CN102424041A - 一种无夹紧力传感器的电子机械制动方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无夹紧力传感器的电子机械制动方法，包括测得前后四个车轮的车轮角速度和车轮正压力，测得行驶车速；计算前后四个车轮实际滑移率；计算两个前轮的平均滑移率S_f，若S_f＜最佳滑移率S*，则S*为两个前轮的目标滑移率，通过理想制动力分配曲线计算两个后轮的目标滑移率；若S_f≥S*，前后四个车轮的目标滑移率为S*。本发明还公布了一种无夹紧力传感器的电子机械制动装置，包括总控制装置、第一EMB控制装置、第二EMB控制装置、第三EMB控制装置和第四EMB控制装置。本发明可实现在无夹紧力传感器条件下对车轮进行有效制动，安全性和实时性高；结构简单，安装方便，成本低。

Description

一种无夹紧力传感器的电子机械制动方法及装置

技术领域

本发明涉及汽车制动领域，更具体涉及一种无夹紧力传感器的电子机械制动方法，同时还涉及一种无夹紧力传感器的电子机械制动装置，适用于汽车行驶中安全制动。 

背景技术

电子机械制动系统伺服电机的控制通常采用压力环、速度环和电流环串联的控制架构。但是，夹紧力传感器是相对昂贵的部件且装配程序比较复杂，存在温度漂移现象。考虑到成本问题以及夹紧力传感器使用时技术上的复杂性，亟需在EMB系统中消除夹紧力传感器^[2]。同时，由于夹紧力传感器消除后，EBD、ABS系统等需要夹紧力的反馈才能实现闭环控制的系统无法实现对夹紧力的精确控制，EBD、ABS系统不能实现其最佳性能。因此，电子机械制动系统需要一种能与EBD、ABS相融合的无夹紧力传感器的控制方法。 

发明内容

本发明的目的是针对现有的技术存在的上述问题，提供一种无夹紧力传感器的电子机械制动方法，该方法可以在没有夹紧力传感器的条件下对车轮进行制动，实时性和安全性高。 

本发明的另一个目的是在于提供一种无夹紧力传感器的电子机械制动装置，该装置结构简单，安装方便，可实现在没有夹紧力传感器的条件下对车轮进行制动。 

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案： 

一种无夹紧力传感器的电子机械制动方法，包括以下步骤： 

步骤1、通过轮速传感器分别测得前后四个车轮的车轮角速度，通过正压力传感器分别测得前后四个车轮的车轮正压力，通过四个车轮的车轮角速度和加速度传感器测得的信号计算行驶车辆的车速值； 

步骤2、根据测得的前后四个车轮的车轮角速度和车速值分别计算四个车轮的实际滑移率； 

步骤3、计算两个前轮的平均滑移率S_f，将平均滑移率S_f与预先设定的最佳滑移率S*进行比较，若S_f＜S*，则进行步骤4；若S_f≥S*，则进行步骤5； 

步骤4、设置最佳滑移率S*为两个前轮的目标滑移率，根据两个前轮的平均滑移率S并通过理想制动力分配曲线对两个后轮的目标滑移率进行分配计算，利用得到的前后四个车轮的目标滑移率分别对前后四个车轮进行制动控制，返回步骤1； 

步骤5、设定前后四个车轮的目标滑移率均为最佳滑移率S*，通过前后四个车轮的目标滑移率分别对前后四个车轮进行制动控制，返回步骤1。 

步骤2中实际滑移率的计算是基于以下公式： 

$S=\frac{V-\mathrm{\ωr}}{V}\×100\%$

式中：S为实际滑移率；V为车速；ω为车轮角速度；r为车轮滚动半径。 

步骤4中对两个后轮的目标滑移率进行分配计算包括如下步骤： 

步骤4.1、根据两个前轮的平均滑移率S_f并通过沥青路面或混凝土路面的滑移率-附着系数曲线以查表的方式查找两个前轮的平均滑移率S_f对应的附着系数； 

步骤4.2、根据步骤1测得的前后四个车轮的车轮正压力和两个前轮的附着系数计算两个前轮的平均附着力，两个前轮的平均附着力等于两个前轮的平均制动力，该计算基于以下公式； 

