CN115107717A - 一种电子液压制动器的精确压力控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电子液压制动器精确压力控制方法，其步骤包括：1、基于磁滞非线性函数，以踏板行程位移为输入，轮缸压力为输出，获得电子液压制动器制动轮缸的精确压力数学模型；2、基于电子液压制动器制动轮缸的精确压力数学模型，采用智能控制方法或经典控制理论，建立电子液压制动器系统的上层控制指令逻辑，进而获得期望制动力的精确输出；3、基于电子液压制动器底层精确压力输出，进一步拓展实现性能优越的电子辅助系统。本发明能够精确地模拟、预测任意电子液压制动器的非线性力学特性，从而能精确地输出上层控制器的期望力。

Description

一种电子液压制动器的精确压力控制方法

技术领域

本发明涉及智能汽车线控制动技术领域，具体为一种电子液压制动器精确压力控制方法。

背景技术

从本质上来说，电子液压制动器会由于液体的磁滞效应存在较大的非线性特性，使得系统无法做到线控制动压力精确控制。近年来，国内科研机构也相继开始了电子液压制动器的研究与开发，一些高校设计并搭建了电子液压制动器半实物仿真试验台，进行了相关的制动性能试验，深化了电子液压制动器的研究。但这些研究主要是利用液压仿真软件对电子液压制动器的建模与仿真进行研究与分析，缺乏从数学模型的角度去分析电子液压制动器非线性力学特性的研究。由于电子液压制动器存在的非线性特性，当电子液压制动器处于工作状态时，使得对电子液压制动器制动轮缸的轮缸压力进行精确而快速的控制变得十分困难。

发明内容

本发明为解决上述现有技术所存在的不足，提出一种电子液压制动器精确压力控制方法，以期能精确地模拟、预测电子液压制动器的非线性力学特性，更精确地输出电控执行器期望力，从而实现对电控执行器输出力的精确控制，进而实现性能优越的电子辅助系统等应用。

本发明为解决技术问题采用如下技术方案：

本发明一种电子液压制动器的精确压力控制方法的特点在于，是按如下步骤进行：

步骤1：获取电子液压制动器的制动轮缸在不同控制信号下的初始轮缸压力P₀与制动踏板位移之间的实验数据；并利用式(1)获得t时段的踏板速度

式(1)中，x(t)为t时段的踏板位移；[·]′表示求导；

步骤2：利用式(2)构建电子液压制动器模型的磁滞非线性函数：

式(2)中，P为电子液压制动器的制动轮缸的轮缸压力；c为制动轮缸的阻尼系数；k和p₀分别为制动轮缸的刚度系数和0位移处的压力；α为制动轮缸的磁滞系数；p_z为制动轮缸的磁滞输出，并由式(3)得到；

式(3)中，X(t)表示t时段的虚拟位移变量，并由式(4)得到；f₁表示X(t)的单调函数；

X(t)＝X₀(t^*)+x(t)-x₀(t^*) (4)

式(4)中，X₀(t^*)和x₀(t^*)分别是新的激励下t时段中的t^*时刻的虚拟位移参考点和位移参考点，并有：

x₀(t^*)＝x(t^*) (6)

式(5)中，f₂是X(t)的另一个单调函数；a是制动轮缸的一个磁滞因子；p_z(t^*)表示t时段中的t^*时刻制动轮缸的磁滞输出，x(t^*)表示t时段中的t^*时刻的踏板位移；且x₀(t^*)＝x(t^*)；x(t^*)↑表示t^*时刻的踏板位移x(t^*)处于增加状态，x(t^*)↓表示踏板位移x(t^*)处于减少状态；式(6)中，x₀(t^*)表示踏板位移在新的激励下t时段中的t^*时刻的位移参考点

步骤3：基于所述实验数据，将踏板位移x(t)和踏板速度

代入式(2)中进行迭代计算，并通过计算初始轮缸压力P₀与轮缸压力的计算值P′之间的差值，对所述磁滞非线性函数中的参数进行标定，从而得到参数标定后的磁滞非线性函数，进而得到电子液压制动器的制动轮缸的精确压力数学模型。

