CN115431938A - 一种夹紧力估计系统、夹紧力控制方法及汽车制动系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种夹紧力估计系统及夹紧力控制方法，该夹紧力估计系统包括夹紧力估计模块和夹紧力逆模块；该夹紧力估计系统及夹紧力控制方法可以根据电机转角位置传感器反馈以及夹紧力标定数据估算实时的夹紧力，并且夹紧力估计模块和夹紧力逆模块相互对照，进行夹紧力需求反算电机位置需求。同时基于上述估计夹紧力与电机位置需求的计算，进行电机转角位置控制，将通过预设误差边带的设计令控制误差减少至误差边带内，提高夹紧力估计精度和控制精度，满足汽车智能化和电动化对制动系统的快速响应和高精度控制的需求。

Description

一种夹紧力估计系统、夹紧力控制方法及汽车制动系统

技术领域

本发明涉及一种主要针对电子机械制动系统的无夹紧力传感器反馈的夹紧力估计系统、夹紧力控制方法及汽车制动系统，属于汽车制动系统和智能汽车技术领域。

背景技术

随着车辆智能化和电动化的普及，汽车本身对于制动系统提出了更高的性能需求和安全需求。目前，汽车上的制动系统主要是液压制动系统，但是液压制动系统由于管路布置复杂、响应较慢等原因，未能充分满足车辆智能化和电动化的更高需求。而电子机械式制动系统则完全取消了液压传动，直接使用电机驱动制动执行器，故传递路径更短。因此，响应更快、集成度更高的电子机械制动系统被视作未来可行的液压制动系统替代方案。

但是，由于成本和轮边空间尺寸限制，电子机械制动系统中往往没有安装夹紧力传感器，因此无法对轮端电子机械制动系统的卡钳夹紧力和制动力矩进行精确测量，从而影响ABS、ESC等系统的精准控制。

发明内容

针对上述问题，本发明的第一个目的是提供一种主要针对电子机械制动系统的无夹紧力传感器反馈的夹紧力估计系统；本发明的第二个目的是提供一种基于该夹紧力估计系统的夹紧力控制方法；本发明的第三个目的是提供一种包含上述夹紧力估计系统并执行上述夹紧力控制方法的汽车制动系统。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：

第一方面，本发明提供的一种夹紧力估计系统，包括夹紧力估计模块和夹紧力逆模块；夹紧力估计模块被配置为根据接受的电子机械制动系统中电机的转角反馈信息实时估算电子机械制动系统的估计夹紧力，并向夹紧力逆模块输出释放/夹紧过程转折点切换信息和估计夹紧力；夹紧力逆模块被配置为适于接受夹紧力估计模块反馈的转折点电机转角、转折点夹紧力和估计夹紧力，然后根据输入的目标夹紧力，通过夹紧力逆模块计算电机目标转角位移。

所述的夹紧力估计系统，优选地，还包括电机控制器和干扰观测器，电机控制器被配置为适于接受电子机械制动系统反馈的电机状态、夹紧力估计模块反馈的估计夹紧力，并执行夹紧力逆模块输出的电机目标转角位移，然后根据所设计的干扰观测器和电机控制器计算所需电流命令。

所述的夹紧力估计系统，优选地，该夹紧力估计系统适用于无夹紧力传感器的电子机械制动系统，或者该夹紧力估计系统作为有夹紧力传感器的电子机械制动系统的备份系统，在夹紧力传感器发生故障时切换为该备份系统。

第二方面，本发明提供的夹紧力控制方法，基于上述的夹紧力估计系统，包括：

夹紧力估计的步骤：夹紧力估计模块根据接受的电子机械制动系统中电机的转角反馈信息实时估算电子机械制动系统的估计夹紧力，并向电机控制器输出估计夹紧力和向夹紧力逆模块输出释放/夹紧过程转折点切换信息和估计夹紧力；

获取电机目标转角位移的步骤：夹紧力逆模块接受夹紧力估计模块反馈的转折点电机转角、转折点夹紧力和估计夹紧力，然后根据输入的目标夹紧力，通过夹紧力逆模块计算电机目标转角位移，并向电机控制器下发执行该电机目标转角位移的命令；

