CN114802156A - 考虑驾驶员踏板操作特性的电子液压制动系统及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种考虑驾驶员踏板操作特性的电子液压制动系统，包括制动踏板、制动踏板传感器组、踏板模拟总成、电子液压制动总成、制动压力补偿总成、ABS/ESP模块、主控制模块；电子液压制动总成包括主电机、主电机转矩传感器、油箱、液压泵、电磁换向阀、主液压缸、次液压缸、制动主缸、压力传感器，主控制模块与制动踏板传感器组、踏板模拟电机、踏板电机转矩传感器、主电机、主电机转矩传感器、电磁换向阀、压力传感器、制动压力补偿总成电连。本发明还提供一种基于驾驶员特性的电子液压制动系统的控制方法。本发明的电子液压制动系统响应速度快、制动压力控制更加精确，本发明的控制方法中考虑驾驶员踏板操作特性的影响，提升车辆的行驶安全性。

Description

考虑驾驶员踏板操作特性的电子液压制动系统及控制方法

技术领域

本发明属于电子液压制动系统技术领域，尤其是涉及一种考虑驾驶员踏板操作特性的电子液压制动系统及控制方法。

背景技术

随着汽车电动化和智能化的程度越来越高，给汽车制动系统的发展提出了新的要求，电子液压制动系统应运而生。相比于传统的液压制动系统，电子液压制动系统取消了制动踏板与液压系统之间的机械连接，通过电机驱动液压系统产生制动力；但是由于液压系统从液压油建压到产生制动力需要一个过程，进而导致电子液压系统仍存在响应速度慢，制动压力控制精度低等问题。

电子液压制动系统通常采用均一化设计，然而为了适应智能化的发展需求，制动系统的设计过程中，驾驶员对制动系统的影响是一个需要考虑的因素。不同风格的驾驶员具有不同的制动踏板操作特性，制动系统需要相应地适应驾驶员的驾驶习惯，以提升驾驶员的踏板回馈感，并辅助驾驶员完成制动操作，保证车辆的行驶安全和制动安全；因此，考虑驾驶员特性的电子液压制动系统成为汽车制动系统的一个重要研究方向。因此，亟需一种新的技术方案解决以上问题。

发明内容

针对上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种考虑驾驶员踏板操作特性的电子液压制动系统及控制方法，以实现电子液压制动系统响应速度更快、制动压力控制更加精确，并且在制动系统的设计中考虑驾驶员踏板操作特性的影响，提升车辆的行驶安全性。

为了实现上述技术目的，达到上述的技术要求，本发明所采用的技术方案是：一种基于驾驶员特性的电子液压制动系统，包括制动踏板、设在制动踏板上的制动踏板传感器组、踏板模拟总成、电子液压制动总成、制动压力补偿总成、ABS/ESP模块、主控制模块；

所述踏板模拟总成包括踏板模拟电机、设在踏板模拟电机上的踏板电机转矩传感器、踏板电机传动机构，所述踏板模拟电机通过踏板电机传动机构与制动踏板连接；

所述电子液压制动总成包括主电机、设在主电机上的主电机转矩传感器、油箱、液压泵、电磁换向阀、主液压缸、次液压缸、制动主缸、设置在制动主缸上的压力传感器，所述主电机的输出端与液压泵连接，所述液压泵与油箱通过油管连接，所述液压泵的出口与电磁换向阀的进口连接，所述电磁换向阀的出口与主液压缸的进口连接，所述主液压缸与次液压缸连接，所述次液压缸的出口与ABS/ESP模块连接，每个车轮对应设置1个制动主缸；

每个车轮设置1个制动压力补偿总成；

所述主控制模块与制动踏板传感器组、踏板模拟电机、踏板电机转矩传感器、主电机、主电机转矩传感器、电磁换向阀、压力传感器、制动压力补偿总成电连。

作为优选的技术方案，所述制动补偿压力补偿总成包括制动电机、制动电机转矩传感器、制动电机传动机构，每个车轮对应设置1个制动电机，所述制动电机通过制动电机传动机构与制动主缸连接，所述制动电机转矩传感器设置在制动电机上，所述制动电机、制动电机转矩传感器与主控制模块电连。

作为优选的技术方案，所述主控制模块包括环境感知单元、信号处理单元、转向数据库、决策单元、驱动单元；所述信号处理单元与各个传感器以及环境感知单元电连，所述决策单元通过线路与信号处理单元、转向数据库电连，所述驱动单元与决策单元电连，并输出踏板模拟电机控制信号、电磁换向阀控制信号、主电机控制信号、制动电机控制信号。

