CN110979281B - 一种ehb助力系统液压波动冲击抑制装置及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种EHB助力系统液压波动冲击抑制装置及其控制方法，装置包括控制装置、主缸壳体、第一活塞、第二活塞、锥阀阀芯、第一弹簧、推杆、比例电磁铁、电机、踏板推杆及直线位移耦合机构；主缸壳体设有第一活塞腔、第二活塞腔、冲击孔及阀芯孔，第一活塞、第二活塞分别设置在第一活塞腔、第二活塞腔内；第一活塞腔设有第一进液口和第一出油口；第二活塞腔设有第二进液口和第二出油口；第一进液口上开设有第一阻尼孔、第二阻尼孔，第二阻尼孔与冲击孔连接，冲击孔与第二活塞腔连通，冲击孔连接阀芯孔，阀芯孔内设有锥阀阀芯和推杆，本发明结构简单，易于加工，成本低下，能够降低高精度电机的要求，可以大幅改善制动系统的综合性能。

Description

一种EHB助力系统液压波动冲击抑制装置及控制方法

技术领域

本发明涉及一种EHB助力系统液压波动冲击抑制装置及控制方法。

背景技术

电子液压制动系统(Electro-hydraulic brake system,EHB)是新能源汽车线控制动系统的重要发展方向之一。其主要特征为利用新型电动助力源替代传统真空助力器，保留传统成熟可靠的液压部分，具有结构紧凑、响应快速、易于实现再生制动、制动力可精确控制等突出优点。当前EHB助力系统有两种形式，“液压泵+高压蓄能器”形式和“电动机+减速机构”形式，但在新能源汽车上，它们均需要电动机提供能量来源，保障汽车行车安全。因此，电子液压制动(EHB)系统中的电机助力控制成为影响车辆稳定性控制系统和再生制动系统等的关键技术，其性能优劣成为整车性能的重要一环。如果不能有效对助力系统精确施加控制，那么整车控制系统的控制性能则会受到很大的影响。

而电子液压制动(EHB)系统中的电机是使用无刷直流电机，受转子永磁体磁场谐波、齿槽转矩及逆变器的死区时间和管压降等因素的影响，转矩存在较大脉动，这将会会引起的制动系统油压波动，实际反馈为是否会产生预期目标油压和良好的制动踏板感，隐含反馈即为整车综合性能，如再生制动能量回收率、整车稳定性等。此外，转矩脉动还会使系统产生振动和噪声，严重时会使系统不能稳定运行，甚至导致制动失效，危及操作人员的生命安全，具有重大安全隐患。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供一种能够降低高精度电机的要求，结构简单，易于加工，成本相对低下，可以大幅改善制动系统的综合性能，保证汽车行车安全的EHB助力系统液压波动冲击抑制装置及控制方法，。

本发明采用的技术方案是：一种EHB助力系统液压波动冲击抑制装置，其特征是：包括控制装置、主缸壳体、第一活塞、第二活塞、锥阀阀芯、第一弹簧、推杆、比例电磁铁、压力传感器、电机、踏板推杆及直线位移耦合机构；所述的主缸壳体设有第一活塞腔、第二活塞腔、冲击孔及阀芯孔，第一活塞腔和第二活塞腔同轴且连通；第一活塞、第二活塞分别设置在第一活塞腔、第二活塞腔内；第一活塞腔设有第一进液口和第一出油口；第二活塞腔设有第二进液口和第二出油口；第二出油口处设有压力传感器；第一进液口处开设有第一阻尼孔，第一阻尼孔与第一活塞腔相连接；第一活塞腔上开设有第二阻尼孔的一个端口，第二阻尼孔另一端口与冲击孔连接，冲击孔与第二活塞腔连通，冲击孔另一端连接阀芯孔，阀芯孔内设有锥阀阀芯和推杆，锥阀阀芯和推杆之间还开设有回油孔，回油孔另一端连接第二进液口，锥阀阀芯和推杆之间连有第一弹簧，推杆与比例电磁铁连接，比例电磁铁上设有第一位移传感器，第二活塞通过连杆与第一活塞连接，第一活塞的一端与踏板推杆连接，踏板推杆的另一端穿过直线位移耦合机构与踏板连接；踏板推杆上设有第二位移传感器和第二弹簧，第二弹簧位于踏板与直线位移耦合机构之间；直线位移耦合机构通过传动机构与电机连接，直线位移耦合机构能够推动踏板推杆移动，电机、比例电磁铁、压力传感器、第一位移传感器及第二位移传感器分别与控制装置连接。

