Disseny d'un sistema de fre brake-by-wire per a un minibús no tripulat basat en ESC

El sistema de frens per cable basat en ESC introduït en aquest article és un dels mètodes més econòmics i madurs per realitzar el control intel·ligent dels frens dels automòbils.

Amb el desenvolupament continu i la maduresa de la tecnologia electrònica de l'automòbil, va sorgir el sistema brake-by-wire. A causa de la seva alta integració i disseny fàcil, el sistema de frens per cable no només pot complir la funció ESC, sinó que també pot realitzar ACC, AEB i altres funcions, per tal de satisfer les necessitats del desenvolupament de la funció de conducció intel·ligent. L'ESC automotriu controla la mida i la direcció de la força longitudinal del pneumàtic i la força lateral per garantir que el cotxe funcioni de manera estable amb frenades, conducció, direcció brusca i fins i tot altres condicions extremes, i millora la seguretat del cotxe. L'ESC d'automòbil proporciona una certa base per al fre per cable de l'automòbil mitjançant un control precís de la pressió del cilindre de la roda de cada roda.

1, Selecció i estructura del sistema de fre per cable

1.1 Selecció del sistema de fre per cable
El minibús no tripulat ha de realitzar les funcions de conducció no tripulada L4 en una àrea d'operació específica, com ara la planificació autònoma de rutes i la selecció de parades, etc., que requereixen que el seu retard de resposta de frenada per cable sigui inferior o igual a {{3} }.5 s. Atès que l'ESC del vehicle es basa en el sistema de frenada hidràulica tradicional, té els avantatges d'un baix cost, un curt retard, una redundància completa de fallades, un control independent en temps real de la frenada a les quatre rodes, etc., i es pot utilitzar per executar amb precisió la ordre de frenada emesa pel controlador de conducció automàtica per realitzar un control actiu de la desacceleració del vehicle o la pressió de fre. Per tant, el minibús sense conductor utilitza un sistema de frenada per cable basat en ESC.

1.2 Arquitectura del sistema Brake-by-wire
L'arquitectura del sistema de frenada per cable basada en ESC del cotxe es mostra a la figura 1

incloent:

• tassa d'emmagatzematge d'oli 1,
• Unitat de control electrònic hidràulic (HCU) 2
• sensor de pressió 3
• tauler d'adquisició de pressió 4
• sensor combinat 5
• pinces de fre 6
• Disc de fre 7
• tub dur de fre 8
• mànega de fre 9
• mànega resistent a l'oli 10
• cablejat 11
• senyal CAN 12, etc.

En què la unitat de control hidràulic electrònic (HCU) 2 inclou un motor, un controlador i una vàlvula solenoide. Les seves principals funcions són les següents:
1) Respon a la sol·licitud de desacceleració objectiu enviada pel controlador de nivell superior del vehicle (és a dir, la VCU del vehicle): el rang de desacceleració és 0-6.0 m/s2, el temps de resposta de desacceleració és Menor o igual a 0,5 s, i el temps d'acumulació de la pressió de desacceleració és Menor o igual a 0,6 s. El temps de resposta fa referència al temps des que la VCU de tot el vehicle envia una sol·licitud de frenada fins que la velocitat del vehicle comença a disminuir bruscament; el temps d'acumulació de pressió fa referència al temps des que la VCU de tot el vehicle envia una sol·licitud de frenada fins que el vehicle arriba a la desacceleració objectiu.
2) A les carreteres normals de ciment o asfalt, la precisió del fre per cable ha de ser màxima (0,2 m/s2, 10%), és a dir, prendre el valor màxim entre 0,2 m/s2 i (10% × desacceleració objectiu)
 

1.3 Arquitectura de l'algoritme de control del sistema brake-by-wire
1.3.1 Model de pressió de fre

La base de l'algoritme de control del sistema brake-by-wire basat en ESC és el model de pressió de fre.

1) Disseny del model de pressió de fre. El model de pressió de fre està dissenyat de la següent manera: en primer lloc, construïu el model de maquinari del motor i diversos controladors a l'HCU en funció de les característiques de l'HCU i, a continuació, compareu les diferents desacceleracions objectiu calculades segons els paràmetres del vehicle del minibús no tripulat amb el La corba de relació de la pressió de fre s'importa al model de maquinari de pressió de fre esmentat anteriorment i, finalment, la pressió de fre necessària per a diferents desacceleracions objectiu es pot aconseguir mitjançant el disseny coincident de l'obertura del motor i el controlador del model.