作为优选的技术方案，所述主液压缸内设置有活塞杆和套设在活塞杆上的主活塞，所述主活塞将主液压缸分成两个腔室，所述电磁换向阀分别与两个腔室连通，所述次液压缸内设有次活塞，所述活塞杆的一端与次活塞连接。

作为优选的技术方案，所述踏板传感器组包括制动踏板位置传感器和制动踏板力传感器，所述制动踏板位置传感器和制动踏板力传感器设置在制动踏板上。

本发明还提供一种考虑驾驶员踏板操作特性的电子液压制动系统的控制方法，包括以下步骤：

步骤1：驾驶员根据当前行驶车况，操作制动踏板；

步骤2：信号处理单元接受制动踏板位置信号、制动踏板力信号、踏板模拟电机转矩信号、制动电机转矩信号、制动压力信号以及环境感知单元输入的周围车辆信息、障碍物信息；经过计算得到驾驶员踏板操作特性信息、电子液压制动系统状态信息以及当前行驶车况信息，并传输给决策单元；

步骤3：决策单元接受信号处理单元的输入信号，根据转向数据库储存的各个驾驶员制动踏板操作特性下的期望制动踏板回馈，计算出期望制动踏板回馈对应的期望踏板模拟电机转矩，并传输给驱动单元，决策单元根据驾驶员制动踏板操作特性、电子液压制动系统状态信息以及行驶车况信息计算出当前行驶车况下车辆安全行驶的各个制动主缸的期望制动主缸压力，计算期望制动压力对应的期望主电机转矩，并传输给驱动单元，决策单元根据各个制动主缸的实际制动主缸压力与期望制动主缸压力的偏差，以消除实际制动主缸压力与期望制动主缸压力的偏差为控制目标计算出期望制动电机转矩，并传输给驱动单元；

步骤4：驱动单元根据决策单元的输出指令，输出电磁换向阀控制信号、踏板模拟电机控制信号、制动电机控制信号，驱动电磁换向阀、主电机、踏板模拟电机、制动电机进行工作；

步骤5：踏板模拟电机输出的转矩作用到踏板上，给驾驶员提供踏板回馈感，主电机驱动液压泵工作，带动次液压缸轴向运动完成建压，然后通过ABS/ESP 模块作用到各个制动主缸产生制动压力，制动电机输出转矩分别作用到各个制动主缸来调节各个制动主缸的制动压力，完成制动控制。

作为优选的技术方案，所述步骤2中根据驾驶员状态信息计算得到驾驶员制动踏板操作特性具体包括：

步骤21：同一驾驶车况下，在一个采样周期T时间内，连续采集驾驶员的制动踏板幅度M和制动踏板力F；

步骤22：驾驶员踏板操作特性E表示为：

公式1中，k₁，k₂，k₃，k₄为权重系数。

作为优选的技术方案，所述主控制模块中包括MPC控制器，所述MPC控制器与主控制模块电连。

作为优选的技术方案，所述步骤3中通过基于驾驶员的踏板特性的MPC算法来消除实际制动主缸压力与期望制动主缸压力的偏差，具体包括：

步骤31：将实际制动主缸压力与期望制动主缸压力的偏差P_e作为系统控制输出的参考值，即y_ref＝P_e；制动电机电流I作为控制输入，即u＝I；电机输出电磁转矩M_T作为状态量，即x＝M_T，制动电机作用在制动主缸产生的制动压力表示为P_m；

步骤32：系统优化目标函数J(k)表示为：

公式2中，y(k+i|t)表示控制输出预测值；y_ref(k+i|t)表示控制输出参考值； k表示当前采样时刻；(k+i|t)表示根据当前采样时刻的信息预测k+i时刻的值；ΔU(k+i|t)表示控制输入增量；Q和R表示系统权重矩阵；N_p表示预测时域；N_c表示控制时域；ρ表示权重系数；ε表示松弛因子；

系统约束条件表示为：

u_min≤u(k+i)≤u_max,i＝0,1,...,N_c-1 (3)

Δu_min≤Δu(k+i)≤Δu_max,i＝0,1,...,N_c-1 (4)

公式3和4中，u_min，u_max为控制输入阀值；Δu_min，Δu_max为控制输入增量阀值；

步骤33：对上述优化问题求解，可以得到控制时域内的一系列控制输入增量：

ΔU＝[Δu(k),Δu(k+1),...,Δu(N_c-1)]^T (5)

