CN102582600A - 基于线控制动系统的制动力实时调节方法及调节装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于线控制动系统的制动力实时调节方法，包括如下步骤：根据电子制动踏板的行程分别获取制动车辆前轮和/或后轮的各电子机械制动器中电机的目标位置信号值；分别实时采集所述电机的实际位置信号值、实际转速信号值以及实际电流信号值；根据所述电机的目标位置信号值与实际位置信号值之间的偏差，以及实际转速信号值和实际电流信号值，分别对各电机的位置、转速以及电流进行实时闭环控制，从而实时调节各电机所在的电子机械制动器实际输出的制动力。相应地，提供一种制动力实时调节装置。本发明所述制动力实时调节方法及调节装置可抑制现有技术中实时调节制动力时产生的波动性，提高了线控制动系统的稳定性，制动效果较好。

Description

基于线控制动系统的制动力实时调节方法及调节装置

技术领域

本发明属于线控制动(Brake by wire)技术领域，具体涉及一种基于线控制动系统的制动力实时调节方法，以及基于线控制动系统的制动力实时调节装置。

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分别设置在车辆前轮和后轮上的多个电子机械制动器(EMB，Electro MechanicalBrake)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分配作用在车辆前、后轮的制动力，然后根据所述踏板位移信号由安装在各电子机械制动器中的电机输出相应的扭矩，使所述各电子机械制动器产生相应的制动力，从而实现制动。由于各电子机械制动器输出的制动力与其内的电机输出的扭矩相对应，而电机输出的扭矩T_b与其实际电流I之间成正比关系，即T_b＝CΦ×I，其中CΦ为与该电机特性有关的定值。由此可知，通过对电机的实际电流进行实时调节即可实现对其输出扭矩的调节，也就是对电子机械制动器输出的制动力进行实时调节。

现有技术中，为了更加精确地控制与调节电子机械制动器输出的制动力，一般采用PID(比例-积分-微分)算法对电子机械制动器中电机的实际电流进行实时调节，进而实现对电子机械制动器输出的制动力的实时调节。但是，再采用上述方法对电子机械制动器输出的制动力进行实时调节的过程中，由于电子机械制动器中电机的实际电流的波动较大，导致对电子机械制动器输出的制动力的调节不够准确，从而造成该电子机械制动器所在的线控制动系统的制动精度较低、制动效果较差，并严重影响整车的制动性能，而整车制动性能的好坏会直接影响汽车的安全性；同时，电子机械制动器中的电机随着负载的变化其绕组的自感、互感、阻尼系数、转动惯量等会呈不确定性，造成该制动器在制动过程中存在波动性和不稳定性，而仅采用现有的PID控制器无法抑制所述制动器在制动过程中存在的波动性和不稳定性，导致该制动器所在的线控制动系统呈不稳定性，进一步影响了其制动效果。

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，提供一种基于线控制动系统的制动力实时调节方法与制动力实时调节装置，其与现有技术相比可更加精确地调节电子机械制动器实时输出的制动力，并有效抑制了制动力实时调节过程中产生的波动性和不稳定性。

解决本发明技术问题所采用的技术方案是：

所述基于线控制动系统的制动力实时调节方法包括如下步骤：

1)根据电子制动踏板的行程分别获取制动车辆前轮和/或后轮的各电子机械制动器中电机的目标位置信号值；

2)分别实时采集制动所述车辆前轮和/或后轮的各电子机械制动器中电机的实际位置信号值、电机的实际转速信号值以及电机的实际电流信号值；

3)根据所述制动车辆前轮和/或后轮的各电子机械制动器中电机的目标位置信号值与所述实时采集的电机的实际位置信号值之间的偏差，以及实时采集的电机的实际转速信号值和实际电流信号值，分别对所述各电子机械制动器中电机的位置、转速以及电流进行实时闭环控制，进而实时调节所述各电子机械制动器中电机的实际位置信号值使之接近所述目标位置信号值，从而实时调节各电机所在的各电子机械制动器实际输出的制动力。

优选的是，在步骤1)中，根据电子制动踏板的行程分别获取制动车辆前轮和/或后轮的各电子机械制动器中电机的目标位置信号值的方法是：

实时采集电子制动踏板的行程，并将所述行程实时转化为电子制动踏板的位移信号值，根据所述位移信号值分别推算出所述各电子机械制动器中电机的目标位置信号值。

优选的是，所述电子制动踏板的行程是通过内置于电子制动踏板处的踏板单元传感器实时采集的；对于电子制动踏板的每个行程位置，所述踏板单元传感器均能实时输出一个对应的位移电压值作为所述位移信号值，即由踏板单元传感器将其实时采集的电子制动踏板的行程实时转化为电子制动踏板的位移信号值。

优选的是，在步骤1)中，根据所述位移信号值分别推算出制动车辆前轮和/或后轮的各电子机械制动器中电机的目标位置信号值的方法具体为：

11)将所述位移信号值分别换算成制动车辆前轮和/或后轮的各电子机械制动器应输出的制动力；

12)分别将所述各电子机械制动器应输出的制动力换算成各电子机械制动器中电机的目标位置信号值。

进一步优选的是，所述步骤11)具体为：

分别设置制动车辆前轮和/或后轮的各电子机械制动器在制动过程中前、后轮同时抱死时输出的最大制动力以及电子制动踏板的行程范围，并根据所述最大制动力及电子制动踏板的行程范围分别得出各电子机械制动器应输出的制动力与电子制动踏板行程的对应关系，即分别得出各电子机械制动器应输出的制动力与电子制动踏板的位移信号值的对应关系；