本发明所述的一种电子液压制动器精确压力控制控制方法的特点也在于，采用智能控制方法或经典控制理论建立电子液压制动器的上层控制指令逻辑，轮缸压力控制器通过调节电磁阀的开度，获得电子液压制动器制动轮缸的期望制轮缸压力的精确输出，使得制动器制动压F与踏板位移x满足线性关系。

根据电子液压制动器的制动轮缸的精确压力数学模型，设置一组或多组轮缸压力控制器；ECU依据制动踏板和方向盘转角状态信息判断当前驾驶员的制动意图和最小主缸压力，并根据各个车轮所在路面的附着条件、整车的状态信息计算前后轴的制动力分配比例和每个制动轮缸的压力值；从而得到制动轮缸压力控制指令并输入给每个控制器，使得控制器对电磁阀的开度进行调节，以实现对各个制轮缸的压力进行精确分配，从而实现对电子液压制动器中各个制动器制动力的精确输出。

与已有技术相比，本发明有益效果体现在：

1、本发明提出的电子液压制动器制动轮缸的精确力学模型，通过磁滞非线性函数作为力学模型的非线性函数，相较于利用液压仿真软件对电子液压制动器的建模与仿真进行研究与分析，该模型能够以数学公式的方式精确揭示出电子液压制动器制动轮缸非线性的力学特性；从而使得对电子液压制动器制动轮缸的仿真和力学分析更为真实、精确。

2、本发明提出的电子液压制动器制动轮缸的精确力学模型，相较于其他力学模型可以更容易更精确预测制动轮缸在增压与减压行程中不同踏板位移下所对应轮缸压力，以将轮缸压力与踏板位移的非线性关系线性化，从而使得在基于电子液压制动器建立制动系统时对于轮缸压力的预测和控制更为精确。

附图说明

图1为本发明的电子液压制动器制动轮缸的精确压力数学模型构建流程图；

图2为本发明的电子液压制动器轮缸压力的精确控制方法模型；

图3为本发明的电子液压制动器架构图；

图4为本发明的电子液压制动器精确压力控制系统控制原理图。

具体实施方式

本实施例中，一种电子液压制动器精确压力控制方法，具体包括：基于磁滞非线性函数，建立电子液压制动器制动轮缸的精确压力数学模型；基于磁滞非线性函数，以踏板位移为输入，轮缸压力为输出，获得电子液压制动器制动轮缸的精确压力数学模型；基于建立的电子液压制动器制动轮缸的精确压力数学模型，采用智能控制方法或经典控制理论，建立电子液压制动器系统的上层控制指令逻辑，进而获得期望制动力的精确输出；基于电子液压制动器底层精确压力输出，进一步拓展实现性能优越的电子辅助系统，如ABS、EBD和ESP等。本实施例中，如图1所示，该精确压力控制方法是按如下步骤进行：

步骤1：获取电子液压制动器的制动轮缸在不同控制信号下的初始轮缸压力P₀与制动踏板位移之间的实验数据；并利用式(1)获得t时段的踏板速度

式(1)中，x(t)为t时段的踏板位移；[·]′表示求导；

步骤2：设置待标定参数的初始值，以实验数据中的制动踏板位移x作为输入，由式(2)得出虚拟位移变量X。

X(t)＝X₀+x(t)-x₀ (2)

式(2)中，X₀和x₀分别是新的激励下t时段中的t^*时刻虚拟位移参考点和位移参考点；

步骤3：由求得的虚拟位移变量X，利用式(3)和式(4)得出单调函数f₁和f₂：

f₁(X)＝e^bx (3)

f₂(X)＝-e^bx (4)

式(3)和式(4)中，b是制动轮缸的另一个磁滞因子；

步骤4：将f₁和f₂带入式(5)中得到磁滞输出p_z：

式(5)中，a为制动轮缸的一个磁滞因子；

步骤5：将p_z代入式(6)和式(7)中得到在新的激励下t时段中的t^*时刻虚拟位移参考点X₀和位移参考点x₀，为迭代计算提供新的X₀和x₀。

x₀(t^*)＝x(t^*) (7)

