CN109927700B - 一种纯线控汽车制动系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种纯线控汽车制动系统，其组成包括：磁流变传动线控制动器、传感器子系统、上层控制器ECU和下层控制器UC；系统采用上下层分层控制方法，上层控制器ECU根据传感器系统反馈的系统状态信息获取车辆的运动姿态与驾驶员的控制意图并通过下层控制器UC控制磁流变传动线控制动器实现制动。本发明能解决现有线控制动系统硬件复杂、寿命短的问题，并且能实现在硬件基础一定的条件下多种主动安全系统功能。

Description

一种纯线控汽车制动系统

技术领域

本发明涉及汽车电子控制技术领域，尤其涉及汽车用电子刹车系统，具体来说是一种磁流变传动线控制动器的多主动安全系统的汽车电控制动系统及其控制方法。

背景技术

随着智能/无人驾驶汽车的发展需求，线控制动技术有了较快的发展，如电子液压制动系统和电子机械制动系统。线控制动系统取消了制动踏板与制动轮缸之间的管路连接，以电信号作为信息传递的媒介，电子控制单元根据相关传感器信号识别驾驶人员的制动意图，控制执行机构动作，阻止或减缓汽车车轮的转动，具有易于集成控制的优点，符合汽车底盘集成化控制的发展要求。

虽然现有电控制动系统取消了制动踏板与制动轮缸之间的直接连接，并且实现了汽车底盘的集成化控制，但是执行机构为液压式或电机制动系统。对于液压式制动系统来说，液压制动系统的制动液具有可压缩性，传递速度慢，具有滞后特性，使得制动灵敏度不高；而且制动液耐温性差，环境温度或使用温度过高、过低均会造成制动性能下降，甚至存在安全隐患；另外，制动液需要定期更换，造成环境污染，不节能环保。对于电子机械式制动系统来说，电机直接驱动制动块夹紧制动盘的过程中冲击较大，不利于整车振动噪音处理；另外由于电机在制动过程中受到较大轴向力作用，对电机损耗较大，缩短了电机的使用寿命；最后在长时间制动或连续制动时，电机长时间无法转动，易烧坏电机，造成制动失效。

发明内容

本发明为克服现有技术存在的不足之处，提出一种纯线控汽车制动系统，以期能解决现有线控制动系统硬件复杂、寿命短的问题，从而能实现在硬件基础一定的条件下多种主动安全系统功能。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

本发明一种纯线控汽车制动系统的特点包括：磁流变传动线控制动器、传感器子系统、上层控制器ECU和下层控制器UC；

所述磁流变传动线控制动器是由电机、电机控制器、磁流变离合器MRC、减速机构和浮动钳盘机构构成；

所述传感器子系统包括：制动踏板模块、轮速传感器、夹紧力传感器、车速传感器、纵向加速度传感器、横向加速度传感器、方向盘转角传感器、位移传感器和横摆角速度传感器；

所述上层控制器ECU包括：减速制动模块、防抱死模块、车身稳定控制模块、间隙自调整模块、电子驻车模块；

当汽车减速制动时，所述减速制动模块通过所述制动踏板模块采集制动踏板转角或踏板压力计算出当前每个车轮所需要的目标制动力，并将所述目标制动力换算成为目标扭矩后分别提供给相应车轮的电机控制器及下层控制器UC；由所述电机控制器对所述目标扭矩进行放大处理后提供给所述电机，使得在制动过程中所述电机的输出扭矩始终保持大于目标扭矩；

所述下层控制器UC通过夹紧力传感器获取夹紧力信号并计算出当前磁流变离合器实际输出的扭矩，再将所接收到的目标扭矩和实际输出的扭矩进行作差计算，得到的差值e作为PID控制器的输入量，从而利用PID控制器调节所述磁流变离合器MRC的控制电流，使得磁流变离合器MRC实际输出的扭矩稳定在目标扭矩附近；进而使得所述电机的输出扭矩按照所述目标扭矩提供给所述减速机构，并推动所述浮动钳盘机构夹紧制动盘实现制动；

