CN104477155B - 基于流量控制的线控制动控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于流量控制的线控制动控制方法，基于流量控制，综合考虑系统压力和踏板反馈力误差，结合系统的状态方程，使控制具有多参数特性、非线性特性、预测控制特性、增减压控制一致特性等特点，在满足压力控制要求前提下，踏板反馈力稳定，控制算法简单，控制适应性强。

Description

基于流量控制的线控制动控制方法

技术领域

本发明涉及线控制动控制方法，尤其涉及一种基于流量控制，综合考虑系统压力和踏板反馈力误差的线控制动控制方法。

背景技术

现有线控驻车制动系统的原理示意图如图1所示，制动主缸左侧41经第一控制阀20连通柱塞泵10，制动主缸右侧42经第二控制阀30连通制动液罐50，ABS增压阀60连通制动主缸左侧41，踏板70处设有检测踏板位移的位移传感器71。现有技术中的线控驻车制动系统中，通常将系统压力作为控制对象，以柱塞泵电机转速或系统减压阀开启时间为控制量，采用开关或PID控制技术对制动系统进行控制，控制方法简单有效。但是，现有制动系统控制存在以下缺点：1.控制算法设计物理意义不明确，设计过程依赖现场参数调试；2.软件开关控制，即误差达到多大时，才激活控制，误差不足时，只做计算，但不进行控制。软件开关控制中如果设置死区过小，则不可避免导致存在系统压力抖动，踏板感觉欠佳，而如果设置死区过大，则导致控制精度不高；3.PID控制技术针对单一系统参数，可以获得较佳的压力控制效果，但在不同驾驶员、不同工况下，制动踏板输入差别很大，不同产品参数也具有较大的离散性，PID控制技术无法满足控制要求；4.定参数的PID控制无法满足所有情况下的控制要求，在超调、响应时间的性能指标上无法满足实际要求，而自适应的PID算法，需要大量测试、调试时间。

发明内容

本发明针对现有技术中的缺点，提出一种基于流量控制，综合考虑系统压力和踏板反馈力误差，结合系统的状态方程，使控制具有多参数特性、非线性特性、预测控制特性、增减压控制一致特性等特点，在满足压力控制要求前提下，踏板反馈力稳定，控制算法简单，控制适应性强。

为了解决上述技术问题，本发明提供了基于流量控制的线控制动控制方法，包括以下步骤：

S1：控制目标基准计算

控制目标为系统压力和动态过程中的踏板反馈力，通过模拟传统制动系统得到系统压力与踏板位移之间的关系，计算公式如下：

P₀＝ae^bx，

其中，P₀为目标系统压力，x为踏板位移，a、b为拟合系数，这里a＝2.332，b＝0.1838；

目标踏板反馈力由目标系统压力乘以一系数得到，该系数由制动主缸结构尺寸和传动比确定，因而目标踏板反馈力的计算公式如下：

F₀＝ae^bx，ΔS/1

F₀为目标踏板反馈力，i为传动比，ΔS＝S₁-S₂，而S₁、S₂分别为制动主缸左、右侧面积；

S2：误差计算

控制目标为系统压力和动态过程中的踏板反馈力，控制误差由系统压力误差和踏板反馈力误差组成，计算公式如下：

e＝e_p(1-α)+e_pα

其中，α为踏板反馈力控制权重，满足0＜α＜1；e_P＝P₁-P₀，其中P₁为实际系统压力，P₀为目标系统压力；θ_F＝F-F₀，F、F₀分别为实际踏板反馈力和目标踏板反馈力；

S3：状态方程

以系统压力误差和踏板反馈力误差为状态变量，系统状态方程为：

其中，c₀为常数，l为系统特征长度，v为踏板速度，q为系统总流量；

S4：控制规律

本发明采用带小范围死区的线性逼近控制规律，如下：

其中，d为死区大小，k为控制斜率；

S5：系统总流量计算

系统总流量为：

其中，

S6：控制流量计算

柱塞泵或第二控制阀需要调整的流量q_adjust，等于系统总流量q中减去ABS控制期间，增压阶段ABS增压阀流出的流量q_i，即：

其中，当ABS增压阀打开时，当ABS增压阀关闭时，q_i＝0，而k_a、λ_a为ABS增压阀的结构系数，取决于ABS增压阀的结构，ΔP_i为ABS增压阀两端的压力差；

S7：流量控制

计算得到需要调整的流量q_adjust后，根据q_adjust的符号进行流量控制，若计算得到的q_adjust为正，启动柱塞泵电机，若计算得到的q_adjust不为正，打开第二控制阀。

