porównanie głównych funkcji w pkt 1.2 oraz wymagań technicznych i wyników testów w tabeli 1 pokazuje, że system może podążać za docelowym opóźnieniem w czasie i dokładnie przy różnych docelowych opóźnieniach, a dwa wskaźniki czasu również spełniają wymagania techniczne i osiągają oczekiwane bramka .

3, Wniosek

W artykule wyjaśniono proces projektowania i rozwoju układu hamulcowego 4-metrowego bezzałogowego małego samochodu osobowego, przedstawiono głównie architekturę, główne funkcje, wskaźniki techniczne i architekturę algorytmu sterowania układu hamulcowego opartego na ESC oraz przeprowadza badania weryfikacyjne.

Wyniki pokazują, że system „brake-by-wire” oparty na ESC w pełni spełnia wymagania dotyczące czasu reakcji hamowania mniejszego lub równego 0,5 s oraz wymagania dotyczące czasu wytwarzania ciśnienia przy każdym gradiencie opóźnienia.