当汽车减速制动时，所述防抱死模块分别通过所述轮速传感器和所述车速传感器获取相应的车轮速度u_w和车速u并计算相应车轮的滑移率σ_x，从而根据所述滑移率σ_x判断车轮是否趋于抱死状态，从而对所述磁流变离合器MRC实际输出的扭矩做出相应调整；

当汽车行驶紧急转向时，所述车身稳定控制模块通过所述制动踏板模块采集到制动偏转角度或踏板压力为0时，则通过所述方向盘转角传感器与车速传感器分别采集到的方向盘转角与车速计算出当前车辆的理想偏转角度δ_s，并根据所述纵向加速度传感器、横向加速度传感器和横摆角速度传感器采集到的数据计算出当前车辆的实际偏转角度δ_x，再对所述理想偏转角度δ_s与实际偏转角度δ_x进行比较，用于判断车辆是否有失控风险，从而对所述磁流变传动线控制动器做出相应调整；

所述间隙自调整模块通过制动钳上的位移传感器采集制动块与制动盘之间的当前制动间隙，若当前制动间隙大于所述制动力最大时所对应的制动间隙，则调整所述浮动钳盘机构的复位位置，使得当前制动间隙与标准值相同；

驻车时，所述电子驻车模块提供驱动电流给后轮电机，同时提供目标扭矩给后轮所对应的下层控制器UC，当后轮的制动钳钳紧相应的制动盘时，后轮的下层控制器UC切断相应的磁流变离合器MRC的控制电流，同时，电子驻车模块停止提供驱动电流给后轮电机；

解除驻车时，所述电子驻车模块提供反向的驱动电流给后轮电机，同时提供目标扭矩给后轮所对应的下层控制器UC，直至所述浮动钳盘机构复位后，后轮的下层控制器UC切断相应的磁流变离合器MRC的控制电流，同时，所述电子驻车模块停止提供驱动电流给后轮电机。

本发明所述的纯线控汽车制动系统的特点也在于，所述防抱死模块是按如下过程判断相应车轮是否趋于抱死状态，并对所述磁流变离合器MRC实际输出的扭矩做出相应调整：

若σ_x＞σ_High，则判定相应车轮趋于抱死状态，所述防抱死模块减小所述相应车轮电机的输出扭矩，同时减小传递给对应下层控制器UC的目标扭矩；其中，σ_High表示预设的滑移率门限值上限；

若σ_x＜σ_Low，则判定相应车轮的制动力不足，所述防抱死模块增加对应车轮电机的输出扭矩，同时增大传递给对应下层控制器UC的目标扭矩，其中，σ_Low为预设的滑移率门限值的下限；

若σ_Low＜σ_x＜σ_High，则判定相应车轮的制动力处于制动的最佳状态，所述防抱死模块保持相应车轮电机的输出扭矩不变，同时保持传递给对应下层控制器UC的目标扭矩不变。

所述车身稳定控制模块是按如下过程判断车辆是否有失控风险，并对所述磁流变传动线控制动器做出相应调整：

若δ_s＞δ_x，则判断车辆当前处于不足转向状态，所述车身稳定控制模块提供驱动电流给处在内侧的后轮电机，同时提供目标扭矩给内侧的后轮所对应的下层控制器UC；

若δ_s＜δ_x，则判断车辆当前处于过度转向状态，所述车身稳定控制模块提供驱动电流给外侧的前轮电机，同时提供目标扭矩给外侧的前轮所对应的下层控制器UC；

若δ_s＝δ_x时，则判断车辆没有失控风险。

与已有技术相比，本发明的有益效果体现在：

1.本发明在有限硬件的基础上，实现了防抱死功能、车身稳定功能等主动安全功能的集合，并兼具制动间隙自调整、电子驻车功能，解决了现有电控制动系统寿命短、控制复杂的问题，有利于汽车底盘的集成化设计；