将该控制序列的第一个元素Δu(k)作为实际的控制输入增量作用于系统，即

u(k)＝u(k-1)+Δu(k) (6)

此时的u(k)作用到系统，即驱动单元向制动电机输出控制电流I(k)，产生当前系统的状态量，即驱动制动电机产生电磁转矩M_T(k)，作用到制动主缸产生补偿制动压力，调节制动主缸压力P，此时制动主缸压力P与期望制动主缸压力P_r(k)之间的偏差P_e通过压力传感器反馈给驱动单元，作为当前时刻系统的输入；系统执行这一控制量直到下一时刻，在新的时刻，系统根据状态信息重新预测下一段时域的输出，通过优化过程得到一个新的控制增量序列，如此循环往复，直至系统完成控制过程；

步骤34：预测时域N_p决定着MPC控制算法的控制效果，而不同制动踏板操作特性的驾驶员对制动踏板的操作精度也不同，因此构建预测时域N_p与驾驶员踏板操作特性E之间的关系，两者之间的关系表示为：

公式7中，a₁，a₂，a₃，c为多项式系数，E₁和E₂为变化阀值。

本发明的电子液压制动系统相比于传统的电子液压制动系统，本发明的有益效果是：

在制动主缸处增加了制动电机，使得电子液压制动系统建压时间缩短，提升了电子液压制动系统的响应速度；同时制动电机辅助ABS/ESP模块对制动主缸压力进行主动调节，制动主缸压力控制更加精准，提升了车辆的行驶稳定性和安全性；

本发明的控制方法对驾驶员的制动踏板操作特性进行量化，向不同制动踏板操作特性的驾驶员反馈合适踏板力，提升驾驶员的制动踏板回馈感；进一步的，基于驾驶员踏板操作特性提出一种预测时域可调的MPC控制算法，使得MPC 算法能够适应不同的驾驶员，从而控制制动电机调节制动主缸压力，消除实际制动主缸压力和期望制动主缸压力之间的偏差，辅助驾驶员完成安全制动。

附图说明

图1为本发明电子液压制动系统的结构原理图；

图2为本发明电子液压制动系统控制方法的原理框图；

图3为本发明基于驾驶员制动踏板操作特性的MPC算法的原理框图；

图1-3中，1-主控制模块，2-储液罐，3-电磁换向阀，4-液压泵，5-主电机转矩传感器，6-主电机，7-油箱，8-左前轮制动电机，9-左前轮转矩传感器，10-左前轮减速机构，11-左前轮制动压力传感器，12-左前轮滚珠丝杆，13-左前轮制动主缸，14-左后轮制动电机，15-左后轮转矩传感器，16-左后轮减速机构，17-左后轮制动压力传感器，18-左后轮滚珠丝杆，19-左后轮制动主缸，20- 右后轮制动主缸，21-右后轮滚珠丝杆，22-右后轮制动压力传感器，23-右后轮减速机构，24-右后轮转矩传感器，25-右后轮制动电机，26-右前轮制动主缸， 27-右前轮滚珠丝杆，28-右前轮制动压力传感器，29-右前轮减速机构，30-右前轮转矩传感器，31-右前轮制动电机，32-制动踏板，33-制动踏板力传感器， 34-制动踏板位置传感器，35-滚珠丝杠，36-减速机构，37-踏板电机转矩传感器，38-踏板模拟电机，39-ABS/ESP模块，40-次液压缸，41-次活塞，42-主活塞，43-主液压缸，44-活塞杆；

A-主电机转矩信号，B-制动踏板位置信号，C-制动踏板力信号，D-踏板模拟电机转矩信号，E₁-左前轮转矩信号，E₂-右前轮转矩信号，E₃-左后轮转矩信号， E₄-右后轮转矩信号，F₁-左前轮制动压力信号，F₂-右前轮制动压力信号，F₃-左后轮制动压力信号，F₄-右后轮制动压力信号，G-电磁换向阀控制信号，H-主电机控制信号，I-踏板模拟电机控制信号，J-左前轮制动电机控制信号，K-右前轮制动电机控制信号，L-左后轮制动电机控制信号，M-右后轮制动电机控制信号。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进一步描述。

请参照图1-3，本发明的一种基于驾驶员特性的电子液压制动系统包括制动踏板32、制动踏板传感器组、踏板模拟总成、电子液压制动总成、制动压力补偿总成、ABS/ESP模块39、主控制模块1；

