CN102841544B - 一种电液复合制动协调控制用在环仿真试验台 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电液复合制动协调控制用在环仿真试验台，其特征在于，包括仿真系统、ABS液压制动系统、电机再生制动系统、传感系统、电液复合制动电子控制系统，所述的仿真系统分别连接电机再生制动系统、传感系统、电液复合制动电子控制系统，所述的电液复合制动电子控制系统分别连接ABS液压制动系统、电机再生制动系统、传感系统。与现有技术相比，本发明可以仿真和验证各种行驶工况下HEV(混合动力汽车)/PEV(纯电动汽车)车辆再生制动与ABS液压制动协调控制策略，能显著提高制动控制策略的开发效率。

Description

一种电液复合制动协调控制用在环仿真试验台

技术领域

本发明涉及一种车辆性能仿真试验设备，尤其是涉及一种电液复合制动协调控制用在环仿真试验台。

背景技术

电机再生制动与液压制动结合的电液复合制动系统可在保证制动安全性的同时，将车辆动能转化为电能存储在能量存储装置中。作为节能的有效手段，电-液复合制动系统及其控制技术已成为混合动力和纯电动汽车研发的重要课题，其液压制动多是利用ABS(防抱死系统)高速开关电磁阀来实现轮缸压力的精确控制。车辆制动时，在ABS电控单元的基础上，将再生制动与ABS液压制动进行统一协调控制，可提高制动能量回收率并实现车轮的制动防抱死控制。但目前再生制动与ABS液压制动协调控制策略研究方面，大多通过建立复合制动系统的数学模型来进行离线仿真，无法反映再生制动电机与ABS液压系统协调控制过程中的非线性动态特性。现有的电-液复合制动硬件在环仿真试验台，大都是基于xPC目标机与板卡的平台，其模型的下载与工具链的配置过程均比较繁琐，且没有类似于CANape或ControlDesk等测量标定工具来监控仿真试验的运行状态以及在线修改策略的控制参数或模型的匹配参数，其制动控制策略的开发效率较低。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种可简便有效、准确反映车辆制动系统动态特性的电液复合制动协调控制用在环仿真试验台。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种电液复合制动协调控制用在环仿真试验台，包括仿真系统、ABS液压制动系统、电机再生制动系统、传感系统、电液复合制动电子控制系统，所述的仿真系统分别连接电机再生制动系统、传感系统、电液复合制动电子控制系统，所述的电液复合制动电子控制系统分别连接ABS液压制动系统、电机再生制动系统、传感系统；传感系统检测ABS液压制动系统与电机再生制动系统的状态信息后，输送给仿真系统和电液复合制动电子控制系统，由仿真系统和电液复合制动电子控制系统进行处理后，输出控制信号调整对ABS液压制动系统和电机再生制动系统的控制，仿真实际工况下ABS液压制动系统和电机再生制动系统的协调控制。

所述的ABS液压制动系统包括液压泵、ABS调压模块以及由4个制动轮盘与4个制动钳构成的总成，所述液压泵通过管路与所述ABS调压模块相连，所述ABS调压模块的4个出油口分别通过管路与4个制动钳的制动轮缸相连。

所述的传感系统包括液压泵压力传感器和4个轮缸压力传感器，所述的液压泵压力传感器用于检测液压泵输出端的压力信息，并将其反馈给电液复合制动电子控制系统，所述的4个轮缸压力传感器分别检测4个制动钳的制动轮缸的压力信息，并将其反馈给仿真系统。

所述电机再生制动系统包括再生制动电机和负载模拟电机，所述的再生制动电机和负载模拟电机通过联轴器连接，并设有包含转矩转速传感器的转矩仪，转矩仪采集再生制动电机的转矩和转速信息，并将其反馈给仿真系统。

所述的电液复合制动电子控制系统采用基于TMS320F28335芯片的控制器，该控制器包含电液复合制动协调控制模型，所述的仿真系统包括通用控制器和监控计算机，所述的通用控制器内包含车辆动力学模型，所述的监控计算机安装有ControlDesk软件和CANape软件，监控计算机通过ControlDesk软件实时获取车辆动力学模型的参数并在线标定车辆动力学模型的可控参数，监控计算机通过CANape软件实时获取电液复合制动协调控制模型的参数并在线标定电液复合制动协调控制模型的可控参数，电液复合制动电子控制系统根据通用控制器提供的仿真信息以及传感系统提供的传感信息，进行ABS液压制动系统的压力调整和再生制动电机的转矩调整，实现实际工况下ABS液压制动系统和电机再生制动系统的协调控制。