根据所述制动力与所述位移信号值的对应关系，将所述位移信号分别换算成各电子机械制动器应输出的制动力；

所述步骤12)具体为：

根据制动车辆前轮和/或后轮的各电子机械制动器的机械属性分别得出各电子机械制动器应输出的制动力与各电子机械制动器中电机的目标位置信号值之间的对应关系，并根据所述对应关系将各电子机械制动器应输出的制动力换算成各电子机械制动器中电机的目标位置信号值。

优选的是，在步骤2)中，所述各电子机械制动器的电机中设置有位置传感器，所述电机的实际位置信号值是由所述电机内的位置传感器实时采集得到的；所述电机的实际转速信号值是由车辆ECU根据所述电机的实际位置及其对应的时间差进行实时计算得到的；所述电机的实际电流信号值是由电流采集模块实时采集得到的，所述各电子机械制动器中包括有用于驱动电机的电机驱动电路，所述电流采集模块包括串联在电机驱动电路中的检测电阻和用于采集该检测电阻上的压降信号的数模转换模块。

进一步优选的是，所述数模转换模块采用单电源差分放大器。

优选的是，所述步骤3)包括：

31)将所述各电子机械制动器中电机的目标位置信号值与所述实时采集的电机的实际位置信号值之间的偏差进行位置闭环调节，得出当前各电机的转速信号参考值；

32)将所述当前各电机的转速信号参考值与所述实时采集的各电机的实际转速信号值之间的偏差进行转速闭环调节，得出当前各电机的电流信号参考值；

33)将所述当前各电机的电流信号参考值与所述实时采集的各电机的实际电流信号值之间的偏差进行电流闭环调节，得出当前各电机的电机驱动电路的控制电压值；

34)根据所述当前各电机驱动电路的控制电压值得出当前作用在各电机电枢端的电压值，以此来驱动并调节所述各电机转动，从而实时调节所述各电机的实际位置信号值，使其接近所述各电机的目标位置信号值。

优选的是，在步骤31)中，采用PID控制器对所述偏差进行位置闭环调节；或者，在步骤31)中，采用自适应模糊PID控制器，即采用自适应模糊控制与PID控制结合的方式对所述偏差进行位置闭环调节；在步骤32)中，采用PI控制器对所述偏差进行转速闭环调节；在步骤33)中，采用PI控制器对所述偏差进行电流闭环调节；在步骤34)中，所述电机驱动电路采用单相全桥脉冲宽度调制变换器电路；根据所述当前电机驱动电路的控制电压值能够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能够得到当前作用在所述电机电枢端的电压值。

进一步优选的是，在步骤31)中，采用所述自适应模糊PID控制器对所述电机的目标位置信号值与实际位置信号值之间的偏差进行实时调节具体为：

根据PID控制器的输出值中的比例系数、微分系数以及积分系数、所述电机的目标位置信号值与实际位置信号值之间的偏差以及所述偏差的变化率之间的模糊关系，建立所述比例系数、微分系数、积分系数、所述偏差以及所述偏差的变化率的模糊规则；

将所述电机的目标位置信号值与实际位置信号值之间的偏差以及所述偏差的变化率输入至所述PID控制器，然后利用所述建立的模糊规则进行模糊推理，以对所述PID控制器的输出值中的比例系数、微分系数以及积分系数进行实时调整，进而实时调整所述PID控制器的输出值，即实时调节所述电机的转速信号参考值。

其中，所述PID控制器(比例-积分-微分控制器)采用PID控制算法，所述PID控制算法是一种公知的采样闭环调节算法，其根据采样时刻的偏差e(k)来计算输出值p(k)，该偏差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)，所述PID控制算法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)，所述PID控制算法的调节公式如下：

$p\left(t\right)=K_P[e\left(t\right)+\frac{1}{T_i}\underset{0}{\overset{t}{\∫}}e\left(t\right)\mathrm{dt}+\frac{T_D\mathrm{de}\left(t\right)}{\mathrm{dt}}]$

将式(1)离散化后得到如下公式：

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

式(2)中：k为采样序号，k＝0，1，2，...；p(k)为第k次采样时刻PID控制器的输出值；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。

所述PI控制器(比例-积分控制器)采用PI控制算法，所述PI控制算法是一种公知的采样闭环调节算法，其根据采样时刻的偏差e(k)来计算输出值p(k)，该偏差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)，所述PI控制算法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)，所述PI控制算法的调节公式如下：

$p\left(t\right)=K_P[e\left(t\right)+\frac{1}{T_i}\underset{0}{\overset{t}{\∫}}e\left(t\right)\mathrm{dt}]---\left(3\right)$

将式(3)离散化后得到如下公式：

$p\left(k\right)=K_{P}e\left(k\right)+K_I\underset{j=0}{\overset{k}{\mathrm{\Σ}}}e\left(j\right)---\left(4\right)$

式(4)中：k为采样序号，k＝0，1，2，...；p(k)为第k次采样时刻PI控制器的输出值；e(k)为第k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。

本发明同时提供一种基于线控系统的制动力实时调节装置，包括第一信号采集单元、第二信号采集单元、计算单元、控制单元以及执行单元，

所述第一信号采集单元用于实时采集电子制动踏板的行程并将其转化为电子制动踏板的位移信号值，然后将所述位移信号值实时输出至计算单元；

所述第二信号采集单元用于实时采集制动车辆前轮和/或后轮的各电子机械制动器中电机的实际位置信号值、电机的实际转速信号值以及电机的实际电流信号值，然后将所述实际位置信号值、实际转速信号值与实际电流信号值实时输出至控制单元；