上述的EHB助力系统液压波动冲击抑制装置中，所述的传动机构包括齿轮I、齿轮Ⅱ、齿轮Ⅲ和齿轮Ⅳ；齿轮I与电机连接，齿轮I与齿轮Ⅱ啮合，齿轮Ⅱ与齿轮Ⅲ同轴连接，齿轮Ⅲ与齿轮Ⅳ啮合；齿轮Ⅳ安装在直线位移耦合机构上。

上述的EHB助力系统液压波动冲击抑制装置中，所述的直线位移耦合机构包括壳体、螺母、丝杆、连接嵌块；所述的螺母通过轴承支撑在壳体内；齿轮Ⅳ与轴承的内圈通过连接嵌块固定连接，齿轮Ⅳ与螺母固定连接；所述的丝杆与螺母的螺纹孔螺纹连接，丝杆朝向踏板一端与第二弹簧的一端连接；所述的踏板推杆的另一端穿过丝杆的中心孔与踏板连接。

上述的EHB助力系统液压波动冲击抑制装置中，所述第一阻尼孔、第二阻尼孔、回油孔、冲击孔均开设在主缸壳体内；第一阻尼孔位于第一活塞与第二活塞之间，第二阻尼孔一端位于第一活塞与第二活塞之间，第二阻尼孔另一端与冲击孔相连；第一阻尼孔和第二阻尼孔孔径不大于1mm。

上述EHB助力系统液压波动冲击抑制装置的控制方法，包括以下步骤：

1)通过第二位移传感器检测制动踏板位移，快速计算目标转角，发送给电机，使得电机快速跟随目标转角值；

2)通过目标转角，快速计算目标压力，将目标压力发送给比例电磁铁，然后转化为比例电磁铁位移；

3)通过压力传感器实时监测第二出油口的压力值，计算油压波动率，计算谐振数字滤波器的控制参数，发送给电机；

4)根据油压波动率大小，进行阈值判断，若小于阈值，电机采用正常导通换向角度，否则，电机采用超前导通换向角度。

上述EHB助力系统液压波动冲击抑制装置的控制方法中，所述步骤1)中，通过多次试验获得多组位移x-目标转角θ的对应参数，然后拟合得位移x与目标转角θ的关系公式：θ＝a₁x³+a₂x²+a₃x+a₄；其中a₁、a₂、a₃、a₄为常数，通过位移x与目标转角θ的关系公式计算目标转角。

上述EHB助力系统液压波动冲击抑制装置的控制方法中，所述步骤2)中，通过多次试验获得多组目标转角θ-目标压力p对应参数，然后拟合得目标转角θ-目标压力p的关系公式：

其中，b₁、b₂、b₃、b₄、b₅为常数，θ₁为常数；

通过多次试验获得多组比例电磁铁位移s与目标压力值p对应参数，然后拟合得比例电磁铁位移s与目标压力值p的关系公式：

其中，K为比例电磁铁内参，常数；d为锥阀阀芯端靠近冲击孔的直径；

通过目标转角θ-目标压力p的关系公式计算得到目标压力，通过比例电磁铁位移s与目标压力值p的关系公式计算比例电磁铁位移。

上述EHB助力系统液压波动冲击抑制装置的控制方法中，所述步骤3)中，油压波动率Vp计算公式如下：

其中，p_max为十个连续采样时间内油压最大值；p_min为十个连续采样时间内油压最小值；p_ave为十个连续采样时间内油压平均值；通过多次试验获得多组谐振数字滤波器的控制参数λ与油压波动率Vp对应参数，然后拟合得谐振数字滤波器的控制参数λ与油压波动率Vp的关系公式：

