CN115071652A - 一种基于整流器调控的电动汽车防抱死控制方法与系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于整流器调控的电动汽车防抱死控制方法与系统，涉及电动汽车自动控制技术领域，包括步骤：根据刹车踏板信号通过整流器控制电机以初始速率降低转速以提供反向力矩至车轮；根据实时车轮角速度信号和实时车速信号在当前车轮的滑移率不为预设滑移率时，根据当前车轮的滑移率与预设滑移率之间的差值与预设滑移率的比例关系，调节PWM信号的占空比并输入整流器；根据当前占空比下的PWM信号运行整流器，通过整流器调节电机的转速。本发明通过整流器的主动调节，实现对电机转速降低的控制实现刹车功能的实现，相较于传统机械式刹车，刹车效果更直接，反应更迅速。

Description

一种基于整流器调控的电动汽车防抱死控制方法与系统

技术领域

本发明涉及电动汽车自动控制技术领域，具体涉及一种基于整流器调控的电动汽车防抱死控制方法与系统。

背景技术

部分研究围绕对纯电动智能汽车的制动防抱死系统控制逻辑进行开展，通过控制车辆的横摆力矩实现车辆的差动控制，改变车轮滑移率来维持弯道制动时的车辆稳定性，但具体还是采用液压系统来切换增压、保压和减压三种状态以实现对车轮角加减速度的控制。

部分研究中，针对防抱死制动算法进行研究，实现的方式为对制动主缸液压力的主动调整。还有研究提出气动防抱死和电动防抱死相结合的方式实现列车的防抱死，但其所述的电动防抱死装置用于根据接收到的制动控制信号对所述制动气压进行防抱死处理。也有研究设计了电液复合制动防抱死控制系统，其通过回路切换阀实现电动防抱死装置和气动防抱死装置的选择。但其所述的电动防抱死的实现方式为根据接收到的制动信号对所述制动气压进行防抱死处理。现有控制方案普遍采用对液压/气压系统的控制来实现，液压/气压系统结构复杂，由于涉及到的器件较多，控制精度较低、控制复杂且缓慢。

发明内容

为了降低复杂机械结构带来的制动延迟，器件自然损耗造成的防抱死制动精度差的问题，本发明提出了一种基于整流器调控的电动汽车防抱死控制方法，在电动汽车行驶时持续接收到刹车踏板信号的过程中，对于刹车的控制包括步骤：

S1：根据刹车踏板信号通过整流器控制电机以初始速率降低转速以提供反向力矩至车轮；

S2：获取当前行驶状态下车辆的实时车轮角速度信号以及实时车速信号；

S3：根据实时车轮角速度信号和实时车速信号判断当前车轮的滑移率是否为预设滑移率，若否，进入S4步骤，若是，进入S6步骤；

S4：根据当前车轮的滑移率与预设滑移率之间的差值与预设滑移率的比例关系，调节PWM信号的占空比并输入整流器；

S5：根据当前占空比下的PWM信号运行整流器，通过整流器调节电机的转速并返回S2步骤；

S6：判断是否接收到刹车踏板信号，若是，返回S2步骤，若否，控制电机以当前转速驱动车轮。

进一步地，所述S3步骤中，当前车轮的滑移率可通过如下公式获取：

式中，S为当前车轮的滑移率，V为实时车速，ω为实时车轮角速度信号。

进一步地，所述S4步骤中，PWM信号占空比的调节可表示为如下公式：

式中，P为调节后的占空比，A为比例系数，S₀为预设滑移率，P₀为当前PWM信号的占空比。

进一步地，所述整流器在运行过程中，通过将电机的转动动能转换为电能回收至电池以实现电机转速的调节。

进一步地，所述S5步骤中，在返回S2步骤前还包括步骤：

S51：获取电机的电压和电流信息，并判断是否达到当前PWM信号占空比运行下整流器对应的电压和电流信息，若是，返回S2步骤，若否，调节比例系数并返回S2步骤。

本发明还提出了一种基于整流器调控的电动汽车防抱死控制系统，包括：

主控模块，用于在初始接收到刹车踏板信号时通过整流器控制电机以初始速率降低转速以提供反向力矩至车轮；

参数获取模块，用于获取当前行驶状态下车辆的实时车轮角速度信号以及实时车速信号；

滑移判定模块，用于根据实时车轮角速度信号和实时车速信号判断当前车轮的滑移率是否为预设滑移率，在判断为否时输出调节信号，在判断为是时输出核对信号；

主控模块，还用于在接收到调节信号时，根据当前车轮的滑移率与预设滑移率之间的差值与预设滑移率的比例关系，调节PWM信号的占空比并输入整流器，并在接收到核对信号时，在刹车踏板信号停止前控制电机以当前转速驱动车轮；