所述计算单元用于根据所述位移信号值分别推算出各电子机械制动器中电机的目标位置信号值，然后将所述目标位置信号值实时输出至控制单元；

所述控制单元用于根据所述推算出的各电子机械制动器中电机的目标位置信号值，以及实时采集的各电子机械制动器中电机的实际位置信号值、实际转速信号值和实际电流信号值，分别对所述电机的位置、转速以及电流进行实时闭环控制，从而推算得到各电子机械制动器中的电机驱动电路的控制电压值，然后将所述控制电压值实时输出至执行单元；

所述执行单元用于根据所述控制电压值得出作用在所述电机电枢端的电压值，然后根据所述电压值驱动并调节各电子机械制动器中的电机转动，从而实时调节所述各电子机械制动器中电机的实际位置信号值，以使其接近所述各电机的目标位置信号值，进而实时调节各电机所在的电子机械制动器实际输出的制动力。

优选的是，所述第一信号采集单元采用内置于电子制动踏板处的踏板单元传感器。

优选的是，所述计算单元包括第一计算模块与第二计算模块，

所述第一计算模块用于将所述位移信号值分别换算成制动车辆前轮和/或后轮的各电子机械制动器应输出的制动力，并将其实时输出至第二计算模块；

所述第二计算模块用于分别将各电子机械制动器应输出的制动力换算成各电子机械制动器中的电机的目标位置信号值，并将其实时输出至控制单元。

优选的是，所述第二信号采集单元包括位置传感器、车辆ECU以及电流采集模块，

所述位置传感器采用多个，分别位于制动车辆前轮和/或后轮的各电子机械制动器的电机内，所述多个位置传感器分别用于实时采集各电子机械制动器中电机的实际位置信号值；

所述车辆ECU用于根据各电子机械制动器中电机的实际位置及其对应的时间差进行实时计算，得出各电子机械制动器中电机的实际转速信号值；

所述电流采集模块采用多个，分别用于实时采集各电子机械制动器中电机的实际电流信号值。

进一步优选的是，所述电流采集模块包括检测电阻和数模转换模块，所述检测电阻串联在电子机械制动器中的电机驱动电路中；所述数模转换模块用于采集该检测电阻上的压降信号。

更优选的是，所述数模转换模块采用单电源差分放大器。

优选的是，所述控制单元包括第一控制模块、第二控制模块与第三控制模块，

所述第一控制模块用于将所述计算单元推算出的各电子机械制动器中电机的目标位置信号值与第二信号采集单元实时采集的各电子机械制动器中电机的实际位置信号值之间的偏差进行位置闭环调节，得出当前各电机的转速信号参考值；

所述第二控制模块用于将所述当前各电机的转速信号参考值与第二信号采集单元实时采集的各电机的实际转速信号值之间的偏差进行转速闭环调节，得出当前各电机的电流信号参考值；

所述第三控制模块用于将所述当前各电机的电流信号参考值与第二信号采集单元实时采集的各电机的实际电流信号值之间的偏差进行电流闭环调节，得出当前各电机驱动电路的控制电压值，再将所述控制电压值实时输出至执行单元。

进一步优选的是，所述第一控制模块采用PID控制器，或者采用自适应模糊PID控制器；所述第二控制模块与第三控制模块均采用PI控制器。

优选的是，所述各电子机械制动器中的电机采用直流无刷电机；所述各电子机械制动器中的电机驱动电路采用单相全桥脉冲宽度调制变换器电路。

本发明的有益效果如下：

本发明所述基于线控系统的制动力实时调节方法及制动力实时调节装置通过对车辆前轮和/或后轮的各电子机械制动器中电机的电流、转速和位置的实时闭环控制，能够实时调节所述各电机的实际位置参考值使之接近其目标位置参考值，从而能够更加精确地调节各电机所在的电子机械制动器实际输出的制动力，极大的提高了线控制动系统的制动精度。其中，所述电机的位置指的是电机转子的位置，即电机转子的转角值。

其中，电流环作为闭环控制中的内环，可以提高线控制动系统的响应速度，抑制电流环的内部干扰，限制系统中的最大电流，保证系统的安全运行；速度(转速)环作为中环，可以增加线控制动系统抗负载扰动的能力，抑制系统中的速度波动；位置环作为外环，结合上述的速度环与电流环，即通过输出的电机驱动电路控制电压变化反映电机电流变化、电机电流变化反映电机扭矩大小、电机扭矩大小反映电机转速变化率、电机转速变化率反映电机位置变化率的三环闭环控制，保证了线控制动系统的静态精度和动态跟踪性能。

为了在制动力实时调节过程中获得更加优良的性能，并综合考虑线控制动系统的稳定性和超调量等因素，所述电流环依据典型I型系统来设计，且按照自动控制理论，所述电流环应采用PI控制方式，即采用PI控制器(或称调节器)对电机电流进行控制；为实现电机转速无静差并使线控制动系统的动态抗扰性能更好，所述转速环依据典型II型系统来设计，且按照自动控制理论，所述转速环应采用PI控制方式，即采用PI控制器对电机转速进行控制；当电机的位置误差与位置误差变化率都较小时，为了抑制在制动力的实时调节过程中产生的不稳定性，所述位置环采用PID控制器对电机的位置进行控制，可充分发挥PID控制器具有的稳态特性好、控制精度高的优势；当电机的位置误差与位置误差变化率都较大时，为了抑制在制动力的实时调节过程中产生的波动性，所述位置环采用自适应模糊PID控制器，即采用自适应模糊控制与PID控制结合的方式对电机的位置进行控制，可充分发挥自适应模糊PID控制器具有的快速性与抗干扰能力的优势。

