CN104742891B - 基于开关电磁阀的可调比例阀装置和制动控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于开关电磁阀的可调比例阀装置和制动控制方法，能直接响应制动气压需求，通过控制单元控制两个开关电磁阀，进而对制动气压进行控制，实现制动气压的比例调节，从而实现对车辆制动力的控制，为车辆制动系统的主动控制提供了良好的解决方案。该装置的结构简单，成本较低且容易实现；能够获取制动气压需求信号，通过闭环控制实现制动气压的精确调节，实现车辆制动的主动精确控制；不影响车辆本身的制动功能，安全可靠。该装置能够接受车辆的制动指令，模拟制动踏板功能，实现车辆制动压力自动控制和调节。

Description

基于开关电磁阀的可调比例阀装置和制动控制方法

技术领域

本发明涉及一种基于开关电磁阀的可调比例阀装置和制动控制方法。

背景技术

随着车辆智能化技术的不断发展，车辆制动系统主动控制技术的研究也越来越被重视，目前车辆制动系统的主动控制方案主要有两类：第一类是通过加装外部执行装置来代替驾驶员操作，从而实现车辆制动系统的主动控制，这种方式结构复杂、可靠性低，而且成本较高；第二类是在车辆原有制动系统上加入电磁阀，并通过电控系统加以控制，实现车辆制动系统的主动控制，这种方案实现起来简单、可靠，而且成本低。

《基于高速开关电磁阀PWM控制的汽车ABS研究》(李慧、乔印虎)公开了在汽车防抱死制动系统的控制过程中，采用PWM控制高速开关电磁阀的液压制动式防抱死制动系统，以提供系统响应速度和控制精度，但是这种控制方式仅采用一个两位三通高速电磁液压阀、单向阀和储液器等进行调节，结构比较复杂，并且无法实现制动压力的精确比例调节；另外，在进行小的制动力控制时，也需要一整套复杂的控制过程。

相比较而言，采用第二类方案实现车辆制动系统的主动控制更加有优势，但目前由于没有相应的可调节比例阀应用于制动力控制，使得制动压力的控制较难实现。目前有通过电磁阀阵等方式实现比例阀调节，但大都结构复杂、控制难度大而且成本高，实现市场化较难。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于开关电磁阀的可调比例阀装置，能够实现车辆制动系统的主动控制，同时提供一种使用该装置的制动控制方法。

为了实现以上目的，本发明所采用的技术方案是：一种基于开关电磁阀的可调比例阀装置，包括第一、第二两个开关电磁阀及分别用于给两开关电磁阀发送PWM信号的控制单元，第二个开关电磁阀出气口的管路上设有用于检测当前制动压力的压力传感器，所述压力传感器的信号输出端与控制单元连接。

第一开关电磁阀的出气口与第二开关电磁阀进气口之间设有气体缓冲区。

两个开关电磁阀均为常闭开关电磁阀。

本发明基于开关电磁阀的制动控制方法的技术方案为：该方法采用第一、第二两个开关电磁阀对制动力进行调节，其步骤如下：

(1)当制动系统给出制动气压需求时，以Δλ1为步长逐步调节第一开关电磁阀的开启占空比λ1，Δλ1为第一开关电磁阀脉宽调制PWM1占空比的设定调整精度，直至当前制动气压p与需求制动气压p0之间差值在粗调制动压力精度κ1之内，此时λ1的值为λ1_终，且在每次调节λ1时，根据λ1的值实时调整第二开关电磁阀的脉宽调制周期T2；

(2)制动系统根据第一开关电磁阀的开启时间λ1_终·T1和第二开关电磁阀的响应频率f20，确定第二开关电磁阀的脉宽调制周期T2_终，其中，T1为第一开关电磁阀的设定脉宽调制周期；

(3)以Δλ2为步长逐步调节第二开关电磁阀的占空比λ2，Δλ2为第二开关电磁阀脉宽调制PWM2占空比的设定调整精度，直至当前制动气压p与需求制动气压之间差值在细调制动压力精度κ2之内。

第二开关电磁阀的脉宽调制周期T2的计算公式为：T2＝λ1·T1/τ,且T2>1/f20，f20>f2，其中，f2为PWM2的开关频率，τ为设定的分频系数，且τ<λ1·T1·f20。