式(6)中，x(t^*)表示t时段中的t^*时刻的踏板位移，x(t^*)↑表示t时段中的t^*时刻的踏板位移x(t^*)处于增加状态，x(t^*)↓表示踏板位移x(t^*)处于减少状态；式(7)中，x₀(t^*)表示踏板位移在新的激励下t时段中的t^*时刻的位移参考点；

步骤6：将所求的p_z代入电子液压制动器模型的磁滞非线性函数式(7)求出电子液压制动器制动轮缸的轮缸压力P；

式(7)中，P为电子液压制动器的制动轮缸的轮缸压力；c为制动轮缸的阻尼系数；k和p₀分别为制动轮缸的刚度系数和0位移处的压力；α为制动轮缸的磁滞系数，其中，阻尼c和参数α由式(8)和式(9)得到；

c＝c₀·sin(c₁V+c₂) (8)

α＝α₀·sin(α₁V+α₂) (9)

式(8)和式(9)中，V为电子液压制动器控制信号；

步骤7：基于所述实验数据，将踏板位移x(t)和踏板速度

代入式(7)中进行迭代计算，并通过计算初始轮缸压力P₀与轮缸压力的计算值P′之间的差值，对所述磁滞非线性函数中的参数进行标定，从而得到参数标定后的磁滞非线性函数，进而得到电子液压制动器的制动轮缸的精确压力数学模型。

步骤8：将步骤7中所获得的待标定参数反代入选用的磁滞非线性函数中，确定磁滞非线性函数的各个参数的值，并以踏板位移作为输入，轮缸压力作为输出，即可得到电子液压制动器制动轮缸的精确制动压力数学模型。

本实施例中，电子液压制动器轮缸压力的精确控制方法模型如图2所示，设置一个目标制动轮缸压力作为输入，以所建立的精确力学模型作为被控对象，选用智能控制方法或经典控制理论作为控制模型控制器的上层控制指令逻辑，系统输出力学模型的轮缸压力的数值并作为反馈信号作用于控制系统，通过对电磁阀开度的调节，获得电子液压制动器制动轮缸的期望制轮缸压力的精确输出，并使得制动器制动压F与踏板位移x满足线性关系。

本实施例中，电子液压制动器架构如图3所示，电子液压制动器工作过程如下所示：当人施加给制动踏板一个作用力时，制动踏板上的位移传感器产生位移并将其转化为位移电信号给ECU，ECU在判别人的制动意图后，产生一个制动电信号作用于电磁阀，在电磁阀的控制下，减压阀关闭，增压阀打开，此时两个阀处于一关一开状态。高压油再高压蓄电池的供应下，此时两个隔离阀是关闭的，高压油通过辅助阀流入电机泵，用以快速增加泵的压力，这个过程视为电子液压制动器轮缸压力的增压过程。当轮缸压力传感器检测到轮缸压力达到目标值时，轮缸压力需要保持在一定的数值以持续汽车的制动，此时增压阀关闭，减压阀也关闭，高压油封与轮缸压力一致，该过程也是电子液压制动器轮缸压力的稳压过程。在刹车结束后，人松开制动踏板，此时制动踏板上的位移传感器同样产生位移电信号给ECU，ECU在判别人停止刹车意图后，产生一个制动电信号作用于电磁阀，在电磁阀的操控下，减压阀开启，增压阀关闭。机油压力通过回油管返回油箱，从而降低制动泵的压力。该过程是电子液压制动器的减压过程。电子液压制动器还包括有一个高压蓄电池用于提供给油泵油压。当油泵提供的油压超过允许值时，旁通阀打开以降低压力，并确保油压保持在允许范围内。平衡阀用于调节左右轮轮缸高压油量，以调节左右轮轮缸的轮缸压力，平衡两边车轮的制动力，防止车辆跑偏。

