CN1184742A

CN1184742A - 智能制动防抱死系统

Info

Publication number: CN1184742A
Application number: CN97111315A
Authority: CN
Inventors: 方中祥; 刘小勇; 黄万伟; 樊丁; 张嘉桢; 吴琪华; 王仲生
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1996-05-29
Filing date: 1997-05-18
Publication date: 1998-06-17

Abstract

本发明属汽车附件,本发明的目的是综合目前制动防抱死装置的优点,克服其缺点,研制出性能好、成本低的智能制动防抱死系统。为此,提出了一套自学习制动防抱死算法,采用先进的自适应模糊控制理论和新型的执行机构,从而设计出智能制动防抱死系统,本系统的新型执行机构单独使用是一种新型的机械式制动防抱死装置。本发明用于改善车辆、飞机等的液压制动系统的制动性能。

Description

智能制动防抱死系统

本发明涉及一种智能制动防抱死系统，属汽车附件领域。

目前，国内外已提出过多种制动防抱死装置但较典型的有两种方案：一种是闭环控制方案，该方案采用电磁阀等多个液压元件组成的液压、电子反馈控制系统，虽然性能较好，但是其中液压元件多，系统复杂，价格昂贵，在一般的车辆上难以应用，只能用于非常高级的轿车上；另一种是开环方案，是机械式的，其结构是简单了很多，但由橡皮囊，多个弹簧、结构形状复杂的壳体，高压空气腔等组成，制造困难，成本高，性能上致命的弱点是对路面的适应性差，也无法加装电子反馈系统，改善性能。

本发明的目的是要克服目前制动装置所存在的缺点，提出一整套自学习制动防抱死算法，采用了先进的自适应模糊控制理论和全新的执行机构，设计出智能制动防抱死系统，用于改善车辆、飞机等的传统液压制动系统的性能，防止车辆或飞机在紧急制动过程中制动力过小，制动距离过长，或制动力过大，车轮(机轮)抱死，车辆(飞机)失去转向能力或发生侧滑、跑偏等缺点。

为了实现本发明的目的，系统结构原理如图(1)及控制原理框图(2)所示。系统的主要设计思想是：在刹车时系统执行机构的弹簧机械装置与液压制动系统形成液压耦合系统，由弹簧机械装置随时吸收和释放制动系统的脉动，调节液压制动系统的油压，采用自适应模糊控制技术在线调整弹簧机械装置，以控制系统油压从而控制制动力矩，使车轮运动满足一定的性能指标(车轮滑动率保持在18％左右、或车轮为一定的最大角减速度)，以获得最大地面制动力，又不致于使车轮抱死，且制动距离比抱死时的距离短，同时由于此时车轮不抱死，汽车还能有良好的转向能力和防止侧滑的能力。

1.模糊控制器设计

控制规律采用车轮滑动率S、或车轮角减速度ε作为被控制量，制动力矩(即为液压制动系统的油压)作为控制量，使达到一定的控制性能指标值(滑动率的期望值S_c＝18％左右、或车轮最大角减速度ε_max为最大)。

如果能够得到准确的制动器的数学模型和车轮动力学模型，就可以用现代控制理论中的最优控制或极点配置，鲁棒控制等控制方法来设计控制器，但实际上很难得到它们的精确模型，并且汽车的载荷、路面状况都在不断变化，因此模型也在不断变化，即使能够得到～组比较准确的数学模型，基于此模型设计的控制器业是难以适应以上的各种变化的。模糊控制不依赖于系统的数学模型，且有很强的鲁棒性，为设计控制器提供了有效的手段。

取实际被控制量(车轮滑动率S、或角减速度ε)与其期望值(期望滑移率S_c，或最大角减速度)的误差e和误差变化率为模糊控制器输入，以控制量油压变化量为模糊控制器的输出。将被控制量的误差和误差变化率及控制量的变化分别分为若干个语言值，其对应论域分为若干个等级，建立模糊语言变量的模糊子集。根据液压制动系统台架试验和路面试验数据，与的定性关系和工程经验，总结出若干条控制规则。

根据模糊控制器的输入量的误差和变化率的模糊语言值经模糊控制规则推理出模糊控制器的输出语言值，经模糊决策后求得精确值来调节油压改变制动力矩。根据模糊控制规则；离线形成模糊控制表，在线查表计算控制其输出。

为增加模糊控制系统的自适应性，设计自校正校正装置对量化因子和比例因子进行在线调节，调整模糊变量的论域等级和系统增益。使系统对路况的适应增强，增强了防抱死系统的自适应能力。