综上可知，本发明所述制动力实时调节方法及制动力实时调节装置通过对电机的电流、转速和位置的三闭环控制，能够更加精确地调节电子机械制动器实时输出的制动力，有效抑制了现有技术中对制动力进行实时调节时产生的波动性和不稳定性，提高了线控制动系统的稳定性及制动精度，制动效果较好。

附图说明

图1为本发明实施例1中制动力实时调节方法的流程图；

图2为本发明实施例1中制动力实时调节方法的原理示意图；

图3为本发明实施例1中制动力实时调节装置的结构示意图；

图4为本发明实施例2中制动力实时调节方法的原理示意图。

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基于线控制动系统的制动力实时调节方法及制动力实时调节装置作进一步详细描述。

一种基于线控制动系统的制动力实时调节方法，其包括如下步骤：

1)根据电子制动踏板的行程分别获取制动车辆前轮和/或后轮的各电子机械制动器中电机的目标位置信号值；

2)分别实时采集制动所述车辆前轮和/或后轮的各电子机械制动器中电机的实际位置信号值、电机的实际转速信号值以及电机的实际电流信号值；

3)根据所述制动车辆前轮和/或后轮的各电子机械制动器中电机的目标位置信号值与所述实时采集的电机的实际位置信号值之间的偏差，以及实时采集的电机的实际转速信号值和实际电流信号值，分别对所述各电子机械制动器中电机的位置、转速以及电流进行实时闭环控制，进而实时调节所述各电子机械制动器中电机的实际位置信号值使之接近所述目标位置信号值，从而实时调节各电机所在的各电子机械制动器实际输出的制动力。

一种基于线控制动系统的制动力实时调节装置，其包括第一信号采集单元、第二信号采集单元、计算单元、控制单元以及执行单元，

所述第一信号采集单元用于实时采集电子制动踏板的行程并将其转化为电子制动踏板的位移信号值，然后将所述位移信号值实时输出至计算单元；

所述第二信号采集单元用于实时采集制动车辆前轮和/或后轮的各电子机械制动器中电机的实际位置信号值、电机的实际转速信号值以及电机的实际电流信号值，然后将所述实际位置信号值、实际转速信号值与实际电流信号值实时输出至控制单元；

所述计算单元用于根据所述位移信号值分别推算出各电子机械制动器中电机的目标位置信号值，然后将所述目标位置信号值实时输出至控制单元；

所述控制单元用于根据所述推算出的各电子机械制动器中电机的目标位置信号值，以及实时采集的各电子机械制动器中电机的实际位置信号值、实际转速信号值和实际电流信号值，分别对所述电机的位置、转速以及电流进行实时闭环控制，从而推算得到各电子机械制动器的电机中的电机驱动电路的控制电压值，然后将所述控制电压值实时输出至执行单元；

所述执行单元用于根据所述控制电压值得出作用在所述电机电枢端的电压值，然后根据所述电压值驱动并调节各电子机械制动器中的电机转动，从而实时调节所述各电子机械制动器中电机的实际位置信号值，以使其接近所述各电机的目标位置信号值，进而实时调节各电机所在的电子机械制动器实际输出的制动力。

实施例1：

如图1所示，本实施例中所述基于线控制动系统的制动力实时调节方法具体包括如下步骤：

s101.实时采集电子制动踏板的行程，并将所述行程实时转化为电子制动踏板的位移信号值。

优选的，所述电子制动踏板的行程是通过内置于电子制动踏板处的踏板单元传感器实时采集的；对于电子制动踏板的每个行程位置，所述踏板单元传感器均能实时输出一个对应的位移电压值作为所述位移信号值，即由踏板单元传感器将其实时采集的电子制动踏板的行程实时转化为电子制动踏板的位移信号值。

s102.将所述位移信号值分别换算成制动车辆前轮和/或后轮的各电子机械制动器应输出的制动力。

具体的，分别设置制动车辆前轮和/或后轮的各电子机械制动器在制动过程中前、后轮同时抱死时输出的最大制动力以及电子制动踏板的行程范围，并根据所述最大制动力及电子制动踏板的行程范围分别得出各电子机械制动器应输出的制动力与电子制动踏板行程的对应关系，即分别得出各电子机械制动器应输出的制动力与电子制动踏板的位移信号值的对应关系；

根据所述制动力与所述位移信号值的对应关系，将所述位移信号分别换算成各电子机械制动器应输出的制动力。

s103.分别将所述各电子机械制动器应输出的制动力换算成各电子机械制动器中电机的目标位置信号值Us*。

具体的，根据制动车辆前轮和/或后轮的各电子机械制动器的机械属性分别得出各电子机械制动器应输出的制动力与各电子机械制动器中电机的目标位置信号值之间的对应关系，并根据所述对应关系将各电子机械制动器应输出的制动力换算成各电子机械制动器中电机的目标位置信号值。其中，所述机械属性指的是电子机械制动器应输出的制动力分别与该制动器中的电机电流、电机转速、电机位置之间的对应关系，具体可根据该制动器的特性进行换算。

s104.分别实时采集制动所述车辆前轮和/或后轮的各电子机械制动器中电机的实际位置信号值Us、电机的实际转速信号值Un以及电机的实际电流信号值Ui。

其中，所述各电子机械制动器的电机中设置有位置传感器，所述电机的实际位置信号值是由所述电机内的位置传感器实时采集得到的。所述电机的实际转速信号值是由车辆ECU根据所述电机的实际位置及其对应的时间差进行实时计算得到的。