$F_{\mathrm{bf}}=F_{\mathrm{ff}}=\frac{{\mathrm{\μ}}_{f1}{F}_{\mathrm{zf}1}+{\mathrm{\μ}}_{\mathrm{fr}}{F}_{\mathrm{zfr}}}{2}$

其中：F_bf为两个前轮的平均制动力；F_ff为两个前轮的平均附着力；μ_fl和μ_fr分别为左前轮和右前轮的附着系数；F_zfl和F_zfr分别为左前轮和右前轮的正压力。 

步骤4.3、通过理想制动力分配曲线计算两个后轮的平均制动力，理想制动力分配曲线基于以下公式： 

$F_{\mathrm{br}}=\frac{1}{2}[\frac{\mathrm{mg}}{h_g}\sqrt{{L^2}_r+\frac{4{\mathrm{Lh}}_g}{\mathrm{mg}}}{F}_{\mathrm{bf}}-(\frac{{\mathrm{mgL}}_r}{h_g}+2F_{\mathrm{bf}})]$

其中：m为整车的质量；g为重力加速度；L_f为前轮到汽车质心的距离；L_r为后轮到汽车质心的距离；L为前后轮的轮距；L＝L_f+L_r；h_g为汽车质心距离地面的高度；F_br为两个后轮的平均制动力，F_bf为两个前轮的平均制动力； 

步骤4.3、根据计算出来的两个后轮的平均制动力计算两个后轮的附着系数； 

步骤4.4、根据两个后轮的附着系数并通过沥青路面或混凝土路面的滑移率-附着系数曲线以查表的方式查找得到两个后轮的目标滑移率。 

步骤4和步骤5中的制动控制是通过计算前后四个车轮的目标滑移率和实际滑移率的差值进行的闭环控制。 

一种无夹紧力传感器的电子机械制动装置，包括总控制装置，分别与总控制装置相连的第一EMB控制装置、第二EMB控制装置、第三EMB控制装置和第四EMB控制装置，其中： 

第一EMB控制装置，用于监测左前车轮的车轮正压力和车轮角速度，计算左前车轮的实际滑移率，将左前车轮的正压力和实际滑移率上传到总控制装置，并根据从总控制装置接收到左前车轮的目标滑移率和车速值对左前车轮进行制动控制； 

第二EMB控制装置，用于监测左后车轮的车轮正压力和车轮角速度，计算左后车轮的实际滑移率，将左后车轮的正压力和实际滑移率上传到总控制装置，并根据从总控制装置接收到左后车轮的目标滑移率和车速值对左后车轮进行制动控制； 

第三EMB控制装置，用于监测右前车轮的车轮正压力和车轮角速度，计算右前车轮的实际滑移率，将右前车轮的正压力和实际滑移率上传到总控制装置，并根据从总控制装置接收到右前车轮的目标滑移率和车速值对右前车轮进行制动控制； 

第四EMB控制装置，用于监测右后车轮的车轮正压力和车轮角速度，计算右后车轮的实际滑移率，将右后车轮的正压力和实际滑移率上传到总控制装置，并根据从总控制装置接收到右后车轮的目标滑移率和车速值对右后车轮进行制动控制； 

总控制装置，用于计算车速值和左前车轮、左后车轮、右前车轮和右后车轮的目标滑移率。 

如上所述的第一EMB控制装置、第二EMB控制装置、第三EMB控制装置和第四EMB控制装置均包括运算模块、上层控制模块、直流无刷电机控制模块和直流无刷电机，其中： 

运算模块，通过轮速传感器测得车轮角速度、正压力传感器测得车轮正压力和输入的车速值计算实际滑移率，并将车轮正压力和实际滑移率传送到总控制装置； 

上层控制模块，根据运算模块输出的实际滑移率和总控制装置输出的目标滑移率的差值进行PWM信号调制并输出给直流无刷电机控制模块； 

直流无刷电机控制模块，用于驱动直流无刷电机； 

直流无刷电机，用于带动制动机构对车轮进行制动。 

一种无夹紧力传感器的电子机械制动装置，还包括整流滤波模块、电源转换模块和隔离电源模块， 

整流滤波模块，用于将交流电压转换成直流电压并输出到电源转换模块； 

电源转换模块，用于给直流无刷电机供电和隔离电源模块供电； 

隔离电源模块，用于将电源转换模块输入的电压进行隔离，得到隔离后的供电电压并给总控制装置、第一EMB控制装置、第二EMB控制装置、第三EMB控制装置和第四EMB控制装置供电。 

