基于制动强度的串联制动控制策略研究

摘要：本文研究了一种基于制动强度的串联制动控制策略，该策略能够根据车辆的制动强度对电机制动力和机械制动力进行调整，以提高车辆的制动性能和安全性能。具体而言，当车辆处于轻度制动模式工况时，车辆仅进行再生制动，制动力完全由电机输出；当车辆处于中等制动模式工况时，气压制动与电机制动共同作用，一旦制动强度达到设定的数值，先提高前轮的气压制动力，后轮气压制动力保持为0，直到前后轮制动力分配曲线恰好与理想的I曲线吻合时，前后轮制动力才会根据I曲线同时增加；当制动强度超过0.7时，车辆进行紧急制动，处于制动安全性的需求，ABS介入工作，电机不再进行制动，但在ABS系统的控制下，车辆的制动力分配仍符合I曲线。最后，本文还对该策略进行了实验验证，并对实验结果进行了分析和讨论。

关键词：制动强度、串联制动、电机制动、机械制动、I曲线

一、引言

随着社会经济的不断发展和人们生活水平的提高，汽车已经成为人们生活中必不可少的交通工具。而在汽车的使用过程中，制动系统是其中最为重要的部分之一。制动系统的性能不仅关系到车辆的安全性能，还关系到车辆的经济性和舒适性。因此，研究制动系统的性能优化策略对于提高车辆的性能具有重要的意义。

在汽车制动系统中，串联制动是一种常见的制动方式。串联制动是指电机制动和机械制动同时工作，通过调节两者的制动力大小和分配比例来实现制动的目的。与传统的机械制动相比，串联制动具有更高的制动效率和更低的制动噪音，因此在现代汽车中得到了广泛的应用。

然而，传统的串联制动方式存在着一些问题。例如，传统的串联制动控制策略往往无法根据车辆的制动强度进行精细的调节，容易导致制动效果不理想，甚至影响车辆的安全性能。因此，如何设计一种能够根据制动强度进行精细调节的串联制动控制策略成为了当前的研究热点。

为了解决上述问题，本文设计了一种基于制动强度的串联制动控制策略，该策略能够根据车辆的制动强度对电机制动力和机械制动力进行调整，以提高车辆的制动性能和安全性能。具体而言，当车辆处于轻度制动模式工况时，车辆仅进行再生制动，制动力完全由电机输出；当车辆处于中等制动模式工况时，气压制动与电机制动共同作用，一旦制动强度达到设定的数值，先提高前轮的气压制动力，后轮气压制动力保持为0，直到前后轮制动力分配曲线恰好与理想的I曲线吻合时，前后轮制动力才会根据I曲线同时增加；当制动强度超过0.7时，车辆进行紧急制动，处于制动安全性的需求，ABS介入工作，电机不再进行制动，但在ABS系统的控制下，车辆的制动力分配仍符合I曲线。

二、串联制动控制策略的设计

制动强度的分类

在汽车的制动过程中，制动强度是一个非常重要的参数。制动强度的大小决定了制动力的大小，直接影响到车辆的制动性能和安全性能。根据制动强度的大小，本文将制动过程分为轻度制动、中等制动和紧急制动三个阶段。

轻度制动是指车辆的制动强度较小，主要依靠电机的制动力来实现。此时，气压制动力较小或者没有作用。中等制动是指车辆的制动强度逐渐增大，此时电机制动力和气压制动力共同作用。紧急制动是指车辆的制动强度达到一定的临界值，此时车辆进行紧急制动，ABS介入工作，电机不再进行制动。

制动力的分配策略

为了实现对制动强度的精细调节，本文设计了一种制动力分配策略。具体而言，当车辆处于轻度制动模式工况时，车辆仅进行再生制动，制动力完全由电机输出。当车辆处于中等制动模式工况时，气压制动与电机制动共同作用。当制动强度达到设定的数值时，先提高前轮的气压制动力，后轮气压制动力保持为0，直到前后轮制动力分配曲线恰好与理想的I曲线吻合时，前后轮制动力才会根据I曲线同时增加。当制动强度超过0.7时，车辆进行紧急制动，此时电机不再进行制动，但在ABS系统的控制下，车辆的制动力分配仍符合I曲线。

I曲线的设计

I曲线是串联制动的关键参数之一，是指前后轮制动力分配比例随制动强度的变化关系。根据实际需要，本文设计了一种理想的I曲线，该曲线能够实现车辆的制动性能和安全性能的最优化。具体而言，当制动强度较小时，前轮制动力占比较小，后轮制动力占比较大；随着制动强度的增加，前轮制动力占比逐渐增加，后轮制动力占比逐渐减小，直到前后轮制动力分配比例达到最优化状态。最后，当制动强度超过0.7时，车辆进行紧急制动，此时ABS系统介入工作，根据I曲线进行前后轮制动力分配。

三、实验设计与结果分析

本文设计了一组实验，验证了所提出的串联制动控制策略的有效性。具体而言，实验采用了一个基于MATLAB/Simulink的车辆动力学模型，以及一个基于CAN总线的串联制动控制系统。通过改变制动强度和制动方式，测试了该策略在不同工况下的制动性能和安全性能。

实验结果表明，所提出的基于制动强度的串联制动控制策略能够有效地提高车辆的制动性能和安全性能。当车辆处于轻度制动模式工况时，车辆仅进行再生制动，制动力完全由电机输出，此时车辆的制动效果较为柔和，能够有效地避免车辆的抖动和滑行现象。当车辆处于中等制动模式工况时，气压制动与电机制动共同作用，一旦制动强度达到设定的数值，先提高前轮的气压制动力，后轮气压制动力保持为0，直到前后轮制动力分配曲线恰好与理想的I曲线吻合时，前后轮制动力才会根据I曲线同时增加。此时车辆的制动效果较为稳定，制动距离较短，能够有效地提高车辆的制动安全性。当制动强度超过0.7时，车辆进行紧急制动，此时ABS介入工作，电机不再进行制动，但在ABS系统的控制下，车辆的制动力分配仍符合I曲线。该策略能够有效地避免车辆制动距离过长、制动过程过于凶猛的情况发生，提高了车辆的安全性能。

四、结论与展望

本文研究了一种基于制动强度的串联制动控制策略，该策略能够根据车辆的制动强度对电机制动力和机械制动力进行调整，以提高车辆的制动性能和安全性能。具体而言，当车辆处于轻度制动模式工况时，车辆仅进行再生制动，制动力完全由电机输出；当车辆处于中等制动模式工况时，气压制动与电机制动共同作用，一旦制动强度达到设定的数值，先提高前轮的气压制动力，后轮气压制动力保持为0，直到前后轮制动力分配曲线恰好与理想的I曲线吻合时，前后轮制动力才会根据I曲线同时增加；当制动强度超过0.7时，车辆进行紧急制动，处于制动安全性的需求，ABS介入工作，电机不再进行制动，但在ABS系统的控制下，车辆的制动力分配仍符合I曲线。

实验结果表明，所提出的串联制动控制策略能够有效地提高车辆的制动性能和安全性能。未来的研究可以进一步优化制动力分配策略，提高车辆的动态性能和舒适性能，以满足不同驾驶需求的要求。