CN103754202B - 一种基于位移控制的双电机电液复合制动系统控制方法 - Google Patents

Abstract

一种基于位移控制的双电机电液复合制动系统控制方法，包括：控制制动电机：控制制动电机的目标力矩，从而配合制动踏板力电机及再生制动力产生相应的目标制动力；控制踏板力模拟电机：控制提供驾驶员的制动踏板感觉，同时配合制动踏板力电机和再生制动力产生相应的目标制动力。对于制动电机的控制，采取的是力控制方式。对于踏板力模拟电机的控制，采取的是位移控制方式。依靠制动系统的P‑V特性实现踏板力模拟电机的位移控制逻辑。本发明的双电机电液复合制动系统控制方法的控制精确且鲁棒性优良，能在实现驾驶员制动意图的前提下，提供给驾驶员优良的制动感觉。

Description

一种基于位移控制的双电机电液复合制动系统控制方法

技术领域

本发明属于汽车技术领域，涉及制动系统控制技术，尤其是基于位移控制的双电机电液复合制动系统控制方法。

背景技术

制动系统是有关汽车安全性能的至关重要的系统，其性能的高低将直接影响整车的行驶安全性能。传统的制动系统，通常由制动踏板，真空助力器，制动主缸，ESC/ABS，制动轮缸及其相应的管路所组成。整个系统较为为复杂，并且在体积，质量和集成度上处于劣势。并且，随着发动机效率的不断提升，其所能给真空助力器提供的真空度就越来越有限。为了弥补高效发动机所带来的这一问题，很多车辆采取附加真空泵的方案来增加真空度。然而，这该方案只是一个临时的解决方案。增加的真空泵不但占用了有限的车辆前舱空间，同时也增加了制动系统的质量和失效风险。这对于车辆和轻量化及安全性是背道而驰的。因此，响应快，功能强大的电子液压制动系统正越来越受到关注。

机械电子式电子液压制动系统通常有制动电机，制动主缸，轮缸压力控制阀，踏板模拟器，失效备份系统及其相关管路所组成。该系统不同于现在正在逐步量产化的EHB，摒弃了高压蓄能器以及其相关控制阀系，直接通过制动电机驱动主缸完成系统建压。较之于EHB，机械电子式电子液压制动系统避免了采用存在泄漏风险的高压蓄能器及其相关的控制阀系，从成本和可靠性上更进了一步。此外，作为线控制动（brake by wire）的一种，机械电子式电子液压制动系统结构简单，可以实现每个轮缸的制动压力精确控制，除了能实现传统制动系统的制动防抱死控制，驱动防滑控制，电子制动力分配控制，电子稳定性控制等功能外，还能仅仅通过软件的编写完成，紧急制动辅助，制动俯仰控制，制动盘水膜清除，坡道起步辅助等一系列功能。更为重要的是，由于系统的是解耦系统，该系统能够与再生制动力完美结合，在踏板模拟器的帮助下，实现不改变原有制动感觉为前提的制动能量回收最大化。因此机械电子式电子液压制动系统的采用和推广能全方面提升车辆的安全性，经济性和轻量化，无论是在传统车辆还是在新能源车辆上都具有广泛的应用前景。

国外的一些汽车相关企业已开始了大力投入机械电子式电子液压制动系统的开发。其中BOSCH公司的iBooster采用蜗轮蜗杆减速机构配合制动电机的形式。日本日立公司的e-Actuator系统则是通过外包型电机及滚珠丝杠实现了机械电子式电子液压制动系统。此外，德国大陆公司，LSP公司，美国TRW公司也都将机械电子式电子液压制动系统作为制动系统未来发展的主要方向，并计划在10年内实现量产。