整流器，用于以当前PWM信号占空比下的运行状态调节电机的转速。

进一步地，所述滑移判定模块中，当前车轮的滑移率可通过如下公式获取：

式中，S为当前车轮的滑移率，V为实时车速，ω为实时车轮角速度信号。

进一步地，所述主控模块中，PWM信号占空比的调节可表示为如下公式：

式中，P为调节后的占空比，A为比例系数，S₀为预设滑移率，P₀为当前PWM信号的占空比。

进一步地，所述整流器在运行过程中，通过将电机的转动动能转换为电能回收至电池以实现电机转速的调节。

进一步地，所述参数获取单元，还用于在整流器运行过程中，获取电机的电压和电流信息，并在未达到当前PWM信号占空比运行下整流器对应的电压和电流信息时调节比例系数。

与现有技术相比，本发明至少含有以下有益效果：

(1)本发明所述的一种基于整流器调控的电动汽车防抱死控制方法与系统，通过整流器的主动调节，实现对电机转速降低的控制实现刹车功能的实现，相较于传统机械式刹车，刹车效果更直接，反应更迅速；

(2)基于车轮角速度和车速这类直接影响参数进行的防抱死控制判断，并直接对车轮角度进行控制，从而避免机械式刹车过程中由于中间力传导器件的磨损带来的控制精度降低，能够根据当前车辆状态无差别的进行高精度制度；

(3)基于比例信息进行整流器的运行调节，从而能够更为迅速的使车轮在刹车过程中进入和保持最佳滑移率，为车辆提供更安全有效的制动效果。

附图说明

图1为一种基于整流器调控的电动汽车防抱死控制方法的方法步骤图；

图2为一种基于整流器调控的电动汽车防抱死控制系统的系统结构图。

具体实施方式

以下是本发明的具体实施例并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。

实施例一

在实现碳中和环保目标的背景之下，电动汽车更加顺应时代要求，发展趋势良好、势头强劲。目前我国电动汽车呈现爆发式增长，市场对其的接受度和认可度正在逐渐提高。对于电动汽车而言，安全与续航是人们十分关注的两个特征点。尤其是制动过程中的安全性能更为大家所关注，而影响制动效果的一大因素便是电动汽车的防抱死系统。为此，如图1所示，本发明提出了一种基于整流器调控的电动汽车防抱死控制方法，其在电动汽车行驶时持续接收到刹车踏板信号的过程中，对于刹车的控制包括步骤：

S1：根据刹车踏板信号通过整流器控制电机以初始速率降低转速以提供反向力矩至车轮；

S2：获取当前行驶状态下车辆的实时车轮角速度信号以及实时车速信号；

S3：根据实时车轮角速度信号和实时车速信号判断当前车轮的滑移率是否为预设滑移率，若否，进入S4步骤，若是，进入S6步骤；

S4：根据当前车轮的滑移率与预设滑移率之间的差值与预设滑移率的比例关系，调节PWM信号的占空比并输入整流器；

S5：根据当前占空比下的PWM信号运行整流器，通过整流器调节电机的转速并返回S2步骤；

S6：判断是否接收到刹车踏板信号，若是，返回S2步骤，若否，控制电机以当前转速驱动车轮。

在车辆行驶过程中，刹车包括点刹和急刹两种情况，当急刹过程中制动力超过路面的附着力时，车辆就会产生滑移，使制动效果变差，ABS系统能控制车轮的制动效果，防止车轮抱死，最大限度地利用地面的附着力，提升车辆急刹过程中的稳定性，并能减少轮胎磨损，达到最佳的制动效果。制动过程中轮胎大部分时间处于边滚边滑的状态，滑移率就是指在边滚边滑的状态中滑动占整个状态的比例。将车轮滑移率控制在20％左右，便可获取最大的纵向附着系数和较大的横向附着系数，是最理想的控制效果。并且防抱死系统可实现制动的同时保留控制转向的能力，因此驾驶员可在制动过程中选择绕开前方障碍物，从而避免事故。