所述的电液复合制动电子控制系统和监控计算机之间通过CAN总线连接，所述通用控制器和监控计算机之间通过串口通信方式连接。

所述的车辆动力学模型包括：

驾驶员模型，用于仿真驾驶员控制车辆按照设定工况运行时的驾驶信息；

发动机转矩模型，用于接收发动机需求转矩指令并输出相应的转矩；

变速器模型，用于根据车辆挡杆的信号、当前车况和路况以确定变速器速比；

离合器模型，用于仿真实车离合器，根据电液复合制动电子控制系统的控制信号，控制离合器的结合与分离，并传递相应的转矩；

蓄电池模型，用于仿真车辆蓄电池的状态信息；

制动器模型，根据传感系统中轮缸压力传感器采集的状态信息，结合由监控计算机标定的制动因数计算出车轮制动力矩；

车辆纵向动力学模型，用于仿真车辆纵向运动时的车速信息和车轮的转速信息，并实时反馈给电液复合制动电子控制系统；

整车控制器模型，根据驾驶员模型的驾驶信息、蓄电池模型的蓄电池状态信息、车辆纵向动力学模型的车轮转速信息、转矩仪反馈来的再生制动电机的转矩和转速信息以及再生制动电机外特性计算总需求制动转矩以及电机再生制动系统可提供的最大再生制动转矩，反馈给电液复合制动电子控制系统；

负载模拟电机控制模型，根据车辆纵向动力学模型的车轮转速信息，输出负载模拟电机的转速控制信号来控制负载模拟电机的转速，从而对再生制动电机进行加载。

所述的电液复合制动协调控制模型包括：

液压泵控制模型，对液压泵输出端的压力信息进行处理，得到液压泵的控制信号；

ABS控制模型，对通用控制器的仿真信息进行处理，得到ABS调压模块的控制信号；

制动电机控制模型，根据通用控制器的仿真信息，输出再生制动电机的控制信息。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1)引入实车ABS液压制动系统与小功率再生制动电机(功率比1∶30)，可以较为准确的反映复合制动过程的纯电机制动、电液复合制动、纯液压制动和防抱死制动等制动工作模式下各部件的非线性动态特性，并且便于开发并验证再生制动与ABS液压制动协调控制策略；

2)本发明采用自主设计的电液复合制动电子控制单元，可以准确地控制ABS调压模块的高速开关电磁阀组和回油泵电机，同时决策并执行再生制动电机转矩指令，便于在同一硬件平台下开发并验证再生制动与ABS液压制动的协调控制策略；

3)本发明一方面开发了实时驾驶及车辆动力学的仿真系统，监控计算机实时量测车辆模型信号并在线标定模型可控制参数，其通过网线与通用控制器相连，通过ControlDesk标定软件实施信号量测和参数标定；另一方面开发了电液复合制动电子控制系统，其与CANape标定系统相连，可以实时对传感器采集的信息及各模块计算中的中间变量进行观察，并实时标定相关控制参数，提高了硬件在环测试的执行效率，并缩短复合制动控制系统的开发时间。

附图说明

图1为本发明的机械结构示意图；

图2为本发明的信号流图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例

如图1和图2所示，一种电液复合制动协调控制用在环仿真试验台，包括仿真系统、ABS液压制动系统、电机再生制动系统、传感系统、电液复合制动电子控制系统14。

ABS液压制动系统包括液压泵1、ABS调压模块2以及由4个制动轮盘3与4个制动钳4构成的总成，液压泵通1过管路与所述ABS调压模块2相连，ABS调压模块2的4个出油口分别通过管路与4个制动钳4的制动轮缸相连。液压泵1可由电液复合制动电子控制系统14控制油压输出大小。

传感系统包括液压泵压力传感器10和4个轮缸压力传感器11，液压泵压力传感器10用于检测液压泵1输出端的压力信息，并将其反馈给电液复合制动电子控制系统14，4个轮缸压力传感器11别检测4个制动钳4的制动轮缸的压力信息，并将其反馈给仿真系统。

电机再生制动系统包括再生制动电机5和负载模拟电机6，再生制动电机5和负载模拟电机6通过联轴器9连接，并设有包含转矩转速传感器8的转矩仪7，转矩仪7采集再生制动电机5的转矩和转速信息，并将其反馈给仿真系统。