本发明由于采用了以上技术方案，具有显著的技术效果：基于流量控制，综合考虑系统压力和踏板反馈力误差，结合系统的状态方程，使控制具有多参数特性、非线性特性、预测控制特性、增减压控制一致特性等特点，在满足压力控制要求前提下，踏板反馈力稳定，控制算法简单，控制适应性强。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是现有线控制动系统的原理示意图。

图2是本发明基于流量控制的线控制动控制方法的流程示意图。

图3是系统压力与踏板位移之间的关系示意图。

图4是带小范围死区的线性逼近控制规律示意图。

图5是实际系统压力P₁与流量Q的关系示意图。

标号说明：

10.柱塞泵，20.第一控制阀，30，第二控制阀，40.制动主缸，41.制动主缸左侧，42.制动主缸右侧，50制动液罐，60.ABS增压阀，70.踏板，71.位移检测器。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步的详细说明，以下实施例是对本发明的解释而本发明并不局限于以下实施例。

本发明提供的基于流量控制的线控制动控制方法，如图2所示，包括以下步骤：

第一步：控制目标基准计算

控制目标为系统压力(即制动主缸左侧处的压力)和动态过程中的踏板反馈力。

系统压力与踏板位移之间的关系是通过模拟传统制动系统得到的，如图3所示，其形状类似于抛物线，本发明中，采用指数曲线进行拟合计算，计算公式如下：

P₀-ae^hv

其中，P₀为目标系统压力，x为踏板位移(通常采用位移检测器检测踏板位移x)，a、b为拟合系数，这里a＝2.332，b＝0.1838；

目标踏板反馈力由目标系统压力乘以一系数得到，该系数由制动主缸40结构尺寸(主要是制动主缸40的面积差参数)和传动比确定，因而目标踏板反馈力的计算公式如下：

F₀＝ae^bx.ΔS/1

其中，F₀为目标踏板反馈力，i为传动比，ΔS＝S₁-S₂，而S₁、S₂分别为制动主缸左侧和制动主缸右侧的面积。

第二步：误差计算

控制目标为系统压力和动态过程中的踏板反馈力，综合考虑系统压力和踏板反馈力误差，因而控制误差由系统压力误差和踏板反馈力误差组成，计算公式如下：

e＝e_P(1-α)+e_Pα

其中，e为控制误差，α为踏板反馈力控制权重，满足0＜α＜1；θ_P＝P₁-P₀，其中P₁为压力传感器测得的实际系统压力，P₀为目标系统压力；e_F＝F-F₀，F、F₀分别为实际踏板反馈力和目标踏板反馈力，实际踏板反馈力F可以参考专利申请《一种线控制动系统踏板力估算与控制方法》估算得到；

第三步：列状态方程

以系统压力误差和踏板反馈力误差为状态变量，结合得到系统状态方程为：

其中，c₀为常数，l为系统特征长度，v为踏板速度(通过踏板位移传感器测量踏板位移并计算获得)，q为系统总流量；

第四步：控制规律

本发明采用如图4所示的带小范围死区的线性逼近控制规律，如下：

其中，d为死区大小，k为控制斜率；

第五步：系统总流量计算

系统总流量为：

其中，

第六步：控制流量计算

柱塞泵10或第二控制阀30需要调整的流量q_adjust，等于系统总流量q中减去ABS(防抱死制动系统)控制期间，增压阶段ABS增压阀60流出的流量q_i，即：

其中，当ABS增压阀60打开时，当ABS增压阀60关闭时，q_i＝0；而k_a、λ_a为ABS增压阀60的结构系数，取决于ABS增压阀60的结构，ΔP_i为ABS增压阀60两端的压力差，ABS增压阀60两端的压力可有压力传感器检测得到。

第七步：流量控制

计算得到需要调整的流量q_adjust后，根据q_adjust的符号进行流量控制。若计算得到的q_adjust为正，启动柱塞泵10的电机，若计算得到的q_adjust不为正，打开第二控制阀30。

实际控制中，即可理解为消除q_adjust，q_adjust为正值时，通过柱塞泵10的压差和流量特性曲线，计算出柱塞泵10的开启时间并对其硬件控制即可；反之，通过第二控制阀30的特性(第二控制阀30也是开关阀，流量和压差之间也满足q＝k(Δp)^λ)，计算出其开启时间并对其硬件控制即可。

