Projeto de sistema de freio Brake-by-Wire para um microônibus não tripulado baseado em ESC

O sistema Brake-by-Wire baseado em ESC apresentado neste artigo é um dos métodos mais econômicos e maduros para realizar o controle inteligente dos freios de automóveis.

Com o contínuo desenvolvimento e maturidade da tecnologia eletrônica automotiva, surgiu o sistema Brake-by-Wire. Devido à sua alta integração e fácil layout, o sistema Brake-by-Wire pode não apenas atender à função ESC, mas também realizar ACC, AEB e outras funções, de modo a atender às necessidades de desenvolvimento de função de direção inteligente. O ESC automotivo controla o tamanho e a direção da força longitudinal e da força lateral do pneu para garantir que o carro funcione de forma estável durante a frenagem, direção, direção brusca e até mesmo outras condições extremas, e aumenta a segurança do carro. O Automotive ESC fornece uma certa base para o freio automotivo por fio, realizando o controle preciso da pressão do cilindro da roda de cada roda.

1, seleção e estrutura do sistema de freio por fio

1.1 Seleção do sistema Brake-by-Wire
O microônibus não tripulado precisa realizar funções de direção não tripulada L4 em uma área operacional específica, como planejamento autônomo de rotas e seleção de paradas, etc., exigindo que seu atraso de resposta de freio por fio seja menor ou igual a {{3} },5 seg. Como o ESC do veículo é baseado no sistema de frenagem hidráulica tradicional, ele tem as vantagens de baixo custo, curto atraso, redundância completa de falhas, controle independente em tempo real da frenagem nas quatro rodas, etc., e pode ser usado para executar com precisão o comando de frenagem emitido pelo controlador de direção automático para realizar o controle ativo da desaceleração do veículo ou da pressão do freio. Portanto, o microônibus sem motorista usa um sistema de freio por fio baseado em ESC.

1.2 Arquitetura do sistema Brake-by-wire
A arquitetura do sistema de freio por fio baseado em ESC do carro é mostrada na Figura 1

Incluindo:

• copo de armazenamento de óleo 1,
• unidade de controle hidráulico eletrônico (HCU) 2
• sensor de pressão 3
• placa de aquisição de pressão 4
• sensor combinado 5
• pinças de freio 6
• Disco de freio 7
• tubo rígido de freio 8
• mangueira de freio 9
• mangueira resistente a óleo 10
• chicote elétrico 11
• PODE sinalizar 12, etc.

Em que a unidade de controle hidráulico eletrônico (HCU) 2 inclui um motor, um controlador e uma válvula solenóide. Suas principais funções são as seguintes:
1) Responda à solicitação de desaceleração alvo enviada pelo controlador de nível superior do veículo (ou seja, o VCU do veículo): a faixa de desaceleração é 0-6.0 m/s2, o tempo de resposta de desaceleração é menor ou igual a 0,5 s, e o tempo de aumento da pressão de desaceleração é menor ou igual a 0,6 s. O tempo de resposta refere-se ao tempo desde o momento em que o VCU de todo o veículo envia uma solicitação de frenagem até o momento em que a velocidade do veículo começa a diminuir vertiginosamente; o tempo de aumento de pressão refere-se ao tempo desde o momento em que o VCU de todo o veículo envia uma solicitação de frenagem até o momento em que o veículo atinge a desaceleração alvo.
2) Em estradas normais de cimento ou asfalto, a precisão do freio por fio deve ser máxima (0,2 m/s2, 10%), ou seja, tome o valor máximo entre 0,2 m/s2 e (10%×desaceleração alvo)
 

1.3 Arquitetura do algoritmo de controle do sistema Brake-by-Wire
1.3.1 Modelo de pressão de freio

A base do algoritmo de controle do sistema Brake-by-Wire baseado em ESC é o modelo de pressão de freio.

1) Projeto do modelo de pressão de freio. O modelo de pressão de freio é projetado da seguinte forma: primeiro construa o modelo de hardware do motor e vários controladores na HCU com base nas características da HCU e, em seguida, compare as diferentes desacelerações alvo calculadas de acordo com os parâmetros do veículo do microônibus não tripulado com o necessário A curva de relação da pressão do freio é importada para o modelo de hardware de pressão do freio mencionado acima e, finalmente, a pressão do freio necessária para diferentes desacelerações alvo pode ser alcançada através do design correspondente da abertura do motor e do controlador no modelo.