其中λ₁为稳态时谐振数字滤波器的控制参数，常数；c₁、c₂为常数；k、k-1为相邻两个采样时间，表示第k个采样时间和第k-1个采样时间；sgn为符号函数；p(k)、p(k-1)为第k个采样时间的油压和第k-1个采样时间的油压；λ为动态谐振数字滤波器的控制参数。

上述一种EHB助力系统液压波动冲击抑制装置的控制方法，所述步骤4)中，导通换向角度β计算公式如下：

其中，Vp_con为油压波动率阈值，常数；i为换向角度超前系数，常数。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：本发明通过在制动主缸中增设阻尼孔、回油孔、冲击孔、推杆和比例电磁铁，可以防止助力系统产生较大的液压波动和冲击，改善制动主缸第二出油口的油压性能；同时，通过压力传感器检测第二出油口压力，在线计算谐振数字滤波器及电机导通换向角度，发送给电机，来抑制电机输出扭矩脉动，进一步改善制动主缸第二出油口的油压性能；此外，第一出油口压力会滞后于第二出油口压力，第一出油口压力品质同样完全由所提出的液压波动冲击抑制装置及控制方法决定，即第二出油口压力品质决定；本发明能够降低高精度电机的要求，且结构简单，易于加工，成本相对低下，可以大幅改善制动系统的综合性能，保证汽车行车安全，可应用于任何新能源汽车车型。

附图说明

图1为本发明的EHB助力系统液压波动冲击抑制装置的主缸壳体的结构示意图。

图2为本发明的EHB助力系统液压波动冲击抑制装置的结构图。

图3为本发明的EHB助力系统液压波动冲击抑制装置的直线位移耦合机构的结构示意图。

图4为本发明的EHB助力系统液压波动冲击抑制装置控制方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

如图1、2所示，本发明的EHB助力系统液压波动冲击抑制装置，包括控制装置、主缸壳体44、第一进液口2、第二进液口3、第一活塞7、第二活塞4、第一活塞腔6、第二活塞腔1、第一出油口26、第二出油口24、第一阻尼孔5、第二阻尼孔15、回油孔12、冲击孔14、锥阀阀芯13、第一弹簧11、推杆10、比例电磁铁9、第一位移传感器8、第二位移传感器29、压力传感器25、电机18、齿轮I19、齿轮Ⅱ20、齿轮Ⅲ21、齿轮Ⅳ22、踏板推杆45、第二弹簧31、直线位移耦合机构28、推块23。第一活塞腔6和第二活塞腔1同轴且连通；第一活塞7、第二活塞4分别设置在第一活塞腔6、第二活塞腔1内。第二活塞4通过连杆与第一活塞7连接，第一活塞7的一端与踏板推杆45连接。第一活塞腔6设有第一进液口2和第一出油口26；第二活塞腔1设有第二进液口3和第二出油口24，第二出油口24设有压力传感器25。第一进液口3处开设有第一阻尼孔5，第一阻尼孔5与第一活塞腔6相连通，置于第一活塞7和第二活塞4之间。第一活塞腔6上还开设有第二阻尼孔15一个端口；第二阻尼孔15另一端口与冲击孔14连通，第一阻尼孔5、第二阻尼孔15的孔径不大于1mm。