所述制动踏板位置传感器34和制动踏板力传感器33安装在制动踏板32上；

所述踏板模拟总成包括踏板模拟电机38、踏板电机转矩传感器37、踏板电机传动机构；踏板电机转矩传感器37安装到踏板模拟电机38输出端，踏板模拟电机38经过传动机构与制动踏板32机械连接；具体的，踏板电机传动机构包括踏板电机减速机构36、踏板电机滚珠丝杆35，踏板模拟电机38通过踏板电机减速机构36安装到踏板电机滚珠丝杆35上；踏板电机滚珠丝杆35的一端与制动踏板32机械连接，踏板模拟电机38的转动依次经过踏板电机减速机构 36、踏板电机滚珠丝杆35转化为踏板电机滚珠丝杆35的直线运动，作用到制动踏板32上；

所述电子液压制动总成包括主电机6、设在主电机6上的主电机转矩传感器 5、油箱7、液压泵4、电磁换向阀3、主液压缸43、次液压缸40、制动主缸、设置在制动主缸上的压力传感器，所述主电机6的输出端与液压泵4连接，所述液压泵4与油箱7通过油管连接，所述液压泵4的出口与电磁换向阀3的进口连接，所述电磁换向阀3的出口与主液压缸43的进口连接，所述主液压缸43 与次液压缸40连接，所述次液压缸40的出口与ABS/ESP模块连接，每个车轮对应设置1个制动主缸；具体的制动主缸包括左前轮制动主缸13、右前轮制动主缸26、左后轮制动主缸19、左后轮制动主缸20，压力传感器用于传输各个制动主缸的制动压力信号，压力传感器包括左前轮制动压力传感器11、右前轮制动压力传感器28、左后轮制动压力传感器17、右后轮制动压力传感器22；主电机转矩传感器5安装到主电机6的输出端；左前轮制动压力传感器11、右前轮制动压力传感器28、左后轮制动压力传感器17、右后轮制动压力传感器22分别安装在左前轮制动主缸13、右前轮制动主缸26、左后轮制动主缸19、左后轮制动主缸20；活塞杆44位于主液压缸43和次液压缸40内，液压油在主电机6 作用下，依次从油箱7、液压泵4流向电磁换向阀3，通过电磁换向阀3阀门开度不同，液压油流向主液压缸43，并带动次液压缸40轴向位移运动，液压油经过ABS/ESP模块39分别作用到左前轮制动主缸13、右前轮制动主缸26、左后轮制动主缸19、左后轮制动主缸20产生制动力；

所述主控制模块1与制动踏板传感器组、踏板模拟电机38、踏板电机转矩传感器37、主电机6、主电机转矩传感器5、电磁换向阀3、压力传感器、制动压力补偿总成电连，主控制模块1接收制动踏板传感器组、主电机转矩传感器5、压力传感器的信号，并向踏板模拟电机38、主电机6、电磁换向阀3、制动压力补偿总成发出控制指令，进一步的，所述主控制模块1包括环境感知单元、信号处理单元、转向数据库、决策单元、驱动单元；环境感知单元实时获取周围车辆信息以及障碍物信息并通过车载通讯线路传递给信号处理单元；信号处理单元与上述各传感器以及环境感知单元电气连接，获取各传感器信号和环境感知单元输入的信号；决策单元通过车载通讯线路接收信号处理单元、转向数据库的输入信号，驱动单元通过车载通讯线路接收信号处理单元的控制信号，分别输出踏板模拟电机控制信号I、电磁换向阀控制信号G、主电机控制信号H、左前轮制动电机控制信号J、右前轮制动电机控制信号K、左后轮制动电机控制信号L、右后轮制动电机控制信号M，完成制动操作的控制。

