CN102490703B - 一种制动力实时调节方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种制动力实时调节方法，包括如下步骤：实时采集电子制动踏板的行程和车辆前、后轮电子机械制动器中的电机转子的实际转角值；将所述踏板的行程转化为位移信号，根据所述位移信号分别推算出车辆前、后轮电子机械制动器中的电机转子的目标转角值；根据所述目标转角值与实际转角值之间的偏差，对所述实际转角值进行PID实时调节，从而实时调节该电机所在电子机械制动器输出的制动力。本发明的制动力实时调节方法与现有技术相比提高了线控制动系统的控制精度与稳定性。

Description

一种制动力实时调节方法

技术领域

本发明属于线控制动(Brake by wire)技术领域，具体涉及一种制动力实时调节方法。

背景技术

随着汽车技术的发展，人们对汽车的动力性、经济性、安全性、操纵性以及舒适性提出了更高的要求，汽车中的机械系统正在逐渐向电子机械系统转换。

在线控制动系统中，一般采用电子制动踏板和电子机械制动器完成制动操作，驾驶员踩踏电子制动踏板可产生踏板位移信号，通过该位移信号可以得出作用在车辆前、后轮的制动力，然后由安装在电子机械制动器内的电机驱动减速机构进行减速增扭，并通过该制动器内的螺旋结构将电机输出的旋转运动变成直线运动，产生作用在摩擦片上的压紧力，推动摩擦片向制动盘方向运动，从而实现制动。可见，制动力与作用在摩擦片上的压紧力有关，压紧力和制动摩擦片及制动盘总压缩量有关，而制动摩擦片及制动盘总压缩量又和电机转子位置(转角值)有关，因此可通过实时控制电机转子位置(转角值)来实时调节压紧力，进而达到实时调节制动力的目的。

现有技术中，一般实时采集与制动力相关的模拟量(如电机输入电流、压紧力等)推算实际的制动力，并对该模拟量进行闭环控制，从而实现对电子机械制动器输出的制动力的实时控制。

发明人发现现有技术中至少存在如下问题：模拟量的采集既复杂又容易受外界因素(如各种干扰信号)的影响，其所得的值精确度低，从而也就降低了对制动力的控制精度，同时增加了系统的不稳定性；特别是汽车的工作环境较为恶劣，更是给制动力的精确控制带来不利影响。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中存在的上述问题，提供一种制动力实时调节方法，其与现有技术相比提高了线控制动系统的控制精度与稳定性。

解决本发明技术问题所采用的技术方案是一种制动力实时调节方法，其包括如下步骤：

1)实时采集电子制动踏板的行程和车辆前、后轮电子机械制动器中的电机转子的实际转角值；

2)将所述踏板的行程转化为位移信号，根据所述位移信号分别推算出车辆前、后轮电子机械制动器中的电机转子的目标转角值；

3)根据所述目标转角值与实际转角值之间的偏差，对所述实际转角值进行PID实时调节，从而实时调节该电机所在电子机械制动器输出的制动力。

优选的是，所述电子制动踏板的行程是通过内置于所述电子制动踏板中的踏板单元传感器采集的。

进一步优选的是，对于所述电子制动踏板的每个行程位置，所述踏板单元传感器能给出一个对应的位移电压值作为所述位移信号。

优选的是，所述电机中转子的实际转角值是通过车辆ECU实时采集的。

进一步优选的是，所述车辆ECU通过实时采集电机霍尔信号来确定所述电机转子的实际转角值。

优选的是，在步骤2)中，所述根据所述位移信号分别推算出车辆前、后轮电子机械制动器中的电机转子的目标转角值包括：

将所述位移信号分别换算成车辆前、后轮电子机械制动器应输出的制动力；

根据所述制动器的机械结构的传动系数、机械效率、制动器摩擦系数将所述制动力换算成该制动器应输出的压紧力；

根据所述压紧力与摩擦片及制动盘的总压缩变形量间的关系，推算出该制动器的摩擦片及制动盘的总压缩变形量；

根据所述总压缩变形量与该制动器内电机转子的转角值的关系，推算出所述转角值。

进一步优选的是，所述压紧力与摩擦片及制动盘的总压缩变形量间的关系为：

T(s′)＝a1×s′³+a2×s′²+a3×s′+a4；

其中，T为压紧力；a1、a2、a3、a4为常数；s′为总压缩变形量。

进一步优选的是，所述总压缩变形量与该制动器内电机转子的转角值的关系为：

s′＝Pθ/2π×i；

其中，s′为总压缩变形量，P为制动器内螺旋结构的公称导程，i为制动器内减速机构的传动比。

优选的是，在步骤3)中，所述根据所述目标转角值与实际转角值之间的偏差，对所述实际转角值进行PID实时调节包括：

根据所述目标转角值与实际转角值之间的偏差进行PID调节，获得所述电机驱动电路的控制电压，所述驱动电路为脉冲宽度调制变换器电路；

根据所述控制电压得到该变换器电路的脉冲宽度调制值；

根据所述脉冲宽度调制值得到作用在所述电机电枢端的电压值并驱动电机转子，从而实时调节所述实际转角值。

优选的是，所述电机采用直流无刷电机。

本发明通过PID算法(位置环PID算法)实时调节车辆前、后轮电子机械制动器内电机转子位置(转角值)，从而实时调节了车辆前、后轮电子机械制动器输出的制动力，与现有技术中采用复杂又易受干扰的模拟量进行闭环控制相比，本发明采用简洁、精确的电机转子位置(转角值)信号进行闭环控制，提高了线控制动系统的稳定性、进一步提高了线控制动系统的控制精度。