夹紧力控制的步骤：电机控制器接受电子机械制动系统反馈的电机状态和夹紧力估计模块反馈的估计夹紧力，并执行夹紧力逆模块输出的电机目标转角位移，然后根据所设计的干扰观测器和电机控制器计算所需电流命令，以对电子机械制动系统的电机转角位移进行精密控制。

所述的夹紧力控制方法，优选地，在夹紧力估计的步骤中，夹紧力估计模块实算估计电子机械制动系统的估计夹紧力的过程如下：

①重置估计参数，将转折点电机转角位移θ_rev和转折点夹紧力F_rev均置为0，将历史电机转角位移θ_old和历史夹紧力F_old均置为0，将标志Flag置为1；

②通过电子机械制动系统中的电机转角传感器获取实际电机转角位移θ_m；

③判断实际电机转角位移与历史电机转角位移大小：若θ_m≥θ_old，则电子机械制动系统处于夹紧过程；若θ_m＜θ_old，则电子机械制动系统处于释放过程，根据夹紧或者释放过程进行不同夹紧力估算；

④若步骤③判断的电子机械制动系统的制动过程与标志Flag一致，则直接进行夹紧力估计，若不一致，则更换标志Flag，将转折点电机转角位移θ_rev和转折点夹紧力F_rev分别置为历史电机转角位移θ_old和历史夹紧力F_old，再进行夹紧力估计得到估计夹紧力F_estimation；

⑤将历史电机转角位移θ_old和历史夹紧力F_old分别置为实际电机转角位移θ_m和估计夹紧力F_estimation，并输出估计夹紧力；

⑥重新获取实际电机转角位移θ_m，循环进行步骤②-⑤过程直至制动结束。

所述的夹紧力控制方法，优选地，根据夹紧或者释放过程进行不同夹紧力估算的过程如下：

在电子机械制动系统最大制动行程的夹紧过程和释放过程的夹紧力特性为：

θ＝θ_m-θ_origin

F_releasing＝f_{r_ref}(θ)

F_applying＝f_{a_ref}(θ)

式中，F_applying和F_releasing分别为夹紧过程和释放过程的夹紧力；f_{a_ref}(θ)和f_{r_ref}(θ)分别为根据最大制动行程夹紧过程和释放过程数据拟合的夹紧力与转角的函数，为多项式曲线；θ_m为实际电机转角位移；θ_origin为制动间隙消除的电机转角位移；θ为修正后用于夹紧力估计的电机转角位移；

在电子机械制动系统的释放过程中：

(θ_ref,F_ref)＝(f_{r_ref} ^-1(F_rev),F_rev)

F_estimation＝k_ryf_{r_ref}(θ/k_rx)

式中，f_{r_ref} ^-1(F)为f_{r_ref}(θ)在最大制动行程内的逆函数；

在电子机械制动系统的夹紧过程中：

(θ_ref,F_ref)＝(f_{a_ref} ^-1(F_rev),F_rev)

式中，f_{a_ref} ^-1(F)为f_{a_ref}(θ)在最大制动行程内的逆函数；θ_max和F_max分别为最大制动行程的电机转角位移和夹紧力。

所述的夹紧力控制方法，优选地，获取电机目标转角位移的步骤中，电机目标转角位移的计算过程如下：

在目标夹紧力F_required大于估计夹紧力F_estimation时，即夹紧过程中：

θ_order＝θ_max-k_ax(θ_max-f_{a_ref} ^-1(F_{required_ref}))

式中，F_{required_ref}为中间变量；F_required为目标夹紧力；f_{a_ref} ^-1(F)为f_{a_ref}(θ)在最大制动行程内的逆函数；θ_order为电机目标转角位移；

在目标夹紧力F_required小于估计夹紧力F_estimation时，即释放过程中：

θ_order＝k_rxf_{r_ref} ^-1(F_required/k_ry)

式中，F_required为目标夹紧力；f_{r_ref} ^-1(F)为f_{r_ref}(θ)在最大制动行程内的逆函数；θ_order为电机目标转角位移。

所述的夹紧力控制方法，优选地，电机控制器接受的电子机械制动系统反馈的电机状态包括电机转角位移θ_m和电机转角速度

所述的夹紧力控制方法，优选地，采用预设性能的控制策略，对电机目标转角位移的控制精度进行限制：

针对电子机械制动系统建立用于电机控制器和干扰观测器设计的模型：

T_m＝k_ei_a

T_l＝k_embF_cl

式中，J_m为电子机械制动系统的总成转动惯量；

为电机转角加速度；T_m、T_l和T_f分别为电机输出转矩、等效电机夹紧力矩和等效电机摩擦力；d为建模误差以及随机干扰项；k_e为电机的扭矩系数；i_a为电机的等效电流；k_emb为电机输出转矩与电子机械制动系统的夹紧力之间关系的扭矩系数；F_cl为电子机械制动系统的夹紧力矩；D、T_s和G分别为摩擦力模型中的粘滞系数、静摩擦力矩和与载荷相关的摩擦力矩系数；ε为常数；

