CN113581152A - 一种线控制动系统及一种主缸液压力时滞补偿控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种线控制动系统及主缸液压力时滞补偿控制方法，其中电子控制单元与车速传感器、制动踏板位移传感器、制动踏板速度传感器电气连接，电子控制单元接收车速信号、制动踏板位移信号、制动踏板速度信号，计算制动主缸目标液压力PsT；电子控制单元与电机控制器电气连接，电子控制单元发送目标液压力指令到电机控制器，电机控制器根据接收到的目标液压力指令计算电机目标输出转矩TmT；电机控制器与电机电气连接，发送目标转矩指令到电机，进而控制电机输出目标转矩。本发明充分考虑了线控制动系统由于信号传输、信号处理等因素诱发的时滞问题，提出了时滞补偿控制算法，弥补了时滞引起线控制动系统控制精度低的问题，提高了车辆的安全性。

Description

一种线控制动系统及一种主缸液压力时滞补偿控制方法
技术领域
本发明属于线控底盘技术领域，具体公开一种线控制动系统及一种主缸液压力时滞补偿控制方法。
背景技术
制动系统作为车辆重要的安全部件，其响应速度和控制精度对汽车安全性影响很大。线控制动系统作为新型制动系统，具有较高的电动化程度、智能化程度，是实现高等级辅助驾驶及自动驾驶的重要支承载体。比如中国专利CN201710291027.4公开了一种线控液压转向系统。
线控制动系统主要通过电子控制单元采集车辆状态信息及制动意图信息，计算车辆目标制动力大小，进而通过电子控制单元控制制动系统实现制动动作。然而，由于电子控制单元采集信息、计算目标制动力、发送控制指令、制动系统执行制动动作这一过程存在不可忽略的时间滞后，导致制动系统控制精度降低，对车辆安全性产生一定的威胁。
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线控制动系统主缸液压力时滞补偿控制方法，以解决现有的线控制动系统控制精度低导致车辆安全性降低的问题。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：
本发明的线控制动系统，包括：电气模块A，机械液压模块B；其中，所述电气模块包括：车速传感器、制动踏板位移传感器、制动踏板速度传感器、电子控制单元、电机控制器，电子控制单元与车速传感器、制动踏板位移传感器、制动踏板速度传感器电气连接，电子控制单元接收车速信号、制动踏板位移信号、制动踏板速度信号，计算制动主缸目标液压力PsT；电子控制单元与电机控制器电气连接，电子控制单元发送目标液压力指令到电机控制器，电机控制器根据接收到的目标液压力指令计算电机目标输出转矩TmT；电机控制器与电机电气连接，发送目标转矩指令到电机，进而控制电机输出目标转矩；
所述机械液压模块B包括：制动电机、制动减速装置、制动主缸活塞、制动主缸、右后制动轮缸、右后轮缸电磁阀、左前制动轮缸、左前轮缸电磁阀、左后制动轮缸、左后轮缸电磁阀、右前制动轮缸、右前轮缸电磁阀；其中，制动电机、制动减速装置、制动主缸活塞、制动主缸依次机械连接；制动主缸通过液压管路与右后轮缸电磁阀、右后制动轮缸依次连接，制动主缸通过液压管路与左前轮缸电磁阀、左前制动轮缸依次连接，制动主缸通过液压管路与左后轮缸电磁阀、左后制动轮缸依次连接，制动主缸通过液压管路与右前轮缸电磁阀、右前制动轮缸依次连接。
进一步的，所述电子控制单元与右后轮缸电磁阀、左前轮缸电磁阀、左后轮缸电磁阀、右前轮缸电磁阀电气连接。
进一步的，所述电气模块输出信号至电机的过程中存在时间滞后，且滞后时间为τ。
本发明的一种线控制动系统主缸液压力时滞补偿控制方法，基于上述系统，包括步骤如下：
步骤1：制动过程中，电子控制单元采集车速信号、制动踏板位移信号、制动踏板速度信号，计算制动主缸目标液压力PsT(k+1)，并发送目标液压力指令到电机控制器；
步骤2：电机控制器基于线控制动系统模型，求解时滞补偿控制器及系统的优化控制输出，并控制制动电机输出目标转矩TmT *(k+1)实现制动。
进一步的，所述步骤2中时滞补偿控制器求解方法为：