2) Control del model de pressió de fre. Quan l'HCU rep el senyal de frenada, el model de pressió de frenada dissenyat realitza un control d'alimentació anticipada i realitza un control de retroalimentació segons el senyal de pressió del cilindre de la roda. L'HCU selecciona l'ordre de control adequat per generar la pressió objectiu per frenar el vehicle de manera que el vehicle assoleixi la desacceleració objectiu, alhora que garanteix la coherència, l'estabilitat i la suavitat de la desacceleració de frenada.

1.3.2 Arquitectura de l'algoritme de control

L'algoritme de control basat en el sistema ESC brake-by-wire es divideix principalment en mòdul de control de frenada actiu (càlcul de la quantitat d'estat rellevant i judici de condicions d'entrada i sortida), mòdul de controlador superior (controlador de desacceleració objectiu) i controlador inferior (controlador de pressió de fre actiu). ), la seva arquitectura es mostra a la figura 2.

Entre ells, la lògica de control del controlador de desacceleració objectiu superior i el controlador de pressió de fre actiu inferior es mostra a la figura 3.

El paper del controlador de desacceleració objectiu de nivell superior és convertir la desacceleració objectiu en una pressió objectiu; el paper del controlador de pressió de fre actiu de nivell inferior és resoldre les ordres adequades del motor i de la vàlvula solenoide per aconseguir la pressió objectiu sol·licitada pel controlador de nivell superior.

La lògica de control del controlador de desacceleració objectiu de nivell superior: segons el model de dinàmica longitudinal del vehicle, calculeu la pressió objectiu de referència necessària per assolir la desacceleració objectiu com a enllaç anticipat en el procés de control; segons la desviació entre la desacceleració objectiu i la desacceleració real, la pressió de frenada objectiu es corregeix per obtenir la pressió de frenada corregida, que s'utilitza com a enllaç de retroalimentació en el procés de control; finalment, s'obté la pressió objectiu global segons la pressió de frenada de referència i la pressió de frenada corregida.

La lògica de control del controlador de pressió de fre actiu inferior: primer, calculeu l'obertura bàsica de cada vàlvula solenoide i l'obertura bàsica del motor segons el model de pressió cap endavant; a continuació, calculeu l'obertura corregida de cada vàlvula solenoide segons la retroalimentació de desviació de pressió i l'obertura corregida del motor; finalment, l'obertura combinada de la electrovàlvula i el motor s'obté superposant l'obertura bàsica i l'obertura corregida.

2, Selecció i estructura del sistema de fre per cable

Els components del sistema de fre per cable esmentat anteriorment s'assemblen a tot el vehicle i es verifica el disseny teòric esmentat per completar el disseny final del sistema de fre per cable de tot el vehicle.

Per a l'esmentat minibús no tripulat, la verificació dinàmica del sistema de fre per cable es realitza en un paviment pla i d'alta adherència i la temperatura ambient és d'uns 30 graus.

Aquest element de prova de verificació és el canvi de pas de desacceleració. La prova de canvi de pas de desacceleració reflecteix el procés típic de pressurització-manteniment-descompressió i simula les condicions típiques de frenada i desacceleració del vehicle. En frenar, la velocitat inicial és d'uns 15 km/h i la desacceleració objectiu és d'1.0-6.0 m/s2. Per a cada desacceleració objectiu, enregistreu el temps de resposta de la desacceleració, el temps d'acumulació de la pressió de desacceleració i la precisió del fre per cable. Els requisits tècnics i els resultats de la prova de verificació es mostren a la taula 1.

La comparació de les funcions principals a 1.2 i els requisits tècnics i els resultats de les proves a la taula 1 mostra que el sistema pot seguir la desacceleració de l'objectiu a temps i amb precisió sota diferents desacceleracions de l'objectiu, i els dos indicadors de temps també compleixen els requisits tècnics i aconsegueixen l'esperat. objectiu .

3, Conclusió

Aquest article exposa el procés de disseny i desenvolupament del sistema brake-by-wire d'un petit cotxe de passatgers no tripulat de 4 m, principalment introdueix l'arquitectura, les funcions principals, els indicadors tècnics i l'arquitectura d'algoritmes de control del sistema brake-by-wire basat en ESC. , i realitza proves de verificació.

Els resultats mostren que el sistema de frenada per cable basat en ESC compleix totalment els requisits del temps de resposta de frenada inferior o igual a 0,5 s i els requisits de temps de generació de pressió sota cada gradient de desacceleració.