CN112477834B - 一种双绕组电机电子机械制动系统及其控制方法 - Google Patents

一种双绕组电机电子机械制动系统及其控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种双绕组电机电子机械制动系统及其控制方法，系统包括：踏板模块、制动模块、驱动模块、供电模块和控制模块；本发明利用双绕组电机替代原有EMB驱动电机，利用双绕组电机的自身的绕组容错特性，提供制动系统的驱动层容错。此外，为了保证双绕组电机在冗余控制时不被供电系统约束，将原有蓄电池供电系统改为蓄电池与超级电容的混合储能系统供电，提供制动系统的供电层容错。

Description

一种双绕组电机电子机械制动系统及其控制方法
技术领域
本发明属于车辆机械制动技术领域，具体指代一种双绕组电机电子机械制动系统及其控制方法。
背景技术
近年来随着智能驾驶的发展，智能驾驶对底盘系统提出了线控化需求，促使传统车辆的底盘系统也迎来了技术革新。其中制动系统作为汽车底盘至关重要的一环，是保障驾乘人员安全的基础设施。目前线控制动系统主要可分为两类，即电子液压制动系统(EHB)和电子机械制动系统(EMB)。EMB相比EHB依然采用了液压系统提供动力，其制动过程仍然离不开传统的液压部件，因此其结构还不够简单，而EMB则完全抛弃了液压部件及管道消除了液压油泄露的风险，结构更简单，维护安装更加方便，同时由于没有了带有腐蚀性的液压液体，更加环保。同时EMB还具有更快的响应速度、更加集成的系统结构、满足车辆发展轻量化需求以及更简单的控制等优点。由于EMB系统具有其他制动系统无法比拟的优点，使得其成为了未来制动系统发展的必然方向。
但是，由于EMB系统提供的制动力难以满足大型和工业车辆的需求以及其不具有备份功能的缺点使得目前EMB还难以在应用在实车上，严重制约了汽车智能化发展的脚步。目前，对于这个问题目前有一定的解决方法，如中国发明专利申请号为CN202010257647.8中公开的一种具有液压备份制动的线控制制动系统，在电子机械制动的基础上加设一套液压备份制动系统；中国发明专利申请号为CN202010483837.1中公开的一种具有备份制动系统的线控制动系统及其控制方法，在电子机械制动中增设一套备份制动系统，还有些研究增设了备份的控制系统进行了软件层面的冗余。其中在原有系统上增设一套备份制动系统，虽然能够解决EMB没有备份制动的问题，但是其不仅增加了机械结构，还需要对原有系统进行很大的改进，存在成本过高的问题。同时，由于EMB供电过于依赖于车辆蓄电池组，仅从驱动层面上加设冗余系统并不能完全保证制动系统的可靠性，目前有研究在原有单蓄电池组的基础上加设了另外一套蓄电池供电系统，但是这种设计会导致整车质量上升不利于整车经济型和轻量化，同时也会增加成本。而增设控制器只能保证软件层面的冗余，如果硬件故障则仍然无法保证车辆安全。
双绕组电机是一种具有独立的两套绕组，两套绕组分别由控制器中两个逆变模块供电，并由两个独立的控制芯片控制，可以实现安全冗余的电动机。两套绕组根据工况特点可进行同时工作或单独工作，具有电机输出扭矩大，重量轻，转矩脉动小等优点。因此，双绕组电机可以用于实现各种系统的备份功能，如中国发明专利申请号为CN201911264605.0中公开的一种双源双绕组电机线控转向系统及其容错控制方法。可见双绕组电机在智能汽车的底盘上具有广阔的应用前景。
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双绕组电机电子机械制动系统及其控制方法，以解决现有技术中存在的EMB系统软件冗余不能保证硬件故障时的安全；难以适用于重型及工业车辆；供电冗余质量大、不利于车辆轻量化以及冗余制动系统结构复杂、成本较高、不利于装车等问题；本发明利用双绕组电机替代原有EMB驱动电机，利用双绕组电机的自身的绕组容错特性，提供制动系统的驱动层容错。此外，为了保证双绕组电机在冗余控制时不被供电系统约束，将原有蓄电池供电系统改为蓄电池与超级电容的混合储能系统供电，提供制动系统的供电层容错。最后对双绕组电机的独立绕组进行单独控制，提供软件层的容错，进一步提高系统的容错能力。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：