将电子机械制动系统的模型转化为：

式中，x₁为电机转角位移θ_m；x₂为电机转角速度

u为系统电流输入，等于电机的等效电流i_a；

电机转角位移的跟踪误差为：

e₁＝x₁-x_d＝θ_m-θ_d

式中，x_d和θ_d均为电机转角位移命令；

设置预期的误差边界为：

F_φ＝δ₀e^-at+δ_∞

式中，δ₀、δ_∞和a为预期误差边界的设置参数；t为电机控制器接收到电机转角位移命令后的时间；

根据预期的误差边界进行误差变换，得到新的误差变量为：

滑模面为：

式中，α为滑模面参数；

基于上述新的误差变量进行干扰观测器的设计和电机控制器的设计，用于对未知外界扰动和建模误差进行估计的干扰观测器设计为：

式中，z为干扰观测器设计中间变量；k₁为干扰观测器的设计参数；

为未建模和干扰项观测值；

电机控制器的电流输入设计为：

其中，μ和k₂均为电机控制器的设计参数；u₀、φ_F和H₁均为电机控制器设计中间变量。

第三方面，本发明提供的一种汽车制动系统，包括电子机械制动系统及上述的夹紧力估计系统，并执行上述的夹紧力控制方法，电子机械制动系统包括电机、减速换向机构和制动卡钳，且电机上设置有转角位置传感器，转角位置传感器将信号反馈给夹紧力估计模块、电机控制器和干扰观测器，电机执行电机控制器的电流命令，并且经过减速换向机构驱动制动卡钳夹紧制动盘，实现制动意图。

本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：本发明提供的夹紧力估计系统及夹紧力控制方法可以根据电机转角位置传感器反馈以及夹紧力标定数据估计计算实时的夹紧力，并且夹紧力估计模块和夹紧力逆模块相互对照，进行夹紧力需求反算电机位置需求。同时基于上述夹紧力估计与电机位置需求的计算，进行电机转角位置控制，将通过预设误差边带的设计令控制误差减少至误差边带内，提高夹紧力估计精度和控制精度。

附图说明

图1是根据本发明一实施例提供的汽车制动系统的控制框图；

图2是根据本发明一实施例提供的夹紧力估计算法的框图；

图3是电子机械制动系统在释放过程中的夹紧力-转角位置特性拟合图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的系统或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“装配”、“设置”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；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。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

传统方法往往仅标定夹紧力-电机转角关系曲线来估计夹紧力，未考虑迟滞造成的往返行程不同特性和执行器控制误差导致的估计误差，导致实际制动器制动力精度误差较大。因此，本发明为了满足电子机械制动系统的需要，提供了一种能够实现高精度夹紧力估计的夹紧力估计系统，以提高夹紧力控制精度，适应智能化和电动化的控制精度需求。

下面，结合附图对本发明实施例提供的夹紧力估计系统及夹紧力控制方法进行详细的说明。

如图1所示，本发明实施例提供的无夹紧力传感器反馈的夹紧力估计系统，包括夹紧力估计模块1、夹紧力逆模块2、电机控制器3和干扰观测器4。

其中，夹紧力估计模块1被配置为根据接受的电子机械制动系统5中电机的转角反馈信息实时估算电子机械制动系统5的估计夹紧力，并向电机控制器3输出估计夹紧力和向夹紧力逆模块2输出释放/夹紧过程转折点切换信息和估计夹紧力。具体地，通过对于电子机械制动系统电机最大制动行程的测试得到最大制动行程下夹紧力与电机转角的对应关系，将其分为夹紧过程和释放过程，分别进行多项式曲线拟合，同时根据电机转角信息及转角历史信息的输入，在夹紧与释放过程转折点任意情况下的夹紧力特性进行近似，得到电子机械制动系统的估计夹紧力。如图2所示，其具体过程如下：

