CN109927701A - 一种集中驱动式纯线控汽车制动系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种集中驱动式纯线控汽车制动系统，其组成包括电机、磁流变传动线控制动器、传感器系统和上层控制器ECU和下层控制器EC；系统控制采用上下层控制方法，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EC控制调节磁流变离合器的输入电流，实现对磁流变离合器输出扭矩大小的精确控制。本发明能解决现有的线控系统结构复杂、布局困难的问题，并且能实现在有限的硬件条件下多种主动安全系统功能。

Description

一种集中驱动式纯线控汽车制动系统及其控制方法

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，具体地说是一种集中驱动的磁流变离合器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

近年来，随着新能源汽车、无人驾驶汽车的兴起，线控制动技术有了更加广阔的应用空间。线控制动技术，就是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，例如比较典型的有电子液压制动系统和电子机械制动系统。线控制动具有易集成控制、制动效率高等优点。

但现有的电子制动系统仍存在许多缺陷，对于液压式制动系统来说，执行器为传统液压驱动轮缸制动，因此仍存在制动灵敏度不高、制动管路布置困难等问题。对于电子机械式制动系统来说，执行器是由电机直接驱动制动块，但在制动过程中制动块与制动盘的结合较为生硬，产生的振动噪音较大。除此之外，制动时电机需要承受来自制动块的较大的轴向反力，影响电机的正常使用寿命。

发明内容

本发明为克服现有技术存在的不足之处，提出一种集中驱动式纯线控汽车制动系统及其控制方法，以期能解决现有电控制动系统布置困难、控制复杂的问题，实现低成本下的多主动安全系统功能。

为了解决上述技术问题本发采用如下技术方案：

本发明一种集中驱动式纯线控汽车制动系统的特点包括：电机、磁流变传动线控制动器MRC、传感器系统、上层控制器ECU和下层控制器EC；

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

所述传感器系统包括：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、间隙自调整模块和电子驻车模块；

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并计算出当前整车需要的制动力以及每个车轮所需要的目标制动力，再将所述目标制动力换算成为目标扭矩后分别提供给每个车轮所对应的下层控制器EC；同时将整车需要的制动力提供给电机控制器，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EC接收到来自上层控制器ECU的目标扭矩并传递给所述磁流变离合器的逆模型，得到当前目标扭矩下需要输入的电流值，并通过前馈补偿控制器对所述电流值进行抗干扰处理，得到期望电流值；同时所述下层控制器EC利用所述夹紧力传感器采集到的数据计算出当前磁流变离合器的实际输出扭矩，并与所述目标扭矩做差，得到的差值传递给反馈补偿控制器后输出调整电流并反馈给所述磁流变离合器，用于不断调整和纠正输入给磁流变离合器的电流，使得所述磁流变离合器实际输出的扭矩稳定在目标扭矩附近后，提供给所述减速机构，以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并计算每个车轮的滑移率σ_x，并根据所述滑移率σ_x判断相应车轮是否趋于抱死状态，从而对所述磁流变离合器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方向盘转角与车速并计算出当前车辆的理想偏转角度δ_s，再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，将所述理想偏转角度δ_s与实际偏转角度δ_x进行比较，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电机，同时提供目标扭矩给后轮所对应的下层控制器EC，当后轮的制动钳钳紧相应的制动盘时，后轮的下层控制器EC切断相应的磁流变离合器的控制电流，同时，电子驻车模块停止给电机提供驱动电流；

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

本发明所述的集中驱动式纯线控汽车制动系统的特点也在于，所述防抱死模块驱动电机输出最大扭矩后，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，所述上防抱死模块减小传递给对应下层控制器EC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，所述上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EC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EC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给电机提供驱动电流，同时提供目标扭矩给内侧的后轮所对应的下层控制器EC；

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给电机提供驱动电流，同时提供目标扭矩给外侧的前轮所对应的下层控制器EC；

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.本发明提出的集中式驱动纯线控制动系统，采用一台或两台电机为四个MRC提供制动力，减小了系统的复杂程度与控制难度，降低了成本；

2.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布局困难、控制复杂的问题，有利于汽车底盘的集成化设计；

3.本发明充分考虑了在制动过程中车轮之间的相互作用，在电机输出扭矩不改变的情况下，改变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；

4.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，从而提高了汽车在转向时的稳定性和安全性。

附图说明

图1为本发明系统结构示意图；

图2为本发明的另一种系统结构示意图；

图3为本发明磁流变传动线控制动器工作原理示意图；

图4为本发明的下层控制器工作原理图；

图5为本发明防抱死模块工作流程图；

图6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，一种集中驱动式纯线控汽车制动系统，包括：电机、磁流变传动线控制动器MRC、传感器系统、上层控制器ECU和下层控制器EC，EC在图1中表示为E1、E2、E3和E4，分别对应四个车轮；

参见图2，为本发明的另一种实现方式，即采用两台电机，更加利于底盘的灵活布置。

传感器系统包括：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3，磁流变传动线控制动器由磁流变离合器、减速机构和浮动钳盘机构构成；当汽车减速制动时，由电机传递过来的扭矩经过磁流变离合器将目标扭矩传递给减速机构，推动浮动钳盘机构夹紧制动盘，实现制动；