电液复合制动电子控制系统14采用基于TMS320F28335芯片的控制器，该控制器包含电液复合制动协调控制模型，仿真系统包括通用控制器12和监控计算机13，通用控制器12内包含车辆动力学模型，监控计算机13安装有ControlDesk软件和CANape软件，监控计算机13通过ControlDesk软件实时获取车辆动力学模型的参数并在线标定车辆动力学模型的可控参数，监控计算机13通过CANape软件实时获取电液复合制动协调控制模型的参数并在线标定电液复合制动协调控制模型的可控参数，电液复合制动电子控制系统14根据通用控制器12提供的仿真信息以及传感系统提供的传感信息，进行ABS液压制动系统的压力调整和再生制动电机的转矩调整，实现实际工况下ABS液压制动系统和电机再生制动系统的协调控制。

电液复合制动电子控制系统14和监控计算机13之间通过CAN总线连接，实现即时通讯，通用控制器12和监控计算机13之间通过串口通信方式连接。

通用控制器包含的车辆动力学模型包括：

驾驶员模型，用于仿真驾驶员控制车辆按照设定工况运行时的驾驶信息，以反映驾驶员制动意图；

发动机转矩模型，用于接收发动机需求转矩指令并输出相应的转矩；

变速器模型，用于根据车辆挡杆的信号、当前车况和路况以确定变速器速比；

离合器模型，用于仿真实车离合器，根据电液复合制动电子控制系统的控制信号，控制离合器的结合与分离，并传递相应的转矩；

蓄电池模型，用于仿真车辆蓄电池的状态信息，其根据再生制动需求功率与动力蓄电池能够接收的最大充电功率的比值，用于对再生制动电机的最大发电转矩进行动态修正；

制动器模型，根据传感系统中轮缸压力传感器采集的状态信息，结合由监控计算机标定的制动因数计算出车轮制动力矩；

车辆纵向动力学模型，用于仿真车辆纵向运动时的车速信息和车轮的转速信息，并实时反馈给电液复合制动电子控制系统；

整车控制器模型，根据驾驶员模型的驾驶信息、蓄电池模型的蓄电池状态信息、车辆纵向动力学模型的车轮转速信息、转矩仪反馈来的再生制动电机的转矩和转速信息以及再生制动电机外特性计算总需求制动转矩以及电机再生制动系统可提供的最大再生制动转矩，反馈给电液复合制动电子控制系统；

负载模拟电机控制模型，根据车辆纵向动力学模型的车轮转速信息，输出负载模拟电机的转速控制信号来控制负载模拟电机的转速，从而对再生制动电机进行加载。

基于TMS320F28335芯片的控制器内包含的电液复合制动协调控制模型包括：

液压泵控制模型，对液压泵输出端的压力信息进行处理，得到液压泵的控制信号；ABS控制模型，对通用控制器的仿真信息进行处理，得到ABS调压模块的控制信号；制动电机控制模型，根据通用控制器的仿真信息，输出再生制动电机的控制信息。

本发明工作步骤如下：

1)在监控计算机13中预设驾驶情况和驾驶员模型的参数，将监控计算机13中Simulink仿真的模型经RTW转化为C代码格式后，分别下载到电液复合电子控制系统14与通用控制器12中。

2)液压泵1开始工作，液压泵压力传感器10和4个轮缸压力传感器11将其测得的压力实时传输给电液复合制动电子控制系统14与通用控制器12。

3)电机再生制动系统中负载模拟电机6按照通用控制器12输出的控制量提供相应负载，再生制动电机5按照电液复合制动电子控制系统14输出的控制量进行制动控制。转矩转速传感器8实时采集信息，传输给通用控制器12。

4)通用控制器12与电液复合制动电子控制系统14对输入的信息进行分析处理，并将运算的结果相应地输送给液压泵1、ABS调压模块2和再生制动电机5。

5)实验操作人员通过监控计算机13向通用控制器12发出工作指令，通过通用控制器12中的驾驶员模型和工况设定模块模拟不同制动工况和驾驶员制动需求。监控计算机13通过ControlDesk和CANape软件可对传感单元采集到的信息和车辆制动过程中的中间变量，比如：轮速、车速、滑移率、蓄电池SOC、制动电机转速转矩等进行实时显示，并可在线修改模型参数，观测其对各中间变量的影响情况。

Claims (4)