而双电机电液复合制动系统作为机械电子式电子液压制动系统中的一种，由于其结构紧凑，液压元器件较少，充分利用驾驶员踏板力等众多优势，正渐渐受到广泛的关注。

虽然其结构相较于其他机械电子式电子液压制动系统有较明显的优势。但由于其采用了双电机控制模式，其控制难度相应增加。此外，为了充分利用驾驶员的制动踏板力，系统采取了非完全解耦的系统解耦。因此，双电机系统的控制目标较之于机械电子式电子液压制动系统从单一的主缸推力控制，扩展为主缸推力与制动踏板回馈力两个控制目标的控制。因此，这对双电机电液复合制动系统的控制方法提出了较高的要求。尤其是对于当双电机机械电子式电子液压制动系统采用带自锁特性的传动系统时，力控制将无法实现对系统的有效控制。

为了解决这一控制问题，有必要开发一种基于位移控制的双电机电液复合制动系统控制方法，该控制方法采用制动电机控制逻辑和踏板力模拟电机控制逻辑实现主缸推力和制动踏板反馈力的独立控制，从而在满足整车制动力需求的前提下，保证良好的制动踏板感觉。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于位移控制的双电机电液复合制动系统控制方法，以便克服上述所说双电机电液复合制动系统控制难度较高的问题。

为达到上述目的，本发明的解决方案是：

一种基于位移控制的双电机电液复合制动系统控制方法，包括：

控制制动电机：控制制动电机的目标力矩，从而配合制动踏板力电机及再生制动力产生相应的目标制动力；

控制踏板力模拟电机：控制提供驾驶员的制动踏板感觉，同时配合制动踏板力电机和再生制动力产生相应的目标制动力。

进一步，对于制动电机的控制，采取的是力控制方式。

对于踏板力模拟电机的控制，采取的是位移控制方式。

依靠制动系统的P-V特性实现踏板力模拟电机的位移控制逻辑。

通过实现主缸推力和制动踏板反馈力的独立控制，从而在满足整车制动力需求的前提下，保证良好的制动踏板感觉。

通过再生制动力的和摩擦制动力的合理耦合，从而实现系统的制动能量回收最大化。

当驾驶员踩踏制动踏板产生相应的制动踏板位移后，系统通过查询制动踏板位移/制动踏板力图获取目标的整车总制动力需求；与此同时，VMS将车辆的再生制动力发送给系统；系统获取目标整车总制动力需求和再生制动力之后对其进行求差，从而得到目标摩擦制动力；之后系统通过以下公式获得目标制动主缸推力：

式中F_mc为目标制动主缸推力；F_b为目标摩擦制动力；β为制动力分配系数；r_wheel为车轮滚动半径；r_mc为主缸半径；r_caliper为摩擦片有效制动半径；μ为前制动片与制动盘之间的摩擦系数；r_w为轮缸半径。

获取了目标制动主缸推力后，系统通过从理想制动踏板位移/踏板力图中获取了目标制动踏板力；

在从理想制动踏板位移/踏板力图中获取了目标制动踏板力之后，系统将目标制动主缸推力和目标制动踏板力求差得到目标制动电机推力，如下式：

F_bm=F_mc-F_pedal×i (2)

式中F_mc为制动主缸目标推力；F_bm为目标制动电机推力；F_pedal为制动踏板力目标值；i为制动踏板杠杆比；

F_PFE=F_pedal×i (3)

与此同时，系统通过式（3）将踏板力模拟电机目标推力F_PFE发送给踏板力模拟电机，使其产生于所需制动踏板力相一致的制动踏板回馈力；

在获得主缸目标推力后，系统通过查询制动系统P-V特性获取制动主缸目标位移；在系统通过查询制动系统P-V特性获取制动主缸目标位移S_mc之后，系统通过将制动踏板位移S_pedal和制动主缸目标位移进行求差获得踏板力模拟电机目标位移S_PFE；在获取踏板力模拟电机目标位移会通过对踏板力模拟电机的控制使其按一定的要求达到目标位移，从而完成整个制动过程。