2) Controle do modelo de pressão de freio. Quando a HCU recebe o sinal de frenagem, o modelo de pressão de frenagem projetado executa o controle feedforward e o controle de feedback de acordo com o sinal de pressão do cilindro da roda. A HCU seleciona o comando de controle apropriado para gerar a pressão alvo para frear o veículo, de modo que o veículo atinja a desaceleração alvo, garantindo ao mesmo tempo a consistência, estabilidade e suavidade da desaceleração da frenagem.

1.3.2 Arquitetura do Algoritmo de Controle

O algoritmo de controle baseado no sistema freio-by-wire ESC é dividido principalmente em módulo de controle de frenagem ativa (cálculo de quantidade de estado relevante e julgamento de condição de entrada e saída), módulo de controlador superior (controlador de desaceleração alvo) e controlador inferior (controlador de pressão de freio ativo ), sua arquitetura é mostrada na Figura 2.

Entre eles, a lógica de controle do controlador de desaceleração alvo superior e do controlador de pressão de freio ativo inferior é mostrada na Figura 3.

A função do controlador de desaceleração alvo de nível superior é converter a desaceleração alvo em uma pressão alvo; a função do controlador de pressão do freio ativo de nível inferior é resolver os comandos apropriados do motor e da válvula solenóide para atingir a pressão alvo solicitada pelo controlador de nível superior.

A lógica de controle do controlador de desaceleração alvo de nível superior: de acordo com o modelo de dinâmica longitudinal do veículo, calcule a pressão alvo de referência necessária para atingir a desaceleração alvo como o link feedforward no processo de controle; de acordo com o desvio entre a desaceleração alvo e a desaceleração real, a pressão de frenagem alvo é corrigida para obter a pressão de frenagem corrigida, que é usada como link de feedback no processo de controle; finalmente, a pressão alvo abrangente é obtida de acordo com a pressão de frenagem de referência e a pressão de frenagem corrigida.

A lógica de controle do controlador de pressão do freio ativo inferior: primeiro, calcule a abertura básica de cada válvula solenóide e a abertura básica do motor de acordo com o modelo de pressão direta; em seguida, calcule a abertura corrigida de cada válvula solenóide de acordo com o feedback do desvio de pressão e a abertura corrigida do motor; finalmente, a abertura combinada da válvula solenóide e do motor é obtida pela sobreposição da abertura básica e da abertura corrigida.

2, seleção e estrutura do sistema de freio por fio

Os componentes do sistema Brake-by-Wire mencionado acima são montados em todo o veículo, e o projeto teórico acima mencionado é verificado para completar o projeto final do sistema Brake-by-Wire de todo o veículo.

Para o referido microônibus não tripulado, a verificação dinâmica do sistema Brake-by-Wire é realizada em um pavimento plano e de alta aderência, e a temperatura ambiente é de cerca de 30 graus.

Este item de teste de verificação é a mudança da etapa de desaceleração. O teste de mudança de etapa de desaceleração reflete o processo típico de pressurização-manutenção-descompressão e simula as condições típicas de frenagem e desaceleração do veículo. Ao frear, a velocidade inicial é de cerca de 15 km/h e a desaceleração alvo é de 1,0-6.0 m/s2. Para cada desaceleração alvo, registre o tempo de resposta da desaceleração, o tempo de aumento da pressão de desaceleração e a precisão do freio por fio. Os requisitos técnicos e os resultados do teste de verificação são mostrados na Tabela 1.

A comparação das funções principais em 1.2 e os requisitos técnicos e resultados de teste na Tabela 1 mostra que o sistema pode seguir a desaceleração alvo no tempo e com precisão sob diferentes desacelerações alvo, e os dois indicadores de tempo também atendem aos requisitos técnicos e alcançam o esperado meta .

3,Conclusão

Este artigo expõe o processo de projeto e desenvolvimento do sistema Brake-by-Wire de um pequeno carro de passageiros não tripulado de 4 m, apresentando principalmente a arquitetura, principais funções, indicadores técnicos e arquitetura do algoritmo de controle do sistema Brake-by-Wire baseado em ESC. e realiza testes de verificação.

Os resultados mostram que o sistema Brake-by-Wire baseado em ESC atende totalmente aos requisitos de tempo de resposta de frenagem menor ou igual a 0,5 s e aos requisitos de tempo de construção de pressão sob cada gradiente de desaceleração.