①重置估计参数，将转折点电机转角位移θ_rev和转折点夹紧力F_rev均置为0，将历史电机转角位移θ_old和历史夹紧力F_old均置为0，将标志Flag置为1(0代表释放过程，1代表夹紧过程)；

②通过电子机械制动系统5中的电机转角传感器获取实际电机转角位移θ_m；

③判断实际电机转角位移与历史电机转角位移大小：若θ_m≥θ_old，则电子机械制动系统5处于夹紧过程；若θ_m＜θ_old，则电子机械制动系统5处于释放过程，根据夹紧或者释放过程进行不同夹紧力估算；

④若步骤③判断的电子机械制动系统的制动过程与标志Flag一致，则直接进行夹紧力估计，若不一致，则更换标志Flag，将转折点电机转角位移θ_rev和转折点夹紧力F_rev分别置为历史电机转角位移θ_old和历史夹紧力F_old，再进行夹紧力估计得到估计夹紧力F_estimation；

⑤将历史电机转角位移θ_old和历史夹紧力F_old分别置为实际电机转角位移θ_m和估计夹紧力F_estimation，并输出估计夹紧力；

⑥重新获取实际电机转角位移θ_m，循环进行步骤②-⑤过程直至制动结束。

上述实施例中，优选地，在上述步骤③中，根据夹紧或者释放过程进行不同夹紧力估算的过程如下：

在电子机械制动系统最大制动行程的夹紧过程和释放过程的夹紧力特性为：

θ＝θ_m-θ_origin

F_releasing＝f_{r_ref}(θ)

F_applying＝f_{a_ref}(θ)

式中，F_applying和F_releasing分别为夹紧过程和释放过程的夹紧力；f_{a_ref}(θ)和f_{r_ref}(θ)分别为根据最大制动行程夹紧过程和释放过程数据拟合的夹紧力与转角的函数，为多项式曲线；θ_m为实际电机转角位移；θ_origin为制动间隙消除的电机转角位移；θ为修正后用于夹紧力估计的电机转角位移。

如图3所示，在电子机械制动系统5的释放过程中：

(θ_ref,F_ref)＝(f_{r_ref} ^-1(F_rev),F_rev)

F_estimation＝k_ryf_{r_ref}(θ/k_rx)

式中，f_{r_ref} ^-1(F)为f_{r_ref}(θ)在最大制动行程内的逆函数，可重新利用多项式函数拟合。

在电子机械制动系统5的夹紧过程中：

(θ_ref,F_ref)＝(f_{a_ref} ^-1(F_rev),F_rev)

式中，f_{a_ref} ^-1(F)为f_{a_ref}(θ)在最大制动行程内的逆函数，可重新利用多项式函数拟合；θ_max和F_max分别为最大制动行程的电机转角位移和夹紧力。

夹紧力逆模块2被配置为适于接受夹紧力估计模块1反馈的转折点电机转角θ_rev、转折点夹紧力F_rev和估计夹紧力F_estimation，然后根据输入的目标夹紧力F_required，通过夹紧力逆模块2计算电机目标转角位移θ_order，并向电机控制器3下发执行该电机目标转角位移θ_order的命令。

上述实施例中，优选地，电机目标转角位移θ_order的计算过程如下：

在目标夹紧力F_required大于估计夹紧力F_estimation时，即夹紧过程中：

θ_order＝θ_max-k_ax(θ_max-f_{a_ref} ^-1(F_{required_ref}))

式中，F_{required_ref}为中间变量；F_required为目标夹紧力；f_{a_ref} ^-1(F)为f_{a_ref}(θ)在最大制动行程内的逆函数，可重新利用多项式函数拟合；θ_order为电机目标转角位移。k_ax、k_ay计算方法同夹紧力估计模块。

在目标夹紧力F_required小于估计夹紧力F_estimation时，即释放过程中：

式中，F_required为目标夹紧力；f_{r_ref} ^-1(F)为f_{r_ref}(θ)在最大制动行程内的逆函数，可重新利用多项式函数拟合；θ_order为电机目标转角位移。k_rx、k_ry计算方法同夹紧力估计模块。