如上所述的整流滤波模块输入为正42V，所述的直流无刷电机供电电压为正42V，隔离电源模块输出的隔离后的供电电压为正5V。 

本发明提出的控制方法根据EBD工作区域滑移率-附着力曲线单调递增，滑移率、附着力一一映射的特性，总控制器参照I线依照前轮滑移率对后轮进行目标滑移率分配，这就取代了传统的制动力分配，去掉了夹紧力传感器；在ABS工作区域，将最佳滑移率作为控制目标，而不是传统的制动力，从而不需要夹紧力传感器的信号反馈。这就实现了无夹紧力传感器的电子机械制动系统与EBD、ABS系统的良好融合，实现了对车量安全性和实时性高的有效制动。 

本发明与现有技术相比，有如下有益效果：本发明可实现在无夹紧力传感器条件下对车轮进行有效制动，安全性和实时性高；本发明装置结构简单，安装方便，使用简单，操作方便，成本低。 

附图说明

图1为一种无夹紧力传感器的电子机械制动装置原理示意图； 

图2为一种无夹紧力传感器的电子机械制动方法的流程示意图； 

图3为图1中第一EMB控制器的原理示意图； 

图4为一种无夹紧力传感器的电子机械制动方法的滑移率-附着系数查询表。 

图5为一种无夹紧力传感器的电子机械制动装置电源部分的原理示意图。 

具体实施方式

以下结合附图对本发明的技术方案作进一步的详细描述。 

实施例： 

如图2所示，一种无夹紧力传感器的电子机械制动方法，包括以下步骤： 

步骤1、通过轮速传感器分别测得前后四个车轮的车轮角速度，通过正压力传感器分别测得前后四个车轮的车轮正压力，通过四个车轮的车轮角速度值和加速度传感器测得的信号计算行驶车辆的车速； 

步骤2、根据测得的前后四个车轮的车轮角速度和车速值分别计算四个车轮的实际滑移率； 

步骤3、计算两个前轮的平均滑移率S_f，将平均滑移率S_f与预先设定的最佳滑移率S*进行比较，若S_f＜S*，则进行步骤4；若S_f≥S*，则进行步骤5； 

步骤4、设置最佳滑移率S*为两个前轮的目标滑移率，根据两个前轮的平均滑移率S并通过理想制动力分配曲线对两个后轮的目标滑移率进行分配计算，利用得到的前后四个车轮的目标滑移率分别对前后四个车轮进行制动控制，返回步骤1； 

步骤5、设定前后四个车轮的目标滑移率均为最佳滑移率S*，通过前后四个车轮的目标滑移率分别对前后四个车轮进行制动控制，返回步骤1。 

步骤2中实际滑移率的计算是基于以下公式： 

$S=\frac{V-\mathrm{\ωr}}{V}\×100\%$

式中：S为实际滑移率；V为车速；ω为车轮角速度；r为车轮滚动半径。 

步骤4中对两个后轮的目标滑移率进行分配计算包括如下步骤： 

步骤4.1、根据两个前轮的平均滑移率S_f并通过沥青路面或混凝土路面的滑移率-附着系数曲线以查表的方式查找两个前轮的平均滑移率S_f对应的附着系数； 

步骤4.2、根据步骤1测得的前后四个车轮的车轮正压力和两个前轮的附着系数计算两个前轮的平均附着力，两个前轮的平均附着力等于两个前轮的平均制动力，该计算基于以下公式； 

$F_{\mathrm{bf}}=F_{\mathrm{ff}}=\frac{{\mathrm{\μ}}_{f1}{F}_{\mathrm{zf}1}+{\mathrm{\μ}}_{\mathrm{fr}}{F}_{\mathrm{zfr}}}{2}$

