CN109177958A - 一种解耦式电子液压制动系统的压力控制方法 - Google Patents

一种解耦式电子液压制动系统的压力控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种解耦式解耦式电子液压制动系统的压力控制方法，包括一下步骤：计算出解耦式电子液压制动系统的压力死区；建立解耦式电子液压制动系统在伺服主缸活塞处于压力死区范围内时的系统状态空间方程；建立解耦式电子液压制动系统在伺服主缸活塞处于增压范围时的系统状态空间方程；设计伺服主缸活塞处于压力死区和非压力死区范围的控制器；采用饱和函数代替符号函数；调整相关控制参数。本发明具有以下的积极效果：1）有效减少解耦式解耦式电子液压制动系统的压力响应时间，进而提高汽车的制动安全性；2）有效减少解耦式解耦式电子液压制动系统的压力超调量和压力波动，进而提高汽车的制动舒适性。

Description

一种解耦式电子液压制动系统的压力控制方法
技术领域
本发明涉及一种解耦式电子液压制动系统的压力控制方法，属于汽车制动系统技术领域。
背景技术
随着汽车的轻量化，汽车制动系统也往高度集成方向发展。传统的制动系统的行车制动通常由制动踏板、真空助力泵、制动主缸ABS/ESP制动轮缸以及相应管路组成。整个系统较为复杂，且重量和体积大。且由于传统汽车制动系统的动力源为真空助力泵，助力来源为汽车发动机进气歧管与大气压的压差，而电动汽车不存在发动机，混合动力汽车的发动机的则为间歇性工作，因此传统制动系统不适用于电动汽车和混合动力汽车。故国外的一些汽车零配件企业在制动系统的轻量化和集成化方向投入大量人力物力，以体积小重量轻的电机取代真空助力泵，并将实现ABS/ESP功能的液压控制单元集成在一块电磁阀板上，研发出了解耦式电子液压制动系统。
解耦式电子液压制动系统的压力控制是其实现基本制动功能的基础，也是实现汽车稳定性控制以及自动驾驶的速度控制的基础，因此将制动压力响应控制在目标值以内是解耦式电子液压制动系统的重中之重。因为制动过程中过大的压力超调量，会造成的减速度波动过大，进而引起整车的频繁点头，容易造成驾驶员的心理恐慌。液压力的响应时间直接影响制动距离的长短，决定汽车的制动安全性，故需要对液压力进行控制，以达到压力超调量小且响应速度快的增压效果。
发明内容
本发明的目的是提供一种解耦式电子液压制动系统的压力控制方法，以使在驾驶员实施制动的时候，制动系统所建立压力直至达到目标压力的时间短，并且压力响应的超调量小，以保证解耦式电子液压制动系统的安全性和舒适性。
为实现以上目的，本发明采用如下技术：
一种解耦式电子液压制动系统的压力控制方法，包括以下步骤：
(1)计算出解耦式电子液压制动系统的压力死区；
(2)建立解耦式电子液压制动系统在伺服主缸活塞处于压力死区范围内时的系统状态空间方程：
(3)建立解耦式电子液压制动系统在伺服主缸活塞处于增压范围时的系统状态空间方程：
(4)设计伺服主缸活塞处于压力死区范围的控制器；
(5)设计伺服主缸活塞处于非压力死区范围的控制器；
(6)采用饱和函数代替符号函数：式中为控制边界层厚度，为控制参数；
(7)控制参数的调整：根据外界干扰的大小调节控制参数D1和D2，D1和D2均为抗干扰系数；根据伺服主缸的增压性能目标调节控制参数c1、k1和c2、k2。
进一步地，所述的步骤(1)具体包括：
利用制动系统台架试验，测试出解耦式电子液压制动系统轮缸摩擦垫与制动盘之间的工作间隙xw0、轮缸活塞的面积Aw、伺服主缸的活塞面积As；
根据公式x's0＝xw0Aw/As，计算得到轮缸摩擦垫与制动盘之间的工作间隙造成的伺服主缸压力死区；
测量出伺服主缸活塞增压时的死区范围x″s0；根据公式xs0＝x's0+x″s0，计算得到解耦式电子液压制动系统的压力死区xs0。
进一步地，所述的步骤(2)具体包括：
定义系统的状态变量，x1为解耦式电子液压制动系统伺服电机转子的角位移，x2为解耦式电子液压制动系统伺服电机转子的角速度；
建立状态方程为y＝x1，Α1为状态矩阵，x1为变量矩阵，m为输入系数，u1为系统输入，d(t)为外界干扰：x＝[x1 x2]T，
进一步地，所述的步骤(3)中所建的系统状态空间方程为：
y＝x1，Α为状态矩阵，u为系统输入：
进一步地，所述步骤(4)具体包括：
定义切换函数式中c1和k1为待定控制参数；
定义李雅普诺夫函数根据李雅普诺夫稳定性要求计算得到系统的输入为式中D1为抗干扰系数。
进一步地，所述步骤(5)具体包括：
定义切换函数式中c2和k2为待定控制参数；
