CN111731253B - 集成式电子液压制动系统制动力控制装置及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种集成式电子液压制动系统制动力控制装置及其控制方法，装置包括：传感器模块、制动力计算模块、制动力控制模块、摩擦补偿模块、电机控制模块及堵转保护模块；本发明设计采用的滑膜控制与摩擦补偿的制动液压力控制方法实现了集成式电子液压制动系统的鲁棒控制问题，提高了系统的响应速度，制动性能与工作可靠性。

Description

集成式电子液压制动系统制动力控制装置及其控制方法

技术领域

本发明属于汽车线控制动系统控制技术领域，具体指代一种含电机堵转保护的集成式电子液压制动系统控制装置及其控制方法。

背景技术

汽车制动系统是保障汽车行驶安全性的极为重要的系统，线控液压制动系统作为目前最热门的研究方向之一，其优越性在于制动响应速度快、制动效能好，易于实现制动防抱死等功能。目前广泛研究的线控液压制动系统主要分为两种，一种是采用高压蓄能器和双向导通电磁阀作为执行机构的泵式液压制动系统，但是这种制动系统中有许多液压管路，制动液泄露风险较大；另一种是以电机和减速机构为执行机构的集成式电子液压制动系统，其可以有效降低制动液泄露的风险，并且具有更高的制动响应速度。然而，集成式电子液压制动系统多采用单电机作为动力源，且为非线性时变系统，其工作受到温度、摩擦、载荷扰动等多重不确定因素的影响，容易迟滞效应，控制精度低等问题。此外，制动工况下，制动器温度较高、并且会产生较大的冲击，因此电机工作环境较为苛刻，此外制动强度较大时电机常常需要在堵转工况下工作，长时间处于堵转工况势必会增加电机高温烧毁的风险，进而引起制动系统失效，驾驶安全受到极大地威胁。

磁流变液是一种具有流体特性的智能材料，在磁场作用下，磁流变液的材料属性能够在牛顿流体和半固体状态之间快速、连续并可逆地调节。弱磁场下，磁流变液表现为牛顿流体的特性，具有低粘度、低剪切屈服强度；强磁场下，磁流变液由原先的粘性流态转化为固态，并且具有高剪切屈服强度，并且转化过程只经历了毫秒量级的时间。磁流变液还具有能耗低、制备方便、温度适用范围宽、不易污染等特点，近年来磁流变液也被广泛应用于汽车、机械、建筑等领域，并且将该技术应用于制动系统也是具有创新性和可行性的。

发明内容

针对于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种集成式电子液压制动系统制动力控制装置及其控制方法，以解决现有技术中电子液压制动系统负荷过大引起的电机堵转问题及制动力精确控制问题。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：

本发明的一种集成式电子液压制动系统制动力控制装置，包括：传感器模块、制动力计算模块、制动力控制模块、摩擦补偿模块、电机控制模块及堵转保护模块；

所述传感器模块用于采集踏板位移变化信号、踏板位移速度信号、实际制动液压力信号、电机温度信号和电机电流信号；

所述制动力计算模块与传感器模块相连；根据传感器模块输出的踏板位移信号与踏板位移速度信号得到电子液压制动系统外特性曲线，从而得到期望制动液压力，并传输给制动力控制模块；

所述摩擦补偿模块根据实际制动液压力，计算得到电机补偿控制信号；

所述制动力控制模块根据期望制动液压力与传感器模块输出的实际制动液压力的差值计算得到电机基础控制信号，并传输给电机控制模块；

所述电机控制模块根据电机基础控制信号与电机补偿控制信号之和，通过占空比控制方法，输出相应的控制电压；

所述堵转保护模块根据传感器模块输出的电机电流信号与电机温度信号判断电机状态，并输出控制电流给电机堵转保护装置。

优选地，所述传感器模块包括：制动踏板位移传感器、制动踏板速度传感器、液压力传感器、电流传感器、温度传感器。

优选地，所述期望制动液压力为根据电子液压制动系统外特性曲线查询制动力特性表得到。

优选地，所述摩擦补偿模块采用自适应颤振信号进行摩擦补偿，所述补偿信号为：

u_c(t)＝ap+b

式中：a、b均为控制信号补偿系数，由试验数据拟合得到；p为制动液压力。

优选地，所述制动力控制模块采用滑模控制原理设计，采用制动液压力的反馈控制方法，根据计算得到的期望制动液压力与实际制动液压力的差值进行反馈控制；

定义控制误差为：e＝p_r-p

设滑模面函数为：s＝e

选取指数趋近率为：

得电机电压控制率为：

利用饱和函数代替原来的符号函数

在保证鲁棒性的前提下，减缓抖振；

式中：θ_m为电机转角；R为电机电枢电阻；I为电机电流；L为电机电感；p_r为期望制动液压力；p为实际制动压力；k为指数趋近项系数；sgn(s)为符号函数；ε为调整参数；Δ为边界层厚度；i为减速机构传动比；K_ε为电机反电动势系数。