其中，PID算法是一种公知的采样闭环调节算法，其根据采样时刻的误差E(k)来计算输出值P(k)，该误差E(k)为所需调节的变量的目标值与实际值(采样值)之差，该输出值P(k)即为控制量(即需要调节的变量的值或增量)，其用于调节实际值而使之接近目标值，从而减小偏差。在采样时刻t＝iT(T为采样周期，i为正整数)，经典PID算法的调节公式如下：

$P\left(t\right)=K_P[E\left(t\right)+\frac{1}{T_i}\underset{0}{\overset{t}{\∫}}E\left(t\right)\mathrm{dt}+\frac{T_D\mathrm{dE}\left(t\right)}{\mathrm{dt}}]---\left(1\right)$

将式(1)离散化后得到如下公式：

$P\left(k\right)=K_{p}E\left(k\right)+K_I\underset{j=0}{\overset{k}{\mathrm{\Σ}}}E\left(j\right)+K_D[E\left(k\right)-E(k-1)]---\left(2\right)$

式(2)中：k为采样序号，k＝0，1，2，...；P(k)为第k次采样时刻PID调节器的输出值；E(k)为第k次采样时刻输入的偏差值；e(k-1)为第k-1次采样时刻输入的偏差值；K_P为比例系数；K_I为积分系数，K_I＝K_PT/T_i；K_D为微分系数，K_D＝K_PT_D/T。

附图说明

图1为本发明实施例的制动力实时调节方法的流程示意图；

图2为本发明实施例中采用PID算法对车辆前、后轮电子机

械制动器的电机转子位置(转角值)进行实时调节的原理示意图。

具体实施方式

为使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明制动力实时调节方法作进一步详细描述。

本发明提供一种制动力实时调节方法，其包括如下步骤：

1)实时采集电子制动踏板的行程和车辆前、后轮电子机械制动器中的电机转子的实际转角值；

2)将所述踏板的行程转化为位移信号，根据所述位移信号分别推算出车辆前、后轮电子机械制动器中的电机转子的目标转角值；

3)根据所述目标转角值与实际转角值之间的偏差，对所述实际转角值进行PID实时调节，从而实时调节该电机所在电子机械制动器输出的制动力。

实施例

优选的，本实施例中，电子机械制动器内的电机采用直流无刷电机。

如图1所示，本实施例的制动器输出的制动力实时调节方法包括如下步骤：

s101.实时采集电子制动踏板的行程以及车辆前、后轮电子机械制动器中的电机转子的实际转角值；

s102.将电子制动踏板的行程转化为位移信号；

s103.将位移信号分别换算成车辆前、后轮电子机械制动器应输出的制动力；

s104.根据制动器的机械结构的传动系数、机械效率、制动器摩擦系数将制动力换算成该制动器应输出的压紧力；

s105.根据压紧力与摩擦片及制动盘的总压缩变形量之间的关系，推算出该制动器的摩擦片及制动盘的总压缩变形量；其中，压紧力与摩擦片及制动盘的总压缩变形量之间的关系与制动器的机械属性有关；

s106.根据总压缩变形量与该制动器内电机转子的转角值的关系，推算出目标转角值θ^*；

s107.根据最新的目标转角值θ^*与实际转角值θ之间的偏差进行PID调节(位置环PID调节)；显然，PID调节中选用的各种具体参数，例如采样周期，K_P、K_I、K_D的具体值等都有多种选择，因为PID算法是已知的，故在此就不再对这些具体参数的选择进行详细说明；

s108.由PID调节器输出电机驱动电路的控制电压，该驱动电路采用脉冲宽度调制(PWM，Pulse Width Modulation)变换器电路，根据控制电压得到该变换器电路的脉冲宽度调制值；

s109.根据脉冲宽度调制值得到作用在电机电枢端的电压值并驱动电机转子；如图2所示，本发明中的PID调节过程中，先根据目标转角值与实际转角值之间的偏差进行PID调节，从而获得电机驱动电路的控制电压Uct(驱动电路为脉冲宽度调制变换器电路)，再根据控制电压Uct得到该变换器电路的脉冲宽度调制值，得到作用在电机电枢端的电压值Udo并驱动电机转子，使得转子的实际转角值向接近于目标转角值的方向发生变化，从而实现了对电机转子的实际转角值的实时控制与调节，并由此实现对制动力的实时调节。