21)建立线控制动系统模型：
Figure BDA0003170988540000031
式中，
Figure BDA0003170988540000032
θm为制动电机输出转角，Ps为制动主缸液压力，Pw为制动轮缸液压力，y＝Ps，u＝Tm，Tm为制动电机输出扭矩，Ts为采样时间，
Figure BDA0003170988540000033
C＝[1 0 1 0]
Figure BDA0003170988540000034
Jm制动电机旋转部件的总的等效转动惯量，Ph制动减速装置的输出位移，ms制动主缸活塞的质量，Cm制动电机的等效阻尼系数，As制动主缸受压面积，Ls轮缸活塞的初始行程，β体积弹性模量，L0制动主缸圆柱腔体初始长度，dPs制动主缸液压力变化量，K为线性化系数，Aw轮缸活塞的截面积，kw制动盘弯曲产生的等效刚度，k表示第k时刻；
22)基于线控制动系统模型，及目标主缸液压力PsT，反解制动电机目标输出扭矩TmT(k+1)；
23)求解时滞补偿系数矩阵Sx，Su：
Figure BDA0003170988540000041
Figure BDA0003170988540000042
式中，τ表示系统延时，Ad＝(E+TsA)，N表示预测窗格长度；
24)求解时滞补偿控制器U*(k)：
Figure BDA0003170988540000043
式中，
Figure BDA0003170988540000044
Ep(k+1|k)＝TmT(k)-Sxx(k)-Iy(k)，I＝1,
Ky,Ku为适阶权值系数矩阵；
25)系统的优化控制输出u(k)：
Figure BDA0003170988540000045
即第k+1时刻电机目标输出扭矩为：
Figure BDA0003170988540000046
至此，线控制动系统主缸液压力时滞补偿控制器设置完毕。
本发明的有益效果：
本发明充分考虑了线控制动系统由于信号传输、信号处理等因素诱发的时滞问题，提出了时滞补偿控制算法，弥补了时滞引起线控制动系统控制精度低的问题，提高了车辆的安全性。
附图说明
图1为本发明系统的结构图；
图2为本发明控制方法原理图；
图中：A-电气模块；B-机械液压模块；1-电子控制单元；2-车速传感器；3-制动踏板位移传感器；4-制动踏板速度传感器；5-电机控制器；6-制动电机；7-制动减速装置；8-制动主缸活塞；9-制动主缸；10-右后制动轮缸；11-右后轮缸电磁阀；12-左前制动轮缸；13-左前轮缸电磁阀；15-左后制动轮缸；16-左后轮缸电磁阀；17-右前制动轮缸；18-右前轮缸电磁阀
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明作进一步详细描述。
实施例1
针对于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种线控制动系统主缸液压力时滞补偿控制方法，以解决现有的线控制动系统控制精度低导致车辆安全性降低的问题。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：
本发明的线控制动系统，包括：电气模块A，机械液压模块B；其中，所述电气模块包括：车速传感器2、制动踏板位移传感器3、制动踏板速度传感器4、电子控制单元1、电机控制器5，电子控制单元1与车速传感器2、制动踏板位移传感器3、制动踏板速度传感器4电气连接，电子控制单元1接收车速信号、制动踏板位移信号、制动踏板速度信号，计算制动主缸9目标液压力PsT；电子控制单元1与电机控制器5电气连接，电子控制单元1发送目标液压力指令到电机控制器5，电机控制器5根据接收到的目标液压力指令计算电机目标输出转矩TmT；电机控制器5与电机电气连接，发送目标转矩指令到电机，进而控制电机输出目标转矩。
