CN102167020A - 一种基于线控制动系统的制动力的调节方法 - Google Patents

Abstract

一种基于线控制动系统的制动力的调节方法，包括以下步骤：步骤A、检测是否踩下电子制动踏板，如果是肯定的，则将制动踏板的位移量传送到处理器，否则，继续检测；步骤B、将所述的制动踏板的位移量换算成车辆前、后轮电制动器的制动力；步骤C、根据车辆前、后轮电制动器的制动力通过传动比和效率换算得到前、后轮电制动器制动电机的输出扭矩；步骤D、根据车辆前、后轮电子制动执行机构制动电机的输出扭矩推算出各制动电机的堵转电流大小；步骤E、根据步骤D中获得各电机的堵转电流大小，处理器再控制所述的电子制动执行机构的电机的电流，转向步骤A。通过踏板位移直接对电子制动器制动力实现实时调节，实现制动力的精确控制，减少了系统的成本，又提高了控制的精度。

Description

一种基于线控制动系统的制动力的调节方法

技术领域

本发明涉及机动车等运动机构的制动系统，特别涉及一种线控制动系统的的制动力的调节方法。

背景技术

目前线控制动(Brake by wire)系统不论是湿式的电控液压制动系统(Electro-Hydraulic Brake EHB)还是干式的电控机械制动系统(Electro-Mechanical Brake EMB)一般包括三个部分：(1)采集驾驶员制动意愿的制动踏板系统，(2)将制动踏板系统准确采集的具有驾驶员制动意愿的信息处理成制动命令的处理系统，(3)由处理系统控制的制动执行部件。三个部件相互配合执行驾驶员的制动意愿，与传统的液压或者空气制动系统相比，增加了单独的处理系统使整个制动系统具有智能特点，对制动踏板系统进行了改造，使由制动踏板系统所采集的驾驶员制动意愿通过传感器转换成处理器可以处理的电信号，使整个制动过程更加可靠，同时也对制动执行部件的执行力进行了加强。

中国专利号200580034671的专利申请公布了一种“线控制动”型制动系统，为了解决以前制动系统不能获知对制动该隔断阀的任何具体暗示的技术问题，该“线控制动”型制动系统具有：可借助于制动踏板操作的制动压力发生器，不在“线控制动”工作状态中时该制动压力发生器可与车辆的车轮制动器相连接；可借助于电子控制单元致动的压力源，在“线控制动”工作状态中该压力源可与车辆的车轮制动器相连接；用于检测驾驶员减速愿望的装置；与制动踏板共同作用的踏板行程模拟器，在“线控制动”工作状态中通过该踏板行程模拟器可与压力源的致动无关地模拟作用在制动踏板上的复位力；以及可借助于电子控制单元致动的电液装置，在“线控制动”工作状态中该电液装置可实现该踏板行程模拟器的接通并且不在“线控制动”工作状态中时可实现该踏板行程模拟器的关断。根据本发明，通过由所述用于检测驾驶员减速愿望的装置产生的信号来致动电液装置。

中国实用新型专利号200820059405公开了车辆电液线控制动系统制动机构，该机构包括液压控制单元、制动踏板单元和制动器，液压控制单元包括电动液压泵、单向阀、蓄能器、安全阀及四套结构相同的分别控制各自制动器的减压电磁阀、增压电磁阀、切换电磁阀；制动踏板单元包括储油杯、制动踏板、制动主缸、模拟器控制电磁阀和踏板行程模拟器。正常制动时，电控单元通过对增压电磁阀和减压电磁阀通断电的控制，使各制动器处于增压、减压或保压状态。当制动系统失效时，车辆制动力直接由制动踏板力决定。这种车辆电液线控制动机构是一种湿式的线控制动系统，具有防止ABS工作时制动踏板“抖动”、制动响应更快、制动压力上升梯度更大、可集成ABS、TCS、ESP及BAS功能等优点，适用于混合动力汽车及电动汽车。

