CN114194165A - 一种基于六相电机的线控制动系统及控制方法 - Google Patents

一种基于六相电机的线控制动系统及控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于六相电机的线控制动系统及控制方法，其中线控制动系统包括控制单元、制动踏板、脚感模拟器、六相电机、制动主缸单元、制动轮缸单元和电磁阀压力调节单元，脚感模拟器包括阻尼器和位移传感器，六相电机用于接收控制单元发送的电机控制信号并执行，制动主缸单元包括制动主缸和主缸压力传感器，制动轮缸单元包括制动轮缸和轮缸压力传感器，电磁阀压力调节单元包括增压阀和减压阀；本发明采用六相电机作为制动主缸的制动电机，进一步通过双微控制单元的电机控制器和对六相电机的冗余容错控制，保障线控制动系统在电机控制器和六相电机发生故障时能够稳定工作，同时相对于传统双电机的冗余设计，提高了系统集成度，易于整车布置。

Description

一种基于六相电机的线控制动系统及控制方法
技术领域
本发明属于车辆制动技术领域，具体是一种基于六相电机的线控制动系统及控制方法。
背景技术
汽车的制动系统对于车辆行驶安全的保障尤为重要。随着车辆的智能化发展，线控制动系统相较于传统机械式制动系统，由于其系统集成度高、体积小、装配灵活、便于整车布置和实现汽车模块化设计等优势，逐渐得以充分发展，是未来汽车制动技术的重要发展方向。
由于线控制动系统需要保障在系统电机和控制器发生故障情况下，保证车辆制动的的稳定执行，因此，线控制动系统的安全冗余设计显得尤为重要。目前电子液压制动系统的主流冗余设计为：当系统发生电器故障失效时，控制器、电机、电磁阀等电子器件不工作，制动主缸与制动轮缸连通，通过驾驶员踩下制动踏板形成主缸和轮缸压力，以产生制动力。这种方法存在的问题是，当系统控制器或电机发生故障失效时，制动系统的液压源来自驾驶员踩下的踏板力，缺少了制动电机驱动，容易造成制动压力不足的问题，容易产生安全风险。
为解决上述问题，专利CN113500986A公开了一种线控制动系统及其控制方法，通过双电机冗余控制，实现主电机失效时备份电机可以立即接管，以解决电机故障造成的制动系统失效和制动力不足的问题。该线控制动系统采用双电机的冗余设计，系统集成度不高，增加了制动系统的布置难度。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，针对现有线控制动系统安全冗余度不足和冗余设计与系统集成度之间的矛盾，提供一种基于六相电机的线控制动系统及控制方法，采用六相电机作为制动主缸的制动电机，进一步通过双微控制单元的电机控制器和对六相电机的冗余容错控制，保障线控制动系统在电机控制器和六相电机发生故障时能够稳定工作，同时相对于传统双电机的冗余设计，提高了系统集成度，易于整车布置。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种基于六相电机的线控制动系统，包括控制单元、制动踏板、脚感模拟器、六相电机、制动主缸单元、制动轮缸单元和电磁阀压力调节单元；
所述的脚感模拟器包括阻尼器和位移传感器，所述的阻尼器和所述的位移传感器分别与所述的制动踏板机械连接，所述的制动踏板由驾驶员直接操纵，所述的阻尼器用于为驾驶员操纵所述的制动踏板提供制动脚感，所述的位移传感器用于采集所述的制动踏板的位移信息并将采集的信息以踏板位移信号的形式发送给所述的控制单元；
所述的六相电机用于接收所述的控制单元发送的电机控制信号并执行；
所述的制动主缸单元包括制动主缸和主缸压力传感器，所述的制动主缸和所述的主缸压力传感器分别与所述的六相电机的输出端机械连接，所述的六相电机用于驱动所述的制动主缸产生主缸压力，所述的主缸压力传感器用于检测主缸压力并将主缸压力发送给所述的控制单元；
所述的制动轮缸单元包括制动轮缸和轮缸压力传感器，所述的制动轮缸用于产生轮缸压力实现对每个车轮的制动，所述的轮缸压力传感器用于检测轮缸压力并将轮缸压力发送给所述的控制单元；
所述的电磁阀压力调节单元包括增压阀和减压阀，所述的增压阀分别通过管路与所述的制动主缸和所述的制动轮缸连通，所述的减压阀分别通过管路与所述的制动主缸和所述的制动轮缸连通，所述的增压阀和所述的减压阀的启闭由所述的控制单元发送的电磁阀控制信号进行控制，通过所述的增压阀和所述的减压阀的启闭实现对所述的轮缸压力的精确调节。