τ为满足τ<λ1·T1·f20条件的最大的整数值。

第一开关电磁阀的开启占空比λ1的调节过程如下：

1)计算当前制动气压p与需求制动气压p0之间差值的绝对值Δp1；

2)若Δp1≠0，将PWM1的占空比λ1增加Δλ1；再根据λ1计算出PWM2的脉宽调制周期T2，并将PWM2的占空比设为λ2_设，输出PWM1、PWM2控制对应开关电磁阀工作；

3)再计算当前制动气压p与需求制动气压p0之间差值的绝对值Δp2是否在粗调制动压力精度之内，若是，则完成调节，此时λ1的值即为λ1_终；若不是，则顺序执行下一步骤；

4)判断当前制动气压p与需求气压p0之间差值的绝对值Δp2是否在增加，若Δp2<Δp1，则将Δp2的值赋给Δp1，并转到步骤2)执行；否则，则顺序执行下一步骤；

5)将Δp2的值赋给Δp1，同时PWM1占空比λ1减小Δλ1，再根据λ1计算出PWM2的脉宽调制周期T2，输出PWM1、PWM2控制对应开关电磁阀工作；

6)再计算当前制动气压p与需求制动气压p0之间差值的绝对值Δp2否在粗调制动压力精度之内，若是，则完成调节，此时λ1的值即为λ1_终；若不是，则顺序执行下一步骤；

7)判断当前制动气压p与需求气压p0之间差值的绝对值Δp2是否在增加，若Δp2<Δp1，则将Δp2的值赋给Δp1，并转到步骤5)执行；否则，则将Δp2的值赋给Δp1，并转到步骤2)执行。

第二开关电磁阀的开启占空比λ2的调节过程如下：

①判断当前制动气压p是否小于需求制动气压p0，若p>p0，则转到步骤⑤执行，否则，则顺序执行下一步骤；

②将PWM2的占空比λ2增加Δλ2，输出PWM1、PWM2控制对应开关电磁阀工作；

③计算当前制动气压p与需求制动气压p0之间差值的绝对值Δp3否在细调制动压力精度之内，若是，则完成调节；若不是，则顺序执行下一步骤；

④判断当前制动气压p与需求气压p0之间的差值的绝对值Δp3是否在增加，若Δp3<Δp2，则将Δp2的值赋给Δp1，并转到步骤②执行；否则，则顺序执行下一步骤；

⑤将PWM2的占空比λ2减小Δλ2，输出PWM1、PWM2控制对应开关电磁阀工作；

⑥再计算当前制动气压p与需求制动气压p0之间差值的绝对值Δp3是否在细调制动压力精度之内，若是，则完成调节；若不是，则顺序执行下一步骤；

⑦判断当前制动气压p与需求气压p0之间差值的绝对值Δp3是否在增加，若Δp3<Δp2，则将Δp2的值赋给Δp2，并转到步骤⑤执行；否则，则将Δp3的值赋给Δp2，并转到步骤②执行。

本发明的可调比例阀装置和制动控制方法能直接响应制动气压需求，通过控制单元控制两个开关电磁阀，进而对制动气压进行控制，实现制动气压的比例调节，从而实现对车辆制动力的控制，为车辆制动系统的主动控制提供了良好的解决方案。该装置的结构简单，成本较低且容易实现；能够获取制动气压需求信号，通过闭环控制实现制动气压的精确调节，实现车辆制动的主动精确控制；不影响车辆本身的制动功能，安全可靠。该装置能够接受车辆的制动指令，模拟制动踏板功能，实现车辆制动压力自动控制和调节。

附图说明

图1为本发明可调比例阀装置的原理框图；

图2为开关电磁阀脉宽调制示意图；

图3为可调比例阀装置的控制流程图。

具体实施方式

下面结合附图及具体的实施例对本发明进行进一步介绍。

本发明基于开关电磁阀的可调比例阀装置如图1所示，由图可知，该装置包括第一、第二两个开关电磁阀及分别用于给两开关电磁阀发送PWM信号的控制单元，第二个开关电磁阀出气口的管路上设有用于检测当前制动压力的压力传感器，该压力传感器的信号输出端与控制单元连接，主要用于检测当前制动气压大小，然后将检测到的值反馈给控制单元；该控制单元主要用于接收制动气压需求指令以及当前制动气压反馈，并根据需求的制动气压大小产生两路差分的PWM信号，分别控制两个开关电磁阀的导通和关断，从而控制通过两个电磁阀的气流量，实现气体压力的比例调节。

