一种基于轮毂电机/电子机械制动器的复合防抱死控制方法转让专利
申请号 : CN202010770737.7
文献号 : CN112026771B
文献日 : 2021-11-23
发明人 : 周健豪 , 孙开培 , 顾诚 , 薛四伍
申请人 : 南京航空航天大学
摘要 :
权利要求 :
1.一种基于轮毂电机/电子机械制动器的复合防抱死控制方法,其特征在于,包括以下步骤:
(1)车载传感器获取信息,判断是否为紧急制动工况;
(2)当判断为紧急制动工况,电池状态允许进行能量回收,制动系统正常工作,触发复合制动系统防抱死程序,轮毂电机采用模糊控制方法提供再生制动力,电子机械制动系统采用逻辑门限方法提供制动力,两者复合形成总制动力控制车轮转动状态,直至车速降低为零或解除紧急制动状态,防抱死制动过程结束;所述电子机械制动系统采用的逻辑门限控制方法具体包括以下步骤:
(Ⅰ)确定输入变量为车轮滑移率s、车轮角加速度α和轮毂电机负荷系数e,输出变量为ΔT:
所述轮毂电机负荷系数e的计算方法为:其中Tm_real为轮毂电机制动力矩,Tm_n为当前转速下轮毂电机能够提供的最大制动力矩,Tm_n为负值,电机转矩外特性曲线关于转速轴对称,即在任意转速下所能提供的驱动力矩和制动力矩在数值上相等;
(Ⅱ)构建逻辑门限规则:
根据所述输出变量ΔT和输入变量的关系可将每个制动系统控制循环分为增矩、减矩和保持三种状态,鉴于首次循环的特殊性把增矩状态又分为首次增矩和循环增矩,门限值参数的设置根据实车路试过程中总结得来的经验值,控制逻辑流程为:电子机械制动器收到制动命令后进入首次增矩状态,按照设定增矩速度增加制动力矩,当车轮滑移率达到门限值S1时,或滑移率达到门限值S11且车轮加速度达到门限值α1时,进入保持状态和循环增矩阶段,若检测到滑移率超过门限值下限S2,进入增矩状态2,若检测到滑移率超过门限值上限S1,进入减矩状态1,若滑移率没有超过门限值则检测轮毂电机负荷系数,若轮毂电机负荷系数超过门限值上限e2,则进入减矩状态,若轮毂电机负荷系数超过门限值下限e1,则进入增矩状态,若没有超过门限值,则进入保持状态。
2.根据权利要求1所述的基于轮毂电机/电子机械制动器的复合防抱死控制方法,其特征在于,步骤(1)中车载传感器获取的信息包括:踏板开度、车速、轮速、轮毂电机转速和轮毂电机输出转矩。
3.根据权利要求1所述的基于轮毂电机/电子机械制动器的复合防抱死控制方法,其特征在于,当道路附着条件良好时,触发复合制动系统防抱死程序。
4.根据权利要求1所述的基于轮毂电机/电子机械制动器的复合防抱死控制方法,其特征在于,当道路湿滑时,附着系数较低,触发单一制动防抱死程序。
5.根据权利要求1、3或4所述的基于轮毂电机/电子机械制动器的复合防抱死控制方法,其特征在于,所述轮毂电机采用的模糊控制器为二维模糊控制器,构建轮毂电机防抱死模糊控制方法具体包括以下步骤:
(a)确定输入变量为车轮滑移率s和车轮角加速度α,输出为轮毂电机力矩增量ΔT:所述车轮滑移率的计算方法为:
其中u为车速,uw为车轮速度,w为车轮滚动角速度,r为车轮半径;
(b)确定输入输出变量的基本论域、模糊集、隶属度函数、模糊推理方法和解模糊方法:所述滑移率s的基本论域[0,1],根据具体车型选取适当的车轮角加速度α和电机力矩增量ΔT的基本论域和模糊集;
所述隶属度函数采用三角隶属度函数;
所述模糊推理方法为Mamdani合成推理方法;
所述解模糊方法为重心法;
(c)构建模糊规则集:
对两个输入变量滑移率s的模糊集和轮加速度α模糊集进行“逻辑与”条件运算映射输出变量力矩增量ΔT的模糊集数。
6.根据权利要求1所述的基于轮毂电机/电子机械制动器的复合防抱死控制方法,其特征在于,步骤(Ⅰ)中所述轮毂电机负荷系数e的取值范围为[0,2],在[0,1)区间,轮毂电机提供制动力,越接近0制动力越大,在(1,2]区间轮毂电机提供驱动力,越接近2驱动力越大。