当汽车减速制动时，减速制动模块通过制动踏板模块采集制动踏板转角或踏板压力并计算出当前整车需要的制动力以及每个车轮所需要的目标制动力，再将目标制动力换算成为目标扭矩后分别提供给每个车轮所对应的下层控制器EC；同时将整车需要的制动力提供给电机控制器，由电机控制器对目标扭矩进行放大处理后提供给电机，使得在制动过程中电机的输出扭矩始终保持大于目标扭矩；

参见图4，下层控制器EC接收到来自上层控制器ECU的目标扭矩并传递给磁流变离合器的逆模型，得到当前目标扭矩下需要输入的电流值，并通过前馈补偿控制器对电流值进行抗干扰处理，得到期望电流值I_desire；同时下层控制器EC利用夹紧力传感器采集到的数据计算出当前磁流变离合器的实际输出扭矩，并与目标扭矩做差，得到的差值传递给反馈补偿控制器后输出调整电流I_error并反馈给磁流变离合器，用于不断调整和纠正输入给磁流变离合器的电流I_real，使得磁流变离合器实际输出的扭矩稳定在目标扭矩附近后，提供给减速机构，以推动浮动钳盘机构夹紧制动盘实现制动；

参见图5，当汽车减速制动时，防抱死模块驱动电机输出最大扭矩，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，其中并按如下过程判断相应车轮是否趋于抱死状态，从而对磁流变离合器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，上防抱死模块将传递给对应下层控制器EC的目标扭矩-b，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，上防抱死模块将对应车轮电机的输出扭矩+a，同时增大传递给对应下层控制器EC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EC的目标扭矩不变。

参见图6，当汽车行驶紧急转向时，车身稳定控制模块通过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，从而对磁流变传动线控制动器做出相应调整，具体的说：

若δ_s＞δ_x，则判断车辆当前处于不足转向状态，车身稳定控制模块给电机提供驱动电流，同时提供目标扭矩给c内侧的后轮所对应的下层控制器EC；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，车身稳定控制模块给电机提供驱动电流，同时提供目标扭矩d给外侧的前轮所对应的下层控制器EC；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。

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制动力最大时所对应的制动间隙，则调整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，电子驻车模块提供驱动电流给电机，同时提供目标扭矩给后轮所对应的下层控制器EC，当后轮的制动钳钳紧相应的制动盘时，后轮的下层控制器EC切断相应的磁流变离合器MRC的控制电流，同时，电子驻车模块停止给电机提供驱动电流；

解除驻车时，电子驻车模块提供反向的驱动电流给电机，同时提供目标扭矩给后轮所对应的下层控制器EC，直至浮动钳盘机构复位后，后轮的下层控制器EC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电机。

Claims (3)

1.一种集中驱动式纯线控汽车制动系统，其特征包括：电机、磁流变传动线控制动器MRC、传感器系统、上层控制器ECU和下层控制器EC；

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

所述传感器系统包括：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、间隙自调整模块和电子驻车模块；

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并计算出当前整车需要的制动力以及每个车轮所需要的目标制动力，再将所述目标制动力换算成为目标扭矩后分别提供给每个车轮所对应的下层控制器EC；同时将整车需要的制动力提供给电机控制器，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EC接收到来自上层控制器ECU的目标扭矩并传递给所述磁流变离合器的逆模型，得到当前目标扭矩下需要输入的电流值，并通过前馈补偿控制器对所述电流值进行抗干扰处理，得到期望电流值；同时所述下层控制器EC利用所述夹紧力传感器采集到的数据计算出当前磁流变离合器的实际输出扭矩，并与所述目标扭矩做差，得到的差值传递给反馈补偿控制器后输出调整电流并反馈给所述磁流变离合器，用于不断调整和纠正输入给磁流变离合器的电流，使得所述磁流变离合器实际输出的扭矩稳定在目标扭矩附近后，提供给所述减速机构，以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并计算每个车轮的滑移率σ_x，并根据所述滑移率σ_x判断相应车轮是否趋于抱死状态，从而对所述磁流变离合器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方向盘转角与车速并计算出当前车辆的理想偏转角度δ_s，再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，将所述理想偏转角度δ_s与实际偏转角度δ_x进行比较，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电机，同时提供目标扭矩给后轮所对应的下层控制器EC，当后轮的制动钳钳紧相应的制动盘时，后轮的下层控制器EC切断相应的磁流变离合器的控制电流，同时，电子驻车模块停止给电机提供驱动电流；

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

2.根据权利要求1所述的集中驱动式纯线控汽车制动系统，其特征是，所述防抱死模块驱动电机输出最大扭矩后，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，所述上防抱死模块减小传递给对应下层控制器EC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，所述上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EC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EC的目标扭矩不变。

3.根据权利要求1所述的集中驱动式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给电机提供驱动电流，同时提供目标扭矩给内侧的后轮所对应的下层控制器EC；

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给电机提供驱动电流，同时提供目标扭矩给外侧的前轮所对应的下层控制器EC；

若δ_s＝δ_x时，则判断车辆没有失控风险。