另外，在第一开关电磁阀的出气口与第二开关电磁阀进气口之间设有气体缓冲区，该缓冲区主要用于缓冲通过第一开关电磁阀的气体压力，同时可以存储少量的气体用于提供小的制动力。

本实施例中的两个开关电磁阀均为常闭开关电磁阀。

可调比例阀装置系统的控制流程图如附图3所示，为便于理解及表述清楚，这里对一些参数进行预先说明：PWM1、PWM2分别为第一、第二开关电磁阀的脉宽调制信号，T1、T2和λ1、λ2分别为两开关电磁阀的脉宽调制周期和开启占空比，Δλ1、Δλ2为PWM1、PWM2占空比的设定调整精度；κ1、κ2分别为所设定的制动气压的粗调精度和细调精度。

本发明基于开关电磁阀的制动控制方法采用第一、第二两个开关电磁阀对制动力进行调节，两个开关电磁阀的脉宽调制示意图如图2所示，其工作原理如下：当控制单元接收到制动气压需求时，通过内部运算，输出两路差分PWM1、PWM2信号，分别控制两个开关电磁阀的开关频率及占空比，从而实现了制动气压的比例调节，该方法的具体步骤如下：

(1)当制动系统给出制动气压需求时，以Δλ1为步长逐步调节第一开关电磁阀的开启占空比λ1，直至当前制动气压p与需求制动气压p0之间差值在粗调制动压力精度κ1之内，此时λ1的值为λ1_终，且在每次调节λ1时，根据λ1的值实时调整第二开关电磁阀的脉宽调制周期T2；

(2)制动系统根据第一开关电磁阀的开启时间λ1_终·T1和第二开关电磁阀的响应频率f20，确定第二开关电磁阀的脉宽调制周期T2_终，其中，T1为第一开关电磁阀的设定脉宽调制周期；

(3)以Δλ2为步长逐步调节第二开关电磁阀的占空比λ2，直至当前制动气压p与需求制动气压之间差值在细调制动压力精度κ2之内，至此，完成该比例阀的制动压力反馈调节。

本实施例的步骤(1)中第二开关电磁阀的脉宽调制周期T2的计算公式如下：

T2＝λ1·T1/τ,且T2>1/f20，f20>f2

其中，f2为PWM2的开关频率，τ为设定的分频系数，该分频系数的取值应满足τ<λ1·T1·f20，且τ取尽量大的整数，即τ一般选取满足τ<λ1·T1·f20条件的最大的整数值。

第一开关电磁阀的开启占空比λ1的调节过程如下：

1)计算当前制动气压p与需求制动气压p0之间差值的绝对值Δp1；

2)若Δp1≠0，将PWM1的占空比λ1增加Δλ1；再根据λ1计算出PWM2的脉宽调制周期T2，并将PWM2的占空比设为λ2_设，输出PWM1、PWM2控制对应开关电磁阀工作；

3)再计算当前制动气压p与需求制动气压p0之间差值的绝对值Δp2是否在粗调制动压力精度之内，若是，则完成调节，此时λ1的值即为λ1_终；若不是，则顺序执行下一步骤；

4)判断当前制动气压p与需求气压p0之间差值的绝对值Δp2是否在增加，若Δp2<Δp1，则将Δp2的值赋给Δp1，并转到步骤2)执行；否则，则顺序执行下一步骤；

5)将Δp2的值赋给Δp1，同时PWM1占空比λ1减小Δλ1，再根据λ1计算出PWM2的脉宽调制周期T2，输出PWM1、PWM2控制开关电磁阀工作；

6)再计算当前制动气压p与需求制动气压p0之间差值的绝对值Δp2否在粗调制动压力精度之内，若是，则完成调节，此时λ1的值即为λ1_终；若不是，则顺序执行下一步骤；

7)判断当前制动气压p与需求气压p0之间差值的绝对值Δp2是否在增加，若Δp2<Δp1，则将Δp2的值赋给Δp1，并转到步骤5)执行；否则，则将Δp2的值赋给Δp1，并转到步骤2)执行。