另外，专利号为200820084728.7的中国实用新型专利公开了一种牵引车线控制动系统，其前制动贮气筒端接电控比例阀接口，电控比例阀输出分别接二个前桥制动气室，电控比例阀接口接电子制动踏板；后制动贮气筒端并接串有溢流阀的电控驻车应急制动快放阀和电控行车制动快放阀，它们另一端并接后接二个后桥制动气室；四回路保护阀连接制动贮气筒端还接有电控挂车制动阀，电控挂车制动阀安装在主车上；电子制动跳板分别接电控比例阀、电控行车制动快放阀、电控驻车应急制动快放阀和电控挂车制动阀接口；电子式手控阀接电控驻车应急制动快放阀和电控挂车制动阀接口。采用电信号控制，系统简单可靠，反应灵敏，能够快速、准确、可靠的控制主车和挂车的制动系统。

而上述3个专利或者专利申请所公开的技术方案中都存在控制过程中电子制动器制动力控制不准确、成本比较高的问题。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明是提出一种线控制动系统的制动力调节方法，在制动过程中，根据电子制动踏板的位移实时调节作用在刹车盘上的制动力的大小。

本发明为实现其目的而采用的技术方案是：一种基于线控制动系统的制动力的调节方法，该方法利用发动机控制单元(ECU)作为处理器，对电子制动踏板的不同位移实时调节制动执行机构作用在刹车盘上的制动力的大小。包括以下步骤：

步骤A、检测是否踩下电子制动踏板，如果是肯定的，则将制动踏板的位移量传送到ECU处理器，否则，继续检测；

步骤B、将所述的制动踏板的位移量换算成车辆前、后轮电制动器的制动力；

步骤C、根据车辆前、后轮电制动器的制动力通过传动比和效率换算得到前、后轮电制动器制动电机的输出扭矩；

步骤D、根据车辆前、后轮电子制动执行机构制动电机的输出扭矩推算出各制动电机的堵转电流大小；

步骤E、根据步骤D中获得各电机的堵转电流大小，ECU处理器再控制所述的电子制动执行机构的电机的电流，转向步骤A。

进一步的，上述的一种基于线控制动系统的制动力的调节方法中：所述的步骤E中，所述的电机的堵转电流大小是通过PID控制器将被控量的偏差比例、积分和微分通过线性组合构成控制量，用这一控制量对被控制对象进行控制的。

更进一步的，上述的一种基于线控制动系统的制动力的调节方法中：所述的电子制动踏板的行程为0-120mm，其最大行程120mm对应的是前、后车轮同时抱死时的制动器所需的最大制动力(F_μ1、F_μ2)。

更进一步的，上述的一种基于线控制动系统的制动力的调节方法中：所述的前、后车轮同时抱死时的制动器所需的最大制动力(F_μ1、F_μ2)通过以下公式(1)和公式(2)计算：

$\left\{\begin{array}{c}{F}_{Z1}=\frac{G}{L}(b+\mathrm{\φ}{h}_g)\\ F_{Z2}=\frac{G}{L}(a-\mathrm{\φ}{h}_g)\end{array}\right.$ 公式(1)

$\left.\begin{array}{c}{F}_{\mathrm{\μ}1}+F_{\mathrm{\μ}2}=\mathrm{\φG}\\ F_{\mathrm{\μ}1}=\mathrm{\φ}{F}_{Z1}\\ F_{\mathrm{\μ}2}=\mathrm{\φ}{F}_{Z2}\end{array}\right\}$ 公式(2)

式中：F_μ1、F_μ2是前、后车轮同时抱死时的制动器所需的最大制动力、G是整车的重量、a、b是前后轴距，L是前后轴距之和，hg是整车质心的高度，Φ是路面附着系数。

本发明通过踏板位移直接对电子制动器制动力实现实时调节，不需要在制动器上安装压力传感器，即可实现制动力的精确控制，减少了系统的成本，同时提高了控制的精度。

下面通过结合具体实施例与附图对本发明的技术方案进行较为详细的描述。

附图说明

图1为本发明中电子制动踏板结构图。

图2为本发明的中电机电流采用PID调节流程图。

图3为本发明中电子制动器制动力控制流程图。

图4为汽车在平直路面上汽车制动时的受力图。

附图标记说明：

1-踏板感觉模拟器，2-踏板内置单元传感器，3-踏板，4-传感器信号输出端口。

具体实施方式

实施例1：实现本旗袍例方法的刹车装置，参见图1所示，本刹车装置包括电子制动踏板，电子制动踏板本身包括踏板3，设置于踏板3下端的踏板感觉模拟器1，设置于踏板3上端的内置单元传感器2，以及踏板3外侧的传感器信号输出端口4。