电机控制器3被配置为适于接受电子机械制动系统5反馈的电机状态(包括电机转角位移θ_m和电机转角速度

)和夹紧力估计模块1反馈的估计夹紧力F_estimation，并执行夹紧力逆模块3输出的电机目标转角位移θ_order，然后根据所设计的干扰观测器4和电机控制器3计算所需电流命令，从而对电子机械制动系统5的电机转角位移进行精密控制。

由于夹紧力估计模块1的夹紧力估计精度和夹紧力逆模块2的位置精度都受到电机转角位移的控制精度影响，因此需要将电机转角位移的控制精度限制在一定可接受的范围内，故本发明采用预设性能的控制策略，对电机目标转角位移的控制精度进行限制，具体过程如下：

针对电子机械制动系统5建立用于电机控制器3和干扰观测器4设计的模型：

T_m＝k_ei_a

T_l＝k_embF_cl

式中，J_m为电子机械制动系统的总成转动惯量；

为电机转角加速度；T_m、T_l和T_f分别为电机输出转矩、等效电机夹紧力矩和等效电机摩擦力；d为建模误差以及随机干扰项；k_e为电机的扭矩系数；i_a为电机的等效电流；k_emb为电机输出转矩与电子机械制动系统的夹紧力之间关系的扭矩系数；F_cl为电子机械制动系统的夹紧力矩；D、T_s和G分别为摩擦力模型(属于电子机械制动系统模型的一部分)中的粘滞系数、静摩擦力矩和与载荷相关的摩擦力矩系数；ε为一较小常数，当电机转角速度低于该值时，可视为电机静止。

将电子机械制动系统的模型转化为：

式中，x₁为电机转角位移θ_m；x₂为电机转角速度

u为系统电流输入，等于电机的等效电流i_a。

电机转角位移的跟踪误差为：

e₁＝x₁-x_d＝θ_m-θ_d

式中，x_d和θ_d均为电机转角位移命令。

设置预期的误差边界为：

F_φ＝δ₀e^-at+δ_∞

式中，δ₀、δ_∞和a为预期误差边界的设置参数；t为电机控制器接收到电机转角位移命令后的时间。

根据预期的误差边界进行误差变换，得到新的误差变量为：

滑模面为：

式中，α为滑模面参数。

基于上述新的误差变量进行干扰观测器5的设计和电机控制器4的设计，用于对未知外界扰动和建模误差进行估计的干扰观测器5设计为：

式中，z为干扰观测器设计中间变量；k₁为干扰观测器的设计参数；

为未建模和干扰项观测值。

电机控制器4的电流输入设计为：

其中，μ和k₂均为电机控制器的设计参数；u₀、φ_F和H₁均为电机控制器设计中间变量。

基于上述电机控制器3和干扰观测器4的设计，可以将电机转角位移的跟踪误差e₁限制在预期的误差边界F_φ(t)内，减少夹紧力控制与估计误差，提高电子机械制动系统5的控制精度。

本发明通过上述夹紧力估计算法，对无夹紧力传感器的电子机械制动系统复杂非线性因素导致的滞回现象进行了精确建模，可以对复杂工况下的夹紧力进行精确估计。同时，夹紧力逆模块和电机控制器将电子机械制动系统的电机转角位置跟踪误差限制到一定误差范围内，进一步提高了夹紧力控制精度，满足汽车智能化和电动化对制动系统的快速响应和高精度控制的需求。当然，本领域技术人员可以理解的是，上述夹紧力估计系统也可以作为有夹紧力传感器的电子机械制动系统的冗余备份，在检测到夹紧力传感器发生故障时进行切换，将故障系统切换为该备份系统，从而使电子机械制动系统可以继续正常工作。

基于上述实施例提供的夹紧力估计系统及夹紧力控制方法，本发明还提供了一种汽车制动系统，该汽车制动系统包括电子机械制动系统5及上述的夹紧力估计系统，并执行上述的夹紧力控制方法，电子机械制动系统5包括电机、减速换向机构和制动卡钳，且电机上设置有转角位置传感器，转角位置传感器将信号反馈给夹紧力估计模块1、电机控制器3和干扰观测器4，电机执行电机控制器3的电流命令，并且经过减速换向机构驱动制动卡钳夹紧制动盘，实现制动意图。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种夹紧力估计系统，其特征在于，包括夹紧力估计模块和夹紧力逆模块；