第二开关电磁阀的开启占空比λ2的调节过程如下：

①判断当前制动气压p是否小于需求制动气压p0，若p>p0，则转到步骤⑤执行，否则，则顺序执行下一步骤；

②将PWM2的占空比λ2增加Δλ2，输出PWM1、PWM2控制开关电磁阀工作；

③计算当前制动气压p与需求制动气压p0之间差值的绝对值Δp3否在细调制动压力精度之内，若是，则完成调节；若不是，则顺序执行下一步骤；

④判断当前制动气压p与需求气压p0之间的差值的绝对值Δp3是否在增加，若Δp3<Δp2，则将Δp2的值赋给Δp1，并转到步骤②执行；否则，则顺序执行下一步骤；

⑤将PWM2的占空比λ2减小Δλ2，输出PWM1、PWM2控制开关电磁阀工作；

⑥再计算当前制动气压p与需求制动气压p0之间差值的绝对值Δp3是否在细调制动压力精度之内，若是，则完成调节，此时λ1的值即为λ1_终；若不是，则顺序执行下一步骤；

⑦判断当前制动气压p与需求气压p0之间差值的绝对值Δp3是否在增加，若Δp3<Δp2，则将Δp2的值赋给Δp2，并转到步骤⑤执行；否则，则将Δp3的值赋给Δp2，并转到步骤②执行。

如图3所示，在制动调节开始时，先进行系统初始化，并设定相关参数，包括设定制动气压的粗调精度κ1和细调精度κ2、PWM1、PWM2占空比调整精度Δλ1、Δλ2以及调节第一开关电磁阀PWM1的调制周期T1，之后检测当前制动气压p，与通过CAN总线获取制动气压需求p0进行比较，判断p＝p0？，如果相等，则不用进行调节，即当前制动气压满足需要，若不相等，则开始第一开关电磁阀的开启占空比λ1的调节过程直至确定其最终的值λ1_终，使当前制动气压与需求制动气压之间差值在粗调制动压力精度κ1之内；之后判断当前制动气压p与制动气压需求p0之间的差值是否为0，如果相等，则不用进行调节，即当前制动气压满足需要，若不相等，则开始第二开关电磁阀的开启占空比λ1的调节过程直至确定其最终的值，使当前制动气压与需求制动气压之间差值在细调制动压力精度κ2之内。

本发明的第一开关电磁阀实现对气体压力的第一级粗放控制，进气口的气体压力为常态值，气体压力的大小可以通过控制气流量的大小来改变，此时通过车辆智能化控制器输出可调占空比PWM1来控制开关电磁阀开通和断开时间，实现压力的粗放控制，然后将压力变化后的气体送至第二开关电磁阀进行第二级压力调节。

第二开关电磁阀实现对气体压力的第二级精确控制，压力变化后的气体送到第二开关电磁阀，此时车辆智能化控制器则应根据制动气压的需求结合第一开关电磁阀开通及断开时间，送出第二级控制的占空比可调的PWM信号，控制第二开关电磁阀，通过控制单位时间内的气流量对制动力进行精确调节，从而实现气体压力的比例调节。

当车辆智能化设备检测到车辆有碰撞危险时，可以向该比例阀装置的控制单元发送制动力需求命令，该比例阀的控制器根据需求制动力的不同，分别通过PWM脉宽调制的方式控制两个开关阀，向车辆施加可控的制动力，避免或减轻车辆碰撞。车辆正常行驶时，该比例阀内部的两个开关阀均处于闭合状态，不影响车辆正常制动功能。

以上实施例仅用于帮助理解本发明的核心思想，不能以此限制本发明，对于本领域的技术人员，凡是依据本发明的思想，对本发明进行修改或者等同替换，在具体实施方式及应用范围上所做的任何改动，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种基于开关电磁阀的制动控制方法，其特征在于，该方法采用第一、第二两个开关电磁阀对制动力进行调节，其步骤如下：

(1)当制动系统给出制动气压需求时，以Δλ1为步长逐步调节第一开关电磁阀的开启占空比λ1，Δλ1为第一开关电磁阀脉宽调制PWM1占空比的设定调整精度，直至当前制动气压p与需求制动气压p0之间差值在粗调制动压力精度κ1之内，此时λ1的值为λ1_终，且在每次调节λ1时，根据λ1的值实时调整第二开关电磁阀的脉宽调制周期T2；

(2)制动系统根据第一开关电磁阀的开启时间λ1_终·T1和第二开关电磁阀的响应频率f20，确定第二开关电磁阀的脉宽调制周期T2_终，其中，T1为第一开关电磁阀的设定脉宽调制周期；