1.一种电液复合制动协调控制用在环仿真试验台，其特征在于，包括仿真系统、ABS液压制动系统、电机再生制动系统、传感系统、电液复合制动电子控制系统，所述的仿真系统分别连接电机再生制动系统、传感系统、电液复合制动电子控制系统，所述的电液复合制动电子控制系统分别连接ABS液压制动系统、电机再生制动系统、传感系统；

传感系统检测ABS液压制动系统与电机再生制动系统的状态信息后，输送给仿真系统和电液复合制动电子控制系统，由仿真系统和电液复合制动电子控制系统进行处理后，输出控制信号调整对ABS液压制动系统和电机再生制动系统的控制，仿真实际工况下ABS液压制动系统和电机再生制动系统的协调控制；

所述电机再生制动系统包括再生制动电机和负载模拟电机，所述的再生制动电机和负载模拟电机通过联轴器连接，并设有包含转矩转速传感器的转矩仪，转矩仪采集再生制动电机的转矩和转速信息，并将其反馈给仿真系统；

所述的电液复合制动电子控制系统采用基于TMS320F28335芯片的控制器，该控制器包含电液复合制动协调控制模型，所述的仿真系统包括通用控制器和监控计算机，所述的通用控制器内包含车辆动力学模型，所述的监控计算机安装有ControlDesk软件和CANape软件，电液复合制动电子控制系统根据通用控制器提供的仿真信息以及传感系统提供的传感信息，进行ABS液压制动系统的压力调整和再生制动电机的转矩调整，实现实际工况下ABS液压制动系统和电机再生制动系统的协调控制；

所述的电液复合制动电子控制系统和监控计算机之间通过CAN总线连接，所述通用控制器和监控计算机之间通过串口通信方式连接；

所述的车辆动力学模型包括：

驾驶员模型，用于仿真驾驶员控制车辆按照设定工况运行时的驾驶信息；

发动机转矩模型，用于接收发动机需求转矩指令并输出相应的转矩；

变速器模型，用于根据车辆挡杆的信号、当前车况和路况以确定变速器速比；

离合器模型，用于仿真实车离合器，根据电液复合制动电子控制系统的控制信号，控制离合器的结合与分离，并传递相应的转矩；

蓄电池模型，用于仿真车辆蓄电池的状态信息；

制动器模型，根据传感系统中轮缸压力传感器采集的状态信息，结合由监控计算机标定的制动因数计算出车轮制动力矩；

车辆纵向动力学模型，用于仿真车辆纵向运动时的车速信息和车轮的转速信息，并实时反馈给电液复合制动电子控制系统；

整车控制器模型，根据驾驶员模型的驾驶信息、蓄电池模型的蓄电池状态信息、车辆纵向动力学模型的车轮转速信息、转矩仪反馈来的再生制动电机的转矩和转速信息以及再生制动电机外特性计算总需求制动转矩以及电机再生制动系统可提供的最大再生制动转矩，反馈给电液复合制动电子控制系统；

负载模拟电机控制模型，根据车辆纵向动力学模型的车轮转速信息，输出负载模拟电机的转速控制信号来控制负载模拟电机的转速，从而对再生制动电机进行加载。

2.根据权利要求1所述的一种电液复合制动协调控制用在环仿真试验台，其特征在于，所述的ABS液压制动系统包括液压泵、ABS调压模块以及由4个制动轮盘与4个制动钳构成的总成，所述液压泵通过管路与所述ABS调压模块相连，所述ABS调压模块的4个出油口分别通过管路与4个制动钳的制动轮缸相连。

3.根据权利要求2所述的一种电液复合制动协调控制用在环仿真试验台，其特征在于，所述的传感系统包括液压泵压力传感器和4个轮缸压力传感器，所述的液压泵压力传感器用于检测液压泵输出端的压力信息，并将其反馈给电液复合制动电子控制系统，所述的4个轮缸压力传感器分别检测4个制动钳的制动轮缸的压力信息，并将其反馈给仿真系统。

4.根据权利要求1所述的一种电液复合制动协调控制用在环仿真试验台，其特征在于，所述的电液复合制动协调控制模型包括：

液压泵控制模型，对液压泵输出端的压力信息进行处理，得到液压泵的控制信号；

ABS控制模型，对通用控制器的仿真信息进行处理，得到ABS调压模块的控制信号；

制动电机控制模型，对通用控制器的仿真信息进行处理，输出再生制动电机的控制信息。