所述电机的实际电流信号值是由电流采集模块实时采集得到的。所述各电子机械制动器中包括有用于驱动电机的电机驱动电路，所述电流采集模块包括串联在电机驱动电路中的检测电阻和用于采集该检测电阻上的压降信号的数模转换模块。优选所述数模转换模块采用单电源差分放大器，更优选所述单电源差分放大器采用适合放大共模电压中的微弱差分电压的AD8210芯片。

s105.如图2所示，将所述各电子机械制动器中电机的目标位置信号值Us*与所述实时采集的电机的实际位置信号值Us之间的偏差进行位置闭环调节，优选采用PID控制器对所述偏差进行调节，从而得出当前各电机的转速信号参考值Un*。

显然，通过PID控制器对电机位置进行的PID控制(也可称为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控制算法是已知的，故在此就不再对这些具体参数的选择进行详细说明。

s106.将所述当前各电机的转速信号参考值Un*与所述实时采集的各电机的实际转速信号值Un之间的偏差进行转速闭环调节，优选采用PI控制器对所述偏差进行调节，从而得出当前各电机的电流信号参考值Ui*。

显然，通过PI控制器对电机转速进行的PI控制(也可称为PI调节)中选用的各种具体参数，例如采样周期，K_P、K_I的具体值等都有多种选择，因为PI控制算法是已知的，故在此就不再对这些具体参数的选择进行详细说明。

s107.将所述当前各电机的电流信号参考值Ui*与所述实时采集的各电机的实际电流信号值Ui之间的偏差进行电流闭环调节，优选采用PI控制器对所述偏差进行调节，从而得出当前各电机的电机驱动电路的控制电压值。

优选所述各电子机械制动器中的电机驱动电路采用现有的单相全桥脉冲宽度调制(PWM，Pulse Width Modulation)变换器电路。

显然，通过PI控制器对电机电流进行的PI控制(也可称为PI调节)中选用的各种具体参数，例如采样周期，K_P、K_I的具体值等都有多种选择，因为PI控制算法是已知的，故在此就不再对这些具体参数的选择进行详细说明。

s108.所述各电子机械制动器中包括有用于驱动电机的电机驱动电路，根据所述当前各电机的电机驱动电路的控制电压值能够得到其变换器电路的脉冲宽度调制值，根据所述脉冲宽度调制值能够得到当前作用在所述各电机电枢端的电压值，以此来驱动并调节所述各电机转动，从而实时调节所述各电机的实际位置信号值，使其接近所述各电机的目标位置信号值，进而实时调节各电机所在的电子机械制动器实际输出的制动力。

在上述制动力实时调节过程中，步骤s105～s108即为“根据所述制动车辆前轮和/或后轮的各电子机械制动器中电机的目标位置信号值与所述实时采集的电机的实际位置信号值之间的偏差，以及实时采集的电机的实际转速信号值和实际电流信号值，分别对所述各电子机械制动器中电机的位置、转速以及电流进行实时闭环控制，进而实时调节所述各电子机械制动器中电机的实际位置信号值使之接近所述目标位置信号值，从而实时调节各电机所在的各电子机械制动器实际输出的制动力”的步骤。显然，根据PID、PI控制算法的基本原理对所述各电机的位置、转速以及电流的闭环调节时，由于所述各电机的目标位置信号值会根据实时采集得到的电子制动踏板的踏板行程的变化而改变，因此上述步骤s105～s108可能会循环进行多次，直至所述各电机的目标位置信号值与其实际位置信号值相等时，终止所述调节过程，此时可以认为所述调节过程进入了稳定状态。

如图3所示，本实施例同时提供一种基于线控制动系统的制动力实时调节装置，其包括第一信号采集单元、第二信号采集单元、计算单元、控制单元以及执行单元。

所述第一信号采集单元用于实时采集电子制动踏板的行程并将其转化为电子制动踏板的位移信号值，然后将所述位移信号值实时输出至计算单元。优选所述第一信号采集单元采用内置于电子制动踏板处的踏板单元传感器。

所述第二信号采集单元包括位置传感器、车辆ECU以及电流采集模块。

其中，所述位置传感器采用多个，其中，位置传感器的数量可与电子机械制动器的数量相应，所述多个位置传感器分别位于制动车辆前轮和/或后轮的各电子机械制动器的电机内，所述多个位置传感器分别用于实时采集各电子机械制动器中电机的实际位置信号值，并将所述各电机的实际位置信号值实时传输至控制单元；

所述车辆ECU用于根据各电子机械制动器中电机的实际位置及其对应的时间差进行实时计算，得出各电子机械制动器中电机的实际转速信号值，并将所述各电机的实际转速信号值实时传输至控制单元；

所述电流采集模块采用多个，其中，电流采集模块的数量可与电子机械制动器的数量相应，所述多个电流采集模块分别用于实时采集各电子机械制动器中电机的实际电流信号值，并将所述各电机的实际电流信号值实时传输至控制单元。所述各电子机械制动器中包括有用于驱动电机的电机驱动电路，优选所述电流采集模块包括检测电阻和数模转换模块，所述检测电阻串联在所述电机驱动电路中；所述数模转换模块用于采集该检测电阻上的压降信号。本实施例中，优选所述数模转换模块采用单电源差分放大器。

