基于EPB的中_重型货车坡道起步控制研究
硕士学位论文基于EPB的中/重型货车坡道起步控制研究
摘要
坡道起步时，驾驶员需要协调控制好离合器、油门和制动以实现车辆平稳起步；若操作不当，会导致车辆熄火甚至发生溜车现象，同时也会给驾驶员带来心理压力和恐慌。坡道起步辅助技术通过控制制动的释放过程，简化驾驶员操作，使车辆平稳、安全起步。对于中/重型货车而言，其质量变化频繁且剧烈，会对坡道起步控制效果产生很大影响，有导致坡道起步的失败的可能。
本文以中/重型货车的坡道起步控制问题为研究对象，基于电子驻车制动系统（Electronic Parking Brake, EPB）提出了一种车重自适应的坡道起步控制方法。首先，通过分析理想的坡道起步中车辆的受力变化，确定了坡道起步的控制目标；然后通过分析该目标下的控制效果，提出了坡道起步中的质量识别方法。结合EPB坡道起步系统的工作原理，研究了车辆状态参数的获取方法。然后根据EPB 气压系统的压力特性，设计了坡道起步的逻辑门限控制方法，并提出了坡道起步的控制流程。其次，基于Matlab/Simulink、TruckSim和AMESim建立了坡道起步的联合仿真平台，通过仿真确定了进行质量识别的加速度阈值；在多种典型工况下进行了坡道起步仿真分析，仿真结果验证了控制方法的有效性。最后，进行了坡道起步控制的硬件在环试验和实车试验，试验结果表明本文所提出的坡道起步控制方法能够有效进行坡道起步。
关键词：坡道起步控制，电子驻车制动系统，中/重型货车，质量识别，联合仿真，硬件在环，实车试验
I
Abstract 硕士学位论文
II
Abstract
Hill-start depends on the driver’s skill to coordinate with the clutch, throttle, and
brake to achieve a smooth start, the failure of performing such actions will result in engine stalling, even cause the vehicle to rollback, and may bring stress and panic to the driver. The hill start assist (HSA) system provides the driver with the possibility of starting with safety and comfort by controlling the brake release process. For medium and heavy duty vehicles, the vehicle mass changes frequently and hugely, which contributes very largely to the control effect of HSA, and may cause the failure of HSA.
Taking a medium duty vehicle as the research object, the primary objective of this study is to develop a vehicle mass adaptive HSA control framework to improve the hill start quality of the medium and heavy duty vehicles equipped with electronic parking brake (EPB) in hill start scenarios. First, the change of forces on vehicle in ideal hill start situation is analyzed, the control target of HSA is proposed; then the control effect is researched to construct the mass estimation method during hill start process. Combined with the working principle of the EPB, the acquisition method of vehicle parameters are studied. According to the characteristics of EPB pneumatic pressure system, the logical threshold control method of HSA is designed, and the control flow of HSA is presented. Then a co-simulation environment involving Matlab/Simulink, Trucksim and AMESim is established to determine the acceleration threshold, and the control effect of the proposed HSA method is verified in several typical conditions. Finally, the hardware-in-the-loop test and the vehicle experiment is implemented, the experiment results validate the effective implementation of the proposed HSA method.