7.根据权利要求1所述的基于轮毂电机/电子机械制动器的复合防抱死控制方法,其特征在于,步骤(Ⅱ)中所述轮毂电机负荷系数的门限值e2和e1的取值决定稳态下轮毂电机的工作域,可根据不同制动目标优化其取值。
说明书 :
一种基于轮毂电机/电子机械制动器的复合防抱死控制方法
技术领域
背景技术
能。随着汽车电动技术和线控技术的发展,这种集成在传统液压管路上的车辆防抱死制动
系统在轻量化方面、结构紧凑性方面和控制方面都处于劣势,有逐渐被线控防抱死技术取
代的趋势。线控液压制动系统具有更灵活的的调节液压力能力,可以分配前后轴制动力,还
可以单独控制每个轮缸压力。而电子机械制动系统是全新的制动系统形式,取消了传统液
压管路,而是由电机和减速、转换机构替代,同样可以单独控制每个车轮的制动力。目前配
置线控制动系统的主流车型大多在线控液压制动系统的基础上集成传统制动防抱死系统
组件的形式,这种保守的解决方案主要基于安全考虑,现有的ABS防抱死系统能最大程度保
证制动安全性,另一方面降低了研发难度。但是传统ABS硬件复杂、控制噪声大,和线控液压
制动系统集成显得十分冗余。
分甚至全部制动力,在紧急防抱死工况下,采取的策略是退出轮毂电机的再生制动,由集成
ABS硬件的液压制动系统提供全部制动力,这种方式不能充分发挥线控系统的优点,同时也
损失了再生制动部分的能量。
一种新的防抱死控制方法适应汽车电动化和线控化的发展趋势。
发明内容
电子机械制动系统协同执行,不仅提高了舒适性减小噪声,还回收了部分再生制动能量。
动系统采用逻辑门限方法提供制动力,两者复合形成总制动力控制车轮转动状态,直至车
速降低为零或解除紧急制动状态,防抱死制动过程结束。
动力,两者形成总制动力控制前轮转动状态;对于后轮,电子机械制动器采用模糊控制方法
提供摩擦制动力,控制后轮转动状态;
制方法提供再生制动力,电子机械制动器不工作;对于后轮,电子机械制动器采用模糊控制
方法提供摩擦制动力,控制后轮转动状态;
力矩和制动力矩在数值上相等,所以e的取值范围为[0,2],在[0,1)区间,轮毂电机提供制
动力,越接近0制动力越大,在(1,2]区间,轮毂电机提供驱动力,越接近2驱动力越大;
限值参数的设置根据实车路试过程中总结得来的经验值,控制逻辑流程如图4所示:电子机
械制动器收到制动命令后进入首次增矩状态,按照设定增矩速度增加制动力矩,当车轮滑
移率达到门限值S1时,或滑移率达到门限值S11且车轮加速度达到门限值α1时候,进入保持
状态和循环增矩阶段,若检测到滑移率超过门限值下限S2,进入增矩状态2,若检测到滑移
率超过门限值上限S1,进入减矩状态1,若滑移率没有超过门限值则检测轮毂电机负荷系
数,若轮毂电机负荷系数超过门限值上限e2,则进入减矩状态,若轮毂电机负荷系数超过门
限值下限e1,则进入增矩状态,若没有超过门限值,则进入保持状态。
执行,本发明采用轮毂电机和电子机械制动系统协同执行,响应更快速,控制精度更高的轮
毂电机微调制动力矩控制车轮滑移率,不仅提高了舒适性减小噪声,还回收了部分再生制
动能量,电子机械制动系统仅仅提供基础制动力,降低了对电子机械制动系统响应性能的
要求;本发明提出电机负荷系数e,通过控制该变量可以确定轮毂电机工作点,可以作为后
续优化节能指标或舒适性指标的重要参数。本发明提出的防抱死制动方法适用于不同附着
条件的路面,能够较好控制滑移率在理想范围,制动过程中充分结合汽车电子机械制动系
统提供的较大制动力范围的特点和汽车驱动系统能够提供的较精确的再生制动力的特点,
不仅能提高防抱死制动舒适性,还提高了能量回收效率。本发明还具有硬件结构简单、控制
响应快精度高,并且ABS制动情况下也能回收制动能量等优点。
附图说明
具体实施方式
供驱动力,制动时轮毂电机也能提供制动力,轮毂电机接收来自车载电脑的控制信息,由车