如图1-3所示，所述次液压缸40上通过油管连接有储液罐2，储液罐2实时向次液压缸40补充液压油。

如图1-3所示，所述制动补偿压力补偿总成包括制动电机、制动电机转矩传感器、制动电机传动机构，每个车轮对应设置1个制动电机，所述制动电机通过制动电机传动机构与制动主缸连接，所述设置在制动电机上，所述制动电机、制动电机转矩传感器与主控制模块1电连；具体的，所述制动电机包括左前轮制动电机8、右前轮制动电机31、左后轮制动电机14、右后轮制动电机25，所述制动电机传动机构包括左前轮减速机构10、左前轮滚珠丝杆12、右前轮减速机构29、右前轮滚珠丝杆27、左后轮减速机构16、左后轮滚珠丝杆18、右后轮减速机构23、右后轮滚珠丝杆21，所述制动电机转矩传感器包括左前轮转矩传感器9、右前轮转矩传感器30、左后轮转矩传感器15、右后轮转矩传感器 24；左前轮制动电机8输出端依次通过左前轮转矩传感器9、左前轮减速机构 10连接到左前轮滚珠丝杆12，左前轮滚珠丝杆12的一端连接到左前轮制动主缸13；右前轮制动电机31输出端依次通过右前轮转矩传感器30、右前轮减速机构29连接到右前轮滚珠丝杆27，右前轮滚珠丝杆27的一端连接到右前轮制动主缸26；左后轮制动电机14输出端依次通过左后轮转矩传感器15、左后轮减速机构16连接到左后轮滚珠丝杆18，左后轮滚珠丝杆18的一端连接到左后轮制动主缸19；右后轮制动电机25输出端依次通过右后轮转矩传感器24、右后轮减速机构23连接到右后轮滚珠丝杆21，右后轮滚珠丝杆21的一端连接到右后轮制动主缸26；左前轮制动电机8、右前轮制动电机31、左后轮制动电机 14、右后轮制动电机25的旋转运动分别依次通过左前轮减速机构10和左前轮滚珠丝杆12、右前轮减速机构29和右前轮滚珠丝杆27、左后轮减速机构16和左后轮滚珠丝杆18、右后轮减速机构23和右后轮滚珠丝杆21转化为左前轮滚珠丝杆12的丝杆端、右前轮滚珠丝杆27的丝杆端、左后轮滚珠丝杆18的丝杆端、右后轮滚珠丝杆21的丝杆端的位移运动，分别作用在左前轮制动主缸13、右前轮制动主缸26、左后轮制动主缸19、左后轮制动主缸20上产生补偿制动压力，调节制动主缸的制动压力。

如图1-3所示，所述主液压缸43内设置有活塞杆44和套设在活塞杆44上的主活塞42，所述主活塞42将主液压缸43分成两个腔室，所述电磁换向阀3 分别与两个腔室连通，所述次液压缸40内设有次活塞，所述活塞杆44的一端与次活塞41连接；具体的，电磁换向阀3具有正向负荷、反向负荷和卸荷三种工作状态，正向负荷时，主电机6驱动液压泵4，电磁换向阀3控制阀门开闭使液压油正向流动，液压油流入主液压缸43内主活塞42两侧，主活塞42左侧压力大于右侧，主活塞42的轴向移动带动次活塞41以及次液压缸40进行建压，制动主缸制动压力上升；反向负荷时，主电机6驱动液压泵4，电磁换向阀3控制阀门开闭使液压油反向流动，液压油流入主液压缸43内主活塞42两侧，主活塞42右侧压力大于左侧，主活塞42的轴向移动带动次活塞41以及次液压缸 40进行卸压，制动主缸制动压力下降；卸荷时，主电机6停止工作，液压油停止流入主液压缸43内主活塞42两侧，制动主缸不提供制动压力。

参照图1-3所示，本发明提供一种考虑驾驶员踏板操作特性的电子液压制动系统的控制方法，包括以下步骤：

步骤1：驾驶员根据当前行驶车况，操作制动踏板；

步骤2：信号处理单元接受制动踏板位置信号B、制动踏板力信号C、踏板模拟电机转矩信号D、主电机转矩信号A、左前轮转矩信号E₁、右前轮转矩信号 E₂、左后轮转矩信号E₃、右后轮转矩信号E₄、左前轮制动压力信号F₁、右前轮制动压力信号F₂、左后轮制动压力信号F₃、右后轮制动压力信号F₄以及环境感知单元输入的车辆周围信息、障碍物信息；经过计算得到驾驶员踏板操作特性信息、电子液压制动系统状态信息以及当前行驶车况信息，并传输给决策单元，左前轮制动压力传感器11、右前轮制动压力传感器28、左后轮制动压力传感器 17、右后轮制动压力传感器22分别传输前轮制动压力信号F₁、右前轮制动压力信号F₂、左后轮制动压力信号F₃、右后轮制动压力信号F₄；

步骤3：决策单元接受信号处理单元的输入信号，根据转向数据库储存的各个驾驶员制动踏板操作特性下的期望制动踏板回馈，计算出期望制动踏板回馈对应的期望踏板模拟电机转矩，并传输给驱动单元；决策单元根据驾驶员制动踏板操作特性、电子液压制动系统状态信息以及行驶车况信息计算出当前行驶车况下车辆安全行驶的各个制动主缸的期望制动主缸压力，计算期望制动主缸压力对应的期望主电机转矩，并传输给驱动单元；决策单元根据各个制动主缸的实际制动主缸压力与期望制动主缸压力的偏差，以消除此实际制动主缸压力与期望制动主缸压力的偏差为控制目标计算出期望左前轮制动电机转矩、期望右前轮制动电机转矩、期望左后轮制动电机转矩、期望右后轮制动电机转矩，并传输给驱动单元；

