תכנון מערכת בלמים בלם על חוט למיניבוס בלתי מאויש על בסיס ESC

מערכת הבלימה-על-חוט מבוססת ESC שהוצגה במאמר זה היא אחת השיטות החסכוניות והבוגרות ביותר למימוש השליטה החכמה של בלמי רכב.

עם הפיתוח והבשלות המתמשכים של הטכנולוגיה האלקטרונית לרכב, נוצרה מערכת הבלימה-על-חוט. בשל האינטגרציה הגבוהה והפריסה הקלה שלה, מערכת הבלמים-על-חוט יכולה לא רק לעמוד בפונקציית ה-ESC, אלא גם לממש פונקציות ACC, AEB ושאר פונקציות, כדי לענות על הצרכים של פיתוח פונקציית נהיגה חכמה. Automotive ESC שולט בגודל ובכיוון של כוח האורך וכוח הצמיג לרוחב כדי להבטיח שהמכונית פועלת ביציבות תחת בלימה, נהיגה, היגוי חד ואפילו בתנאים קיצוניים אחרים, ומשפרת את בטיחות המכונית. Automotive ESC מספק בסיס מסוים לבלם רכב על ידי מימוש שליטה מדויקת בלחץ צילינדר הגלגל של כל גלגל.

1, בחירה ומבנה של מערכת בלם על חוט

1.1 בחירת מערכת בלמים אחר חוט
המיניבוס הבלתי מאויש צריך לממש פונקציות נהיגה בלתי מאוישות של L4 באזור הפעלה ספציפי, כגון תכנון אוטונומי של מסלולים ובחירת עצירות וכו', המחייב את עיכוב התגובה שלו בבלימה על ידי חוט להיות קטן או שווה ל-{{3} }.5 שניות. מכיוון שה-ESC של הרכב מבוסס על מערכת הבלימה ההידראולית המסורתית, יש לו את היתרונות של עלות נמוכה, עיכוב קצר, יתירות תקלה מלאה, שליטה עצמאית בזמן אמת של בלימת ארבע גלגלים וכו', וניתן להשתמש בו לביצוע מדויק של פקודת בלימה שהונפקה על ידי בקר הנהיגה האוטומטי למימוש שליטה אקטיבית של האטת הרכב או לחץ הבלמים. לכן, המיניבוס ללא נהג משתמש במערכת ברקס-by-wire מבוססת ESC.

1.2 ארכיטקטורת מערכת בלימה על חוט
ארכיטקטורת מערכת הבלמים-לחוט המבוססת על ESC של המכונית מוצגת באיור 1

לְרַבּוֹת:

• כוס אחסון שמן 1,
• יחידת בקרה הידראולית אלקטרונית (HCU) 2
• חיישן לחץ 3
• לוח רכישת לחץ 4
• חיישן משולב 5
• קליפרים בלמים 6
• דיסק בלם 7
• צינור בלם קשיח 8
• צינור בלם 9
• צינור עמיד בשמן 10
• רתמת חיווט 11
• אות CAN 12 וכו'.

כאשר יחידת הבקרה ההידראולית האלקטרונית (HCU) 2 כוללת מנוע, בקר ושסתום סולנואיד. הפונקציות העיקריות שלו הן כדלקמן:
1) השב לבקשת ההאטה היעד שנשלחה על ידי הבקר ברמה העליונה של הרכב (כלומר, ה-VCU של הרכב): טווח האטה הוא 0-6.0 m/s2, זמן התגובה של האטה הוא קטן או שווה ל-0.5 שניות, וזמן הצטברות לחץ האטה קטן או שווה ל-0.6 שניות. זמן התגובה מתייחס לזמן מהרגע שבו ה-VCU של הרכב כולו שולח בקשת בלימה ועד לרגע בו מהירות הרכב מתחילה לרדת באופן חד; זמן הצטברות הלחץ מתייחס לזמן שבו ה-VCU של הרכב כולו שולח בקשת בלימה ועד לרגע בו הרכב מגיע להאטת היעד.
2) בכבישי מלט או אספלט רגילים, דיוק בלמים אחר חוט נדרש להיות מקסימום(0.2 m/s2, 10%), כלומר, קח את הערך המקסימלי בין 0.2 מ'/שנ'2 ו-(10%×האטת יעד)
 

1.3 ארכיטקטורת אלגוריתם בקרה של מערכת בלם-ל-חוט
1.3.1 דגם לחץ בלמים

הבסיס של אלגוריתם הבקרה של מערכת בלמים-אחר-חוט מבוססת ESC הוא דגם לחץ הבלמים.

1) עיצוב דגם לחץ בלמים. מודל לחץ הבלמים מתוכנן כדלקמן: תחילה בנו את דגם החומרה של המנוע והבקרים השונים ב-HCU בהתבסס על המאפיינים של ה-HCU, ולאחר מכן השוו את האטות היעד השונות המחושבות לפי פרמטרי הרכב של המיניבוס הבלתי מאויש עם נדרש עקומת הקשר של לחץ הבלמים מיובאת לדגם החומרה של לחץ הבלמים הנ"ל, ולבסוף ניתן להשיג את לחץ הבלמים הנדרש להאטות יעדים שונות באמצעות תכנון תואם של פתח המנוע והבקר בדגם.