定义李雅普诺夫函数根据李雅普诺夫稳定性要求计算得到系统的输入为式中D2为抗干扰系数。
进一步地，所述步骤(2)和(3)的建立解耦式电子液压制动系统状态方程的方法为线性方法或非线性方法。
进一步地，所述步骤(4)的控制器采用余积分滑模控制器、PID控制器、模糊控制器或神经网络控制器。
进一步地，所述步骤(7)的控制参数调整通过二阶传递函数的相频特性来调整。
相比现有技术，本发明有以下积极效果：
1)汽车制动距离短。真空助力泵式制动系统在制动过程中，驾驶员踩下制动踏板后需要消除系统中的机械间隙才能建立压力，实现制动。由于驾驶员的坐姿，驾驶习惯，腿部力量等因素会对消除机械间隙的时间有重要的影响，因此在发生紧急状况需要全力制动时，由消除机械间隙时间和建压速度导致制动距离较长而降低了汽车的安全性。解耦式电子液压制动系统中的机械间隙主要为减速机构中的间隙，几乎可忽略不计；而伺服电机在接收到ECU信号后可快速增压。优化压力控制算法，可大大提高轮缸增压速度。此外，解耦式电子液压制动系统ECU可根据踏板位移传感信号检测驾驶员的制动意图，可在驾驶员紧急制动中由于心理惊慌，力量不够等原因造成踩下制动踏板行程不够的情况下，仍然全力制动。故解耦式电子液压制动系统的压力控制方法有助于减小制动距离，提高汽车的安全性。
2)协调控制再生制动和液压制动。电动汽车和混合动力汽车在制动过程中，采用再生制动和液压制动的复合制动可提高电池的续航里程。而再生制动力大小随着车速以及电池状态的改变而改变，在制动过程中为保持减速度稳定，需要实时调节液压制动力。传统真空助力泵式制动系统无法在制动踏板恒定的情况下实时调整液压制动力大小，而电子稳定系统的液压控制单元中的柱塞泵所建立的压力有限，且需要高速开关电磁阀来调整液压力，故可实现再生制动的范围有限。解耦式电子液压制动系统可通过压力控制方法来控制伺服电机以实时调整液压力大小，在再生制动介入后可实现无级调节液压制动力并且覆盖所有制动力范围，提高了制动能量回收率。
3)高级辅助驾驶系统和自动驾驶系统的执行层。高级辅助驾驶系统，ADAS(Advanced Driver Assistant System)和自动驾驶系统通过雷达、摄像头等感知原件实时采集车辆周围环境信息，由VCU(Vehicle Control Unit)对信息进行处理并决策，以指令的方式发送到执行层，如制动系统、转向系统等，实现整车的加减速、转向等动态行为。传统真空助力泵式制动系统，主动增压依赖于ESC系统中的柱塞泵，产生的最高压力有限，且响应时间长，与ADAS的兼容性不高。解耦式电子液压制动系统的压力控制方法可控制伺服电机作为动力源实现增压，在接收到ADAS制动指令后，可快速响应建压，产生精准的制动力实现整车减速。
附图说明
图1是本发明流程图。
图2是本发明的基于积分滑模控制器的压力控制效果图。
图3是本发明的基于积分滑模控制器的伺服主缸活塞位移控制效果图。
图4是本发明的基于PID控制器的压力控制效果图。
图5是本发明的基于PID控制器的伺服主缸活塞位移控制效果图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚、明确，一下结合附图并举实例对本发明做进一步详细描述。
一种解耦式电子液压制动系统的压力控制方法，包括以下步骤：
(1)计算出解耦式电子液压制动系统的压力死区：利用制动系统台架试验，测试出解耦式电子液压制动系统轮缸摩擦垫与制动盘之间的工作间隙xw0＝0.1mm，轮缸活塞的面积Aw＝8.04×10-4mm2，伺服主缸的活塞面积As＝4.5×10-4；根据公式x's0＝xw0Aw/As＝0.18mm，计算得到轮缸摩擦垫与制动盘之间的工作间隙造成的伺服主缸压力死区；测量出伺服主缸活塞增压时的死区范围x″s0＝3mm；根据公式xs0＝x's0+x″s0，计算得到解耦式电子液压制动系统的压力死区xs0＝3.18mm，并换算到电机转子角位移θm0＝xs0·G＝14rad；
(2)建立解耦式电子液压制动系统在伺服主缸活塞处于压力死区范围内时的系统状态空间方程：定义系统的状态变量，x1为解耦式电子液压制动系统伺服电机转子的角位移，x2为解耦式电子液压制动系统伺服电机转子的角速度；状态方程为y＝x1，Α1为状态矩阵，x1为变量矩阵，m为输入系数，u1为系统输入，d(t)为外界干扰：x＝[x1x2]T，
(3)建立解耦式电子液压制动系统在伺服主缸活塞处于增压范围时的系统状态空间方程：y＝x1，Α为状态矩阵，u为系统输入：
(4)设计伺服主缸活塞处于压力死区范围的控制器：定义切换函数式中c1和k1为待定控制参数；定义李雅普诺夫函数根据李雅普诺夫稳定性要求计算得到系统的输入为式中D1为抗干扰系数；