优选地，所述堵转保护模块控制堵转保护模块装置中励磁线圈中电流大小，进而控制励磁线圈产生磁场的强弱，实现对磁流变液粘度、剪切屈服强度的控制。

本发明还提供一种集成式电子液压制动系统的制动力控制方法，基于上述装置，包括步骤如下：

1)获取制动踏板输入的制动信号；

2)根据传感器模块所采集到的制动踏板位移信号、制动踏板位移速度信号及电子液压制动系统外特性曲线得到期望制动液压力；

3)根据期望制动液压力与实际制动液压力的差值对制动电机进行反馈控制，得到电机基础控制信号；

4)将电机补偿控制信号与电机基础控制信号相加后输入到电机控制模块中；

5)根据电机补偿控制信号与电机基础控制信号的和值，输出相应的电机控制电压，使制动系统输出实际制动液压力；

6)根据电机电流信号与电机温度信号判断电机是否堵转过热；若是，则减小堵转保护装置控制电流；若否，则返回步骤1)。

本发明的有益效果：

本发明利用磁流变液的性质设计的电机堵转保护装置，能够防止电机在堵转工况下过热烧毁，提高系统的工作可靠性。

本发明设计采用的滑膜控制与摩擦补偿的制动液压力控制方法实现了集成式电子液压制动系统的鲁棒控制问题，提高了系统的响应速度，制动性能与工作可靠性。

附图说明

图1为本发明装置的原理框图。

图2为含电机堵转保护的集成式电子液压制动系统的结构示意图。

图3为电机堵转保护保护装置结构图。

具体实施方式

为了便于本领域技术人员的理解，下面结合实施例与附图对本发明作进一步的说明，实施方式提及的内容并非对本发明的限定。

参照图1所示，本发明的一种集成式电子液压制动系统制动力控制装置，包括：传感器模块、制动力计算模块、制动力控制模块、摩擦补偿模块、电机控制模块及堵转保护模块；

所述传感器模块用于采集踏板位移变化信号、踏板位移速度信号、实际制动液压力信号、电机温度信号和电机电流信号；传感器模块包括：制动踏板位移传感器、制动踏板速度传感器、液压力传感器、电流传感器、温度传感器；

所述制动力计算模块与传感器模块相连；根据传感器模块输出的踏板位移信号与踏板位移速度信号得到电子液压制动系统外特性曲线，再根据电子液压制动系统外特性曲线查询制动力特性表得到期望制动液压力，并传输给制动力控制模块；

所述摩擦补偿模块根据实际制动液压力，计算得到电机补偿控制信号；所述摩擦补偿模块采用自适应颤振信号进行摩擦补偿，所述补偿信号为：

u_c(t)＝ap+b

式中：a、b均为控制信号补偿系数，由试验数据拟合得到；p为制动液压力；

所述制动力控制模块根据期望制动液压力与传感器模块输出的实际制动液压力的差值计算得到电机基础控制信号，并传输给电机控制模块；采用滑模控制原理设计，采用制动液压力的反馈控制方法，根据计算得到的期望制动液压力与实际制动液压力的差值进行反馈控制；

定义控制误差为：e＝p_r-p

设滑模面函数为：s＝e

选取指数趋近率为：

得电机电压控制率为：

利用饱和函数代替原来的符号函数

在保证鲁棒性的前提下，减缓抖振；

式中：θ_m为电机转角；R为电机电枢电阻；I为电机电流；L为电机电感；p_r为期望制动液压力；p为实际制动压力；k为指数趋近项系数；sgn(s)为符号函数；ε为调整参数；Δ为边界层厚度；i为减速机构传动比；K_ε为电机反电动势系数；

所述电机控制模块根据电机基础控制信号与电机补偿控制信号之和，通过占空比控制方法，输出相应的控制电压；

所述堵转保护模块根据传感器模块输出的电机电流信号与电机温度信号判断电机状态，并输出控制电流给电机堵转保护装置；其控制堵转保护模块装置中励磁线圈中电流大小，进而控制励磁线圈产生磁场的强弱，实现对磁流变液粘度、剪切屈服强度的控制

参照图2所示，本发明的制动力控制装置(ECU)应用于一种含电机堵转保护的集成式电子液压制动系统中，该系统还包含：制动电机1、电机堵转保护装置2、制动减速机构3、制动主缸4、储油罐5、制动轮缸10。

制动电动1输出转矩通过电机堵转保护装置2、制动减速机构3，将旋转运动转化为直线运动，并推动制动主缸4中的制动液，对制动液建压并传递到制动轮缸10中，实现系统制动。