在本发明中，为了避免控制程序的介入对点刹的干扰，采用一定的PWM信号占空比下降实现初始速率下的电机转速降低控制，通过电机转速的下降来为车轮提供一个与车轮转动方向相反的反向力矩，进而实现刹车的效果。由于在刹车控制中，无需传统的气压、液压等制动系统(通过对车轮端的终端控制)的介入，而是通过整流器对电机转速的直接控制介入，实现源头端的直接控制，因此没有中间的机械力和/或流体力传导过程，对于刹车踏板信号的反应效率更高。

而为了使车辆在急刹过程中更快的进入最优滑移率，及早为车辆提供最大的制动力，本发明通过对当前行驶状态下车辆的实时车轮角速度信号以及实时车速信号进行采集，并基于此进行实时滑移率的计算，具体计算公式如下：

式中，S为当前车轮的滑移率，V为实时车速，ω为实时车轮角速度信号。

而后，基于实时滑移率与预设滑移率(也即是设置的最佳滑移率)之间的差值，与预设滑移率进行比对，根据比例关系对PWM信号的占空比进行调节，具体公式如下：

式中，P为调节后的占空比，A为比例系数，S₀为预设滑移率，P₀为当前PWM信号的占空比，其中比例系数初始为1。

此处，本发明通过比例关系的获取，在车辆急刹过程中，使实时滑移率整体呈前期快速逼近，后期缓步精确逼近预设滑移率的效果，从而实现快速达到最优滑移率的同时，避免滑移率过高导致的车辆失控。

进一步地，为了确保对于电机转速调节的准确性，在S5步骤中，在返回S2步骤前还包括步骤：

S51：获取电机的电压和电流信息，并判断是否达到当前PWM信号占空比运行下整流器对应的电压和电流信息，若是，返回S2步骤，若否，调节比例系数并返回S2步骤。

其中PWM占空比整流器运行下对应的电压和电流信息，可通过正常运行状态下测定不同占空比下电机的电压、电流之间的匹配关系进行获取。而比例系数的调节则是：根据实际电压(或电流)与应当对应的电压(或电流)的比例关系对比例系数进行等比例调节，从而避免由于整流器自身对于电机能量转换效率下降导致的转速控制效果降低(相应的，不同占空比下电机的电压、电流之间的匹配关系也需根据调节的后的比例关系进行调整)。

同时，为了进一步提高电动汽车的续航能力，在整流器运行过程中，整流器通过将电机的转动动能转换为电能回收至电池，在实现对电机转速调控的同时实现能量回收。

综上所述，本发明所述的一种基于整流器调控的电动汽车防抱死控制方法与系统，通过整流器的主动调节，实现对电机转速降低的控制实现刹车功能的实现，相较于传统机械式刹车，刹车效果更直接，反应更迅速。

基于车轮角速度和车速这类直接影响参数进行的防抱死控制判断，并直接对车轮角度进行控制，从而避免机械式刹车过程中由于中间力传导器件的磨损带来的控制精度降低，能够根据当前车辆状态无差别的进行高精度制度。同时，基于比例信息进行整流器的运行调节，从而能够更为迅速的使车轮在刹车过程中进入和保持最佳滑移率，为车辆提供更安全有效的制动效果。

实施例二

为了更好的对本发明的技术方案进行理解，本实施例通过系统结构的形式来对本发明进行阐述，如图2所示(实线为控制信号传递方向，虚线为电流传递方向)，一种基于整流器调控的电动汽车防抱死控制系统，包括：

主控模块，用于在初始接收到刹车踏板信号时通过整流器控制电机以初始速率降低转速以提供反向力矩至车轮；

参数获取模块，用于获取当前行驶状态下车辆的实时车轮角速度信号以及实时车速信号；

滑移判定模块，用于根据实时车轮角速度信号和实时车速信号判断当前车轮的滑移率是否为预设滑移率，在判断为否时输出调节信号，在判断为是时输出核对信号；

主控模块，还用于在接收到调节信号时，根据当前车轮的滑移率与预设滑移率之间的差值与预设滑移率的比例关系，调节PWM信号的占空比并输入整流器，并在接收到核对信号时，在刹车踏板信号停止前控制电机以当前转速驱动车轮；

整流器，用于以当前PWM信号占空比下的运行状态调节电机的转速。

进一步地，滑移判定模块中，当前车轮的滑移率可通过如下公式获取：

式中，S为当前车轮的滑移率，V为实时车速，ω为实时车轮角速度信号。

进一步地，主控模块中，PWM信号占空比的调节可表示为如下公式：

式中，P为调节后的占空比，A为比例系数，S₀为预设滑移率，P₀为当前PWM信号的占空比。

进一步地，整流器在运行过程中，通过将电机的转动动能转换为电能回收至电池以实现电机转速的调节。

进一步地，参数获取单元，还用于在整流器运行过程中，获取电机的电压和电流信息，并在未达到当前PWM信号占空比运行下整流器对应的电压和电流信息时调节比例系数。

需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，在本发明中如涉及“第一”、“第二”、“一”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