其中：F_bf为两个前轮的平均制动力；F_ff为两个前轮的平均附着力；μ_fl和μ_fr分别为左前轮和右前轮的附着系数；F_zfl和μ_zfr分别为左前轮和右前轮的正压力。 

步骤4.3、通过理想制动力分配曲线计算两个后轮的平均制动力，理想制动力分配曲线基于以下公式： 

$F_{\mathrm{br}}=\frac{1}{2}[\frac{\mathrm{mg}}{h_g}\sqrt{{L^2}_r+\frac{{4\mathrm{Lh}}_g}{\mathrm{mg}}}{F}_{\mathrm{bf}}-(\frac{\mathrm{mg}{L}_r}{h_g}+2F_{\mathrm{bf}})]$

其中：m为整车的质量；g为重力加速度；L_f为前轮到汽车质心的距离；L_r为后轮到汽车质心的距离；L为前后轮的轮距；L＝L_f+L_r；h_g为汽车质心距离地面的高度；F_br为两个后轮的平均制动力，F_bf为两个前轮的平均制动力； 

步骤4.3、根据计算出来的两个后轮的平均制动力计算两个后轮的附着系数； 

步骤4.4、根据两个后轮的附着系数并通过沥青路面或混凝土路面“滑移率-附着系数”曲线通过查表的方式查找得到两个后轮的目标滑移率。 

步骤4和步骤5中的制动控制是通过计算前后四个车轮的目标滑移率和实际滑移率的差值进行的闭环控制。 

如图1所示，一种利用权利要求1所述方法的无夹紧力传感器的电子机械制动装置，包括总控制装置1，分别与总控制装置1相连的第一EMB控制装置2、第二EMB控制装置3、第三EMB控制装置4和第四EMB控制装置5，其中： 

第一EMB控制装置2，用于监测左前车轮的车轮正压力和车轮角速度，计算左前车轮的实际滑移率，将左前车轮的正压力和实际滑移率上传到总控制装置1，并根据从总控制装置1接收到左前车轮的目标滑移率和车速值对左前车轮进行制动控制； 

第二EMB控制装置3，用于监测左后车轮的车轮正压力和车轮角速度，计算左后车轮的实际滑移率，将左后车轮的正压力和实际滑移率上传到总控制装置1，并根据从总控制装置1接收到左后车轮的目标滑移率和车速值对左后车轮进行制动控制； 

第三EMB控制装置4，用于监测右前车轮的车轮正压力和车轮角速度，计算右前车轮的实际滑移率，将右前车轮的正压力和实际滑移率上传到总控制装置1，并根据从总控制装置1接收到右前车轮的目标滑移率和车速值对右前车轮进行制动控制； 

第四EMB控制装置5，用于监测右后车轮的车轮正压力和车轮角速度，计算右后车轮的实际滑移率，将右后车轮的正压力和实际滑移率上传到总控制装置1，并根据从总控制装置1接收到右后车轮的目标滑移率和车速值对右后车轮进行制动控制； 

总控制装置1，用于计算车速值和左前车轮、左后车轮、右前车轮和右后车轮的目标滑移率。 

第一EMB控制装置2、第二EMB控制装置3、第三EMB控制装置4和第四EMB控制装置5均包括运算模块201、上层控制模块202、直流无刷电机控制模块203和直流无刷电机204，其中： 

运算模块201，通过轮速传感器测得车轮角速度、正压力传感器测得车轮正压力和输入的车速值计算实际滑移率，并将车轮正压力和实际滑移率传送到总控制装置1； 

上层控制模块202，根据运算模块201输出的实际滑移率和总控制装置1输出的目标滑移率的差值进行PWM信号调制并输出给直流无刷电机控制模块203； 

直流无刷电机控制模块203，用于驱动直流无刷电机204； 

直流无刷电机204，用于带动制动机构205对车轮进行制动。 

一种无夹紧力传感器的电子机械制动装置，还包括整流滤波模块、电源转换模块和隔离电源模块， 

整流滤波模块6，用于将交流电压转换成直流电压并输出到电源转换模块7； 

电源转换模块7，用于给直流无刷电机204供电和隔离电源模块8供电； 

隔离电源模块8，用于将电源转换模块7输入的电压进行隔离，得到隔离后的供电电压并给总控制装置1、第一EMB控制装置2、第二EMB控制装置3、第三EMB控制装置4和第四EMB控制装置5供电。 