2) בקרת דגם לחץ בלמים. כאשר ה-HCU מקבל את אות הבלימה, דגם לחץ הבלימה המעוצב מבצע בקרת הזנה קדימה ומבצע בקרת משוב בהתאם לאות לחץ גליל הגלגל. ה-HCU בוחר את פקודת הבקרה המתאימה ליצירת לחץ המטרה לבלימת הרכב כך שהרכב יגיע להאטת היעד, תוך הבטחת העקביות, היציבות והחלקות של האטת הבלימה.

1.3.2 ארכיטקטורת אלגוריתם בקרה

אלגוריתם הבקרה המבוסס על מערכת הבלימה-על-חוט ESC מחולק בעיקר למודול בקרת בלימה אקטיבית (חישוב כמות מצב רלוונטי ושיפוט מצב כניסה ויציאה), בקר עליון (בקר האטת יעד) ובקר תחתון (בקר לחץ בלמים פעיל ) מודול, הארכיטקטורה שלו מוצגת באיור 2.

ביניהם, היגיון הבקרה של בקר האטת המטרה העליון ובקר לחץ הבלמים הפעיל התחתון מוצג באיור 3.

תפקידו של בקר האטת המטרה ברמה העליונה הוא להמיר את האטת המטרה ללחץ מטרה; תפקידו של בקר לחץ הבלמים הפעיל ברמה התחתונה הוא לפתור את פקודות המנוע והשסתום הסולנואיד המתאימות כדי להשיג את לחץ היעד המבוקש על ידי הבקר ברמה העליונה.

היגיון הבקרה של בקר האטת המטרה ברמה העליונה: על פי מודל הדינמיקה האורכית של הרכב, חשב את לחץ יעד הייחוס הנדרש כדי להשיג את האטת היעד כחוליית ההזנה קדימה בתהליך הבקרה; בהתאם לסטייה בין האטת המטרה להאטה בפועל, לחץ בלימת המטרה מתוקן כדי לקבל את לחץ הבלימה המתוקן, המשמש כחוליית המשוב בתהליך הבקרה; לבסוף, לחץ היעד המקיף מתקבל בהתאם ללחץ הבלימה הייחוס ולחץ הבלימה המתוקן.

היגיון הבקרה של בקר לחץ הבלמים הפעיל התחתון: ראשית, חשב את הפתיחה הבסיסית של כל שסתום סולנואיד ואת הפתיחה הבסיסית של המנוע לפי מודל הלחץ קדימה; לאחר מכן, חשב את הפתיחה המתוקנת של כל שסתום סולנואיד לפי משוב סטיית הלחץ והפתיחה המתוקנת של המנוע; לבסוף, הפתיחה המשולבת של שסתום הסולנואיד והמנוע מתקבלת על ידי הצבת הפתיחה הבסיסית והפתיחה המתוקנת.

2, בחירה ומבנה של מערכת בלמים אחר חוט

מרכיבי מערכת הבלימה-על-חוט הנ"ל מורכבים לתוך הרכב כולו, והתכנון התיאורטי הנ"ל מאומת להשלמת התכנון הסופי של מערכת הבלימה-ב-חוט של הרכב כולו.

עבור המיניבוס הבלתי מאויש הנ"ל, האימות הדינמי של מערכת הבלימה-על-חוט מתבצע על מדרכה שטוחה ובעלת הידבקות גבוהה, וטמפרטורת הסביבה היא כ-30 מעלות.

פריט בדיקת אימות זה הוא שינוי שלב ההאטה. מבחן שינוי צעדי האטה משקף את תהליך הלחץ-החזקה-פירוק הלחץ האופייני ומדמה את תנאי הבלימה וההאטה האופייניים של הרכב. בעת בלימה, המהירות ההתחלתית היא כ-15 קמ"ש, והאטת היעד היא 1.0-6.0 m/s2. עבור כל האטת יעד, רשום את זמן תגובת האטה, זמן הצטברות לחץ האטה ודיוק בלם אחר חוט. הדרישות הטכניות ותוצאות הבדיקה של בדיקת האימות מוצגות בטבלה 1.

ההשוואה בין הפונקציות העיקריות ב-1.2 לבין הדרישות הטכניות ותוצאות הבדיקה בטבלה 1 מראה שהמערכת יכולה לעקוב אחר האטת היעד בזמן ובדייקנות תחת האטות יעד שונות, ושני מחווני הזמן גם עומדים בדרישות הטכניות ומשיגים את הצפוי. מטרה .

3, מסקנה

מאמר זה מפרט את תהליך התכנון והפיתוח של מערכת בלם-ב-חוט של מכונית נוסעים קטנה בלתי מאוישת באורך 4 מ', מציג בעיקר את הארכיטקטורה, הפונקציות העיקריות, האינדיקטורים הטכניים וארכיטקטורת אלגוריתמי הבקרה של מערכת הבלימה-לפי-חוט המבוססת על ESC , ועורכת בדיקות אימות.

התוצאות מראות שמערכת הבלימה-על-חוט מבוססת ה-ESC עומדת במלואה בדרישות של זמן תגובת הבלימה. פחות או שווה ל-0.5 שניות ודרישות זמן בניית הלחץ מתחת לכל שיפוע האטה.