所述机械液压模块B包括：制动电机6、制动减速装置7、制动主缸9活塞8、制动主缸9、右后制动轮缸10、右后轮缸电磁阀11、左前制动轮缸12、左前轮缸电磁阀13、左后制动轮缸15、左后轮缸电磁阀16、右前制动轮缸17、右前轮缸电磁阀18；其中，制动电机6、制动减速装置7、制动主缸9活塞8、制动主缸9依次机械连接；制动主缸9通过液压管路与右后轮缸电磁阀11、右后制动轮缸10依次连接，制动主缸9通过液压管路与左前轮缸电磁阀13、左前制动轮缸12依次连接，制动主缸9通过液压管路与左后轮缸电磁阀16、左后制动轮缸15依次连接，制动主缸9通过液压管路与右前轮缸电磁阀18、右前制动轮缸17依次连接。
进一步的，所述电子控制单元1与右后轮缸电磁阀11、左前轮缸电磁阀13、左后轮缸电磁阀16、右前轮缸电磁阀18电气连接。
进一步的，所述电气模块输出信号至电机的过程中存在时间滞后，且滞后时间为τ。
本发明的一种线控制动系统主缸液压力时滞补偿控制方法，基于上述系统，包括步骤如下：
步骤1：制动过程中，电子控制单元1采集车速信号、制动踏板位移信号、制动踏板速度信号，计算制动主缸9目标液压力PsT(k+1)，并发送目标液压力指令到电机控制器5；
步骤2：电机控制器5基于线控制动系统模型，求解时滞补偿控制器及系统的优化控制输出，并控制制动电机6输出目标转矩TmT *(k+1)实现制动。
进一步的，所述步骤2中时滞补偿控制器求解方法为：
21建立线控制动系统模型：
Figure BDA0003170988540000071
式中，
Figure BDA0003170988540000072
θm为制动电机6输出转角，Ps为制动主缸9液压力，Pw为制动轮缸液压力，y＝Ps，u＝Tm，Tm为制动电机6输出扭矩，Ts为采样时间，
Figure BDA0003170988540000073
C＝[1 0 1 0]
Figure BDA0003170988540000074
Jm制动电机6旋转部件的总的等效转动惯量，Ph制动减速装置7的输出位移，ms制动主缸9活塞8的质量，Cm制动电机6的等效阻尼系数，As制动主缸9受压面积，Ls轮缸活塞的初始行程，β体积弹性模量，L0制动主缸9圆柱腔体初始长度，dPs制动主缸9液压力变化量，K为线性化系数，Aw轮缸活塞的截面积，kw制动盘弯曲产生的等效刚度，k表示第k时刻；
22基于线控制动系统模型，及目标主缸液压力PsT，反解制动电机6目标输出扭矩TmT(k+1)；
23求解时滞补偿系数矩阵Sx，Su：
Figure BDA0003170988540000081
Figure BDA0003170988540000082
式中，τ表示系统延时，Ad＝(E+TsA)，N表示预测窗格长度；
24求解时滞补偿控制器U*(k)：
Figure BDA0003170988540000083
式中，
Figure BDA0003170988540000084
Ep(k+1|k)＝TmT(k)-Sxx(k)-Iy(k)，I＝1,
Ky,Ku为适阶权值系数矩阵；
25系统的优化控制输出u(k)：
Figure BDA0003170988540000085
即第k+1时刻电机目标输出扭矩为：
Figure BDA0003170988540000086
至此，线控制动系统主缸液压力时滞补偿控制器设置完毕。
本实施例充分考虑了线控制动系统由于信号传输、信号处理等因素诱发的时滞问题，提出了时滞补偿控制算法，弥补了时滞引起线控制动系统控制精度低的问题，提高了车辆的安全性。
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 (6)

1.一种线控制动系统，其特征在于：包括：电气模块A，机械液压模块B；其中，所述电气模块包括：车速传感器(2)、制动踏板位移传感器(3)、制动踏板速度传感器(4)、电子控制单元(1)、电机控制器(5)，电子控制单元(1)与车速传感器(2)、制动踏板位移传感器(3)、制动踏板速度传感器(4)电气连接，电子控制单元(1)接收车速信号、制动踏板位移信号、制动踏板速度信号，计算制动主缸(9)目标液压力PsT；电子控制单元(1)与电机控制器(5)电气连接，电子控制单元(1)发送目标液压力指令到电机控制器(5)，电机控制器(5)根据接收到的目标液压力指令计算电机目标输出转矩TmT；电机控制器(5)与电机电气连接，发送目标转矩指令到电机，进而控制电机输出目标转矩。