整流滤波模块6输入为正42V，所述的直流无刷电机204供电电压为正42V，隔离电源模块8输出的隔离后的供电电压为正5V。 

其中，总控制装置1可以是MC9S12DG128MPVE；上层控制模块202可以是MC9S12DG128MPVE；直流无刷电机控制模块203可以是TMS320C240；直流无刷电机204可以是137LWX，具体参数如下表： 

。

Claims (8)

1.一种无夹紧力传感器的电子机械制动方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、通过轮速传感器分别测得前后四个车轮的车轮角速度，通过正压力传感器分别测得前后四个车轮的车轮正压力，通过四个车轮的车轮角速度值和加速度传感器测得的信号计算行驶车辆的车速值；

步骤2、根据测得的前后四个车轮的车轮角速度和车速值分别计算四个车轮的实际滑移率；

步骤3、计算两个前轮的平均滑移率S_f，将平均滑移率S_f与预先设定的最佳滑移率S*进行比较，若S_f＜S*，则进行步骤4；若S_f≥S*，则进行步骤5；

步骤4、设置最佳滑移率S*为两个前轮的目标滑移率，根据两个前轮的平均滑移率S并通过理想制动力分配曲线对两个后轮的目标滑移率进行分配计算，利用得到的前后四个车轮的目标滑移率分别对前后四个车轮进行制动控制，返回步骤1；

步骤5、设定前后四个车轮的目标滑移率均为最佳滑移率S*，通过前后四个车轮的目标滑移率分别对前后四个车轮进行制动控制，返回步骤1。

2.根据权利要求1所述的一种无夹紧力传感器的电子机械制动方法，其特征在于，所述的步骤2中实际滑移率的计算是基于以下公式：

$S=\frac{V-\mathrm{\ωr}}{V}\×100\%$

式中：S为实际滑移率；V为车速；ω为车轮角速度；r为车轮滚动半径。

3.根据权利要求1所述的一种无夹紧力传感器的电子机械制动方法，其特征在于，所述的步骤4中对两个后轮的目标滑移率进行分配计算包括如下步骤：

步骤4.1、根据两个前轮的平均滑移率S_f并通过沥青路面或混凝土路面的滑移率-附着系数曲线以查表的方式查找两个前轮的平均滑移率S_f对应的附着系数；

步骤4.2、根据步骤1测得的前后四个车轮的车轮正压力和两个前轮的附着系数计算两个前轮的平均附着力，两个前轮的平均附着力等于两个前轮的平均制动力，该计算基于以下公式；

$F_{\mathrm{bf}}=F_{\mathrm{ff}}=\frac{{\mathrm{\μ}}_{f1}{F}_{\mathrm{zf}1}+{\mathrm{\μ}}_{\mathrm{fr}}{F}_{\mathrm{zfr}}}{2}$

其中：F_bf为两个前轮的平均制动力；F_ff为两个前轮的平均附着力；μ_fl和μ_fr分别为左前轮和右前轮的附着系数；F_zfl和F_zfr分别为左前轮和右前轮的正压力。

步骤4.3、通过理想制动力分配曲线计算两个后轮的平均制动力，理想制动力分配曲线基于以下公式：

$F_{\mathrm{br}}=\frac{1}{2}[\frac{\mathrm{mg}}{h_g}\sqrt{{L^2}_r+\frac{4{\mathrm{Lh}}_g}{\mathrm{mg}}}{F}_{\mathrm{bf}}-(\frac{{\mathrm{mgL}}_r}{h_g}+2F_{\mathrm{bf}})]$

其中：m为整车的质量；g为重力加速度；L_f为前轮到汽车质心的距离；L_r为后轮到汽车质心的距离；L为前后轮的轮距；L＝L_f+L_r；h_g为汽车质心距离地面的高度；F_br为两个后轮的平均制动力，F_bf为两个前轮的平均制动力；