本发明的一种双绕组电机电子机械制动系统，包括：踏板模块、制动模块、驱动模块、供电模块和控制模块；
踏板模块包括：制动踏板、踏板支架、踏板转轴、连杆、推杆和踏板感觉模拟器；
所述踏板支架安装在车辆承载式车身上；
所述踏板感觉模拟器的下端固定在踏板支架上，其包括：推块、模拟器壳体、外圈弹簧、内圈弹簧、上端盖、下端盖、调整垫片和底座；
所述推块的输入端与所述推杆的输出端固定连接，输出端压靠在所述外圈弹簧顶部；
所述上端盖、下端盖分别旋装在所述模拟器壳体的上、下两端；
所述外圈弹簧和内圈弹簧位于所述模拟器壳体内部，分别套装在所述底座上，用于产生模拟的踏板力；
所述调整垫片位于模拟器壳体与踏板支架之间，用于调整踏板感觉模拟器的预紧力；
所述踏板转轴的输入端与所述制动踏板的输出端固定连接，输出端与所述连杆的输入端固定连接；
所述推杆的输入端与所述连杆的输出端铰接；
制动模块包括：制动器、制动盘和车轮；
所述制动器固定在车辆的车桥上，其输出端在制动时作用在所述制动盘上；
所述制动盘安装在所述车轮的轮毂上；
驱动模块包括：主电机总成、双绕组电机和双绕组电机减速器；
所述主电机总成的输出端与所述车轮的输入端相连，用于驱动车轮行驶；
所述双绕组电机包括：定子、转子总成、机座、绕组A、绕组A电流传感器、绕组B、绕组B电流传感器、转速传感器和输出轴；
所述定子与所述机座固结，其上开有绕组槽，所述绕组A和绕组B的同相绕组之间相互错开嵌放在定子上的绕组槽中；
所述绕组A与绕组B的输入端分别与所述绕组A电流传感器和绕组B电流传感器电气连接，输出端分别作用在所述转子总成上；
所述转子总成包括：转子及转子线圈，所述转子线圈绕缠在转子上，所述转子固结于所述输出轴的输入端；
所述转速传感器安装在所述输出轴上；
所述双绕组电机减速器的输入端与所述输出轴的输出端相连，输出端与所述制动器的输入端相连；
供电模块包括：蓄电池组、超级电容、整流器和电流调节模块；
所述蓄电池组的输出端与所述电流调节模块的输入端电气相连，输入端与所述超级电容的输出端电气相连，用于给系统供电和接收超级电容的能量；
所述电流调节模块的输出端与所述双绕组电机和主电机总成的输入端电气相连；
所述整流器的输入端与所述主电机总成的输出端电气相连，输出端与所述超级电容的输入端相连，用于将再生制动能量输出到超级电容中存储；
控制模块包括：主控制单元、绕组A控制单元、绕组B控制单元、踏板速度传感器、踏板位移传感器和制动力传感器；
所述踏板位移传感器和踏板速度传感器安装在所述推杆上，并与所述主控制单元电气连接；
所述制动力传感器安装在所述制动器中，并与所述主控制单元电气连接；
所述绕组A控制单元和绕组B控制单元的输入端分别与所述绕组A电流传感器和绕组B电流传感器的输出端电气相连，两者均与所述主控制单元的输出端电气相连；
所述主控制单元、绕组B控制单元和绕组A控制单元的输出端与所述电流调节模块的输入端电气相连。
进一步地，所述双绕组电机为直流电机。
进一步地，所述制动器为定嵌盘式制动器。
进一步地，所述各传感器输出的信号通过车载CAN总线共享。
本发明还提供了一种双绕组电机电子机械制动系统的控制方法，基于上述系统，包含以下步骤：
(1)制动踏板进行制动时，采集车辆制动踏板信号、电流信号和制动力信号，并将信号传输到主控制单元；
(2)主控制单元计算得到所需的总目标制动力Fz和期望制动强度z，并根据总目标制动力Fz和期望制动强度z以及路面附着系数进行再生制动力Fs和前、后车轮的制动力Ff和Fr的分配，并根据前、后车轮的制动力Ff和Fr的大小分配绕组A和绕组B的控制量UA和UB，并分别发送控制信号给绕组A控制单元和绕组B控制单元；