夹紧力估计模块被配置为根据接受的电子机械制动系统中电机的转角反馈信息实时估算电子机械制动系统的估计夹紧力，并向夹紧力逆模块输出释放/夹紧过程转折点切换信息和估计夹紧力；

夹紧力逆模块被配置为适于接受夹紧力估计模块反馈的转折点电机转角、转折点夹紧力和估计夹紧力，然后根据输入的目标夹紧力，通过夹紧力逆模块计算电机目标转角位移。

2.根据权利要求1所述的夹紧力估计系统，其特征在于，还包括电机控制器和干扰观测器，电机控制器被配置为适于接受电子机械制动系统反馈的电机状态、夹紧力估计模块反馈的估计夹紧力，并执行夹紧力逆模块输出的电机目标转角位移，然后根据所设计的干扰观测器和电机控制器计算所需电流命令。

3.根据权利要求1或2所述的夹紧力估计系统，其特征在于，该夹紧力估计系统适用于无夹紧力传感器的电子机械制动系统，或者该夹紧力估计系统作为有夹紧力传感器的电子机械制动系统的备份系统，在夹紧力传感器发生故障时切换为该备份系统。

4.一种基于权利要求2或3所述夹紧力估计系统的夹紧力控制方法，其特征在于，包括：

夹紧力估计的步骤：夹紧力估计模块根据接受的电子机械制动系统中电机的转角反馈信息实时估算电子机械制动系统的估计夹紧力，并向电机控制器输出估计夹紧力和向夹紧力逆模块输出释放/夹紧过程转折点切换信息和估计夹紧力；

获取电机目标转角位移的步骤：夹紧力逆模块接受夹紧力估计模块反馈的转折点电机转角、转折点夹紧力和估计夹紧力，然后根据输入的目标夹紧力，通过夹紧力逆模块计算电机目标转角位移，并向电机控制器下发执行该电机目标转角位移的命令；

夹紧力控制的步骤：电机控制器接受电子机械制动系统反馈的电机状态和夹紧力估计模块反馈的估计夹紧力，并执行夹紧力逆模块输出的电机目标转角位移，然后根据所设计的干扰观测器和电机控制器计算所需电流命令，以对电子机械制动系统的电机转角位移进行精密控制。

5.根据权利要求4所述的夹紧力控制方法，其特征在于，在夹紧力估计的步骤中，夹紧力估计模块实算估计电子机械制动系统的估计夹紧力的过程如下：

①重置估计参数，将转折点电机转角位移θ_rev和转折点夹紧力F_rev均置为0，将历史电机转角位移θ_old和历史夹紧力F_old均置为0，将标志Flag置为1；

②通过电子机械制动系统中的电机转角传感器获取实际电机转角位移θ_m；

③判断实际电机转角位移与历史电机转角位移大小：若θ_m≥θ_old，则电子机械制动系统处于夹紧过程；若θ_m＜θ_old，则电子机械制动系统处于释放过程，根据夹紧或者释放过程进行不同夹紧力估算；

④若步骤③判断的电子机械制动系统的制动过程与标志Flag一致，则直接进行夹紧力估计，若不一致，则更换标志Flag，将转折点电机转角位移θ_rev和转折点夹紧力F_rev分别置为历史电机转角位移θ_old和历史夹紧力F_old，再进行夹紧力估计得到估计夹紧力F_estimation；

⑤将历史电机转角位移θ_old和历史夹紧力F_old分别置为实际电机转角位移θ_m和估计夹紧力F_estimation，并输出估计夹紧力；

⑥重新获取实际电机转角位移θ_m，循环进行步骤②-⑤过程直至制动结束。

6.根据权利要求5所述的夹紧力控制方法，其特征在于，根据夹紧或者释放过程进行不同夹紧力估算的过程如下：

在电子机械制动系统最大制动行程的夹紧过程和释放过程的夹紧力特性为：

θ＝θ_m-θ_origin

F_releasing＝f_{r_ref}(θ)

F_applying＝f_{a_ref}(θ)

式中，F_applying和F_releasing分别为夹紧过程和释放过程的夹紧力；f_{a_ref}(θ)和f_{r_ref}(θ)分别为根据最大制动行程夹紧过程和释放过程数据拟合的夹紧力与转角的函数，为多项式曲线；θ_m为实际电机转角位移；θ_origin为制动间隙消除的电机转角位移；θ为修正后用于夹紧力估计的电机转角位移；