另外，本发明各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于整流器调控的电动汽车防抱死控制方法，其特征在于，在电动汽车行驶时持续接收到刹车踏板信号的过程中，对于刹车的控制包括步骤：

S1：根据刹车踏板信号通过整流器控制电机以初始速率降低转速以提供反向力矩至车轮；

S2：获取当前行驶状态下车辆的实时车轮角速度信号以及实时车速信号；

S3：根据实时车轮角速度信号和实时车速信号判断当前车轮的滑移率是否为预设滑移率，若否，进入S4步骤，若是，进入S6步骤；

S4：根据当前车轮的滑移率与预设滑移率之间的差值与预设滑移率的比例关系，调节PWM信号的占空比并输入整流器；

S5：根据当前占空比下的PWM信号运行整流器，通过整流器调节电机的转速并返回S2步骤；

S6：判断是否接收到刹车踏板信号，若是，返回S2步骤，若否，控制电机以当前转速驱动车轮。

2.如权利要求1所述的一种基于整流器调控的电动汽车防抱死控制方法，其特征在于，所述S3步骤中，当前车轮的滑移率可通过如下公式获取：

式中，S为当前车轮的滑移率，V为实时车速，ω为实时车轮角速度信号。

3.如权利要求2所述的一种基于整流器调控的电动汽车防抱死控制方法，其特征在于，所述S4步骤中，PWM信号占空比的调节可表示为如下公式：

式中，P为调节后的占空比，A为比例系数，S₀为预设滑移率，P₀为当前PWM信号的占空比。

4.如权利要求1所述的一种基于整流器调控的电动汽车防抱死控制方法，其特征在于，所述整流器在运行过程中，通过将电机的转动动能转换为电能回收至电池以实现电机转速的调节。

5.如权利要求3所述的一种基于整流器调控的电动汽车防抱死控制方法，其特征在于，所述S5步骤中，在返回S2步骤前还包括步骤：

S51：获取电机的电压和电流信息，并判断是否达到当前PWM信号占空比运行下整流器对应的电压和电流信息，若是，返回S2步骤，若否，调节比例系数并返回S2步骤。

6.一种基于整流器调控的电动汽车防抱死控制系统，其特征在于，包括：

主控模块，用于在初始接收到刹车踏板信号时通过整流器控制电机以初始速率降低转速以提供反向力矩至车轮；

参数获取模块，用于获取当前行驶状态下车辆的实时车轮角速度信号以及实时车速信号；

滑移判定模块，用于根据实时车轮角速度信号和实时车速信号判断当前车轮的滑移率是否为预设滑移率，在判断为否时输出调节信号，在判断为是时输出核对信号；

主控模块，还用于在接收到调节信号时，根据当前车轮的滑移率与预设滑移率之间的差值与预设滑移率的比例关系，调节PWM信号的占空比并输入整流器，并在接收到核对信号时，在刹车踏板信号停止前控制电机以当前转速驱动车轮；

整流器，用于以当前PWM信号占空比下的运行状态调节电机的转速。

7.如权利要求6所述的一种基于整流器调控的电动汽车防抱死控制系统，其特征在于，所述滑移判定模块中，当前车轮的滑移率可通过如下公式获取：

式中，S为当前车轮的滑移率，V为实时车速，ω为实时车轮角速度信号。

8.如权利要求7所述的一种基于整流器调控的电动汽车防抱死控制系统，其特征在于，所述主控模块中，PWM信号占空比的调节可表示为如下公式：

式中，P为调节后的占空比，A为比例系数，S₀为预设滑移率，P₀为当前PWM信号的占空比。

9.如权利要求6所述的一种基于整流器调控的电动汽车防抱死控制系统，其特征在于，所述整流器在运行过程中，通过将电机的转动动能转换为电能回收至电池以实现电机转速的调节。

10.如权利要求8所述的一种基于整流器调控的电动汽车防抱死控制系统，其特征在于，

所述参数获取单元，还用于在整流器运行过程中，获取电机的电压和电流信息，并在未达到当前PWM信号占空比运行下整流器对应的电压和电流信息时调节比例系数。

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