冲击孔14与第二活塞腔6连通，冲击孔14另一端连接阀芯孔，阀芯孔内设有锥阀阀芯13和推杆10，锥阀阀芯13和推杆10之间还开设有回油孔12，回油孔12另一端连接第二进液口2，锥阀阀芯13和推杆10之间连有第一弹簧11，推杆10与比例电磁铁9连接，推杆10由比例电磁铁9驱动，比例电磁铁9上设有第一位移传感器8。踏板推杆45的另一端穿过直线位移耦合机构28与踏板连接；踏板推杆45上设有第二位移传感器29和第二弹簧31，第二弹簧31位于踏板与直线位移耦合机构28之间。齿轮I19与电机18连接，齿轮I19与齿轮Ⅱ20啮合，齿轮Ⅱ20与齿轮Ⅲ21同轴连接，齿轮Ⅲ21与齿轮Ⅳ22啮合；齿轮Ⅳ22安装在直线位移耦合机构28上。

如图3所示，所述的直线位移耦合机构由壳体28-1、螺母28-2、丝杆28-3、轴承28-4、连接嵌块28-5、推块28-6组成。所述的螺母28-2通过轴承28-4支撑在壳体28-1内；齿轮Ⅳ22与轴承28-4的内圈通过连接嵌块28-5固定连接，齿轮Ⅳ22与螺母28-2固定连接，能够与螺母28-2同速旋转。所述的丝杆28-3与螺母28-2的螺纹孔螺纹连接，丝杆28-3朝向踏板一端与第二弹簧31的一端连接，第二弹簧31能够限制丝杆28-3转动。所述的踏板推杆45的另一端穿过丝杆28-3的中心孔与踏板连接。丝杆28-3朝向第一活塞7的一端上设有助力推块28-6。踏板推杆45通过推块23与第一活塞7连接。第四齿轮22旋转时，丝杆28-3会往前移动，推动助力推块28-6，然后和踏板推杆45共同耦合，作用至推块23上，进而推动第一活塞7移动。所述的电机18采用的是BLDC电机。

如图4所示，本发明的EHB助力系统液压波动冲击抑制装置及控制方法，包括以下步骤：

1)通过第二位移传感器29检测制动踏板位移，快速计算目标转角，发送给电机18，使得电机18快速跟随目标转角值。

通过多次试验获得多组位移x-目标转角θ的对应参数，然后拟合得位移x与目标转角θ的关系公式：θ＝a₁x³+a₂x²+a₃x+a₄；其中a₁、a₂、a₃、a₄为常数，通过位移x与目标转角θ的关系公式计算目标转角。

2)通过目标转角，快速计算目标压力，将目标压力发送给比例电磁铁9，然后转化为比例电磁铁9的位移。

通过多次试验获得多组目标转角θ-目标压力p对应参数，然后拟合得目标转角θ-目标压力p的关系公式：

其中，b₁、b₂、b₃、b₄、b₅为常数，θ₁为常数。

表是通过多次试验获得多组比例电磁铁位移s与目标压力值p对应参数，然后拟合得比例电磁铁位移s与目标压力值p的关系公式：

其中，K为比例电磁铁内参，常数；d为锥阀阀芯端靠近冲击孔的直径；

通过目标转角θ-目标压力p的关系公式计算得到目标压力，通过比例电磁铁位移s与目标压力值p的关系公式计算比例电磁铁位移。

3)通过压力传感器25实时监测第二出油口24的压力值，计算油压波动率，计算谐振数字滤波器的控制参数，发送给电机。

油压波动率Vp计算公式如下：

其中，p_max为十个连续采样时间内油压最大值；p_min为十个连续采样时间内油压最小值；p_ave为十个连续采样时间内油压平均值；通过多次试验获得多组谐振数字滤波器的控制参数λ与油压波动率Vp对应参数，然后拟合得谐振数字滤波器的控制参数λ与油压波动率Vp的关系公式：

其中：λ₁为稳态时谐振数字滤波器的控制参数，常数；c₁、c₂为常数；k、k-1为相邻两个采样时间，表示第k个采样时间和第k-1个采样时间；sgn为符号函数；p(k)、p(k-1)为第k个采样时间的油压和第k-1个采样时间的油压；λ为动态谐振数字滤波器的控制参数。