作为优选，所述的控制单元包括主控制器和电机控制器，所述的踏板位移信号、所述的主缸压力和所述的轮缸压力分别发送给所述的主控制器，所述的电磁阀控制信号由所述的主控制器发送，所述的主控制器用于根据踏板位移信号发出电机执行指令、根据主缸压力调节电机执行指令、根据轮缸压力控制增压阀和减压阀调节轮缸压力，所述的电机控制器用于将所述的主控制器发送的电机执行指令转化为所述的电机控制信号，控制所述的六相电机执行。
作为优选，所述的电机控制器包括具有独立的信号收发功能的第一微控制单元和第二微控制单元，所述的第一微控制单元和所述的第二微控制单元可同时工作以控制所述的六相电机或者分别独立工作以控制所述的六相电机中的三相。
作为优选，所述的六相电机为六相永磁同步电机。
作为优选，所述的制动轮缸单元包括四个制动轮缸和四个轮缸压力传感器，每个所述的车轮配有一个所述的制动轮缸和一个所述的轮缸压力传感器用于实现制动。
作为优选，所述的电磁阀压力调节单元包括四个增压阀和四个减压阀，每个所述的增压阀分别通过管路与所述的制动主缸和所述的制动轮缸连通，每个所述的减压阀分别通过管路与所述的制动主缸和所述的制动轮缸连通，每个所述的制动轮缸配有一个所述的增压阀和一个所述的减压阀用于实现轮缸压力的精确调节。
作为优选，所述的主控制器分别通过CAN通信方式与所述的脚感模拟器、制动主缸单元、制动轮缸单元和电磁阀压力调节单元进行通信连接，所述的电机控制器通过CAN通信方式与所述的六相电机进行通信连接。
一种利用上述线控制动系统实施的基于六相电机的线控制动控制方法，包括以下步骤：
S1：主控制器获取位移传感器采集的踏板位移信号；
S2：主控制器根据接收的踏板位移信号计算当前制动轮缸制动所需的轮缸压力；
S3：主控制器监测六相电机控制是否发生故障，若发生故障，则进入步骤S4，否则进入步骤S5；
S4：采用六相电机冗余容错控制；
S5：电机控制器控制六相电机驱动制动主缸产生主缸压力；
S6：主控制器控制增压阀和减压阀调节轮缸压力，实现对车轮制动。
作为优选，步骤S3中六相电机控制故障和步骤S4中六相电机冗余容错控制的对应关系为：
若六相电机中某一相发生开路故障，则采用第一微控制单元和第二微控制单元同时工作的电机容错控制方法，控制六相电机执行电机控制信号；
若第一微控制单元和第二微控制单元中某一微控制单元发生故障，则未发生故障的微控制单元独立工作，控制六相电机中的三相，实现六相电机对电机执行指令的响应。
作为优选，步骤S2的具体过程为：主控制器根据接收的踏板位移信号和存储在主控制器内的踏板位移-轮缸压力对应表，应用线性插值方法计算当前踏板位移下制动轮缸制动所需的轮缸压力。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
1)本发明提出的一种基于六相电机的线控制动系统及控制方法，通过对六相电机的冗余容错控制，提高了线控制动系统的安全冗余度，保障线控制动系统在电机控制器和六相电机发生故障时能够稳定工作，避免因电机故障而造成线控制动系统失效的发生；
2)本发明通过采用六相电机作为制动电机的线控制动方案，解决了线控制动系统安全冗余度与集成度之间的矛盾，相比于传统双电机的冗余设计方案，提高了系统集成度，易于整车布置；
3)本发明采用双微控制单元独立工作控制六相电机的方案，当其中一个微控制单元失效时另一个微控制单元可独立完成六相电机中三相的控制，进而控制六相电机执行制动，从控制器层面实现了安全冗余，减少因电机控制器失效而造成的线控制动系统失效。
附图说明
图1为实施例1中线控制动系统的组成图；
图2为实施例1中控制单元的组成图；
图3为实施例2中控制方法的基本流程图。
具体实施方式
以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。
实施例1：一种基于六相电机的线控制动系统，如图1所示，包括控制单元、制动踏板、脚感模拟器、六相电机、制动主缸单元、制动轮缸单元和电磁阀压力调节单元。
实施例1中，脚感模拟器包括阻尼器和位移传感器，阻尼器和位移传感器分别与制动踏板机械连接，制动踏板由驾驶员直接操纵，阻尼器用于为驾驶员操纵制动踏板提供制动脚感，位移传感器用于采集制动踏板的位移信息并将采集的信息以踏板位移信号的形式发送给控制单元；六相电机采用六相永磁同步电机，六相电机用于接收控制单元发送的电机控制信号并执行。