驾驶员踏下不同行程时，通过踏板位移传感器信号得到踏板行程对应的位移电压值。

参见流程图3所示以及以下公式1和公式2所示：

根据整车的质量m、前后轴距a、b，整车质心的高度hg，最大路面附着系数0.8，再根据下面的公式1和公式2即可得到前、后车轮同时抱死时的制动器所需的最大制动力F_μ1、F_μ2。电子制动踏板行程范围为0-120mm。为满足标准Q/SQR.04.485-2006-6.4中要求，即在试验载荷为载荷B，减速度为8m/s²时，踏板行程为60±10mm。本申请中设定当踏板行程为60mm时，即满足法规要求，即前、后轮的制动器制动力达到最大值F_μ1、F_μ2。从而得到整车前、后轮电子制动器的制动力与电子踏板行程之间的关系F＝(s).再根据电子制动器的机械机构的传动系数、制动器摩擦系数，即可得到电子制动器电机输出扭矩与踏板位移之间的关系Tb＝(s)，再由电机的力矩常数，从而得到电子电制动器控制电机堵转电流与踏板位移之间的关系I＝(s)。

$\left\{\begin{array}{c}{F}_{Z1}=\frac{G}{L}(b+\mathrm{\φ}{h}_g)\\ F_{Z2}=\frac{G}{L}(a-\mathrm{\φ}{h}_g)\end{array}\right.$ 公式(1)

$\left.\begin{array}{c}{F}_{\mathrm{\μ}1}+F_{\mathrm{\μ}2}=\mathrm{\φG}\\ F_{\mathrm{\μ}1}=\mathrm{\φ}{F}_{Z1}\\ F_{\mathrm{\μ}2}=\mathrm{\φ}{F}_{Z2}\end{array}\right\}$ 公式(2)

下面对上式中式(1)和式(2)进行简单的推导。

如图4所示为平直路面上汽车制动时的受力图

分别对前后轮接地点取矩，得：

$\left[\begin{array}{c}{F}_{Z1}L=\mathrm{Gb}+F_j{h}_g\\ F_{Z2}L=\mathrm{Ga}-F_j{h}_g\\ F_j=m\frac{\mathrm{du}}{\mathrm{dt}}\end{array}\right]$ 解得 $\left\{\begin{array}{c}{F}_{Z1}=\frac{G}{L}(b+\frac{h_g}{g}\frac{\mathrm{du}}{\mathrm{dt}})\\ F_{Z2}=\frac{G}{L}(a-\frac{h_g}{g}\frac{\mathrm{du}}{\mathrm{dt}})\end{array}\right.$

当前、后车轮抱死时，有

或

此时，前后车轮的法向反作用力为：

$\left\{\begin{array}{c}{F}_{Z1}=\frac{G}{L}(b+\mathrm{\φ}{h}_g)\\ F_{Z2}=\frac{G}{L}(a-\mathrm{\φ}{h}_g)\end{array}\right.$ 公式(1)

$\left.\begin{array}{c}{F}_{\mathrm{\μ}1}+F_{\mathrm{\μ}2}=\mathrm{\φG}\\ F_{\mathrm{\μ}1}=\mathrm{\φ}{F}_{Z1}\\ F_{\mathrm{\μ}2}=\mathrm{\φ}{F}_{Z2}\end{array}\right\}$ 公式(2)