步骤4：驱动单元根据决策单元的输出指令，输出电磁换向阀控制信号G、主电机控制信号H、踏板模拟电机控制信号I、左前轮制动电机控制信号J、右前轮制动电机控制信号K、左后轮制动电机控制信号L、右后轮制动电机控制信号M，驱动电磁换向阀3、主电机6、踏板模拟电机38、左前轮制动电机8、右前轮制动电机31、左后轮制动电机14、右后轮制动电机25进行工作；

步骤5：踏板模拟电机38输出的电磁转矩作用到踏板上，给驾驶员提供踏板回馈感；主电机6输出的电磁转矩驱动液压泵4工作，使主液压缸43内的主活塞42两侧产生压力差输出轴向作用力，带动次活塞41在次液压缸40的轴向运动完成建压，作用到各个制动主缸产生制动压力；左前轮制动电机8、右前轮制动电机31、左后轮制动电机14、右后轮制动电机25输出的电磁转矩分别作用到左前轮制动主缸13、右前轮制动主缸26、左后轮制动主缸19、左后轮制动主缸20来调节各个制动主缸的制动压力，完成制动控制。

如图1-3所示，所述步骤2中根据驾驶员状态信息计算得到驾驶员制动踏板操作特性具体包括：

步骤21：同一驾驶车况下，在一个采样周期T时间内，连续采集驾驶员的制动踏板幅度M和制动踏板力F；

步骤22：驾驶员踏板操作特性E表示为：

公式1中，k₁，k₂，k₃，k₄为权重系数，需要注意的是，制动踏板幅度M与用来表示右后轮制动电机控制信号的M予以区分。

如图1-3所示，所述主控制模块中包括MPC控制器，所述MPC控制器与主控制模块电连，通过MPC控制器生成MPC算法。

如图1-3所示，所述步骤3中通过基于驾驶员踏板特性的MPC算法来消除实际制动主缸压力与期望制动主缸压力的偏差，具体包括：

步骤31：将实际制动主缸压力与期望制动主缸压力的偏差P_e作为系统控制输出的参考值，即y_ref＝P_e；制动电机电流I作为控制输入，即u＝I；电机输出电磁转矩M_T作为状态量，即x＝M_T，制动电机作用在制动主缸产生的制动压力表示为P_m；

步骤32：系统优化目标函数J(k)表示为：

公式2中，y(k+i|t)表示控制输出预测值；y_ref(k+i|t)表示控制输出参考值； k表示当前采样时刻；(k+i|t)表示根据当前采样时刻的信息预测k+i时刻的值；ΔU(k+i|t)表示控制输入增量；Q和R表示系统权重矩阵；N_p表示预测时域；N_c表示控制时域；ρ表示权重系数；ε表示松弛因子；

系统约束条件表示为：

u_min≤u(k+i)≤u_max,i＝0,1,...,N_c-1 (3)

Δu_min≤Δu(k+i)≤Δu_max,i＝0,1,...,N_c-1 (4)

公式3和4中，u_min，u_max为控制输入阀值；Δu_min，Δu_max为控制输入增量阀值；

步骤33：对上述优化问题求解，可以得到控制时域内的一系列控制输入增量：

ΔU＝[Δu(k),Δu(k+1),...,Δu(N_c-1)]^T (5)

将该控制序列的第一个元素Δu(k)作为实际的控制输入增量作用于系统，即

u(k)＝u(k-1)+Δu(k) (6)

此时的u(k)作用到系统，即驱动单元向制动电机输出控制电流I(k)，产生当前系统的状态量，即驱动制动电机产生电磁转矩M_T(k)，作用到制动主缸产生补偿制动压力，调节制动主缸压力P，此时制动主缸压力P与期望制动主缸压力 P_r(k)之间的偏差P_e通过压力传感器反馈给驱动单元，作为当前时刻系统的输入；系统执行这一控制量直到下一时刻，在新的时刻，系统根据状态信息重新预测下一段时域的输出，通过优化过程得到一个新的控制增量序列，如此循环往复，直至系统完成控制过程；

步骤34：预测时域N_p决定着MPC控制算法的控制效果，而不同制动踏板操作特性的驾驶员对制动踏板的操作精度也不同，因此构建预测时域N_p与驾驶员踏板操作特性E之间的关系，两者之间的关系表示为：