载电源提供驱动电能和回收制动电能,左右轮毂电机之间机械解耦。车辆制动系统为电子
机械制动系统,每个车轮均安装电子机械制动器,电子机械制动器由直流电机、行星齿轮减
速器、滚珠丝杠和制动钳组成,通过制动块夹紧车轮制动盘施加摩擦制动力。每个电子机械
制动器均接收来自车载电脑的控制信号,车载电源为直流电机提供电能。执行复合制动控
制时,执行机构由前轮轮毂电机驱动系统和前轮电子机械制动系统组成。
身同一侧的两个车轮EMB执行机构异常,则两轮毂电机制动,若同时电池状态不允许制动能
量回收,则轮毂反接制动。
器采用模糊控制方法提供摩擦制动力,控制后轮转动状态;
轮,电子机械制动器采用模糊控制方法提供摩擦制动力,控制后轮转动状态;
verylarge代表滑移率很大,blocked代表车轮抱死;
代表车轮角加速度为正小,P2代表车轮角加速度为正中,P3代表车轮角加速度为正大;
保持力矩,mf1代表慢速增矩,mf2代表中速增矩,mf3代表较快速增矩,mf4代表快速增矩;
和制动力矩在数值上相等,所以e的取值范围为[0,2];
门限值参数的设置是在实车路试过程中总结得来的经验值,控制逻辑流程如图4所示,电子
机械制动器收到制动命令后进入首次增矩状态,按照设定增矩速度增加制动力矩,当车轮
滑移率达到门限值S1时,或滑移率达到门限值S11且车轮加速度达到门限值α1时候,进入保
持状态和循环增矩阶段,若检测到滑移率超过门限值下限S2,进入增矩状态2,若检测到滑
移率超过门限值上限S1,进入减矩状态1,若滑移率没有超过门限值则检测轮毂电机负荷系
数,若轮毂电机负荷系数超过门限值上限e2,则进入减矩状态,若轮毂电机负荷系数超过门
限值下限e1,则进入增矩状态,若没有超过门限值,则进入保持状态,其中S1、S11、S2、S3表示
不同控制阶段滑移率,α1表示车轮角加速度,e1、e2表示轮毂电机负荷系数的门限值,S1和S11
为进入首次保持的滑移率门限值,S1值比S11值大,S2、S3为循环阶段滑移率门限值,α1为进入
首次保持状态的的车轮角加速度门限值,e1为进入增矩状态的轮毂电机负荷系数门限值,e2
为进入减矩状态的轮毂电机负荷系数门限值;本例S1的取值为0.2,S11取0.18,S2的值取
0.3,S3的值取0.7,α1的取值为‑200,首次增加力矩的增加速率为2000,该值虽然可以尽可能
取较大值,但会受到制动系统响应速度的约束。在高附路面上e1取值0.6,e2取值为0.75,循
环力矩变化速率为150。
转速明显降低,随后滑移率保持在0.38附近,车速平稳且快速减小。滑移率在减速末期波动
幅度略微增加,这是因为一方面,滑移率作为防抱死控制输入变量在低速时受非线性摩擦
和环境干扰较大,另一方面模糊控制方法需要基于设计人员的经验设置参数和规则集,在
低速滑移率扰动较大的情况下控制不够理想,可以通过进一步优化模糊控制器改善控制效
果,通常可以在车速低于10km/h时控制策略切换至EMB单一制动模式,这种处理方式符合一
般能量回收策略。
速明显降低,随后滑移率保持稳定,车速平稳且快速减小。电机复合系数根据实际路面附着
情况设计,图3c示意了不同电机复合系数门限值的控制效果,e门限值设计较小时,可以提
高再生制动能量回收效率,调节e的门限值意义在于,若e的门限值固定,在某些临界路面,
电子机械制动器制动力过小,频繁启动停止或者工作在静摩擦非线性区,都会使控制效果
不理想。通过调节e的门限值,牺牲部分制动能量回收效率,避免临界路面控制效果不佳的
情况。
的特点,和汽车驱动系统能够提供的较精确的再生制动力的特点,不仅能提高防抱死制动
舒适性,还提高了能量回收效率。
动,因此本发明不限于上述实施例,本领域技术人员根据本发明的揭示,不脱离本发明范畴
所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。