4)根据油压波动率大小，进行阈值判断，若小于阈值，电机采用正常导通换向角度，否则，电机采用超前导通换向角度。

导通换向角度β计算公式如下：

其中，Vp_con为油压波动率阈值，常数；i为换向角度超前系数，常数。

制动踏板踩下，踏板推杆输入端45产生直线位移，第二位移传感器29将所检测到的位移，将目标转角发送给电机控制器，将目标压力发送给比例电磁铁9。电机以目标转角进行快速跟踪控制，比例电磁铁9则以目标压力值作为卸压点。

当电机18以目标转角为目标控制时，第二出油口24的压力值经压力传感器25反馈至电机控制回路，计算电机导通换向角度和谐振数字滤波器控制参数，双重抑制电机18输出转矩脉动，来改善制动主缸油压波动情况。

当比例电磁铁9以目标压力为目标控制时，第一出油口26的压力会滞后于第二出油口24的压力，主缸内第二活塞腔6先产生液压冲击，如果第二活塞腔6压力大于目标压力，则会触发锥阀阀芯13往右边移动，第一弹簧11被压缩，回油孔12将多余的油液返回至第二进液口3，从而降低了第二活塞腔6的液压冲击现象；第一活塞腔1的受力特性受到第二活塞腔6的动态影响，进而是跟随第二活塞腔6的油压特性。

在上述情况下，第一阻尼孔5和第二阻尼孔15的设置，因第一出油口26的压力滞后，第一阻尼孔5和第二阻尼孔15在第一活塞腔1内形成串联回路，第一活塞腔1的容积保持不变，在改善第一活塞腔1的油压波动及冲击性能的同时，还维持了良好的制动踏板感，防止了制动踏板45抖动。

Claims (9)

1.一种EHB助力系统液压波动冲击抑制装置，其特征是：包括控制装置、主缸壳体、第一活塞、第二活塞、锥阀阀芯、第一弹簧、推杆、比例电磁铁、压力传感器、电机、踏板推杆及直线位移耦合机构；所述的主缸壳体设有第一活塞腔、第二活塞腔、冲击孔及阀芯孔，第一活塞腔和第二活塞腔同轴且连通；第一活塞、第二活塞分别设置在第一活塞腔、第二活塞腔内；第一活塞腔设有第一进液口和第一出油口；第二活塞腔设有第二进液口和第二出油口；第二出油口处设有压力传感器；第一进液口处开设有第一阻尼孔，第一阻尼孔与第一活塞腔相连接；第一活塞腔上开设有第二阻尼孔的一个端口，第二阻尼孔另一端口与冲击孔连接，冲击孔与第二活塞腔连通，冲击孔另一端连接阀芯孔，阀芯孔内设有锥阀阀芯和推杆，锥阀阀芯和推杆之间还开设有回油孔，回油孔另一端连接第二进液口，锥阀阀芯和推杆之间连有第一弹簧，推杆与比例电磁铁连接，比例电磁铁上设有第一位移传感器，第二活塞通过连杆与第一活塞连接，第一活塞的一端与踏板推杆连接，踏板推杆的另一端穿过直线位移耦合机构与踏板连接；踏板推杆上设有第二位移传感器和第二弹簧，第二弹簧位于踏板与直线位移耦合机构之间；直线位移耦合机构通过传动机构与电机连接，直线位移耦合机构能够推动踏板推杆移动，电机、比例电磁铁、压力传感器、第一位移传感器及第二位移传感器分别与控制装置连接。

2.根据权利要求1所述的EHB助力系统液压波动冲击抑制装置，其特征是：所述的传动机构包括齿轮I、齿轮Ⅱ、齿轮Ⅲ和齿轮Ⅳ；齿轮I与电机连接，齿轮I与齿轮Ⅱ啮合，齿轮Ⅱ与齿轮Ⅲ同轴连接，齿轮Ⅲ与齿轮Ⅳ啮合；齿轮Ⅳ安装在直线位移耦合机构上。