公式7中，a₁，a₂，a₃，c为多项式系数，E₁和E₂为变化阀值。

基于上述公式，由信息处理单元接收到的驾驶员踏板操作信息，决策单元计算出驾驶员踏板操作特性并传递给驱动单元，驱动单元内嵌的MPC控制算法可以根据不同驾驶员的踏板操作特性E调节相应的N_p以完成考虑驾驶员特性的制动压力补偿控制，整个制动系统的制动效果好，制动反应灵敏，与控制方法配合后控制逻辑更为合理，引入了驾驶员踏板操作特性，适用于多种制动情况，对驾驶员的制动操作反馈更加精准，防止制动力过度或制动力不足的情况产生。

上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的描述，而并非对实施方式的限定，对于所属领域的技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举，而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。

Claims (9)

1.一种考虑驾驶员踏板操作特性的电子液压制动系统，其特征在于，包括制动踏板、设在制动踏板上的制动踏板传感器组、踏板模拟总成、电子液压制动总成、制动压力补偿总成、ABS/ESP模块、主控制模块；

所述踏板模拟总成包括踏板模拟电机、设在踏板模拟电机上的踏板电机转矩传感器、踏板电机传动机构，所述踏板模拟电机通过踏板电机传动机构与制动踏板连接；

所述电子液压制动总成包括主电机、设在主电机上的主电机转矩传感器、油箱、液压泵、电磁换向阀、主液压缸、次液压缸、制动主缸、设置在制动主缸上的压力传感器，所述主电机的输出端与液压泵连接，所述液压泵与油箱通过油管连接，所述液压泵的出口与电磁换向阀的进口连接，所述电磁换向阀的出口与主液压缸的进口连接，所述主液压缸与次液压缸连接，所述次液压缸的出口与ABS/ESP模块连接，每个车轮对应设置1个制动主缸；

每个车轮设置1个制动压力补偿总成；

所述主控制模块与制动踏板传感器组、踏板模拟电机、踏板电机转矩传感器、主电机、主电机转矩传感器、电磁换向阀、压力传感器、制动压力补偿总成电连。

2.根据权利要求1所述的考虑驾驶员踏板操作特性的电子液压制动系统，其特征在于，所述制动补偿压力补偿总成包括制动电机、制动电机转矩传感器、制动电机传动机构，每个车轮对应设置1个制动电机，所述制动电机通过制动电机传动机构与制动主缸连接，所述制动电机转矩传感器设置在制动电机上，所述制动电机、制动电机转矩传感器与主控制模块电连。

3.根据权利要求2所述的考虑驾驶员踏板操作特性的电子液压制动系统，其特征在于，所述主控制模块包括环境感知单元、信号处理单元、转向数据库、决策单元、驱动单元；所述信号处理单元与各个传感器以及环境感知单元电连，所述决策单元通过线路与信号处理单元、转向数据库电连，所述驱动单元与决策单元电连，并输出踏板模拟电机控制信号、电磁换向阀控制信号、主电机控制信号、制动电机控制信号。

4.根据权利要求3所述的考虑驾驶员踏板操作特性的电子液压制动系统，其特征在于，所述主液压缸内设置有活塞杆和套设在活塞杆上的主活塞，所述主活塞将主液压缸分成两个腔室，所述电磁换向阀分别与两个腔室连通，所述次液压缸内设有次活塞，所述活塞杆的一端与次活塞连接。

5.根据权利要求4所述的考虑驾驶员踏板操作特性的电子液压制动系统，其特征在于，所述踏板传感器组包括制动踏板位置传感器和制动踏板力传感器，所述制动踏板位置传感器和制动踏板力传感器设置在制动踏板上。

6.根据权利要求5中所述的考虑驾驶员踏板操作特性的电子液压制动系统的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：驾驶员根据当前行驶车况，操作制动踏板；

步骤2：信号处理单元接受制动踏板位置信号、制动踏板力信号、踏板模拟电机转矩信号、制动电机转矩信号、制动压力信号以及环境感知单元输入的周围车辆信息、障碍物信息；经过计算得到驾驶员踏板操作特性信息、电子液压制动系统状态信息以及当前行驶车况信息，并传输给决策单元；