本发明采用制动电机控制逻辑和踏板力模拟电机控制逻辑实现主缸推力和制动踏板反馈力的独立控制，从而在满足整车制动力需求的前提下，保证良好的制动踏板感觉。

附图说明

图1是根据本发明的一个示例性实施例的基于位移控制的双电机电液复合制动系统控制方法的简图；

图2是根据本发明的一个示例性实施例的基于位移控制的双电机电液复合制动系统控制方法所用到的理想的制动踏板位移/踏板力图；

图3是根据本发明的一个示例性实施例的基于位移控制的双电机电液复合制动系统控制方法所用到的制动系统轮缸P-V特性图；

图4是根据本发明的一个示例性实施例的运用基于位移控制的双电机电液复合制动系统控制方法系统的简图；

图5是根据本发明的一个示例性实施例的基于位移控制的双电机电液复合制动系统控制方法所得到的控制效果图。

具体实施方式

以下结合附图所示实施例对本发明作进一步的说明。

根据本发明的一个方面，提供了一种基于位移控制的双电机电液复合制动系统控制方法，包括：制动电机控制逻辑，用于控制制动电机的目标力矩，从而配合制动踏板力电机及再生制动力产生相应的目标制动力；踏板力模拟电机控制逻辑，用于控制提供驾驶员的制动踏板感觉，同时配合制动踏板力电机和再生制动力产生相应的目标制动力。

优选地，所述机双电机电液复合制动系统控制方法采用制动系统的P-V特性实现踏板力模拟电机的位移控制逻辑。

优选地，所述机双电机电液复合制动系统控制方法通过整车控制系统（VMS）获取再生制动力，从而进行进一步的逻辑判断与仲裁。

当驾驶员踩踏制动踏板产生相应的制动踏板位移后，系统通过查询制动踏板位移/制动踏板力图获取目标的整车总制动力需求。与此同时，VMS将车辆的再生制动力发送给系统。系统获取目标整车总制动力需求和再生制动力之后对其进行求差，从而得到目标摩擦制动力。之后系统通过以下公式获得目标制动主缸推力：

式中F_mc为目标制动主缸推力；F_b为目标摩擦制动力；β为制动力分配系数；r_wheel为车轮滚动半径；r_mc为主缸半径；r_caliper为摩擦片有效制动半径；μ为前制动片与制动盘之间的摩擦系数；r_w为轮缸半径。获取了目标制动主缸推力后，系统通过从理想制动踏板位移/踏板力图中获取了目标制动踏板力。如图2所示，理想的制动踏板位移/踏板力图一般采用模拟传统制动系统的制动感觉图，该图可以分为两个部分，一个是一开始的低刚度部分，一个制动踏板位移较大的时候的高刚度部分。

在从理想制动踏板位移/踏板力图中获取了目标制动踏板力之后，系统将目标制动主缸推力和目标制动踏板力求差得到目标制动电机推力，如下式：

F_bm=F_mc-F_pedal×i (2)

式中F_mc为制动主缸目标推力；F_bm为目标制动电机推力；F_pedal为制动踏板力目标值；i为制动踏板杠杆比。

F_PFE=F_pedal×i (3)

与此同时，系统通过式（3）将踏板力模拟电机目标推力F_PFE发送给踏板力模拟电机，使其产生于所需制动踏板力相一致的制动踏板回馈力。

在获得主缸目标推力后，系统通过查询制动系统P-V特性获取制动主缸目标位移。系统的P-V特性常常通过试验得到，如图3所示，基本为一个体积和液压力的线性的增长。然而该曲线还有系统的含水量和温度有关，因此会有相关的参数补偿。在系统通过查询制动系统P-V特性获取制动主缸目标位移S_mc之后，系统通过将制动踏板位移S_pedal和制动主缸目标位移进行求差获得踏板力模拟电机目标位移S_PFE。在获取踏板力模拟电机目标位移会通过对踏板力模拟电机的控制使其按一定的要求达到目标位移。

如，当获得目标摩擦制动力F_b=5000N，制动力分配系数β=0.7，车轮滚动半径r_wheel=0.25m，主缸半径r_mc=11.1mm，摩擦片有效制动半径r_caliper=0.1m，前制动片与制动盘之间的摩擦系数μ=0.4,为轮缸半径r_w=26mm。通过式（1）计算得到F_mc=996N。同时，踏板位移传感器获得驾驶员制动踏板位移S_pedal=30mm，通过理想制动踏板位移/踏板力图获得制动踏板目标值F_pedal=50N。设制动踏板杠杆比i=4，通过式（2）得到F_bm=796N，通过式（3）得到F_PFE=200N。