(3)绕组A控制单元和绕组B控制单元根据步骤(2)的发送的控制信号，控制电流调节模块输入响应的电流，进一步控制双绕组电机输出对应的转矩，同时主控制单元根据实际制动力信号，对制动力进行控制，完成车辆制动；
(4)制动过程中主控制单元检测整个制动系统，绕组A控制单元和绕组B控制单元检测主控制单元，进行故障诊断，并根据诊断结果，结合对应故障对制动系统进行容错控制。
进一步地，所述踏板信息为踏板位移信号、踏板速度信号。
进一步地，所述步骤(2)中制动力分配时，制动力分配范围应在I曲线、f曲线和ECE法规曲线的包络区间内，具体表示为：
I曲线：
Figure GDA0003181640000000041
f曲线：
Figure GDA0003181640000000042
ECE法规曲线：
Figure GDA0003181640000000043
式中，G＝mg为车辆重力，m为车辆质量，g＝9.8m/s2为重力加速度；hg为车辆质心高度；b为车辆质心至后轴的距离；L为车辆轴距；μ为路面附着系数。
进一步地，所述步骤(2)中总目标制动力、再生制动力和车辆前后轮制动力关系为：
Fz＝Fs+Ff+Fr。
进一步，所述步骤(2)中双绕组电机的绕组A和绕组B的控制量分配步骤为：
(21)设置绕组A的额定输入电流阈值和最高输出电流分别为ithA和imaxA；
(22)设置绕组B的额定输入电流阈值和最高输出电流分别为ithB和imaxB；
(23)当需求绕组总控制量U<ithA时，绕组A控制量UA＝U，绕组B控制量UB＝0；
(24)当需求绕组总控制量ithA<U<ithA+ithB时，绕组A控制量UA＝ithA，绕组B控制量UB＝U-ithA；
(25)当需求绕组总控制量ithA+ithB<U<imaxA+ithB时，绕组A控制量UA＝U-ithB，绕组B控制量UB＝ithB；
(26)当需求绕组总控制量imaxA+ithB<U<imaxA+imaxB时，绕组A控制量UA＝imaxA，绕组B控制量UB＝U-imaxA。
进一步地，所述步骤(3)中双绕组电机中的绕组A和绕组B的控制均采用PID闭环控制方法，具体步骤为：
(31)绕组A控制单元和绕组B控制单元分别接收各自的绕组的电流信号iA、iB和主控制单元的控制信号UA、UB，并进行对比，计算出实际电流和控制信号的误差值eA＝UA-iA,eB＝UB-iB；
(32)将步骤(31)中得到的误差值eA和eB作为闭环控制的输入，绕组A和绕组B控制单元的输出模型为：
Figure GDA0003181640000000051
式中，ui为绕组控制单元的输出控制量；Ki为比例系数；Ti为积分常数；Tdi为微分常数；ui为初始控制输出。
进一步地，所述步骤(3)中制动力的控制采用滑模鲁棒控制方法，以实际制动力信号和总目标制动力的误差值为控制输入，以绕组A的电流调整量为控制输出。
进一步地，所述步骤(4)中的容错控制策略步骤如下：
(41)将可能出现的故障分为：执行层单绕组故障、控制层单绕组控制单元故障、供电层单供电源故障、执行层全故障、控制层全故障、供电层全故障和复合故障，并针对不同故障制定不同的容错控制策略；
(42)若诊断结果为执行层单绕组故障即A(B)故障，且此时控制量U<imaxB(imaxA)，切换为B(A)绕组单独工作，若此时U>imaxB(imaxA)，则将超出部分划分到再生制动力，保证制动系统正常工作，同时提醒驾驶员减速；
(43)若诊断结果为控制层单绕组控制单元故障故障即绕组A(B)控制单元故障，此时主控制单元对绕组A(B)进行接管控制，保证制动力矩的输出；
(44)若诊断结果为供电层单供电源故障即蓄电池组(超级电容)故障，主控制单元将双绕组电机的供电方式切换为超级电容(蓄电池组)供电，若是超级电容故障则调整再生制动能量回收到蓄电池组，若是蓄电池组故障则提醒驾驶员供电能量不足；
(45)若诊断结果为执行层双故障，主控单元将需求制动力全部分到再生制动，依靠再生制动进行制动，同时车辆进行自主减速；
(46)若诊断结果为控制层双故障，主控制单元对绕组控制单元进行接管，不再输出控制量信号，转为直接输出双绕组电机控制到电流调节模块，进行双绕组的同时控制；