制动力控制装置(ECU)6根据驾驶员输入的踏板位移信号7与踏板速度信号8计算得到期望制动液压力，并通过对制动电机1的控制实现目标制动力。

参照图3所示，所述电机堵转保护装置2包括：输入轴21、壳体22、励磁线圈23、主动盘24、从动盘25、输出轴26、磁流变液27；其中，壳体22、主动盘24、从动盘25之间形成的空腔内填满磁流变液27；

输入轴21与制动电机1固连；输入轴21与主动盘24固连，输出轴26与从动盘25固连；输出轴26将电机堵转保护装置2的输出力矩和转速传递到制动减速装置3；

电子控制单元6控制励磁线圈23中电流大小，进而控制励磁线圈23产生的磁场强弱，以控制磁流变液27的粘性和剪切屈服强度；正常工作模式下，励磁线圈113均产生强磁场使得磁流变液27具有高粘度和高剪切屈服极限，此时主动盘24和从动盘25依靠磁流变液27实现固连传动；制动电机1发生堵转过热时，制动力控制装置6降低励磁线圈23中的电流，从而降低磁场，以达到降低磁流变液27粘度的目的，最终使得制动电机1脱离堵转工况并转动。

一种集成式电子液压制动系统的制动力控制方法，基于上述装置，包括步骤如下：

1)获取制动踏板输入的制动信号；

2)根据传感器模块所采集到的制动踏板位移信号、制动踏板位移速度信号及电子液压制动系统外特性曲线得到期望制动液压力；

3)根据期望制动液压力与实际制动液压力的差值对制动电机进行反馈控制，得到电机基础控制信号；

4)将电机补偿控制信号与电机基础控制信号相加后输入到电机控制模块中；

5)根据电机补偿控制信号与电机基础控制信号的和值，输出相应的电机控制电压，使制动系统输出实际制动液压力；

6)根据电机电流信号与电机温度信号判断电机是否堵转过热；若是，则减小堵转保护装置控制电流；若否，则返回步骤1)。

本发明具体应用途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种集成式电子液压制动系统制动力控制装置，其特征在于，包括：传感器模块、制动力计算模块、制动力控制模块、摩擦补偿模块、电机控制模块及堵转保护模块；

所述传感器模块用于采集踏板位移变化信号、踏板位移速度信号、实际制动液压力信号、电机温度信号和电机电流信号；

所述制动力计算模块与传感器模块相连；根据传感器模块输出的踏板位移信号与踏板位移速度信号得到电子液压制动系统外特性曲线，从而得到期望制动液压力，并传输给制动力控制模块；

所述摩擦补偿模块根据实际制动液压力，计算得到电机补偿控制信号；

所述制动力控制模块根据期望制动液压力与传感器模块输出的实际制动液压力的差值计算得到电机基础控制信号，并传输给电机控制模块；

所述电机控制模块根据电机基础控制信号与电机补偿控制信号之和，通过占空比控制方法，输出相应的控制电压；

所述堵转保护模块根据传感器模块输出的电机电流信号与电机温度信号判断电机状态，并输出控制电流给电机堵转保护装置；

所述摩擦补偿模块采用自适应颤振信号进行摩擦补偿，补偿信号为：

u_c(t)＝ap+b

式中：a、b均为控制信号补偿系数，由试验数据拟合得到；p为制动液压力。

2.根据权利要求1所述的集成式电子液压制动系统制动力控制装置，其特征在于，所述传感器模块包括：制动踏板位移传感器、制动踏板速度传感器、液压力传感器、电流传感器、温度传感器。

3.根据权利要求1所述的集成式电子液压制动系统制动力控制装置，其特征在于，所述期望制动液压力为根据电子液压制动系统外特性曲线查询制动力特性表得到。

4.根据权利要求1所述的集成式电子液压制动系统制动力控制装置，其特征在于，所述堵转保护模块控制电机堵转保护装置中励磁线圈中电流大小，进而控制励磁线圈产生磁场的强弱，实现对磁流变液粘度、剪切屈服强度的控制。

5.一种集成式电子液压制动系统的制动力控制方法，基于上述权利要求1至4中任一集成式电子液压制动系统制动力控制装置，其特征在于，包括步骤如下：

1)获取制动踏板输入的制动信号；

2)根据传感器模块所采集到的制动踏板位移信号、制动踏板位移速度信号及电子液压制动系统外特性曲线得到期望制动液压力；

3)根据期望制动液压力与实际制动液压力的差值对制动电机进行反馈控制，得到电机基础控制信号；

4)将电机补偿控制信号与电机基础控制信号相加后输入到电机控制模块中；

5)根据电机补偿控制信号与电机基础控制信号的和值，输出相应的电机控制电压，使制动系统输出实际制动液压力；

6)根据电机电流信号与电机温度信号判断电机是否堵转过热；若是，则减小堵转保护装置控制电流；若否，则返回步骤1)。

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