所述计算单元包括第一计算模块与第二计算模块。

其中，所述第一计算模块用于将所述位移信号值分别换算成制动车辆前轮和/或后轮的各电子机械制动器应输出的制动力，并将其实时输出至第二计算模块；所述第二计算模块用于分别将各电子机械制动器应输出的制动力换算成各电子机械制动器中的电机的目标位置信号值，并将其实时输出至控制单元。

所述控制单元包括第一控制模块、第二控制模块与第三控制模块。

其中，所述第一控制模块用于将所述计算单元推算出的各电子机械制动器中电机的目标位置信号值与第二信号采集单元中的位置传感器实时采集的各电子机械制动器中电机的实际位置信号值之间的偏差进行位置闭环调节，得出当前各电机的转速信号参考值；

所述第二控制模块用于将所述当前各电机的转速信号参考值与所述第二信号采集单元中的车辆ECU实时采集的各电机的实际转速信号值之间的偏差进行转速闭环调节，得出当前各电机的电流信号参考值；

所述第三控制模块用于将所述当前各电机的电流信号参考值与所述第二信号采集单元中的电流采集模块实时采集的各电机的实际电流信号值之间的偏差进行电流闭环调节，得出当前各电机驱动电路的控制电压值，然后将所述控制电压值实时输出至执行单元。优选所述电机驱动电路采用单相全桥脉冲宽度调制变换器电路。

本实施例中，优选所述第一控制模块采用PID控制器；所述第二控制模块与第三控制模块均采用PI控制器。

所述执行单元用于根据所述控制电压值得出作用在所述电机电枢端的电压值，然后根据所述电压值驱动并调节各电子机械制动器中的电机转动，从而实时调节所述各电子机械制动器中电机的实际位置信号值，以使其接近所述各电机的目标位置信号值，进而实时调节各电机所在的电子机械制动器实际输出的制动力。

优选所述各电子机械制动器中的电机采用直流无刷电机。本实施例中，所述各电子机械制动器中的电机采用直流无刷(BrushlessDirect Current，BLDC)电机。

实施例2：

如图4所示，本实施例所述基于线控制动系统的制动力实时调节方法与实施例1中的制动力实时调节方法的区别在于：

本实施例中，采用自适应模糊PID控制器对所述各电子机械制动器中电机的目标位置信号值Us*与该电机的实际位置信号值Us之间的偏差进行位置闭环调节，即采用自适应模糊控制与PID控制结合的方式对所述偏差进行调节。具体为：

根据PID控制器的输出值中的比例系数K_P、微分系数K_I以及积分系数K_D、所述电机的目标位置信号值与该电机的实际位置信号值之间的偏差e以及所述偏差的变化率ec之间的模糊关系，建立所述比例系数K_P、微分系数K_I、积分系数K_D、所述偏差e以及所述偏差的变化率ec的模糊规则；

将所述电机的目标位置信号值与该电机的实际位置信号值之间的偏差以及所述偏差的变化率输入至所述PID控制器，然后利用所述建立的模糊规则进行模糊推理，以对所述PID控制器的输出值中的比例系数K_P、微分系数K_I以及积分系数K_D进行实时调整，进而实时调整所述PID控制器的输出值，即实时调节所述各电机的转速信号参考值Un*。

以PWM方波驱动并带霍尔位置传感的直流无刷电机为例(型号为57E10121RS)，根据现有的自适应模糊控制理论可知，所述比例系数K_P、微分系数K_I、积分系数K_D、偏差e以及所述偏差的变化率ec的模糊规则为：

1)当所述偏差的绝对值|e|为负大时，为了加快线控制动系统的响应速度，可以使比例系数K_P的取值相对于常用的取值范围更大一些(例如K_P＝5000)；为防止所述偏差变化率的绝对值|ec|瞬时超过负大，可以使积分系数K_D的取值相对于常用的取值范围更小一些(例如K_D≤10)；为避免线控制动系统出现较大的超调，应对积分作用加以限制，如取消积分环节，即使积分系数K_I＝0。

2)当所述偏差的绝对值|e|介于负小与负大之间、或者介于正小与正大之间时，为使线控制动系统的超调减小，比例系数K_P、微分系数K_I以及积分系数K_D的取值都不宜过大(例如使K_P≤100，K_I≤1，K_D≤1)，以保证线控制动系统的响应速度。

3)当所述偏差的绝对值|e|介于负小与零之间、或者介于零与正小之间时，为使线控制动系统具有良好的稳态性能，应按2)中的五倍比例来增大比例系数K_P与微分系数K_I的值；同时提高线控制动系统的抗干扰能力，并避免线控制动系统在电机目标位置信号值Us*附近出现振荡现象，应适当选取积分系数K_D的值，其选取原则为：当所述偏差变化率的绝对值|ec|为负小或正小时，积分系数K_D应取大于1的数值，当所述偏差变化率的绝对值|ec|为负大或正大时，积分系数K_D应取小于或等于1的数值。

上述模糊规则中，当所述偏差e、所述偏差的变化率ec处于模糊语言中的不同区间时，所述比例系数K_P、微分系数K_I与积分系数K_D相应取不同范围的数值，且比例系数K_P、微分系数K_I与积分系数K_D的取值与电机特性有关，具体可根据电机的实际特性来调节。