(47)若出现供电层双故障则车载电驱动设备全部失灵，此时无法进行故障检测，对这种故障不做考虑；
(48)若诊断结果为复合故障即出现上述两种及以上的故障同时出现的情况，则依据步骤(42)-(44)中的单独故障的控制策略，同时对制动系统的工作模式进行调整，然后根据复合故障个数和类型，对驾驶员进行不同程度的警告。
进一步地，所述步骤(48)中警告程度的分级为：绕组和控制单元同时出现故障时提醒驾驶员减速，若是绕组和蓄电池组故障则提醒驾驶员靠边停车，若是绕组和超级电容故障则提醒驾驶员减速，若控制单元和超级电容故障则提醒驾驶员到达目的地维修，若控制器和蓄电池故障则提醒驾驶员靠边停车。
进一步地，若以上故障同时出现，则车辆自主进行紧急减速操作，同时提醒驾驶员稳定方向。
本发明的有益效果：
本发明将原有EMB驱动电机替换为双绕组电机，由于双绕组电机可以进行双绕组同时驱动，能够进一步提高电机功率和输出转矩，可应用于中大型和工业车辆，扩大EMB应用范围和市场竞争力。
本发明同时采用双绕组电机驱动和混合储能系统供电，从执行层可以用双绕组进行冗余，从供电层可用蓄电池和超级电容分别供电，从控制层对双绕组电机的不同绕组进行独立的控制进行软件层冗余，实现了制动系统的多层次复合容错能力。
本法明仅替换了原有制动系统的驱动电机和改变了供电模式，未改变具体的制动系统的原有结构，因此容易在现有车辆上进行加装，装车容易，且成本变化不大，提升了EMB系统的可靠性的同时，并未影响EMB的成本，进一步提高本发明的实际应用能力和竞争力。
附图说明
图1为本发明双绕组电机电子机械制动系统示意图；
图2为本发明踏板感觉模拟器的示意图；
图3为本发明的双绕组电机示意图；
图4为本发明制动力分配范围示意图；
图5为本发明双绕组电机控制流程示意图；
图6为本发明容错控制流程示意图；
图中，1-车轮，2-制动盘，3-制动器，4-制动力传感器，5-双绕组电机减速器，6-转速传感器，7-双绕组电机，8-绕组B电流传感器，9-绕组A电流传感器，10-主电机总成，11-绕组B控制单元，12-绕组A控制单元，13-制动踏板，14-踏板转轴，15-连杆，16-推杆，17-踏板位移传感器，18-踏板速度传感器，19-踏板感觉模拟器，20-踏板支架，21-主控制单元，22-电流调节模块，23-蓄电池组，24-超级电容，25-整流器，26-上端盖，27-推块，28-外圈弹簧，29-内圈弹簧，30-调整垫片，31-下端盖，32-底座，33-紧固螺钉，34-模拟器壳体，35-机座，36-绕组B，37-绕组A，38-定子，39-转子，40-转子线圈，41-输出轴。
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-图3所示，本发明的一种双绕组电机电子机械制动系统，包括：踏板模块、制动模块、驱动模块、供电模块和控制模块；
踏板模块包括：制动踏板13、踏板支架20、踏板转轴14、连杆15、推杆16和踏板感觉模拟器19；
所述踏板支架20安装在车辆承载式车身上；
所述踏板感觉模拟器19的下端固定在踏板支架20上，其包括：推块27、模拟器壳体33、外圈弹簧28、内圈弹簧29、上端盖26、下端盖31、调整垫片30和底座32；
所述推块27的输入端与所述推杆16的输出端固定连接，输出端压靠在所述外圈弹簧28顶部；
所述上端盖26、下端盖31分别旋装在所述模拟器壳体33的上、下两端；
所述外圈弹簧28和内圈弹簧29位于所述模拟器壳体34内部，分别套装在所述底座32上，用于产生模拟的踏板力；
所述调整垫片30位于模拟器壳体33与踏板支架20之间，用于调整踏板感觉模拟器19的预紧力；
所述踏板转轴14的输入端与所述制动踏板13的输出端固定连接，输出端与所述连杆15的输入端固定连接；
所述推杆16的输入端与所述连杆15的输出端铰接；
制动模块包括：制动器3、制动盘2和车轮1；
所述制动器3固定在车辆的车桥上，其输出端在制动时作用在所述制动盘2上；
所述制动盘2采用螺钉安装在所述车轮1的轮毂上；