获得F_mc=996N后，通过下式（4），获得P=26bar

之后通过如图3所示的P-V特性图获得主缸排液量，由于图3所示的P-V特性为单个轮缸P-V特性，因此需要将其乘四，获得主缸V=4cm³。

从而获得主缸位移之后通过下式（5）获得踏板力模拟电机目标位移S_PFE。

从而获得S_PFE=2.8mm，在获取踏板力模拟电机目标位移会通过对踏板力模拟电机的控制使其按一定的要求达到目标位移，从而完成整个制动过程。

如图1所示，该基于位移控制的双电机电液复合制动系统控制方法主要包括：制动电机控制逻辑，用于控制制动电机的目标力矩，从而配合制动踏板力电机及再生制动力产生相应的目标制动力；踏板力模拟电机控制逻辑，用于控制提供驾驶员的制动踏板感觉，同时配合制动踏板力电机和再生制动力产生相应的目标制动力。

正常工作时，驾驶员根据车况与路况对制动踏板进行操作，系统通过制动踏板位移传感器接受到制动踏板的位移信号，同时从VMS获取再生制动力值及其他车辆参数，如车载电池SOC值等后，通过基于位移控制的双电机电液复合制动系统控制方法。通过上述公式获得目标制动主缸推力。获取了目标制动主缸推力后，系统通过从理想制动踏板位移/踏板力图中获取了目标制动踏板力。

在从理想制动踏板位移/踏板力图中获取了目标制动踏板力之后，系统将目标制动主缸推力和目标制动踏板力求差得到目标制动电机推力。

与此同时，系统通过式（3）将踏板力模拟电机目标推力F_PFE发送给踏板力模拟电机，使其产生于所需制动踏板力相一致的制动踏板回馈力。

在获得主缸目标推力后，系统通过查询制动系统P-V特性获取制动主缸目标位移。系统的P-V特性常常通过试验得到。

如上例获得S_PFE=2.8mm，F_bm=796N。得到制动电机目标推力后，如图4所示，制动系统控制器将相应的驱动命令发送给电机控制器25，进而驱动制动电机2。制动电机2获得液压制动命令后驱动电机所带动的减速机构3，之后驱动推杆20，从而推动制动主缸11。制动主缸的缸内通常具有两个活塞：第一制动活塞和第二制动活塞。第一制动活塞和第二制动活塞将液压缸分成彼此液压隔离的两个液压腔：第一液压腔和第二液压腔。第一液压腔和第二液压腔分别通过两个液压管路连接到ABS/ESC。因此，推动制动主缸后制动轮缸产生相应的液压制动力。

得到踏板力模拟电机目标位移后，制动系统控制器将相应的驱动命令发送给电机控制器25，进而驱动踏板力模拟电机22。踏板力模拟电机22获得液压制动命令后驱动电机所带动的减速机构产生相应的目标位移。