上面各式中，整车的质量m、重量为G、前后轴距a、b，各为L，整车质心的高度hg，路面附着系数Φ，前、后车轮同时抱死时的制动器所需的最大制动力F_μ1、F_μ2。

为了控制电子制动器制动力的大小，通过上述步骤得到电机堵转电流，因电机输出扭矩与电机堵转电流成正比，故通过对电机堵转电流采用PID实时的调节，从而实现电子制动器制动的调节，方法见图2所示。PID控制器是将被控量的偏差比例、积分和微分通过线性组合构成控制量，用这一控制量对被控制对象进行控制。其具有结构简单、适应性强、鲁棒性好等优点。一旦目标电流与实际电流出现偏差，PID输出合适的控制电压，抑制偏差出现，直至偏差消除。

参见如图3所示。随着驾驶员踩下踏板行程的不同，电子制动器输出的制动扭矩也应在跟随着变化，当驾驶员踩下踏板在一个位置时，此时即可得到前、后电子制动器的堵转电流，此堵转电流即为PID调节的目标电流I*.电机实际电流I通过ECU进行实时采集，当实际电流I小于给定堵转电路I*时，根据两者的偏差ΔI(I*-I)，进行PID调节，从而获得电机驱动电路的控制电压Uct，驱动电路采用脉宽调制变换器电路即PWM变换器电路，根据控制Uct得到PWM值，从而得到作用在电机电枢平均端的电压值Ud0，从而对电机电流进行控制，因电机输出扭矩Tb＝Km*I，Km根据电机特性为一定值，故对电机电流调节即实现对电机数据扭矩的调节，从而实现电子制动器制动力的调节。

Claims (5)

1.一种基于线控制动系统的制动力的调节方法，该方法利用处理器对电子制动踏板的不同位移实时调节制动执行机构作用在刹车盘上的制动力的大小；包括以下步骤：

步骤A、检测是否踩下电子制动踏板，如果是肯定的，则将制动踏板的位移量传送到处理器，否则，继续检测；

步骤B、将所述的制动踏板的位移量换算成车辆前、后轮电制动器的制动力；

步骤C、根据车辆前、后轮电制动器的制动力通过传动比和效率换算得到前、后轮电制动器制动电机的输出扭矩；

步骤D、根据车辆前、后轮电子制动执行机构制动电机的输出扭矩推算出各制动电机的堵转电流大小；

步骤E、根据步骤D中获得各电机的堵转电流大小，处理器再控制所述的电子制动执行机构的电机的电流，转向步骤A。

2.根据权利要求1所述的基于线控制动系统的制动力的调节方法，其特征在于：所述的步骤E中，所述的电机的堵转电流大小是通过PID控制器将被控量的偏差比例、积分和微分通过线性组合构成控制量，用这一控制量对被控制对象进行控制的。

3.根据权利要求2所述的基于线控制动系统的制动力的调节方法，其特征在于：所述的电子制动踏板的行程为0～120mm，其最大行程120mm对应的是前、后车轮同时抱死时的制动器所需的最大制动力(F_μ1、F_μ2)。

4.根据权利要求3所述的基于线控制动系统的制动力的调节方法，其特征在于：所述的前、后车轮同时抱死时的制动器所需的最大制动力(F_μ1、F_μ2)通过以下公式(1)和公式(2)计算：

$\left\{\begin{array}{c}{F}_{Z1}=\frac{G}{L}(b+\mathrm{\φ}{h}_g)\\ F_{Z2}=\frac{G}{L}(a-\mathrm{\φ}{h}_g)\end{array}\right.$ 公式(1)

$\left.\begin{array}{c}{F}_{\mathrm{\μ}1}+F_{\mathrm{\μ}2}=\mathrm{\φG}\\ F_{\mathrm{\μ}1}=\mathrm{\φ}{F}_{Z1}\\ F_{\mathrm{\μ}2}=\mathrm{\φ}{F}_{Z2}\end{array}\right\}$ 公式(2)

式中：F_μ1、F_μ2是前、后车轮同时抱死时的制动器所需的最大制动力、G是整车的重量、a、b是前后轴距，L是前后轴距之和，hg是整车质心的高度，Φ是路面附着系数。

5.根据权利要求1至4中任一权利要求所述的一种基于线控制动系统的制动力的调节方法，其特征在于：所述的处理器为发动机控制单元。

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