(5)设计伺服主缸活塞处于非压力死区范围的控制器：定义切换函数式中c2和k2为待定控制参数；定义李雅普诺夫函数根据李雅普诺夫稳定性要求计算得到系统的输入为式中D2为抗干扰系数；
(6)如图1所示，在制动过程中，采取串级控制策略。伺服主缸活塞处于死区行程，即θm≤θm0时，以位置反馈对伺服主缸活塞位移进行控制；当活塞超过补偿孔，即θm>θm0时，以伺服主缸压力反馈进行控制。
(7)采用饱和函数代替符号函数：式中为控制边界层厚度，为控制参数；
(8)控制参数的调整：根据外界干扰的大小调节控制参数D1＝0.1和D2＝0.2；根据伺服主缸的增压性能目标调节控制参数c1＝38、k1＝986和c2＝280、k2＝35530。
以积分滑模控制器作为解耦式电子液压制动系统控制器的控制方法，图2和图3分别为伺服主缸压力和伺服主缸活塞位移的控制效果。
以PID控制器作为解耦式电子液压制动系统控制器的控制方法，图3和图4分别为伺服主缸压力和伺服主缸活塞位移的控制效果。
可以看出，本发明具有以下的积极效果：
1)有效减少解耦式解耦式电子液压制动系统的压力响应时间，进而提高汽车的制动安全性；
2)有效减少解耦式解耦式电子液压制动系统的压力超调量和压力波动，进而提高汽车的制动舒适性。
本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种解耦式电子液压制动系统的压力控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)计算出解耦式电子液压制动系统的压力死区；
(2)建立解耦式电子液压制动系统在伺服主缸活塞处于压力死区范围内时的系统状态空间方程：
(3)建立解耦式电子液压制动系统在伺服主缸活塞处于增压范围时的系统状态空间方程：
(4)设计伺服主缸活塞处于压力死区范围的控制器；
(5)设计伺服主缸活塞处于非压力死区范围的控制器；
(6)采用饱和函数代替符号函数：式中为控制边界层厚度，为控制参数；
(7)控制参数的调整：根据外界干扰的大小调节控制参数D1和D2，D1和D2均为抗干扰系数；根据伺服主缸的增压性能目标调节控制参数c1、k1和c2、k2。
2.根据权利要求1所属的解耦式电子液压制动系统压力控制方法，其特征在于，所述的步骤(1)具体包括：
利用制动系统台架试验，测试出解耦式电子液压制动系统轮缸摩擦垫与制动盘之间的工作间隙xw0、轮缸活塞的面积Aw、伺服主缸的活塞面积As；
根据公式x's0＝xw0Aw/As，计算得到轮缸摩擦垫与制动盘之间的工作间隙造成的伺服主缸压力死区；
测量出伺服主缸活塞增压时的死区范围x″s0；根据公式xs0＝x's0+x″s0，计算得到解耦式电子液压制动系统的压力死区xs0。
3.根据权利要求1所属的解耦式电子液压制动系统压力控制方法，其特征在于，所述的步骤(2)具体包括：
定义系统的状态变量，x1为解耦式电子液压制动系统伺服电机转子的角位移，x2为解耦式电子液压制动系统伺服电机转子的角速度；
建立状态方程为y＝x1，Α1为状态矩阵，x1为变量矩阵，m为输入系数，u1为系统输入，d(t)为外界干扰：x＝[x1 x2]T，
4.根据权利要求3所属的解耦式电子液压制动系统压力控制方法，其特征在于，所述的步骤(3)中所建的系统状态空间方程为：
y＝x1，Α为状态矩阵，u为系统输入：
5.根据权利要求4所属的解耦式电子液压制动系统压力控制方法，其特征在于：所述步骤(4)具体包括：
定义切换函数式中c1和k1为待定控制参数；
定义李雅普诺夫函数根据李雅普诺夫稳定性要求计算得到系统的输入为式中D1为抗干扰系数。
6.根据权利要求5所属的解耦式电子液压制动系统压力控制方法，其特征在于：所述步骤(5)具体包括：
定义切换函数式中c2和k2为待定控制参数；
定义李雅普诺夫函数根据李雅普诺夫稳定性要求计算得到系统的输入为式中D2为抗干扰系数。
7.根据权利要求1所属的解耦式电子液压制动系统压力控制方法，其特征在于：所述步骤(2)和(3)的建立解耦式电子液压制动系统状态方程的方法为线性方法或非线性方法。
8.根据权利要求1所属的解耦式电子液压制动系统压力控制方法，其特征在于：所述步骤(4)的控制器采用余积分滑模控制器、PID控制器、模糊控制器或神经网络控制器。
9.根据权利要求1所属的解耦式电子液压制动系统压力控制方法，其特征在于：所述步骤(7)的控制参数调整通过二阶传递函数的相频特性来调整。
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