تصميم نظام فرامل سلكي لحافلة صغيرة بدون طيار تعتمد على ESC

يعد نظام الفرامل بالسلك القائم على ESC والذي تم تقديمه في هذه الورقة أحد أكثر الطرق اقتصادية ونضجًا لتحقيق التحكم الذكي في فرامل السيارات.

مع التطور المستمر والنضج في التكنولوجيا الإلكترونية للسيارات، ظهر نظام الفرامل بالسلك إلى حيز الوجود. نظرًا للتكامل العالي والتصميم السهل، فإن نظام الفرامل بالسلك لا يمكنه تلبية وظيفة ESC فحسب، بل يمكنه أيضًا تحقيق ACC وAEB ووظائف أخرى، وذلك لتلبية احتياجات تطوير وظيفة القيادة الذكية. يتحكم نظام ESC للسيارات في حجم واتجاه القوة الطولية للإطارات والقوة الجانبية لضمان تشغيل السيارة بثبات تحت الكبح والقيادة والتوجيه الحاد وحتى الظروف القاسية الأخرى، ويعزز سلامة السيارة. يوفر نظام ESC للسيارات أساسًا معينًا لفرامل السيارات عن طريق الأسلاك من خلال تحقيق التحكم الدقيق في ضغط أسطوانة العجلة لكل عجلة.

1، اختيار وهيكل نظام الفرامل عن طريق الأسلاك

1.1 اختيار نظام الفرامل بالسلك
تحتاج الحافلة الصغيرة غير المأهولة إلى تحقيق وظائف القيادة بدون طيار L4 في منطقة تشغيل محددة، مثل التخطيط المستقل للطرق واختيار التوقفات، وما إلى ذلك، مما يتطلب أن يكون تأخير استجابة الفرامل بالسلك أقل من أو يساوي {{3} }.5 ثانية. نظرًا لأن نظام ESC للمركبة يعتمد على نظام الكبح الهيدروليكي التقليدي، فإنه يتميز بمزايا التكلفة المنخفضة، والتأخير القصير، وتكرار الفشل الكامل، والتحكم المستقل في الوقت الفعلي في فرملة العجلات الأربع، وما إلى ذلك، ويمكن استخدامه لتنفيذ المهمة بدقة. أمر الكبح الصادر عن وحدة التحكم في القيادة الأوتوماتيكية لتحقيق التحكم النشط في تباطؤ السيارة أو ضغط الفرامل. لذلك، تستخدم الحافلة الصغيرة بدون سائق نظام الفرامل بالسلك المعتمد على ESC.

1.2 بنية نظام الفرامل بالسلك
يظهر الشكل 1 بنية نظام الفرامل عبر الأسلاك المعتمد على ESC في السيارة

مشتمل:

• كوب تخزين الزيت 1,
• وحدة التحكم الهيدروليكية الإلكترونية (HCU) 2
• حساس الضغط 3
• لوحة اكتساب الضغط 4
• جهاز استشعار الجمع 5
• مساميك الفرامل 6
• قرص الفرامل 7
• أنبوب الفرامل الصلب 8
• خرطوم الفرامل 9
• خرطوم مقاوم للزيت 10
• تسخير الأسلاك 11
• يمكن الإشارة إلى 12، إلخ.

حيث تشتمل وحدة التحكم الهيدروليكية الإلكترونية (HCU) 2 على محرك ووحدة تحكم وصمام ملف لولبي. وظائفها الرئيسية هي كما يلي:
1) الرد على طلب التباطؤ المستهدف المرسل من وحدة التحكم ذات المستوى الأعلى للمركبة (أي وحدة VCU للمركبة): نطاق التباطؤ هو 0-6.0 م/ث2، وقت استجابة التباطؤ أقل من أو يساوي 0.5 ثانية، ووقت تراكم ضغط التباطؤ أقل من أو يساوي 0.6 ثانية. يشير وقت الاستجابة إلى الوقت منذ أن أرسلت وحدة VCU للمركبة بأكملها طلبًا للفرملة حتى بدأت سرعة السيارة في الانخفاض بشكل حاد؛ يشير وقت تراكم الضغط إلى الوقت الذي تبدأ فيه وحدة VCU للمركبة بأكملها بإرسال طلب فرملة حتى تصل السيارة إلى التباطؤ المستهدف.
2) في الطرق الأسمنتية أو الإسفلتية العادية، يجب أن تكون دقة الفرامل بحد أقصى (0.2 م/ث2، 10%))، أي خذ القيمة القصوى بين 0.2 م/ث2 و (10%×تباطؤ الهدف)
 

1.3 هندسة خوارزمية التحكم لنظام الفرامل بالسلك
1.3.1 نموذج ضغط الفرامل

أساس خوارزمية التحكم في نظام الفرامل بالسلك القائم على ESC هو نموذج ضغط الفرامل.

1) تصميم نموذج ضغط الفرامل. تم تصميم نموذج ضغط الفرامل على النحو التالي: أولاً، قم ببناء نموذج الأجهزة للمحرك وأجهزة التحكم المختلفة في وحدة التحكم المركزية استنادًا إلى خصائص وحدة التحكم المركزية، ثم قم بمقارنة عمليات التباطؤ المستهدفة المختلفة المحسوبة وفقًا لمعلمات السيارة للحافلة الصغيرة بدون طيار مع مطلوب يتم استيراد منحنى العلاقة لضغط الفرامل إلى نموذج أجهزة ضغط الفرامل المذكور أعلاه، وأخيرًا يمكن تحقيق ضغط الفرامل المطلوب لمختلف عمليات التباطؤ المستهدفة من خلال التصميم المطابق لفتح المحرك ووحدة التحكم في النموذج.