(3)以Δλ2为步长逐步调节第二开关电磁阀的占空比λ2，Δλ2为第二开关电磁阀脉宽调制PWM2占空比的设定调整精度，直至当前制动气压p与需求制动气压之间差值在细调制动压力精度κ2之内。

2.根据权利要求1所述的基于开关电磁阀的制动控制方法，其特征在于：第二开关电磁阀的脉宽调制周期T2的计算公式为：T2＝λ1·T1/τ,且T2>1/f20，f20>f2，其中，f2为PWM2的开关频率，τ为设定的分频系数，且τ<λ1·T1·f20。

3.根据权利要求2所述的基于开关电磁阀的制动控制方法，其特征在于：τ为满足τ<λ1·T1·f20条件的最大的整数值。

4.根据权利要求2或3所述的基于开关电磁阀的制动控制方法，其特征在于，第一开关电磁阀的开启占空比λ1的调节过程如下：

1)计算当前制动气压p与需求制动气压p0之间差值的绝对值Δp1；

2)若Δp1≠0，将PWM1的占空比λ1增加Δλ1；再根据λ1计算出PWM2的脉宽调制周期T2，并将PWM2的占空比设为λ2_设，输出PWM1、PWM2控制对应开关电磁阀工作；

3)再计算当前制动气压p与需求制动气压p0之间差值的绝对值Δp2是否在粗调制动压力精度之内，若是，则完成调节，此时λ1的值即为λ1_终；若不是， 则顺序执行下一步骤；

4)判断当前制动气压p与需求气压p0之间差值的绝对值Δp2是否在增加，若Δp2<Δp1，则将Δp2的值赋给Δp1，并转到步骤2)执行；否则，则顺序执行下一步骤；

5)将Δp2的值赋给Δp1，同时PWM1占空比λ1减小Δλ1，再根据λ1计算出PWM2的脉宽调制周期T2，输出PWM1、PWM2控制对应开关电磁阀工作；

6)再计算当前制动气压p与需求制动气压p0之间差值的绝对值Δp2否在粗调制动压力精度之内，若是，则完成调节，此时λ1的值即为λ1_终；若不是，则顺序执行下一步骤；

7)判断当前制动气压p与需求气压p0之间差值的绝对值Δp2是否在增加，若Δp2<Δp1，则将Δp2的值赋给Δp1，并转到步骤5)执行；否则，则将Δp2的值赋给Δp1，并转到步骤2)执行。

5.根据权利要求4所述的基于开关电磁阀的制动控制方法，其特征在于：第二开关电磁阀的开启占空比λ2的调节过程如下：

①判断当前制动气压p是否小于需求制动气压p0，若p>p0，则转到步骤⑤执行，否则，则顺序执行下一步骤；

②将PWM2的占空比λ2增加Δλ2，输出PWM1、PWM2控制对应开关电磁阀工作；

③计算当前制动气压p与需求制动气压p0之间差值的绝对值Δp3否在细调制动压力精度之内，若是，则完成调节；若不是，则顺序执行下一步骤；

④判断当前制动气压p与需求气压p0之间的差值的绝对值Δp3是否在增加，若Δp3<Δp2，则将Δp2的值赋给Δp1，并转到步骤②执行；否则，则顺序执行下一步骤；

⑤将PWM2的占空比λ2减小Δλ2，输出PWM1、PWM2控制对应开关电磁阀工作；

⑥再计算当前制动气压p与需求制动气压p0之间差值的绝对值Δp3是否在细调制动压力精度之内，若是，则完成调节；若不是，则顺序执行下一步骤；

⑦判断当前制动气压p与需求气压p0之间差值的绝对值Δp3是否在增加， 若Δp3<Δp2，则将Δp2的值赋给Δp2，并转到步骤⑤执行；否则，则将Δp3的值赋给Δp2，并转到步骤②执行。

6.一种采用如权利要求1所述的基于开关电磁阀的制动控制方法的可调比例阀装置，其特征在于：包括第一、第二两个开关电磁阀及分别用于给两开关电磁阀发送PWM信号的控制单元，第二个开关电磁阀出气口的管路上设有用于检测当前制动压力的压力传感器，所述压力传感器的信号输出端与控制单元连接。

7.根据权利要求6所述的可调比例阀装置，其特征在于：第一开关电磁阀的出气口与第二开关电磁阀进气口之间设有气体缓冲区。

8.根据权利要求6或7所述的可调比例阀装置，其特征在于：两个开关电磁阀均为常闭开关电磁阀。