驱动模块包括：主电机总成10、双绕组电机7和双绕组电机减速器5；
所述主电机总成10的输出端与所述车轮1的输入端相连，用于驱动车轮1行驶；
所述双绕组电机7包括：定子38、转子总成、机座35、绕组A37、绕组A电流传感器9、绕组B36、绕组B电流传感器8、转速传感器6和输出轴41；
所述定子38与所述机座35固结，其上开有绕组槽，所述绕组A37和绕组B36的同相绕组之间相互错开嵌放在定子38上的绕组槽中；
所述绕组A37与绕组B36的输入端分别与所述绕组A电流传感器9和绕组B电流传感器8电气连接，输出端分别作用在所述转子总成上；
所述转子总成包括：转子39及转子线圈40，所述转子线圈40绕缠在转子39上，所述转子39固结于所述输出轴41的输入端；
所述转速传感器6安装在所述输出轴41上；
所述双绕组电机减速器5的输入端与所述输出轴41的输出端相连，输出端与所述制动器3的输入端相连；
供电模块包括：蓄电池组23、超级电容24、整流器25和电流调节模块22；
所述蓄电池组23的输出端与所述电流调节模块22的输入端电气相连，输入端与所述超级电容24的输出端电气相连，用于给系统供电和接收超级电容24的能量；
所述电流调节模块22的输出端与所述双绕组电机7和主电机总成10的输入端电气相连；
所述整流器25的输入端与所述主电机总成10的输出端电气相连，输出端与所述超级电容24的输入端相连，用于将再生制动能量输出到超级电容中存储；
控制模块包括：主控制单元21、绕组A控制单元12、绕组B控制单元11、踏板速度传感器18、踏板位移传感器17和制动力传感器4；
所述踏板位移传感器17和踏板速度传感器18安装在所述推杆16上，并与所述主控制单元21电气连接；
所述制动力传感器4安装在所述制动器3中，并与所述主控制单元21电气连接；
所述绕组A控制单元12和绕组B控制单元11的输入端分别与所述绕组A电流传感器9和绕组B电流传感器8的输出端电气相连，两者均与所述主控制单元21的输出端电气相连；
所述主控制单元21、绕组B控制单元11和绕组A12控制单元的输出端与所述电流调节模块22的输入端电气相连。
其中，所述双绕组电机7为直流电机。
其中，所述制动器3为定嵌盘式制动器。
其中，所述各传感器输出的信号通过车载CAN总线共享。
本发明还提供了一种双绕组电机电子机械制动系统的控制方法，基于上述系统，包含以下步骤：
(1)制动踏板进行制动时，采集车辆制动踏板信号、电流信号和制动力信号，并将信号传输到主控制单元；
(2)主控制单元计算得到所需的总目标制动力Fz和期望制动强度z，并根据总目标制动力Fz和期望制动强度z以及路面附着系数进行再生制动力Fs和前、后车轮的制动力Ff和Fr的分配，并根据前、后车轮的制动力Ff和Fr的大小分配绕组A和绕组B的控制量UA和UB，并分别发送控制信号给绕组A控制单元和绕组B控制单元；
(3)绕组A控制单元和绕组B控制单元根据步骤(2)的发送的控制信号，控制电流调节模块输入响应的电流，进一步控制双绕组电机输出对应的转矩，同时主控制单元根据实际制动力信号，对制动力进行控制，完成车辆制动；
(4)制动过程中主控制单元检测整个制动系统，绕组A控制单元和绕组B控制单元检测主控制单元，进行故障诊断，并根据诊断结果，结合对应故障对制动系统进行容错控制。
所述踏板信息为踏板位移信号、踏板速度信号。
参照图4所示，所述步骤(2)中制动力分配时，制动力分配范围应在I曲线、f曲线和ECE法规曲线的包络区间内，具体表示为：
I曲线：
Figure GDA0003181640000000091
f曲线：
Figure GDA0003181640000000092
ECE法规曲线：
Figure GDA0003181640000000093
式中，G＝mg为车辆重力，m为车辆质量，g＝9.8m/s2为重力加速度；hg为车辆质心高度；b为车辆质心至后轴的距离；L为车辆轴距；μ为路面附着系数。
所述步骤(2)中总目标制动力、再生制动力和车辆前后轮制动力关系为：
Fz＝Fs+Ff+Fr。