模期控制器采用单片机实现，实际的滑移率S是根据传感器测得的车轮转速和水平加速度由来计算。

(2)执行机构机械装置设计

机械装置原理如图3、由上盖3.1、壳体3.2、活塞杆3.3、弹簧3.4、下盖3.5、螺旋套3.6组成，上盖3.1的两端管咀与液压制动系统的油路相连。机械装置通过螺旋套3.6与直流力矩伺服电机相连组成新的执行机构。由模糊控制器来控制油路油压，将该装置中的活塞杆3.3下端的螺旋改成螺纹，螺旋套3.6换成螺母，则执行机构的机械装置构成一种新型的机械式防抱死装置。将弹簧预紧力设置在一般路面的临界抱死压力时，活塞、弹簧机构与液压制动系统形成耦合系统，由弹簧机械装置随时吸收和释放制动系统的油压脉动，从而调节系统油压，防止车轮抱死。

3.智能防抱死系统原理

整个系统的原理图如图1，有脚踏板1、总泵2(由它供油)、油腔3 1、分泵4、传感器5、控制器6、力矩电机7、螺母3.6、螺杆3.3、弹簧3.4组成。弹簧3.4调有一定的预紧力P₀，当脚踏板1动作之后，在弹簧预紧力作用下建立制动油压初值P₀，当制动力达到此压力时，车轮实际滑移率S与期望滑移率S_c之差较大(为正大)，则模糊控制器输出控制量ΔP_m后，电机旋转带动螺母旋转，螺杆产生位移，带动活塞移动，从而减小油腔的压力ΔP_m，最终使制动力减小，实际的滑动率S减小，它与期望滑移率S_c之差减小，反之亦然，刹车制动过程结束后整个装置又回到初始状态锁定。

为实现本发明的目的，提出了一套制动防抱死的新控制算法，算法是以最大角减速度为控制指标，将路面状态的摩擦系数与对应的最大角减速度之间的变化关系，通过实验得到各种路况下的这些关系曲线，形成路面状态谱，预先存入控制器存储器中。在制动初期通过车轮的转速传感器测量车轮的转速，根据转速测量信号进行数据处理和路面状态谱进行路面状况自学习，确定出当时路面状况下制动过程的车轮最大角减速度ε_max。从而给出系统在不同的路面状况下智能制动防抱死系统的控制指标，同时可以减少了对车辆本身或飞机机体的速度的测量，不必使用测量车身(机体)速度的传感器。

本发明的新特点：一、它是一种集汽车工程技术，计算机技术，自适应模糊控制技术，测试技术，试验技术为一体的综合技术。二、设计了全新的闭环控制系统，是机，电、液一体化系统。三、采用自适应模糊控制技术，用单片机来实现控制算法，使系统对路况变化适应性更强。四、新的执行机构由壳体、活塞、弹簧、螺旋传动机构等机械装置和电机组成。执行机构简单。机械装置的壳体，活塞、弹簧等部分本身就构成一种新型防抱死装置，这部分提高了整个系统的可靠性。五、提出了新的防抱死控制算法，简化系统结构，降低成本。

附图说明：图1是智能制动防抱死系统原理图；图2是智能制动防抱死系统控制原理方框图；图3是执行机构的机械装置原理图。

〖实施例1〗

为了实现本发明的目的，系统结构原理如图(1)及原理框图(2)所示。系统的主要设计思想是：在刹车时系统执行机构的弹簧机械装置与液压制动系统形成液压耦合振动系统。调节液压系统采用自适应模糊控制技术，在线调整弹簧机械装置，以控制系统油压从而控制制动力矩，使车轮滑动率保持在15～20％，以获得最大地面制动力，又不致于使车轮抱死，且制动距离比抱死时的距离短，同时由于此时车轮不抱死，汽车还能有良好的转向能力和防止侧滑的能力。

1.模糊控制器设计

控制规律采用车轮滑动率S作为控制量，制动力矩(即为液压制动系统的油压)作为控制量，使滑动率的期望值S_c＝18％。

取实际滑动率与和期望值S_c的误差e和误差变化率为模糊控制器输出。将滑动率的误差分为8个语言值，即正大PB、正中PM、正小PS、正零PZ、负零NZ、负小NS、负中NM、负大NB，对应论域分为十四个等级，误差变化率分为七个语言变量，正大PB、正中PM、正小PS、零Z、负小NS、负中NM、负大NB，同样将油压变化量分为七个语言值，对应论域分为十四个等级。根据液压制动系统台架试验和路试的数据，与的定性关系和工程经验，总结出56条控制规则。

根据需求滑动率的误差和变化率的模糊语言值经模糊控制规则推理出模糊控制器的输出语言值，经模糊决策后求得精确值来调节油压改变制动力矩。根据模糊控制规则；离线形成模糊控制表，在线查表计算控制其输出。