在电子机械制动系统的释放过程中：

(θ_ref,F_ref)＝(f_{r_ref} ^-1(F_rev),F_rev)

F_estimation＝k_ryf_{r_ref}(θ/k_rx)

式中，f_{r_ref} ^-1(F)为f_{r_ref}(θ)在最大制动行程内的逆函数；

在电子机械制动系统的夹紧过程中：

(θ_ref,F_ref)＝(f_{a_ref} ^-1(F_rev),F_rev)

式中，f_{a_ref} ^-1(F)为f_{a_ref}(θ)在最大制动行程内的逆函数；θ_max和F_max分别为最大制动行程的电机转角位移和夹紧力。

7.根据权利要求6所述的夹紧力控制方法，其特征在于，获取电机目标转角位移的步骤中，电机目标转角位移的计算过程如下：

在目标夹紧力F_required大于估计夹紧力F_estimation时，即夹紧过程中：

θ_order＝θ_max-k_ax(θ_max-f_{a_ref} ^-1(F_{required_ref}))

式中，F_{required_ref}为中间变量；F_required为目标夹紧力；f_{a_ref} ^-1(F)为f_{a_ref}(θ)在最大制动行程内的逆函数；θ_order为电机目标转角位移；

在目标夹紧力F_required小于估计夹紧力F_estimation时，即释放过程中：

θ_order＝k_rxf_{r_ref} ^-1(F_required/k_ry)

式中，F_required为目标夹紧力；f_{r_ref} ^-1(F)为f_{r_ref}(θ)在最大制动行程内的逆函数；θ_order为电机目标转角位移。

8.根据权利要求7所述的夹紧力控制方法，其特征在于，电机控制器接受的电子机械制动系统反馈的电机状态包括电机转角位移θ_m和电机转角速度

9.根据权利要求8所述的夹紧力控制方法，其特征在于，采用预设性能的控制策略，对电机目标转角位移的控制精度进行限制：

针对电子机械制动系统建立用于电机控制器和干扰观测器设计的模型：

T_m＝k_ei_a

T_l＝k_embF_cl

式中，J_m为电子机械制动系统的总成转动惯量；

为电机转角加速度；T_m、T_l和T_f分别为电机输出转矩、等效电机夹紧力矩和等效电机摩擦力；d为建模误差以及随机干扰项；k_e为电机的扭矩系数；i_a为电机的等效电流；k_emb为电机输出转矩与电子机械制动系统的夹紧力之间关系的扭矩系数；F_cl为电子机械制动系统的夹紧力矩；D、T_s和G分别为摩擦力模型中的粘滞系数、静摩擦力矩和与载荷相关的摩擦力矩系数；ε为常数；

将电子机械制动系统的模型转化为：

式中，x₁为电机转角位移θ_m；x₂为电机转角速度

u为系统电流输入，等于电机的等效电流i_a；

电机转角位移的跟踪误差为：

e₁＝x₁-x_d＝θ_m-θ_d

式中，x_d和θ_d均为电机转角位移命令；

设置预期的误差边界为：

F_φ＝δ₀e^-at+δ_∞

式中，δ₀、δ_∞和a为预期误差边界的设置参数；t为电机控制器接收到电机转角位移命令后的时间；

根据预期的误差边界进行误差变换，得到新的误差变量为：

滑模面为：

式中，α为滑模面参数；

基于上述新的误差变量进行干扰观测器的设计和电机控制器的设计，用于对未知外界扰动和建模误差进行估计的干扰观测器设计为：

式中，z为干扰观测器设计中间变量；k₁为干扰观测器的设计参数；

为未建模和干扰项观测值；

电机控制器的电流输入设计为：

其中，μ和k₂均为电机控制器的设计参数；u₀、φ_F和H₁均为电机控制器设计中间变量。

10.一种汽车制动系统，其特征在于，包括电子机械制动系统及权利要求1至3任意一项所述的夹紧力估计系统，并执行权利要求4至9任意一项所述的夹紧力控制方法，电子机械制动系统包括电机、减速换向机构和制动卡钳，且电机上设置有转角位置传感器，转角位置传感器将信号反馈给夹紧力估计模块、电机控制器和干扰观测器，电机执行电机控制器的电流命令，并且经过减速换向机构驱动制动卡钳夹紧制动盘，实现制动意图。

Images