本实施例同时提供一种基于线控制动系统的制动力实时调节装置，其与实施例1中的制动力实时调节装置的区别在于：

本实施例中，所述控制单元中的第一控制模块采用自适应模糊PID控制器。

本实施例中的其他方法、结构以及作用都与实施例1相同，这里不再赘述。

实施例3：

本实施例中，该基于线控制动系统的制动力实时调节方法，其包括如下步骤：

1)根据电子制动踏板的行程分别获取制动车辆前轮和/或后轮的各电子机械制动器中电机的目标位置信号值；

2)分别实时采集制动所述车辆前轮和/或后轮的各电子机械制动器中电机的实际位置信号值、电机的实际转速信号值以及电机的实际电流信号值；

3)根据所述制动车辆前轮和/或后轮的各电子机械制动器中电机的目标位置信号值与所述实时采集的电机的实际位置信号值之间的偏差，以及实时采集的电机的实际转速信号值和实际电流信号值，分别对所述各电子机械制动器中电机的位置、转速以及电流进行实时闭环控制，进而实时调节所述各电子机械制动器中电机的实际位置信号值使之接近所述目标位置信号值，从而实时调节各电机所在的各电子机械制动器实际输出的制动力。

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 (14)

1.一种基于线控制动系统的制动力实时调节方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)根据电子制动踏板的行程分别获取制动车辆前轮和/或后轮的各电子机械制动器中电机的目标位置信号值；

2)分别实时采集制动所述车辆前轮和/或后轮的各电子机械制动器中电机的实际位置信号值、电机的实际转速信号值以及电机的实际电流信号值；

3)根据所述制动车辆前轮和/或后轮的各电子机械制动器中电机的目标位置信号值与所述实时采集的电机的实际位置信号值之间的偏差，以及实时采集的电机的实际转速信号值和实际电流信号值，分别对所述各电子机械制动器中电机的位置、转速以及电流进行实时闭环控制，进而实时调节所述各电子机械制动器中电机的实际位置信号值使之接近所述目标位置信号值，从而实时调节各电机所在的各电子机械制动器实际输出的制动力。

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，在步骤1)中，根据电子制动踏板的行程分别获取制动车辆前轮和/或后轮的各电子机械制动器中电机的目标位置信号值的方法是：

实时采集电子制动踏板的行程，并将所述行程实时转化为电子制动踏板的位移信号值，根据所述位移信号值分别推算出所述各电子机械制动器中电机的目标位置信号值；所述电子制动踏板的行程是通过内置于电子制动踏板处的踏板单元传感器实时采集的；对于电子制动踏板的每个行程位置，所述踏板单元传感器均能实时输出一个对应的位移电压值作为所述位移信号值，即由踏板单元传感器将其实时采集的电子制动踏板的行程实时转化为电子制动踏板的位移信号值。

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，在步骤1)中，根据所述位移信号值分别推算出制动车辆前轮和/或后轮的各电子机械制动器中电机的目标位置信号值的方法具体为：

11)将所述位移信号值分别换算成制动车辆前轮和/或后轮的各电子机械制动器应输出的制动力；

12)分别将所述各电子机械制动器应输出的制动力换算成各电子机械制动器中电机的目标位置信号值。

4.根据权利要求3所述的制动力实时调节方法，其特征在于，所述步骤11)具体为：

分别设置制动车辆前轮和/或后轮的各电子机械制动器在制动过程中前、后轮同时抱死时输出的最大制动力以及电子制动踏板的行程范围，并根据所述最大制动力及电子制动踏板的行程范围分别得出各电子机械制动器应输出的制动力与电子制动踏板行程的对应关系，即分别得出各电子机械制动器应输出的制动力与电子制动踏板的位移信号值的对应关系；

根据所述制动力与所述位移信号值的对应关系，将所述位移信号分别换算成各电子机械制动器应输出的制动力；

所述步骤12)具体为：

根据制动车辆前轮和/或后轮的各电子机械制动器的机械属性分别得出各电子机械制动器应输出的制动力与各电子机械制动器中电机的目标位置信号值之间的对应关系，并根据所述对应关系将各电子机械制动器应输出的制动力换算成各电子机械制动器中电机的目标位置信号值。

5.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，所述各电子机械制动器的电机中设置有位置传感器，所述电机的实际位置信号值是由所述电机内的位置传感器实时采集得到的；所述电机的实际转速信号值是由车辆ECU根据所述电机的实际位置及其对应的时间差进行实时计算得到的；所述电机的实际电流信号值是由电流采集模块实时采集得到的，所述各电子机械制动器中包括有用于驱动电机的电机驱动电路，所述电流采集模块包括串联在电机驱动电路中的检测电阻和用于采集该检测电阻上的压降信号的数模转换模块。

6.根据权利要求1所述的制动力实时调节方法，其特征在于，所述步骤3)包括：

31)将所述各电子机械制动器中电机的目标位置信号值与所述实时采集的电机的实际位置信号值之间的偏差进行位置闭环调节，得出当前各电机的转速信号参考值；

32)将所述当前各电机的转速信号参考值与所述实时采集的各电机的实际转速信号值之间的偏差进行转速闭环调节，得出当前各电机的电流信号参考值；

33)将所述当前各电机的电流信号参考值与所述实时采集的各电机的实际电流信号值之间的偏差进行电流闭环调节，得出当前各电机的电机驱动电路的控制电压值；

34)根据所述当前各电机驱动电路的控制电压值得出当前作用在各电机电枢端的电压值，以此来驱动并调节所述各电机转动，从而实时调节所述各电机的实际位置信号值，使其接近所述各电机的目标位置信号值。