2.本发明充分考虑了在制动过程中车轮之间的相互作用，通过改变电机输出扭矩和磁流变离合器的输入电流来控制各个车轮受到的制动力，从而使得各个车轮的滑移率都处在最佳状态，提高了制动过程中汽车的稳定性和制动效率，缩短了制动距离，提高了汽车的制动安全性；

3.本发明充分考虑了汽车受到的纵向力间对车辆稳定性的影响，在汽车转向时通过对某一车轮施加制动力，产生一个横向力来维持车身稳定，提高了汽车在转向时的稳定性和安全性；

4.本发明能有效的与智能汽车、无人驾驶汽车兼容，汽车可以为电动汽车、混合动力汽车、燃油车、燃气车等等，具有广泛应用范围。

附图说明

图1为本发明系统结构示意图；

图2为本发明中磁流变传动线控制动器的示意图；

图3为本发明下层控制器控制方法示意图；

图4为本发明防抱死模块工作流程图；

图5为本发明车身稳定模块工作流程图。

具体实施方式

参见图1，本实施例中，一种纯线控汽车制动系统包括：磁流变传动线控制动器、传感器子系统、上层控制器ECU和下层控制器UC，UC在图1中表示为C1、C2、C3和C4，分别对应四个车轮；

传感器子系统包括：制动踏板模块、轮速传感器、夹紧力传感器、车速传感器、纵向加速度传感器、横向加速度传感器、方向盘转角传感器、位移传感器和横摆角速度传感器；

上层控制器ECU包括：减速制动模块、防抱死模块、车身稳定控制模块、间隙自调整模块、电子驻车模块；

参见图2，磁流变传动线控制动器是由电机、电机控制器、磁流变离合器MRC、减速机构和浮动钳盘机构构成；当汽车减速制动时，所述减速制动模块通过所述制动踏板模块采集制动踏板转角或踏板压力计算出当前每个车轮所需要的目标制动力，并将所述目标制动力换算成为目标扭矩后分别提供给相应车轮的电机控制器及下层控制器UC；由所述电机控制器对所述目标扭矩进行放大处理后提驱动所述电机输出扭矩，经过MRC将目标扭矩传递给减速机构，然后推动浮动钳盘机构夹紧制动盘，实现制动；

参见图3，所述下层控制器UC通过夹紧力传感器获取夹紧力信号并计算出当前磁流变离合器实际输出的扭矩，再将所接收到的目标扭矩和实际输出的扭矩进行作差计算，得到的差值e作为PID控制器的输入量，从而利用PID控制器调节所述磁流变离合器MRC的控制电流，使得磁流变离合器MRC实际输出的扭矩稳定在目标扭矩附近；进而使得所述电机的输出扭矩按照所述目标扭矩提供给所述减速机构，并推动所述浮动钳盘机构夹紧制动盘实现制动；

参见图4，当汽车减速制动时，轮速传感器的测算的车轮速度u_ω与车速传感器测算的车速u传递给ECU，进行滑移率σ_x计算，其中

防抱死模块是按照如下过程判断相应车轮是否趋于抱死状态，并对电机输出扭矩与磁流变离合器MRC实际输出的扭矩做出相应调整：

若σ_x＞σ_High，则判定相应车轮趋于抱死状态，防抱死模块减小相应车轮电机的输出扭矩，同时减小传递给对应下层控制器UC的目标扭矩，车轮受到的制动力减小，滚动成分增多；其中，σ_High表示预设的滑移率门限值上限；

若σ_x＜σ_Low，则判定相应车轮的制动力不足，防抱死模块增加对应车轮电机的输出扭矩，同时增大传递给对应下层控制器UC的目标扭矩，车轮受到的制动力增大，滑动成分增多；其中，σ_Low为预设的滑移率门限值的下限；