2) التحكم في نموذج ضغط الفرامل. عندما تستقبل وحدة التحكم الهيدروليكية إشارة الكبح، يقوم نموذج ضغط الكبح المصمم بالتحكم في التغذية الأمامية ويقوم بالتحكم في التغذية المرتدة وفقًا لإشارة ضغط أسطوانة العجلة. تقوم وحدة التحكم المركزية باختيار أمر التحكم المناسب لتوليد الضغط المستهدف لفرملة السيارة بحيث تصل السيارة إلى التباطؤ المستهدف، مع ضمان اتساق واستقرار وسلاسة تباطؤ الكبح.

1.3.2 هندسة خوارزمية التحكم

تنقسم خوارزمية التحكم المستندة إلى نظام الفرامل الإلكترونية ESC بشكل أساسي إلى وحدة التحكم النشط في الفرامل (حساب كمية الحالة ذات الصلة والحكم على حالة الدخول والخروج)، ووحدة التحكم العلوية (وحدة التحكم في تباطؤ الهدف) ووحدة التحكم السفلية (وحدة التحكم في ضغط الفرامل النشطة) ) الوحدة، تظهر بنيتها في الشكل 2.

من بينها، يظهر في الشكل 3 منطق التحكم في وحدة التحكم في تباطؤ الهدف العلوي ووحدة التحكم في ضغط الفرامل النشطة السفلية.

يتمثل دور وحدة التحكم في تباطؤ الهدف في المستوى العلوي في تحويل تباطؤ الهدف إلى ضغط مستهدف؛ يتمثل دور وحدة التحكم في ضغط الفرامل النشطة ذات المستوى الأدنى في حل أوامر المحرك والصمام اللولبي المناسبة لتحقيق الضغط المستهدف الذي تطلبه وحدة التحكم ذات المستوى العلوي.

منطق التحكم لوحدة التحكم في تباطؤ الهدف من المستوى العلوي: وفقًا لنموذج الديناميكيات الطولية للمركبة، احسب ضغط الهدف المرجعي المطلوب لتحقيق التباطؤ المستهدف باعتباره رابط التغذية الأمامية في عملية التحكم؛ وفقًا للانحراف بين التباطؤ المستهدف والتباطؤ الفعلي، يتم تصحيح ضغط الكبح المستهدف للحصول على ضغط الكبح المصحح، والذي يستخدم كرابط تغذية مرتدة في عملية التحكم؛ وأخيرًا، يتم الحصول على الضغط المستهدف الشامل وفقًا لضغط الكبح المرجعي وضغط الكبح المصحح.

منطق التحكم في وحدة التحكم في ضغط الفرامل النشطة السفلية: أولاً، احسب الفتح الأساسي لكل صمام ملف لولبي والفتح الأساسي للمحرك وفقًا لنموذج الضغط الأمامي؛ ثم، قم بحساب الفتح الصحيح لكل صمام ملف لولبي وفقًا لملاحظات انحراف الضغط والفتح الصحيح للمحرك؛ وأخيرًا، يتم الحصول على الفتح المشترك لصمام الملف اللولبي والمحرك من خلال تركيب الفتحة الأساسية والفتحة المصححة.

2، اختيار وهيكل نظام الفرامل عن طريق الأسلاك

يتم تجميع مكونات نظام الفرامل بالسلك المذكور أعلاه في السيارة بأكملها، ويتم التحقق من التصميم النظري المذكور أعلاه لإكمال التصميم النهائي لنظام الفرامل بالسلك للمركبة بأكملها.

بالنسبة للحافلة الصغيرة بدون طيار المذكورة أعلاه، يتم إجراء التحقق الديناميكي لنظام الفرامل بالسلك على رصيف مسطح وعالي الالتصاق، وتكون درجة الحرارة المحيطة حوالي 30 درجة.

عنصر اختبار التحقق هذا هو تغيير خطوة التباطؤ. يعكس اختبار تغيير خطوة التباطؤ عملية الضغط والإمساك وإزالة الضغط النموذجية ويحاكي ظروف الكبح والتباطؤ النموذجية للسيارة. عند الكبح، تكون السرعة الأولية حوالي 15 كم/ساعة، والتباطؤ المستهدف هو 1.0-6.0 م/ث2. بالنسبة لكل تباطؤ مستهدف، قم بتسجيل وقت استجابة التباطؤ، ووقت تراكم ضغط التباطؤ، ودقة الفرامل بالسلك. المتطلبات الفنية ونتائج الاختبار لاختبار التحقق موضحة في الجدول 1.

توضح مقارنة الوظائف الرئيسية في 1.2 والمتطلبات الفنية ونتائج الاختبار في الجدول 1 أن النظام يمكنه متابعة تباطؤ الهدف في الوقت المناسب وبدقة في ظل تباطؤات الهدف المختلفة، كما أن مؤشري الوقت يلبيان أيضًا المتطلبات الفنية ويحققان المتوقع هدف .

3 - الخلاصة

تشرح هذه الورقة عملية تصميم وتطوير نظام الفرامل بالسلك لسيارة ركاب صغيرة بدون طيار بطول 4 أمتار، وتقدم بشكل أساسي البنية والوظائف الرئيسية والمؤشرات الفنية وهندسة خوارزمية التحكم لنظام الفرامل بالسلك المعتمد على ESC. ، وإجراء اختبارات التحقق.

أظهرت النتائج أن نظام الفرامل بالسلك المعتمد على ESC يلبي تمامًا متطلبات زمن استجابة الكبح أقل من أو يساوي 0.5 ثانية ومتطلبات وقت بناء الضغط تحت كل تدرج تباطؤ.