3.根据权利要求1所述的EHB助力系统液压波动冲击抑制装置，其特征是：所述的直线位移耦合机构包括壳体、螺母、丝杆、连接嵌块；所述的螺母通过轴承支撑在壳体内；齿轮Ⅳ与轴承的内圈通过连接嵌块固定连接，齿轮Ⅳ与螺母固定连接；所述的丝杆与螺母的螺纹孔螺纹连接，丝杆朝向踏板一端与第二弹簧的一端连接；所述的踏板推杆的另一端穿过丝杆的中心孔与踏板连接。

4.根据权利要求1所述的EHB助力系统液压波动冲击抑制装置，其特征是：所述第一阻尼孔、第二阻尼孔、回油孔、冲击孔均开设在主缸壳体内；第一阻尼孔位于第一活塞与第二活塞之间，第二阻尼孔一端位于第一活塞与第二活塞之间，第二阻尼孔的另一端与冲击孔相连；第一阻尼孔和第二阻尼孔孔径不大于1mm。

5.一种权利要求1-4中任一权利要求所述EHB助力系统液压波动冲击抑制装置的控制方法，包括以下步骤：

1)通过第二位移传感器检测制动踏板位移，快速计算目标转角，发送给电机，使得电机快速跟随目标转角值；

2)通过目标转角，快速计算目标压力，将目标压力发送给比例电磁铁，然后转化为比例电磁铁位移；

3)通过压力传感器实时监测第二出油口的压力值，计算油压波动率，计算谐振数字滤波器的控制参数，发送给电机；

4)根据油压波动率大小，进行阈值判断，若小于阈值，电机采用正常导通换向角度，否则，电机采用超前导通换向角度。

6.根据权利要求5所述EHB助力系统液压波动冲击抑制装置的控制方法，所述步骤1)中，通过多次试验获得多组位移x-目标转角θ的对应参数，然后拟合得位移x与目标转角θ的关系公式：θ＝a₁x³+a₂x²+a₃x+a₄；其中a₁、a₂、a₃、a₄为常数，通过位移x与目标转角θ的关系公式计算目标转角。

7.根据权利要求5所述EHB助力系统液压波动冲击抑制装置的控制方法，所述步骤2)中，通过多次试验获得多组目标转角θ-目标压力p对应参数，然后拟合得目标转角θ-目标压力p的关系公式：

其中，b₁、b₂、b₃、b₄、b₅为常数，θ₁为常数；

通过多次试验获得多组比例电磁铁位移s与目标压力值p对应参数，然后拟合得比例电磁铁位移s与目标压力值p的关系公式：

其中，K为比例电磁铁内参，常数；d为锥阀阀芯端靠近冲击孔的直径；

通过目标转角θ-目标压力p的关系公式计算得到目标压力，通过比例电磁铁位移s与目标压力值p的关系公式计算比例电磁铁位移。

8.根据权利要求5所述EHB助力系统液压波动冲击抑制装置的控制方法，所述步骤3)中，油压波动率Vp计算公式如下：

其中，p_max为十个连续采样时间内油压最大值；p_min为十个连续采样时间内油压最小值；p_ave为十个连续采样时间内油压平均值；通过多次试验获得多组谐振数字滤波器的控制参数λ与油压波动率Vp对应参数，然后拟合得谐振数字滤波器的控制参数λ与油压波动率Vp的关系公式：

其中λ₁为稳态时谐振数字滤波器的控制参数，常数；c₁、c₂为常数；k、k-1为相邻两个采样时间，表示第k个采样时间和第k-1个采样时间；sgn为符号函数；p(k)、p(k-1)为第k个采样时间的油压和第k-1个采样时间的油压；λ为动态谐振数字滤波器的控制参数。

9.根据权利要求5所述EHB助力系统液压波动冲击抑制装置的控制方法，所述步骤4)中，导通换向角度β计算公式如下：

其中，Vp_con为油压波动率阈值，常数；i为换向角度超前系数，常数。

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