通过该控制方法能够将再生制动力和摩擦制动力相耦合从而取得对再生制动力最大化的效果。

由于采用了该控制方法，当驾驶员踩踏制动踏板对车辆进行制动的时候。车辆的摩擦制动及其再生制动将会如图5所示。图5中分别给出了制动过程中车速，踏板位移，踏板力以及轮缸液压力之间的关系。由于采用了基于位移控制的双电机电液复合制动系统控制方法，当车辆产生踏板位移，开始进行制动。一开始，驱动电机的再生制动力能满足制动力需求，因此液压制动系统没有产生制动力，制动力全部由再生制动力承担。随着制动力需求的增加，车辆的再生制动力无法满足车辆的制动力需求，因此，液压制动力缓缓增加。由于采用了基于位移控制的双电机电液复合制动系统控制方法，因此在液压制动力变化的整个过程中踏板位移和踏板力综合表现出的制动踏板感觉不变，驾驶员感觉舒适。之后由于车速的降低，同时产生再生制动力的驱动电动机工作在恒功率区内，所以驱动电动机无法提供一个稳定再生制动力，再生制动力缓缓增大。同时，液压制动力在基于位移控制的双电机电液复合制动系统控制方法的控制下在保持踏板感觉不变得前提下同步缓慢减小。之后车速下降至驱动电动机的恒转矩区域，则驱动电动机可以提供一个稳定的、较大的再生制动力，所以液压系统所提供的制动力也随着再生制动力基本保持稳定的较低值。在最后阶段，又因为车速太低，驱动电动机无法提供再生制动力，转而由液压制动系统提供所有的制动力直至车辆完全停止。整个制动过程由于有了基于位移控制的双电机电液复合制动系统控制方法的控制，因此，驾驶员将不会察觉到制动感觉的变化，从而实现了在不改变驾驶员制动感觉的前提下最大化制动能量回收。

上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述的实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种基于位移控制的双电机电液复合制动系统控制方法，其特征在于：包括：

控制制动电机：控制制动电机的目标力矩，从而配合控制踏板力模拟电机及再生制动力产生相应的目标制动力；

控制踏板力模拟电机：控制提供驾驶员的制动踏板感觉，同时配合控制制动电机和再生制动力产生相应的目标制动力；

当驾驶员踩踏制动踏板产生相应的制动踏板位移后，系统通过查询制动踏板位移/制动踏板力图获取目标的整车总制动力需求；与此同时，VMS将车辆的再生制动力发送给系统；系统获取目标整车总制动力需求和再生制动力之后对其进行求差，从而得到目标摩擦制动力；之后系统通过以下公式获得目标制动主缸推力：

$F_{mc}=\frac{F_b\×\mathrm{\β}\×r_{wheel}\×{r_{mc}}^2}{4\×r_{caliper}\×\mathrm{\μ}\×{r_w}^2}---\left(1\right)$

式中F_mc为目标制动主缸推力；F_b为目标摩擦制动力；β为制动力分配系数；r_wheel为车轮滚动半径；r_mc为主缸半径；r_caliper为摩擦片有效制动半径；μ为前制动片与制动盘之间的摩擦系数；r_w为轮缸半径。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：

获取了目标制动主缸推力后，系统通过从理想制动踏板位移/踏板力图中获取了目标制动踏板力；

在从理想制动踏板位移/踏板力图中获取了目标制动踏板力之后，系统将目标制动主缸推力和目标制动踏板力求差得到目标制动电机推力，如下式：

F_bm＝F_mc-F_pedal×i (2)

式中F_mc为制动主缸目标推力；F_bm为目标制动电机推力；F_pedal为制动踏板力目标值；i为制动踏板杠杆比；

F_PFE＝F_pedal×i (3)

与此同时，系统通过式(3)将踏板力模拟电机目标推力F_PFE发送给踏板力模拟电机，使其产生于所需制动踏板力相一致的制动踏板回馈力；

在获得主缸目标推力后，系统通过查询制动系统P-V特性获取制动主缸目标位移；在系统通过查询制动系统P-V特性获取制动主缸目标位移S_mc之后，系统通过将制动踏板位移S_pedal和制动主缸目标位移进行求差获得踏板力模拟电机目标位移S_PFE；在获取踏板力模拟电机目标位移会通过对踏板力模拟电机的控制使其按要求达到目标位移，从而完成整个制动过程。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于：对于制动电机的控制，采取的是力控制方式。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于：对于踏板力模拟电机的控制，采取的是位移控制方式。

5.如权利要求3或4所述的方法，其特征在于：依靠制动系统的P-V特性实现踏板力模拟电机的位移控制逻辑。

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于：通过实现主缸推力和制动踏板反馈力的独立控制，从而在满足整车制动力需求的前提下，保证良好的制动踏板感觉。

7.如权利要求6所述的方法，其特征在于：通过再生制动力的和摩擦制动力的合理耦合，从而实现系统的制动能量回收最大化。