若率σ_Low＜σ_x＜σ_High，则判定相应车轮的制动力处于制动的最佳状态，防抱死模块保持相应车轮电机的输出扭矩不变，同时保持传递给对应下层控制器UC的目标扭矩不变；

参见图5，汽车行驶时紧急转向，车身稳定控制模块获取到的制动踏板偏转角度或压力为0时，车身稳定控制模块通过方向盘转角传感器与车速传感器反馈的方向盘转角与车速计算出当前车辆的理想偏转角度δ_s,同时通过纵向加速度传感器、横向加速度传感器和横摆角速度传感器反馈的数据计算出当前车辆发生的实际偏转角度δ_x，并按如下过程判断车辆是否有失控风险，然后对磁流变传动线控制动器做出相应控制调整车身姿态：

若δ_s＞δ_x，则判断车辆当前处于不足转向状态，车身稳定控制模块提供驱动电流给处在内侧的后轮电机，同时提供目标扭矩给内侧的后轮所对应的下层控制器UC；此时车辆横向会产生一个作用力来减小汽车的不足转向趋势；

若δ_s＜δ_x，则判断车辆当前处于过度转向状态，车身稳定控制模块提供驱动电流给外侧的前轮电机，同时提供目标扭矩给外侧的前轮所对应的下层控制器UC；此时车辆横向会产生一个作用力来减小汽车的过度转向趋势；

若δ_s＝δ_x时，则判断车辆没有失控风险；

所述间隙自调整模块通过制动钳上的位移传感器采集制动块与制动盘之间的当前制动间隙，若当前制动间隙大于所述制动力最大时所对应的制动间隙，则调整所述浮动钳盘机构的复位位置，使得当前制动间隙与标准值相同，保证了制动块磨损后，制动响应时间也不会增加；

驻车时，所述电子驻车模块提供驱动电流给后轮电机，同时提供目标扭矩给后轮所对应的下层控制器UC，当后轮的制动钳钳紧相应的制动盘时，后轮的下层控制器UC切断相应的磁流变离合器MRC的控制电流，同时，电子驻车模块停止提供驱动电流给后轮电机；

解除驻车时，所述电子驻车模块提供反向的驱动电流给后轮电机，同时提供目标扭矩给后轮所对应的下层控制器UC，直至所述浮动钳盘机构复位后，后轮的下层控制器UC切断相应的磁流变离合器MRC的控制电流，同时，所述电子驻车模块停止提供驱动电流给后轮电机。

Claims (3)

1.一种纯线控汽车制动系统，其特征包括：磁流变传动线控制动器、传感器子系统、上层控制器ECU和下层控制器UC；

所述磁流变传动线控制动器是由电机、电机控制器、磁流变离合器MRC、减速机构和浮动钳盘机构构成；

所述传感器子系统包括：制动踏板模块、轮速传感器、夹紧力传感器、车速传感器、纵向加速度传感器、横向加速度传感器、方向盘转角传感器、位移传感器和横摆角速度传感器；

所述上层控制器ECU包括：减速制动模块、防抱死模块、车身稳定控制模块、间隙自调整模块、电子驻车模块；

当汽车减速制动时，所述减速制动模块通过所述制动踏板模块采集制动踏板转角或踏板压力计算出当前每个车轮所需要的目标制动力，并将所述目标制动力换算成为目标扭矩后分别提供给相应车轮的电机控制器及下层控制器UC；由所述电机控制器对所述目标扭矩进行放大处理后提供给所述电机，使得在制动过程中所述电机的输出扭矩始终保持大于目标扭矩；

所述下层控制器UC通过夹紧力传感器获取夹紧力信号并计算出当前磁流变离合器实际输出的扭矩，再将所接收到的目标扭矩和实际输出的扭矩进行作差计算，得到的差值e作为PID控制器的输入量，从而利用PID控制器调节所述磁流变离合器MRC的控制电流，使得磁流变离合器MRC实际输出的扭矩稳定在目标扭矩附近；进而使得所述电机的输出扭矩按照所述目标扭矩提供给所述减速机构，并推动所述浮动钳盘机构夹紧制动盘实现制动；