如果q_adjust为正，此时通过柱塞泵10增加流量，对于柱塞泵10，实际系统压力P₁与流量Q为如图5所示的线性关系，柱塞泵增加的流量Q和总流量q近似。如果q_adjust为负，则总流量q主要是第二控制阀30的调整的流量。

综上所述，本发明基于流量控制，综合考虑系统压力和踏板反馈力误差，结合系统的状态方程，使控制具有多参数特性、非线性特性、预测控制特性、增减压控制一致特性等特点，在满足压力控制要求前提下，踏板反馈力稳定，控制算法简单，控制适应性强。

此外，需要说明的是，本说明书中所描述的具体实施例，其零、部件的形状、所取名称等可以不同。凡依本发明专利构思所述的构造、特征及原理所做的等效或简单变化，均包括于本发明专利的保护范围内。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离本发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。

Claims (1)

1.基于流量控制的线控制动控制方法，包括以下步骤：

S1：控制目标基准计算

控制目标为系统压力和动态过程中的踏板反馈力，通过模拟传统制动系统得到系统压力与踏板位移之间的关系，计算公式如下：

P₀＝ae^bx，

其中，P₀为目标系统压力，x为踏板位移，a、b为拟合系数；

目标踏板反馈力由目标系统压力乘以一系数得到，该系数由制动主缸结构尺寸和传动比确定，因而目标踏板反馈力的计算公式如下：

F₀＝ae^bx·ΔS/i

F₀为目标踏板反馈力，i为传动比，ΔS＝S₁-S₂，而S₁，S₂分别为制动主缸左、右侧面积；

S2：误差计算

控制目标为系统压力和动态过程中的踏板反馈力，控制误差由系统压力误差和踏板反馈力误差组成，计算公式如下：

e＝e_P(1-α)+e_Fα

其中，α为踏板反馈力控制权重，满足0＜α＜1；e_P＝P₁-P₀，其中P₁为实际系统压力，P₀为目标系统压力；e_F＝F-F₀，F、F₀分别为实际踏板反馈力和目标踏板反馈力；

S3：状态方程

以系统压力误差和踏板反馈力误差为状态变量，系统状态方程为：

$\left(\begin{array}{c}\stackrel{\·}{e_p}\\ \stackrel{\·}{e_F}\end{array}\right)=\left(\begin{array}{c}\frac{1}{c_0}(q+(\mathrm{\Δ}S\·v\left)\right)-a\·b\·e^{bx}v\\ (F-\frac{P_1\mathrm{\Δ}S}{i})\frac{l}{v}-\frac{\mathrm{\Δ}S}{i}\·a\·b\·e^{bx}v\end{array}\right)$

其中，c₀为常数，l为系统特征长度，v为踏板速度，q为系统总流量；

S4：控制规律

本发明采用带小范围死区的线性逼近控制规律，如下：

$\stackrel{\&CenterDot;}{e}=f\left(e\right)=\left\{\begin{array}{cc}k\left(-e+d\right),& e>d\\ 0,& \left|e\right|\&le;d\\ k\left(-e-d\right),& e<-d\end{array}\right.$

其中，d为死区大小，k为控制斜率；

S5：系统总流量计算

系统总流量为：

$q=\frac{c_0\mathrm{\&beta;}}{\mathrm{\&alpha;}}f\left(e\right)+c_0(\mathrm{\&beta;}\mathrm{\&Delta;}S+1)a\&CenterDot;b\&CenterDot;e^{bx}v-\frac{c_0\mathrm{\&beta;}\&CenterDot;F\&CenterDot;l}{v}+\frac{c_0{\mathrm{\&beta;P}}_1\mathrm{\&Delta;}Sl}{i\&CenterDot;v}-\mathrm{\&Delta;}S\&CenterDot;v$

其中，

S6：控制流量计算

柱塞泵或第二控制阀需要调整的流量q_adjust，等于系统总流量q中减去ABS控制期间，增压阶段ABS增压阀流出的流量q_i，即：

$q_{adjust}=q-\underset{i=1}{\overset{4}{\mathrm{\&Sigma;}}}{q}_i$

其中，当ABS增压阀打开时，当ABS增压阀关闭时，q_i＝0，而k_a、λ_a为ABS增压阀的结构系数，取决于ABS增压阀的结构，ΔP_i为ABS增压阀两端的压力差；

S7：流量控制

计算得到需要调整的流量q_adjust后，根据q_adjust的符号进行流量控制，若计算得到的q_adjust为正，启动柱塞泵电机，若计算得到的q_adjust不为正，打开第二控制阀。