模糊控制器采用8098单片机实现，实际的滑移率S是根据传感器测得的车轮转速和水平加速度由8098来计算。

〖实施例2〗

为了实现本发明的目的，系统结构原理如图(1)及原理框图(2)所示。系统的主要设计思想是：在刹车时系统执行机构的弹簧机械装置与液压制动系统形成液压耦合振动系统。调节液压系统采用自适应模糊控制技术，在线调整弹簧机械装置，以控制系统油压从而控制制动力矩，使车轮角减速度为最大值即ε_max，以获得最大地面制动力，又不致于使车轮抱死，且制动距离比抱死时的距离短，同时由于此时车轮不抱死，汽车还能有良好的转向能力和防止侧滑的能力。

1.模糊控制器设计

控制规律采用车轮角减速度作为被控制量，制动力矩(即为液压制动系统的油压)作为控制量，使角减速度的期望值等于最大角减速度ε_max。

取角减速度与和最大角减速度ε的误差e和误差变化率为模糊控制器输入，油压变化量为模糊控制器的输出。将角减速度的误差分为8个语言值，即正大PE、正中PM、正小PS、正零PZ、负零NZ、负小NS、负中NM、负大NB，对应论域分为十四个等级，误差变化率分为七个语言变量，正大PB、正中PM、正小PS、零Z、负小NS、负中NM、负大NB，同样将油压变化量分为七个语言值，对应论域分为十四个等级。根据液压制动系统台架试验和路试的数据，与的定性关系和工程经验，总结出56条控制规则。

根据被控制量角减速度ε的误差和变化率的模糊语言值经模糊控制规则推理出模糊控制器的输出语言值，经模糊决策后求得精确值来调节油压改变制动力矩。根据模糊控制规则；离线形成模糊控制表，在线查表计算控制其输出。

为增加模糊控制系统的自适应性，设计自校正校正装置对量化因子和比例因子进行在线调节，调整模糊变量的论域等级和系统增益，使系统对路况的适应性增强，增强了防抱死系统的自适应能力。

模糊控制器采用8098单片机实现，实际的角减速度是根据传感器测得的车轮转速和水平加速度由8098来计算。

Claims

1.本发明涉及的智能制动防抱死系统由执行机构，控制器(6)和传感器测量反馈系统组成。传感器测量的数据传送给控制器，经过控制器单片计算机计算，输出控制量给执行机构，执行机构根据控制器给出的控制信号进行工作，调节制动系统的油压，其特征是采用自适应模糊控制，在以车轮滑移率S作为被控制量，制动系统油压Pu作为控制量，使滑移率的期望值S_c＝18％左右，取实际滑移率与期望滑移率的误差e和误差的变化率为模糊控制器的输入，油压变化量ΔP_a作为模糊控制器的输出，根据被控制量滑移率的误差e和误差变化率的模糊语言值经模糊控制规则推理出模糊控制器的输出语言值，经模糊决策后求得精确值来调节油压改变制动力矩，模糊控制器的自校正装置对量化因子和比例因子进行在线调节，调整论域等级和系统增益。

2.根据权利要求1所述智能制动防抱死系统，其特征是采用自适应模糊控制，以最大角减速度ε为被控制量，制动系统油压作为控制量时，取实际角减速度与期望值ε_max的误差e和变化率作为模糊控制器的输入，油压变化ΔP_a作为控制器的输出，根据被控制量角减速度的误差e和误差变化率的模糊语言值经模糊控制规则推理出模糊控制器的输出语言值，经模糊决策后求得精确值来调节油压改变制动力矩。模糊控制器的自校正装置对量化因子和比例因子进行在线调节，调整论域等级和系统增益。

3.根据权利要求1所述的智能制动防抱死系统，其特征在于提出的制动防抱死的新算法是以最大角减速度为控制性能指标，在不同路面状态下的摩擦系数及对应的最太角减速度关系，通过试验得出这些关系曲线，形成路面状态谱，将其预存入单片机的存贮器中，在制动初期，通过车轮的转速传感器测量车轮转速，根据车轮转速测量信号进行在线数据处理与路面状态谱进行自学习，确定当时路况下的制动过程中车轮最大角减速度，从而给出智能制动防抱死系统的控制指标。

4.根据权利要求1所述的智能制动防抱死装置，其特征在于执行机构机械装置如图3，由上盖3.1、壳体3.2、活塞杆3.3、弹簧3.4、下盖3.5、螺套3.6、组成。上盖3.1的两端进出口与液压系统相连，螺旋套3.6与直流步进电机(直流力矩电机)(7)相连组成新的执行机构，弹簧(3.4)可以图中所示安装在活塞杆的下端与下盖(3.5)之间，也可以安装在壳体(3.2)内腔顶端与活塞杆(3.3)的活塞上端之间。

5.根据权利要求1所述的智能制动防抱死装置，其特征在于执行机构的机械装置(如图3)，将活塞杆(3.3)下端的螺旋可以改成螺纹，并将螺旋套(3.6)换成螺母，则机械装置(3)构成一种新型的机械式防抱死装置，弹簧(3.4)可以是塔形弹簧，也可以是二者的组合。