当汽车减速制动时，所述防抱死模块分别通过所述轮速传感器和所述车速传感器获取相应的车轮速度u_w和车速u并计算相应车轮的滑移率σ_x，从而根据所述滑移率σ_x判断车轮是否趋于抱死状态，从而对所述磁流变离合器MRC实际输出的扭矩做出相应调整；

当汽车行驶紧急转向时，所述车身稳定控制模块通过所述制动踏板模块采集到制动偏转角度或踏板压力为0时，则通过所述方向盘转角传感器与车速传感器分别采集到的方向盘转角与车速计算出当前车辆的理想偏转角度δ_s，并根据所述纵向加速度传感器、横向加速度传感器和横摆角速度传感器采集到的数据计算出当前车辆的实际偏转角度δ_x，再对所述理想偏转角度δ_s与实际偏转角度δ_x进行比较，用于判断车辆是否有失控风险，从而对所述磁流变传动线控制动器做出相应调整；

所述间隙自调整模块通过制动钳上的位移传感器采集制动块与制动盘之间的当前制动间隙，若当前制动间隙大于所述制动力最大时所对应的制动间隙，则调整所述浮动钳盘机构的复位位置，使得当前制动间隙与标准值相同；

驻车时，所述电子驻车模块提供驱动电流给后轮电机，同时提供目标扭矩给后轮所对应的下层控制器UC，当后轮的制动钳钳紧相应的制动盘时，后轮的下层控制器UC切断相应的磁流变离合器MRC的控制电流，同时，电子驻车模块停止提供驱动电流给后轮电机；

解除驻车时，所述电子驻车模块提供反向的驱动电流给后轮电机，同时提供目标扭矩给后轮所对应的下层控制器UC，直至所述浮动钳盘机构复位后，后轮的下层控制器UC切断相应的磁流变离合器MRC的控制电流，同时，所述电子驻车模块停止提供驱动电流给后轮电机。

2.根据权利要求1所述的纯线控汽车制动系统，其特征是，所述防抱死模块是按如下过程判断相应车轮是否趋于抱死状态，并对所述磁流变离合器MRC实际输出的扭矩做出相应调整：

若σ_x＞σ_High，则判定相应车轮趋于抱死状态，所述防抱死模块减小所述相应车轮电机的输出扭矩，同时减小传递给对应下层控制器UC的目标扭矩；其中，σ_High表示预设的滑移率门限值上限；

若σ_x＜σ_Low，则判定相应车轮的制动力不足，所述防抱死模块增加对应车轮电机的输出扭矩，同时增大传递给对应下层控制器UC的目标扭矩，其中，σ_Low为预设的滑移率门限值的下限；

若σ_Low＜σ_x＜σ_High，则判定相应车轮的制动力处于制动的最佳状态，所述防抱死模块保持相应车轮电机的输出扭矩不变，同时保持传递给对应下层控制器UC的目标扭矩不变。

3.根据权利要求1所述的纯线控汽车制动系统，其特征是，所述车身稳定控制模块是按如下过程判断车辆是否有失控风险，并对所述磁流变传动线控制动器做出相应调整：

若δ_s＞δ_x，则判断车辆当前处于不足转向状态，所述车身稳定控制模块提供驱动电流给处在内侧的后轮电机，同时提供目标扭矩给内侧的后轮所对应的下层控制器UC；

若δ_s＜δ_x，则判断车辆当前处于过度转向状态，所述车身稳定控制模块提供驱动电流给外侧的前轮电机，同时提供目标扭矩给外侧的前轮所对应的下层控制器UC；

若δ_s＝δ_x时，则判断车辆没有失控风险。

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