7.根据权利要求6所述的制动力实时调节方法，其特征在于，在步骤31)中，采用PID控制器对所述偏差进行位置闭环调节；或者，在步骤31)中，采用自适应模糊PID控制器，即采用自适应模糊控制与PID控制结合的方式对所述偏差进行位置闭环调节；在步骤32)中，采用PI控制器对所述偏差进行转速闭环调节；在步骤33)中，采用PI控制器对所述偏差进行电流闭环调节；在步骤34)中，所述电机驱动电路采用单相全桥脉冲宽度调制变换器电路；根据所述当前电机驱动电路的控制电压值能够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能够得到当前作用在所述电机电枢端的电压值。

8.根据权利要求7所述的制动力实时调节方法，其特征在于，在步骤31)中，采用所述自适应模糊PID控制器对所述电机的目标位置信号值与实际位置信号值之间的偏差进行实时调节具体为：

根据PID控制器的输出值中的比例系数、微分系数以及积分系数、所述电机的目标位置信号值与实际位置信号值之间的偏差以及所述偏差的变化率之间的模糊关系，建立所述比例系数、微分系数、积分系数、所述偏差以及所述偏差的变化率的模糊规则；

将所述电机的目标位置信号值与实际位置信号值之间的偏差以及所述偏差的变化率输入至所述PID控制器，然后利用所述建立的模糊规则进行模糊推理，以对所述PID控制器的输出值中的比例系数、微分系数以及积分系数进行实时调整，进而实时调整所述PID控制器的输出值，即实时调节所述电机的转速信号参考值。

9.一种基于线控制动系统的制动力实时调节装置，其特征在于，包括第一信号采集单元、第二信号采集单元、计算单元、控制单元以及执行单元，

所述第一信号采集单元用于实时采集电子制动踏板的行程并将其转化为电子制动踏板的位移信号值，然后将所述位移信号值实时输出至计算单元；

所述第二信号采集单元用于实时采集制动车辆前轮和/或后轮的各电子机械制动器中电机的实际位置信号值、电机的实际转速信号值以及电机的实际电流信号值，然后将所述实际位置信号值、实际转速信号值与实际电流信号值实时输出至控制单元；

所述计算单元用于根据所述位移信号值分别推算出各电子机械制动器中电机的目标位置信号值，然后将所述目标位置信号值实时输出至控制单元；

所述控制单元用于根据所述推算出的各电子机械制动器中电机的目标位置信号值，以及实时采集的各电子机械制动器中电机的实际位置信号值、实际转速信号值和实际电流信号值，分别对所述电机的位置、转速以及电流进行实时闭环控制，从而推算得到各电子机械制动器中的电机驱动电路的控制电压值，然后将所述控制电压值实时输出至执行单元；

所述执行单元用于根据所述控制电压值得出作用在所述电机电枢端的电压值，然后根据所述电压值驱动并调节各电子机械制动器中的电机转动，从而实时调节所述各电子机械制动器中的电机的实际位置信号值，以使其接近所述各电机的目标位置信号值，进而实时调节各电机所在的电子机械制动器实际输出的制动力。

10.根据权利要求9所述的制动力实时调节装置，其特征在于，所述第一信号采集单元采用内置于电子制动踏板处的踏板单元传感器；

所述计算单元包括第一计算模块与第二计算模块，

所述第一计算模块用于将所述位移信号值分别换算成制动车辆前轮和/或后轮的各电子机械制动器应输出的制动力，并将其实时输出至第二计算模块；

所述第二计算模块用于分别将各电子机械制动器应输出的制动力换算成各电子机械制动器中电机的目标位置信号值，并将其实时输出至控制单元；

所述第二信号采集单元包括位置传感器、车辆ECU以及电流采集模块，

所述位置传感器采用多个，分别位于制动车辆前轮和/或后轮的各电子机械制动器的电机内，所述多个位置传感器分别用于实时采集各电子机械制动器中电机的实际位置信号值；

所述车辆ECU用于根据各电子机械制动器中电机的实际位置及其对应的时间差进行实时计算，得出各电子机械制动器中电机的实际转速信号值；

所述电流采集模块采用多个，分别用于实时采集各电子机械制动器中电机的实际电流信号值。

11.根据权利要求10所述的制动力实时调节装置，其特征在于，所述电流采集模块包括检测电阻和数模转换模块，所述检测电阻串联在电子机械制动器中的电机驱动电路中；所述数模转换模块用于采集该检测电阻上的压降信号；所述数模转换模块采用单电源差分放大器。

12.根据权利要求9所述的制动力实时调节装置，其特征在于，所述控制单元包括第一控制模块、第二控制模块与第三控制模块，

所述第一控制模块用于将所述计算单元推算出的各电子机械制动器中电机的目标位置信号值与第二信号采集单元实时采集的各电子机械制动器中电机的实际位置信号值之间的偏差进行位置闭环调节，得出当前各电机的转速信号参考值；

所述第二控制模块用于将所述当前各电机的转速信号参考值与第二信号采集单元实时采集的各电机的实际转速信号值之间的偏差进行转速闭环调节，得出当前各电机的电流信号参考值；

所述第三控制模块用于将所述当前各电机的电流信号参考值与第二信号采集单元实时采集的各电机的实际电流信号值之间的偏差进行电流闭环调节，得出当前各电机驱动电路的控制电压值，再将所述控制电压值实时输出至执行单元。

13.根据权利要求12所述的制动力实时调节装置，其特征在于，所述第一控制模块采用PID控制器，或者采用自适应模糊PID控制器；所述第二控制模块与第三控制模块均采用PI控制器。

14.根据权利要求9-13之一所述的制动力实时调节装置，其特征在于，所述各电子机械制动器中的电机采用直流无刷电机；所述各电子机械制动器中的电机驱动电路采用单相全桥脉冲宽度调制变换器电路。

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