双绕组电机的绕组A和绕组B的控制量分配步骤为：
(21)设置绕组A的额定输入电流阈值和最高输出电流分别为ithA和imaxA；
(22)设置绕组B的额定输入电流阈值和最高输出电流分别为ithB和imaxB；
(23)当需求绕组总控制量U<ithA时，绕组A控制量UA＝U，绕组B控制量UB＝0；
(24)当需求绕组总控制量ithA<U<ithA+ithB时，绕组A控制量UA＝ithA，绕组B控制量UB＝U-ithA；
(25)当需求绕组总控制量ithA+ithB<U<imaxA+ithB时，绕组A控制量UA＝U-ithB，绕组B控制量UB＝ithB；
(26)当需求绕组总控制量imaxA+ithB<U<imaxA+imaxB时，绕组A控制量UA＝imaxA，绕组B控制量UB＝U-imaxA。
参照图5所示，所述步骤(3)中双绕组电机中的绕组A和绕组B的控制均采用PID闭环控制方法，具体步骤为：
(31)绕组A控制单元和绕组B控制单元分别接收各自的绕组的电流信号iA、iB和主控制单元的控制信号UA、UB，并进行对比，计算出实际电流和控制信号的误差值eA＝UA-iA,eB＝UB-iB；
(32)将步骤(31)中得到的误差值eA和eB作为闭环控制的输入，绕组A和绕组B控制单元的输出模型为：
Figure GDA0003181640000000094
式中，ui为绕组控制单元的输出控制量；Ki为比例系数；Ti为积分常数；Tdi为微分常数；ui为初始控制输出。
所述步骤(3)中制动力的控制采用滑模鲁棒控制方法，以实际制动力信号和总目标制动力的误差值为控制输入，以绕组A的电流调整量为控制输出。
参照图6所示，所述步骤(4)中的容错控制策略步骤如下：
(41)将可能出现的故障分为：执行层单绕组故障、控制层单绕组控制单元故障、供电层单供电源故障、执行层全故障、控制层全故障、供电层全故障和复合故障，并针对不同故障制定不同的容错控制策略；
(42)若诊断结果为执行层单绕组故障即A(B)故障，且此时控制量U<imaxB(imaxA)，切换为B(A)绕组单独工作，若此时U>imaxB(imaxA)，则将超出部分划分到再生制动力，保证制动系统正常工作，同时提醒驾驶员减速；
(43)若诊断结果为控制层单绕组控制单元故障故障即绕组A(B)控制单元故障，此时主控制单元对绕组A(B)进行接管控制，保证制动力矩的输出；
(44)若诊断结果为供电层单供电源故障即蓄电池组(超级电容)故障，主控制单元将双绕组电机的供电方式切换为超级电容(蓄电池组)供电，若是超级电容故障则调整再生制动能量回收到蓄电池组，若是蓄电池组故障则提醒驾驶员供电能量不足；
(45)若诊断结果为执行层双故障，主控单元将需求制动力全部分到再生制动，依靠再生制动进行制动，同时车辆进行自主减速，并提醒驾驶员靠边停车；
(46)若诊断结果为控制层双故障，主控制单元对绕组控制单元进行接管，不再输出控制量信号，转为直接输出双绕组电机控制到电流调节模块，进行双绕组的同时控制，同时提醒驾驶员到达目的地后维修；
(47)若出现供电层双故障则车载电驱动设备全部失灵，此时无法进行故障检测，对这种故障不做考虑；
(48)若诊断结果为复合故障即出现上述两种及以上的故障同时出现的情况，则依据步骤(42)-(44)中的单独故障的控制策略，同时对制动系统的工作模式进行调整，然后根据复合故障个数和类型，对驾驶员进行不同程度的警告。
所述步骤(48)中警告程度的分级为：绕组和控制单元同时出现故障时提醒驾驶员减速，若是绕组和蓄电池组故障则提醒驾驶员靠边停车，若是绕组和超级电容故障则提醒驾驶员减速，若控制单元和超级电容故障则提醒驾驶员到达目的地维修，若控制器和蓄电池故障则提醒驾驶员靠边停车。
若以上故障同时出现，则车辆自主进行紧急减速操作，同时提醒驾驶员稳定方向。
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 (4)

1.一种双绕组电机电子机械制动系统的控制方法，基于双绕组电机电子机械制动系统，系统包括：踏板模块、制动模块、驱动模块、供电模块和控制模块；