本实施例中，电子液压制动器精确压力控制系统控制原理如图4所示，以所构建的电子液压制动器制动轮缸的精准确力学模型作为电控执行器，在汽车线控制动系统控制器上集成电子辅助系统(如ABS，EBD和ESP)功能，制动踏板输入踏板位移，经过ECU分析处理转化为期望的制动力，以期望的制动力作为电控执行器的输入，最终得到精确控制输出。

系统工作时，制动踏板输入踏板位移，踏板位移传感器采集位移信号，经过ECU根据踏板位移电信号分析处理转化为期望的制动力，ECU依据制动踏板和方向盘转角状态信息判断当前驾驶员的制动意图和最小主缸压力，并根据各个车轮所在路面的附着条件、整车的状态信息计算前后轴的制动力分配比例和每个制动轮缸的压力值。ECU生成制动轮缸压力控制指令输入给每个控制器，使得控制器对电磁阀的开度进行调节，以实现对各个制轮缸的压力进行精确分配，从而实现对电子液压制动器中各个制动器制动力的精确输出。

Claims (3)

1.一种电子液压制动器的精确压力控制方法，其特征在于，是按如下步骤进行：

步骤1：获取电子液压制动器的制动轮缸在不同控制信号下的初始轮缸压力P₀与制动踏板位移之间的实验数据；并利用式(1)获得t时段的踏板速度

式(1)中，x(t)为t时段的踏板位移；[·]′表示求导；

步骤2：利用式(2)构建电子液压制动器模型的磁滞非线性函数：

式(2)中，P为电子液压制动器的制动轮缸的轮缸压力；c为制动轮缸的阻尼系数；k和p₀分别为制动轮缸的刚度系数和0位移处的压力；α为制动轮缸的磁滞系数；p_z为制动轮缸的磁滞输出，并由式(3)得到；

式(3)中，X(t)表示t时段的虚拟位移变量，并由式(4)得到；f₁表示X(t)的单调函数；

X(t)＝X₀(t^*)+x(t)-x₀(t^*) (4)

式(4)中，X₀(t^*)和x₀(t^*)分别是新的激励下t时段中的t^*时刻的虚拟位移参考点和位移参考点，并有：

x₀(t^*)＝x(t^*) (6)

式(5)中，f₂是X(t)的另一个单调函数；a是制动轮缸的一个磁滞因子；p_z(t^*)表示t时段中的t^*时刻制动轮缸的磁滞输出，x(t^*)表示t时段中的t^*时刻的踏板位移；且x₀(t^*)＝x(t^*)；x(t^*)↑表示t^*时刻的踏板位移x(t^*)处于增加状态，x(t^*)↓表示踏板位移x(t^*)处于减少状态；式(6)中，x₀(t^*)表示踏板位移在新的激励下t时段中的t^*时刻的位移参考点

步骤3：基于所述实验数据，将踏板位移x(t)和踏板速度

代入式(2)中进行迭代计算，并通过计算初始轮缸压力P₀与轮缸压力的计算值P′之间的差值，对所述磁滞非线性函数中的参数进行标定，从而得到参数标定后的磁滞非线性函数，进而得到电子液压制动器的制动轮缸的精确压力数学模型。

2.如权利要求1所述的一种电子液压制动器精确压力控制控制方法，其特征在于，采用智能控制方法或经典控制理论建立电子液压制动器的上层控制指令逻辑，轮缸压力控制器通过调节电磁阀的开度，获得电子液压制动器制动轮缸的期望制轮缸压力的精确输出，使得制动器制动压F与踏板位移x满足线性关系。

3.如权利要求1所述的一种电子液压制动器精确压力控制控制方法，其特征在于，根据电子液压制动器的制动轮缸的精确压力数学模型，设置一组或多组轮缸压力控制器；ECU依据制动踏板和方向盘转角状态信息判断当前驾驶员的制动意图和最小主缸压力，并根据各个车轮所在路面的附着条件、整车的状态信息计算前后轴的制动力分配比例和每个制动轮缸的压力值；从而得到制动轮缸压力控制指令并输入给每个控制器，使得控制器对电磁阀的开度进行调节，以实现对各个制轮缸的压力进行精确分配，从而实现对电子液压制动器中各个制动器制动力的精确输出。

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