步骤3：决策单元接受信号处理单元的输入信号，根据转向数据库储存的各个驾驶员制动踏板操作特性下的期望制动踏板回馈，计算出期望制动踏板回馈对应的期望踏板模拟电机转矩，并传输给驱动单元，决策单元根据驾驶员制动踏板操作特性、电子液压制动系统状态信息以及行驶车况信息计算出当前行驶车况下车辆安全行驶的各个制动主缸的期望制动主缸压力，计算期望制动压力对应的期望主电机转矩，并传输给驱动单元，决策单元根据各个制动主缸的实际制动主缸压力与期望制动主缸压力的偏差，以消除实际制动主缸压力与期望制动主缸压力的偏差为控制目标计算出期望制动电机转矩，并传输给驱动单元；

步骤4：驱动单元根据决策单元的输出指令，输出电磁换向阀控制信号、踏板模拟电机控制信号、制动电机控制信号，驱动电磁换向阀、主电机、踏板模拟电机、制动电机进行工作；

步骤5：踏板模拟电机输出的转矩作用到踏板上，给驾驶员提供踏板回馈感，主电机驱动液压泵工作，带动次液压缸轴向运动完成建压，然后通过ABS/ESP模块作用到各个制动主缸产生制动压力，制动电机输出转矩分别作用到各个制动主缸来调节各个制动主缸的制动压力，完成制动控制。

7.根据权利要求6所述的考虑驾驶员踏板操作特性的电子液压制动系统的控制方法，其特征在于，所述步骤2中根据驾驶员状态信息计算得到驾驶员制动踏板操作特性具体包括：

步骤21：同一驾驶车况下，在一个采样周期T时间内，连续采集驾驶员的制动踏板幅度M和制动踏板力F；

步骤22：驾驶员踏板操作特性E表示为：

公式1中，k₁，k₂，k₃，k₄为权重系数。

8.根据权利要求6所述的考虑驾驶员踏板操作特性的电子液压制动系统的控制方法，其特征在于，所述主控制模块中包括MPC控制器，所述MPC控制器与主控制模块电连。

9.根据权利要求8所述的考虑驾驶员踏板操作特性的电子液压制动系统的控制方法，其特征在于，所述步骤3中通过基于驾驶员踏板特性的MPC算法来消除实际制动主缸压力与期望制动主缸压力的偏差，具体包括：

步骤31：将实际制动主缸压力与期望制动主缸压力的偏差P_e作为系统控制输出的参考值，即y_ref＝P_e；制动电机电流I作为控制输入，即u＝I；电机输出电磁转矩M_T作为状态量，即x＝M_T，制动电机作用在制动主缸产生的制动压力表示为P_m；

步骤32：系统优化目标函数J(k)表示为：

公式2中，y(k+i|t)表示控制输出预测值；y_ref(k+i|t)表示控制输出参考值；k表示当前采样时刻；(k+i|t)表示根据当前采样时刻的信息预测k+i时刻的值；ΔU(k+i|t)表示控制输入增量；Q和R表示系统权重矩阵；N_p表示预测时域；N_c表示控制时域；ρ表示权重系数；ε表示松弛因子；

系统约束条件表示为：

u_min≤u(k+i)≤u_max,i＝0,1,...,N_c-1 (3)

Δu_min≤Δu(k+i)≤Δu_max,i＝0,1,...,N_c-1 (4)

公式3和4中，u_min，u_max为控制输入阀值；Δu_min，Δu_max为控制输入增量阀值；

步骤33：对上述优化问题求解，可以得到控制时域内的一系列控制输入增量：

ΔU＝[Δu(k),Δu(k+1),...,Δu(N_c-1)]^T (5)

将该控制序列的第一个元素Δu(k)作为实际的控制输入增量作用于系统，即

u(k)＝u(k-1)+Δu(k) (6)

此时的u(k)作用到系统，即驱动单元向制动电机输出控制电流I(k)，产生当前系统的状态量，即驱动制动电机产生电磁转矩M_T(k)，作用到制动主缸产生补偿制动压力，调节制动主缸压力P，此时制动主缸压力P与制动主缸的期望制动主缸压力P_r(k)之间的偏差P_e通过压力传感器反馈给驱动单元，作为当前时刻系统的输入；系统执行这一控制量直到下一时刻，在新的时刻，系统根据状态信息重新预测下一段时域的输出，通过优化过程得到一个新的控制增量序列，如此循环往复，直至系统完成控制过程；

步骤34：预测时域N_p决定着MPC控制算法的控制效果，而不同制动踏板操作特性的驾驶员对制动踏板的操作精度也不同，因此构建预测时域N_p与驾驶员踏板操作特性E之间的关系，两者之间的关系表示为：

公式7中，a₁，a₂，a₃，c为多项式系数，E₁和E₂为变化阀值。

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