踏板模块包括：制动踏板、踏板支架、踏板转轴、连杆、推杆和踏板感觉模拟器；
所述踏板支架安装在车辆承载式车身上；
所述踏板感觉模拟器的下端固定在踏板支架上，其包括：推块、模拟器壳体、外圈弹簧、内圈弹簧、上端盖、下端盖、调整垫片和底座；
所述推块的输入端与所述推杆的输出端固定连接，输出端压靠在所述外圈弹簧顶部；
所述上端盖、下端盖分别旋装在所述模拟器壳体的上、下两端；
所述外圈弹簧和内圈弹簧位于所述模拟器壳体内部，分别套装在所述底座上，用于产生模拟的踏板力；
所述调整垫片位于模拟器壳体与踏板支架之间，用于调整踏板感觉模拟器的预紧力；
所述踏板转轴的输入端与所述制动踏板的输出端固定连接，输出端与所述连杆的输入端固定连接；
所述推杆的输入端与所述连杆的输出端铰接；
制动模块包括：制动器、制动盘和车轮；
所述制动器固定在车辆的车桥上，其输出端在制动时作用在所述制动盘上；
所述制动盘安装在所述车轮的轮毂上；
驱动模块包括：主电机总成、双绕组电机和双绕组电机减速器；
所述主电机总成的输出端与所述车轮的输入端相连，用于驱动车轮行驶；
所述双绕组电机包括：定子、转子总成、机座、绕组A、绕组A电流传感器、绕组B、绕组B电流传感器、转速传感器和输出轴；
所述定子与所述机座固结，其上开有绕组槽，所述绕组A和绕组B的同相绕组之间相互错开嵌放在定子上的绕组槽中；
所述绕组A与绕组B的输入端分别与所述绕组A电流传感器和绕组B电流传感器电气连接，输出端分别作用在所述转子总成上；
所述转子总成包括：转子及转子线圈，所述转子线圈绕缠在转子上，所述转子固结于所述输出轴的输入端；
所述转速传感器安装在所述输出轴上；
所述双绕组电机减速器的输入端与所述输出轴的输出端相连，输出端与所述制动器的输入端相连；
供电模块包括：蓄电池组、超级电容、整流器和电流调节模块；
所述蓄电池组的输出端与所述电流调节模块的输入端电气相连，输入端与所述超级电容的输出端电气相连，用于给系统供电和接收超级电容的能量；
所述电流调节模块的输出端与所述双绕组电机和主电机总成的输入端电气相连；
所述整流器的输入端与所述主电机总成的输出端电气相连，输出端与所述超级电容的输入端相连，用于将再生制动能量输出到超级电容中存储；
控制模块包括：主控制单元、绕组A控制单元、绕组B控制单元、踏板速度传感器、踏板位移传感器和制动力传感器；
所述踏板位移传感器和踏板速度传感器安装在所述推杆上，并与所述主控制单元电气连接；
所述制动力传感器安装在所述制动器中，并与所述主控制单元电气连接；
所述绕组A控制单元和绕组B控制单元的输入端分别与所述绕组A电流传感器和绕组B电流传感器的输出端电气相连，两者均与所述主控制单元的输出端电气相连；
所述主控制单元、绕组B控制单元和绕组A控制单元的输出端与所述电流调节模块的输入端电气相连；
其特征在于，包含以下步骤：
(1)制动踏板进行制动时，采集车辆制动踏板信号、电流信号和制动力信号，并将信号传输到主控制单元；
(2)主控制单元计算得到所需的总目标制动力Fz和期望制动强度z，并根据总目标制动力Fz和期望制动强度z以及路面附着系数进行再生制动力Fs和前、后车轮的制动力Ff和Fr的分配，并根据前、后车轮的制动力Ff和Fr的大小分配绕组A和绕组B的控制量UA和UB，并分别发送控制信号给绕组A控制单元和绕组B控制单元；
(3)绕组A控制单元和绕组B控制单元根据步骤(2)的发送的控制信号，控制电流调节模块输入响应的电流，进一步控制双绕组电机输出对应的转矩，同时主控制单元根据实际制动力信号，对制动力进行控制，完成车辆制动；
(4)制动过程中主控制单元检测整个制动系统，绕组A控制单元和绕组B控制单元检测主控制单元，进行故障诊断，并根据诊断结果，结合对应故障对制动系统进行容错控制；
所述步骤(2)中双绕组电机的绕组A和绕组B的控制量分配步骤为：
(21)设置绕组A的额定输入电流阈值和最高输出电流分别为ithA和imaxA；
(22)设置绕组B的额定输入电流阈值和最高输出电流分别为ithB和imaxB；