实施例1中，制动主缸单元包括制动主缸和主缸压力传感器，制动主缸和主缸压力传感器分别与六相电机的输出端机械连接，六相电机用于驱动制动主缸产生主缸压力，主缸压力传感器用于检测主缸压力并将主缸压力发送给控制单元；制动轮缸单元包括制动轮缸和轮缸压力传感器，制动轮缸用于产生轮缸压力实现对每个车轮的制动，轮缸压力传感器用于检测轮缸压力并将轮缸压力发送给控制单元；电磁阀压力调节单元包括增压阀和减压阀，增压阀分别通过管路与制动主缸和制动轮缸连通，减压阀分别通过管路与制动主缸和制动轮缸连通，增压阀和减压阀的启闭由控制单元发送的电磁阀控制信号进行控制，通过增压阀和减压阀的启闭实现对轮缸压力的精确调节。
实施例1中，如图2所示，控制单元包括主控制器和电机控制器，踏板位移信号、主缸压力和轮缸压力分别发送给主控制器，电磁阀控制信号由主控制器发送，主控制器用于根据踏板位移信号发出电机执行指令、根据主缸压力调节电机执行指令、根据轮缸压力控制增压阀和减压阀调节轮缸压力，电机控制器用于将主控制器发送的电机执行指令转化为电机控制信号，控制六相电机执行；电机控制器包括具有独立的信号收发功能的第一微控制单元和第二微控制单元，第一微控制单元和第二微控制单元可同时工作以控制六相电机或者分别独立工作以控制六相电机中的三相。
实施例1中，制动轮缸单元包括四个制动轮缸和四个轮缸压力传感器，每个车轮配有一个制动轮缸和一个轮缸压力传感器用于实现制动；电磁阀压力调节单元包括四个增压阀和四个减压阀，每个增压阀分别通过管路与制动主缸和制动轮缸连通，每个减压阀分别通过管路与制动主缸和制动轮缸连通，每个制动轮缸配有一个增压阀和一个减压阀用于实现轮缸压力的精确调节。
实施例1中，主控制器分别通过CAN通信方式与脚感模拟器、制动主缸单元、制动轮缸单元和电磁阀压力调节单元进行通信连接，电机控制器通过CAN通信方式与六相电机进行通信连接。
实施例2：一种利用实施例1的线控制动系统实施的基于六相电机的线控制动控制方法，如图3所示，包括以下步骤：
S1：主控制器获取位移传感器采集的踏板位移信号；
S2：主控制器根据接收的踏板位移信号计算当前制动轮缸制动所需的轮缸压力，即：主控制器根据接收的踏板位移信号和存储在主控制器内的踏板位移-轮缸压力对应表，应用线性插值方法计算当前踏板位移下制动轮缸制动所需的轮缸压力；
S3：主控制器监测六相电机控制是否发生故障，若发生故障，则进入步骤S4，否则进入步骤S5；
S4：采用六相电机冗余容错控制；
S5：电机控制器控制六相电机驱动制动主缸产生主缸压力；
S6：主控制器控制增压阀和减压阀调节轮缸压力，实现对车轮制动。
实施例2的步骤S3中六相电机控制故障和步骤S4中六相电机冗余容错控制的对应关系为：若六相电机中某一相发生开路故障，则采用第一微控制单元MCU1和第二微控制单元MCU2同时工作的电机容错控制方法，控制六相电机执行电机控制信号；若第一微控制单元MCU1和第二微控制单元MCU2中某一微控制单元发生故障，则未发生故障的微控制单元独立工作，控制六相电机中的三相，实现六相电机对电机执行指令的响应。
上述实施例的基于六相电机的线控制动系统及控制方法，采用六相电机作为制动主缸的制动电机，通过第一微控制单元MCU1和第二微控制单元MCU2组成的电机控制器和对六相电机的冗余容错控制，当其中一个微控制单元失效时另一个微控制单元可独立完成六相电机中三相的控制，进而控制六相电机执行制动，从控制器层面实现了安全冗余，减少因电机控制器失效而造成的线控制动系统失效，保障线控制动系统在电机控制器和六相电机发生故障时能够稳定工作，相对于传统双电机的冗余设计，提高了系统集成度，易于整车布置。

Claims (10)

1.一种基于六相电机的线控制动系统，其特征在于，包括控制单元、制动踏板、脚感模拟器、六相电机、制动主缸单元、制动轮缸单元和电磁阀压力调节单元；
所述的脚感模拟器包括阻尼器和位移传感器，所述的阻尼器和所述的位移传感器分别与所述的制动踏板机械连接，所述的制动踏板由驾驶员直接操纵，所述的阻尼器用于为驾驶员操纵所述的制动踏板提供制动脚感，所述的位移传感器用于采集所述的制动踏板的位移信息并将采集的信息以踏板位移信号的形式发送给所述的控制单元；