步骤4.3、根据计算出来的两个后轮的平均制动力计算两个后轮的附着系数；

步骤4.4、根据两个后轮的附着系数并通过沥青路面或混凝土路面的滑移率-附着系数曲线以查表的方式查找得到两个后轮的目标滑移率。

4.根据权利要求1所述的一种无夹紧力传感器的电子机械制动方法，其特征在于，所述的步骤4和步骤5中的制动控制是通过计算前后四个车轮的目标滑移率和实际滑移率的差值进行的闭环控制。

5.一种利用权利要求1所述方法的无夹紧力传感器的电子机械制动装置，其特征在于，包括总控制装置(1)，分别与总控制装置(1)相连的第一EMB控制装置(2)、第二EMB控制装置(3)、第三EMB控制装置(4)和第四EMB控制装置(5)，其中：

第一EMB控制装置(2)，用于监测左前车轮的车轮正压力和车轮角速度，计算左前车轮的实际滑移率，将左前车轮的正压力和实际滑移率上传到总控制装置(1)，并根据从总控制装置(1)接收到左前车轮的目标滑移率和车速值对左前车轮进行制动控制；

第二EMB控制装置(3)，用于监测左后车轮的车轮正压力和车轮角速度，计算左后车轮的实际滑移率，将左后车轮的正压力和实际滑移率上传到总控制装置(1)，并根据从总控制装置(1)接收到左后车轮的目标滑移率和车速值对左后车轮进行制动控制；

第三EMB控制装置(4)，用于监测右前车轮的车轮正压力和车轮角速度，计算右前车轮的实际滑移率，将右前车轮的正压力和实际滑移率上传到总控制装置(1)，并根据从总控制装置(1)接收到右前车轮的目标滑移率和车速值对右前车轮进行制动控制；

第四EMB控制装置(5)，用于监测右后车轮的车轮正压力和车轮角速度，计算右后车轮的实际滑移率，将右后车轮的正压力和实际滑移率上传到总控制装置(1)，并根据从总控制装置(1)接收到右后车轮的目标滑移率和车速值对右后车轮进行制动控制；

总控制装置(1)，用于计算车速值和左前车轮、左后车轮、右前车轮和右后车轮的目标滑移率。

6.根据权利要求5所述的一种无夹紧力传感器的电子机械制动装置，其特征在于，所述的第一EMB控制装置(2)、第二EMB控制装置(3)、第三EMB控制装置(4)和第四EMB控制装置(5)均包括运算模块(201)、上层控制模块(202)、直流无刷电机控制模块(203)和直流无刷电机(204)，其中：

运算模块(201)，通过轮速传感器测得车轮角速度、正压力传感器测得车轮正压力和输入的车速值计算实际滑移率，并将车轮正压力和实际滑移率传送到总控制装置(1)；

上层控制模块(202)，根据运算模块(201)输出的实际滑移率和总控制装置(1)输出的目标滑移率的差值进行PWM信号调制并输出给直流无刷电机控制模块(203)；

直流无刷电机控制模块(203)，用于驱动直流无刷电机(204)；

直流无刷电机(204)，用于带动制动机构(205)对车轮进行制动。

7.根据权利要求5所述的一种无夹紧力传感器的电子机械制动装置，其特征在于：还包括整流滤波模块、电源转换模块和隔离电源模块，

整流滤波模块(6)，用于将交流电压转换成直流电压并输出到电源转换模块(7)；

电源转换模块(7)，用于给直流无刷电机(204)供电和隔离电源模块(8)供电；

隔离电源模块(8)，用于将电源转换模块(7)输入的电压进行隔离，得到隔离后的供电电压并给总控制装置(1)、第一EMB控制装置(2)、第二EMB控制装置(3)、第三EMB控制装置(4)和第四EMB控制装置(5)供电。

8.根据权利要求7所述的一种无夹紧力传感器的电子机械制动装置，其特征在于：所述的整流滤波模块(6)输入为正42V，所述的直流无刷电机(204)供电电压为正42V，隔离电源模块(8)输出的隔离后的供电电压为正5V。

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