(23)当需求绕组总控制量U<ithA时，绕组A控制量UA＝U，绕组B控制量UB＝0；
(24)当需求绕组总控制量ithA<U<ithA+ithB时，绕组A控制量UA＝ithA，绕组B控制量UB＝U-ithA；
(25)当需求绕组总控制量ithA+ithB<U<imaxA+ithB时，绕组A控制量UA＝U-ithB，绕组B控制量UB＝ithB；
(26)当需求绕组总控制量imaxA+ithB<U<imaxA+imaxB时，绕组A控制量UA＝imaxA，绕组B控制量UB＝U-imaxA；
所述步骤(4)中的容错控制的步骤如下：
(41)将可能出现的故障分为：执行层单绕组故障、控制层单绕组控制单元故障、供电层单供电源故障、执行层全故障、控制层全故障、供电层全故障和复合故障，并针对不同故障制定不同的容错控制策略；
(42)若诊断结果为执行层单绕组故障即A或B故障，且此时控制量U<imaxB或imaxA，切换为B或A绕组单独工作，若此时U>imaxB或imaxA，则将超出部分划分到再生制动力，保证制动系统正常工作，同时提醒驾驶员减速；
(43)若诊断结果为控制层单绕组控制单元故障即绕组A或B控制单元故障，此时主控制单元对绕组A或B进行接管控制，保证制动力矩的输出；
(44)若诊断结果为供电层单供电源故障即蓄电池组或超级电容故障，主控制单元将双绕组电机的供电方式切换为超级电容或蓄电池组供电，若是超级电容故障则调整再生制动能量回收到蓄电池组，若是蓄电池组故障则提醒驾驶员供电能量不足；
(45)若诊断结果为执行层双故障，主控单元将需求制动力全部分到再生制动，依靠再生制动进行制动，同时车辆进行自主减速，并提醒驾驶员靠边停车；
(46)若诊断结果为控制层双故障，主控制单元对绕组控制单元进行接管，不再输出控制量信号，转为直接输出双绕组电机控制到电流调节模块，进行双绕组的同时控制，同时提醒驾驶员到达目的地后维修；
(47)若出现供电层双故障则车载电驱动设备全部失灵，此时无法进行故障检测，对这种故障不做考虑；
(48)若诊断结果为复合故障即出现上述两种及以上的故障同时出现的情况，则依据步骤(42)-(44)中的单独故障的控制策略，同时对制动系统的工作模式进行调整，然后根据复合故障个数和类型，对驾驶员进行不同程度的警告。
2.根据权利要求1所述的双绕组电机电子机械制动系统的控制方法，其特征在于，所述步骤(2)中制动力分配时，制动力分配范围应在I曲线、f曲线和ECE法规曲线的包络区间内，具体表示为：
I曲线：
Figure FDA0003247142900000031
f曲线：
Figure FDA0003247142900000032
ECE法规曲线：
Figure FDA0003247142900000041
式中，G＝mg为车辆重力，m为车辆质量，g＝9.8m/s2为重力加速度；hg为车辆质心高度；b为车辆质心至后轴的距离；L为车辆轴距；μ为路面附着系数。
3.根据权利要求1所述的双绕组电机电子机械制动系统的控制方法，其特征在于，所述步骤(2)中总目标制动力Fz、再生制动力Fs、车辆前轮制动力Ff和车辆后轮制动力Fr关系为：
Fz＝Fs+Ff+Fr。
4.根据权利要求1所述的双绕组电机电子机械制动系统的控制方法，其特征在于，所述步骤(3)中双绕组电机中的绕组A和绕组B的控制均采用PID闭环控制方法，具体步骤为：
(31)绕组A控制单元和绕组B控制单元分别接收各自的绕组的电流信号iA、iB和主控制单元的控制信号UA、UB，并进行对比，计算出实际电流和控制信号的误差值eA＝UA-iA,eB＝UB-iB；
(32)将步骤(31)中得到的误差值eA和eB作为闭环控制的输入，绕组A和绕组B控制单元的输出模型为：
Figure FDA0003247142900000042
式中，ui为绕组控制单元的输出控制量；Ki为比例系数；Ti为积分常数；Tdi为微分常数；ui0为初始控制输出。
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