Key words: Hill start assist control, Electronic parking brake, Medium and heavy duty vehicles, Vehicle mass estimation, Co-simulation, Hardware-in-the-loop, Vehicle experiment
硕士学位论文基于EPB的中/重型货车坡道起步控制研究
目录
摘要 .................................................................................................... I Abstract ..................................................................................................... I I 目录 ................................................................................................. III 1 绪论 (1)
1.1 技术背景与研究意义 (1)
1.2 国内外研究现状 (2)
1.2.1 坡道起步控制系统研究现状 (2)
1.2.2 坡道起步控制的关键技术 (5)
1.3 本文主要研究内容 (8)
2 基于EPB的车重自适应坡道起步控制策略 (10)
2.1 车重自适应坡道起步控制策略 (10)坡道起步
2.1.1 坡道起步的控制目标 (10)
2.1.2 坡道起步中的质量识别方法 (12)
2.2 坡道起步控制流程 (14)
2.3 基于EPB系统的车辆状态参数获取方法 (15)
2.3.1 EPB坡道起步控制系统工作原理 (15)
2.3.2 车辆驱动力的获取 (16)
2.3.3 坡道角度和加速度的获取 (17)
2.3.4 驻车制动气室气压的获取 (21)
2.4 逻辑门限控制器设计 (22)
2.5 本章小结 (23)
3 联合仿真平台的搭建 (24)
3.1 TruckSim整车模型的建立 (24)
3.1.1 TruckSim简介 (25)
3.1.2 TruckSim整车模型 (25)
3.2 EPB气压系统模型的建立 (27)
3.2.1 AMESim简介 (27)
3.2.2 EPB气压系统的AMESim模型 (28)
3.2.3 AMESim模型验证 (29)
3.3 EPB坡道起步控制器模型的建立 (30)
3.4 联合仿真模型的建立 (30)
3.5 本章小结 (31)
III
目录硕士学位论文4 坡道起步离线仿真研究 (32)
4.1 无质量识别的坡起仿真分析 (32)
4.2 加速度阈值研究 (33)
4.2.1溜车加速度分析 (33)
4.2.2 加速度阈值的确定 (35)
4.3 坡道起步控制效果分析 (42)
4.3.1 慢速起步工况 (43)
4.3.2 起步收油保持工况 (47)
4.4 本章小结 (51)
5 坡道起步硬件在环试验与实车试验 (52)
5.1 硬件在环试验 (52)
5.1.1平台组成和工作原理 (52)
5.1.2 硬件在环试验流程 (54)
5.1.3 硬件在环试验结果 (54)
5.2 实车试验 (56)
5.2.1 试验设置 (56)
5.2.2 试验结果与分析 (57)
5.3 本章小结 (61)
6 全文总结及工作展望 (62)
6.1 全文总结 (62)
6.2 工作展望 (63)
致谢 (64)
参考文献 (65)
附录 (71)
IV
硕士学位论文  基于EPB 的中/重型货车坡道起步控制研究 1 1 绪论
1.1 技术背景与研究意义
我国汽车工业协会发布的数据显示[1]，2018年，商用车产销同比继续呈现增长趋势，受货车市场增长拉动，商用车产销分别达到428万辆和437.1万辆，比上年同期分别增长1.7%和5.1%，销量创历史新高。货车产销量分别完成379.1万辆和388.6万辆，比上年同期分别增长2.9%和6.9%，其中重型货车产销分别达到111.2万辆和114.8万辆，销售再创历史新高。商用车行业保持稳定增长，对我国GDP 的增长贡献突出。与此同时，汽车的现代化水平也在快速提升。汽车技术的发展主要围绕汽车安全性能、舒适便捷、节能减排/动力性能这三条路线进行，与这三个方向息息相关的汽车电子技术发展最为迅速。以汽车电子产品在整车成本中的占比为表征，电子产品成本占比从上世纪70年代的2%，增长到现在的25%左右，未来仍将继续提升。汽车电控因其高技术、高附加值、高增长的特点，发展潜力和市场空间巨大，已经成为当代汽车领域重点研究的方向。
图1.1 车辆坡道起步
如图1.1所示，坡道起步是车辆行驶中的常见工况之一，对于装备手动变速器的车辆而言，坡道起步需要驾驶员协调控制好离合器、油门和制动，使驱动力和制动力相配合以克服汽车的坡道阻力，实现汽车在坡道上的平稳起步，这需要驾驶员具有熟练的操控技术[2]。如果操作不当，会造成离合器滑磨时间过长、发动机转速过高和起步冲击过大等不良现象，引起汽车部件的额外磨损、降低乘坐舒适性，甚至造成起步熄火、溜车，有酿成事故的风险[3]；据统计，具有2~5年驾驶经验的驾驶员在坡道起步时，车辆后溜和熄火的概率为10%；具有10年以上驾驶经验的驾驶员在坡道起步时，车辆后溜和熄火
的发生率约为4%
。同时，

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