在上述实时调节的过程中，s107、s108、s109步骤即为：“根据目标转角值与实际转角值之间的偏差，对实际转角值进行PID实时调节，从而实时调节该电机所在电子机械制动器输出的制动力”的步骤。公知的，根据PID算法的基本原理，这种调节属于闭环调节，即其会根据调节后最新的目标转角值(目标转角值也可是实时变化的)和实际转角值不断实时循环进行；也就是说，s107、s108、s109步骤可能循环进行多次。当目标转角值I^*与实际转角值I相等时，可以终止调节，也可以认为调节过程进入了稳定状态(即P(k)的值保持稳定)。

优选的，电子制动踏板的行程通过内置于电子制动踏板的踏板单元传感器实时采集，踏板单元传感器能够获取电子制动踏板的行程，并将其转化为对应的位移电压值(即位移信号)，每个行程位置均对应一个位移电压值。

优选的，电机中转子的实际转角值是通过车辆ECU(ElectronicControl Unit，电子控制单元)实时采集的；更优选的，车辆ECU通过实时采集电机霍尔信号来确定电机转子的实际转角值。

优选的，在s105步骤中，压紧力与摩擦片及制动盘总压缩变形量之间的关系为：

T(s′)＝a1×s′³+a2×s′²+a3×s′+a4            (3)

式(3)中，T为压紧力；a1、a2、a3、a4为常数；s′为总压缩变形量。

优选的，在s106步骤中，总压缩变形量与制动器内电机转子的转角值的关系为：

s′＝Pθ/2π×i                                (4)

式(4)中，s′为总压缩变形量，P为制动器内螺旋结构的公称导程，i为制动器内减速机构传动比。

可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种制动力实时调节方法，其特征在于，其包括如下步骤：

1)实时采集电子制动踏板的行程和车辆前、后轮电子机械制动器中的电机转子的实际转角值；

所述电机中转子的实际转角值是通过车辆ECU实时采集的，具体地，所述车辆ECU通过实时采集电机霍尔信号来确定所述电机转子的实际转角值；

2)将所述踏板的行程转化为位移信号，根据所述位移信号分别推算出车辆前、后轮电子机械制动器中的电机转子的目标转角值；

3)根据所述目标转角值与实际转角值之间的偏差，对所述实际转角值进行PID实时调节，从而实时调节该电机所在电子机械制动器输出的制动力，同时根据调节后最新的目标转角值和实际转角值不断实时循环进行，当目标转角值和实际转角值相等时，终止调节，或者认为调节过程进入了稳定状态；

其中，在步骤3)中，所述根据所述目标转角值与实际转角值之间的偏差，对所述实际转角值进行PID实时调节包括：

根据所述目标转角值与实际转角值之间的偏差进行PID调节，获得所述电机驱动电路的控制电压，所述驱动电路为脉冲宽度调制变换器电路；

根据所述控制电压得到该变换器电路的脉冲宽度调制值；

根据所述脉冲宽度调制值得到作用在所述电机电枢端的电压值并驱动电机转子，从而实时调节所述实际转角值。

2.根据权利要求1所述的制动力实时调节方法，其特征在于，所述电子制动踏板的行程是通过内置于所述电子制动踏板中的踏板单元传感器采集的。

3.根据权利要求2所述的制动力实时调节方法，其特征在于，对于所述电子制动踏板的每个行程位置，所述踏板单元传感器能给出一个对应的位移电压值作为所述位移信号。

4.根据权利要求1所述的制动力实时调节方法，其特征在于，在步骤2)中，所述根据所述位移信号分别推算出车辆前、后轮电子机械制动器中的电机转子的目标转角值包括：

将所述位移信号分别换算成车辆前、后轮电子机械制动器应输出的制动力；

根据所述制动器的机械结构的传动系数、机械效率、制动器摩擦系数将所述制动力换算成该制动器应输出的压紧力；

根据所述压紧力与摩擦片及制动盘的总压缩变形量间的关系，推算出该制动器的摩擦片及制动盘的总压缩变形量；

根据所述总压缩变形量与该制动器内电机转子的转角值的关系，推算出所述转角值。

5.根据权利要求4所述的制动力实时调节方法，其特征在于，所述压紧力与摩擦片及制动盘的总压缩变形量间的关系为：

T(s′)＝a1×s′³+a2×s′²+a3×s′+a4；

其中，T为压紧力；a1、a2、a3、a4为常数；s′为总压缩变形量。

6.根据权利要求4所述的制动力实时调节方法，其特征在于，所述总压缩变形量与该制动器内电机转子的转角值的关系为：

s′＝Pθ/2π×i；

其中，s′为总压缩变形量，P为制动器内螺旋结构的公称导程，i为制动器内减速机构的传动比。

7.根据权利要求1-6中任意一项所述的制动力实时调节方法，其特征在于，所述电机采用直流无刷电机。