2.根据权利要求1所述的一种线性控制系统，其特征在于：机械液压模块B包括：制动电机(6)、制动减速装置(7)、制动主缸(9)活塞(8)、制动主缸(9)、右后制动轮缸(10)、右后轮缸电磁阀(11)、左前制动轮缸(12)、左前轮缸电磁阀(13)、左后制动轮缸(15)、左后轮缸电磁阀(16)、右前制动轮缸(17)、右前轮缸电磁阀(18)；其中，制动电机(6)、制动减速装置(7)、制动主缸(9)活塞(8)、制动主缸(9)依次机械连接；制动主缸(9)通过液压管路与右后轮缸电磁阀(11)、右后制动轮缸(10)依次连接，制动主缸(9)通过液压管路与左前轮缸电磁阀(13)、左前制动轮缸(12)依次连接，制动主缸(9)通过液压管路与左后轮缸电磁阀(16)、左后制动轮缸(15)依次连接，制动主缸(9)通过液压管路与右前轮缸电磁阀(18)、右前制动轮缸(17)依次连接。
3.根据权利要求1所述的一种线性控制系统，其特征在于：电子控制单元(1)与右后轮缸电磁阀(11)、左前轮缸电磁阀(13)、左后轮缸电磁阀(16)、右前轮缸电磁阀(18)电气连接。
4.根据权利要求1所述的一种线性控制系统，其特征在于：电气模块输出信号至电机的过程中存在时间滞后，且滞后时间为τ。
5.一种线控制动系统主缸液压力时滞补偿控制方法，其特征在于：包括权利要求1至权利要求4任一所述的一种线控制动系统，包括以下步骤：
步骤1：制动过程中，电子控制单元(1)采集车速信号、制动踏板位移信号、制动踏板速度信号，计算制动主缸(9)目标液压力PsT(k+1)，并发送目标液压力指令到电机控制器(5)；
步骤2：电机控制器(5)基于线控制动系统模型，求解时滞补偿控制器及系统的优化控制输出，并控制制动电机(6)输出目标转矩TmT *(k+1)实现制动。
6.根据权利要求5所述的一种线控制动系统主缸液压力时滞补偿控制方法，其特征在于：步骤2中时滞补偿控制器求解方法为：
21)建立线控制动系统模型：
Figure FDA0003170988530000021
式中，
Figure FDA0003170988530000022
θm为制动电机(6)输出转角，Ps为制动主缸(9)液压力，Pw为制动轮缸液压力，y＝Ps，u＝Tm，Tm为制动电机(6)输出扭矩，Ts为采样时间，
Figure FDA0003170988530000023
C＝[1 0 1 0]
Figure FDA0003170988530000024
Jm制动电机(6)旋转部件的总的等效转动惯量，Ph制动减速装置(7)的输出位移，ms制动主缸(9)活塞(8)的质量，Cm制动电机(6)的等效阻尼系数，As制动主缸(9)受压面积，Ls轮缸活塞的初始行程，β体积弹性模量，L0制动主缸(9)圆柱腔体初始长度，dPs制动主缸(9)液压力变化量，K为线性化系数，Aw轮缸活塞的截面积，kw制动盘弯曲产生的等效刚度，k表示第k时刻；
22)基于线控制动系统模型，及目标主缸液压力PsT，反解制动电机(6)目标输出扭矩TmT(k+1)；
23)求解时滞补偿系数矩阵Sx，Su：
Figure FDA0003170988530000031
Figure FDA0003170988530000032
式中，τ表示系统延时，Ad＝(E+TsA)，N表示预测窗格长度；
24)求解时滞补偿控制器U*(k)：
Figure FDA0003170988530000033
式中，
Figure FDA0003170988530000041
Ep(k+1|k)＝TmT(k)-Sxx(k)-Iy(k)，I＝1,
Ky,Ku为适阶权值系数矩阵；
25)系统的优化控制输出u(k)：
Figure FDA0003170988530000042
即第k+1时刻电机目标输出扭矩为：
Figure FDA0003170988530000043
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