所述的六相电机用于接收所述的控制单元发送的电机控制信号并执行；
所述的制动主缸单元包括制动主缸和主缸压力传感器，所述的制动主缸和所述的主缸压力传感器分别与所述的六相电机的输出端机械连接，所述的六相电机用于驱动所述的制动主缸产生主缸压力，所述的主缸压力传感器用于检测主缸压力并将主缸压力发送给所述的控制单元；
所述的制动轮缸单元包括制动轮缸和轮缸压力传感器，所述的制动轮缸用于产生轮缸压力实现对每个车轮的制动，所述的轮缸压力传感器用于检测轮缸压力并将轮缸压力发送给所述的控制单元；
所述的电磁阀压力调节单元包括增压阀和减压阀，所述的增压阀分别通过管路与所述的制动主缸和所述的制动轮缸连通，所述的减压阀分别通过管路与所述的制动主缸和所述的制动轮缸连通，所述的增压阀和所述的减压阀的启闭由所述的控制单元发送的电磁阀控制信号进行控制，通过所述的增压阀和所述的减压阀的启闭实现对所述的轮缸压力的精确调节。
2.根据权利要求1所述的一种基于六相电机的线控制动系统，其特征在于，所述的控制单元包括主控制器和电机控制器，所述的踏板位移信号、所述的主缸压力和所述的轮缸压力分别发送给所述的主控制器，所述的电磁阀控制信号由所述的主控制器发送，所述的主控制器用于根据踏板位移信号发出电机执行指令、根据主缸压力调节电机执行指令、根据轮缸压力控制增压阀和减压阀调节轮缸压力，所述的电机控制器用于将所述的主控制器发送的电机执行指令转化为所述的电机控制信号，控制所述的六相电机执行。
3.根据权利要求2所述的一种基于六相电机的线控制动系统，其特征在于，所述的电机控制器包括具有独立的信号收发功能的第一微控制单元和第二微控制单元，所述的第一微控制单元和所述的第二微控制单元可同时工作以控制所述的六相电机或者分别独立工作以控制所述的六相电机中的三相。
4.根据权利要求3所述的一种基于六相电机的线控制动系统，其特征在于，所述的六相电机为六相永磁同步电机。
5.根据权利要求3所述的一种基于六相电机的线控制动系统，其特征在于，所述的制动轮缸单元包括四个制动轮缸和四个轮缸压力传感器，每个所述的车轮配有一个所述的制动轮缸和一个所述的轮缸压力传感器用于实现制动。
6.根据权利要求5所述的一种基于六相电机的线控制动系统，其特征在于，所述的电磁阀压力调节单元包括四个增压阀和四个减压阀，每个所述的增压阀分别通过管路与所述的制动主缸和所述的制动轮缸连通，每个所述的减压阀分别通过管路与所述的制动主缸和所述的制动轮缸连通，每个所述的制动轮缸配有一个所述的增压阀和一个所述的减压阀用于实现轮缸压力的精确调节。
7.根据权利要求3所述的一种基于六相电机的线控制动系统，其特征在于，所述的主控制器分别通过CAN通信方式与所述的脚感模拟器、制动主缸单元、制动轮缸单元和电磁阀压力调节单元进行通信连接，所述的电机控制器通过CAN通信方式与所述的六相电机进行通信连接。
8.一种利用权利要求3所述的线控制动系统实施的基于六相电机的线控制动控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：主控制器获取位移传感器采集的踏板位移信号；
S2：主控制器根据接收的踏板位移信号计算当前制动轮缸制动所需的轮缸压力；
S3：主控制器监测六相电机控制是否发生故障，若发生故障，则进入步骤S4，否则进入步骤S5；
S4：采用六相电机冗余容错控制；
S5：电机控制器控制六相电机驱动制动主缸产生主缸压力；
S6：主控制器控制增压阀和减压阀调节轮缸压力，实现对车轮制动。
9.根据权利要求8所述的基于六相电机的线控制动控制方法，其特征在于，步骤S3中六相电机控制故障和步骤S4中六相电机冗余容错控制的对应关系为：
若六相电机中某一相发生开路故障，则采用第一微控制单元和第二微控制单元同时工作的电机容错控制方法，控制六相电机执行电机控制信号；
若第一微控制单元和第二微控制单元中某一微控制单元发生故障，则未发生故障的微控制单元独立工作，控制六相电机中的三相，实现六相电机对电机执行指令的响应。
10.根据权利要求8所述的基于六相电机的线控制动控制方法，其特征在于，步骤S2的具体过程为：主控制器根据接收的踏板位移信号和存储在主控制器内的踏板位移-轮缸压力对应表，应用线性插值方法计算当前踏板位移下制动轮缸制动所需的轮缸压力。
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