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刹车系统驱动器

阅读：855发布：2021-02-26

IPRDB可以提供刹车系统驱动器专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明提供了一种刹车系统驱动器，本发明的系统选用高性能的永磁同步电机作为驱动器的执行机构，克服了对液压系统的依赖，显著减轻刹车系统的重量、体积。另外，采用双IPM模块搭建独立H桥结构的功率逆变器，可以提高系统的冗余度、可靠性。本发明的驱动器能够快速准确地完成给定指令。，下面是刹车系统驱动器专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种刹车系统驱动器，其特征在于，包括：

永磁同步电机；

与所述永磁同步电机连接的功率逆变器，所述功率逆变器采用双IPM模块搭建独立H桥结构；

与所述永磁同步电机连接的控制器。

2.如权利要求1所述的刹车系统驱动器，其特征在于，所述功率逆变器包括二片IPM，其中，每片IPM集成了六只IGBT管，十二只IGBT管共组成3个独立的H桥，每个H桥相互独立分开控制。

3.如权利要求1所述的刹车系统驱动器，其特征在于，所述控制器采用遗传算法，对刹车系统的位置环调节器参数进行优化整定。

4.如权利要求1所述的刹车系统驱动器，其特征在于，所述永磁同步电机的材质为稀土永磁材料。

5.如权利要求1所述的刹车系统驱动器，其特征在于，所述控制器采用微处理器和专用集成电路。

6.如权利要求5所述的刹车系统驱动器，其特征在于，所述微处理器和专用集成电路包括：数字信号处理器和现场可编程门阵列。

7.如权利要求1所述的刹车系统驱动器，其特征在于，所述控制器采用矢量控制的方法。

8.如权利要求7所述的刹车系统驱动器，其特征在于，所述矢量控制的方法包括：采用磁链定向控制，通过计算将励磁电流和转矩电流进行解耦，分别处理从而达到类似直流电机的效果。

说明书全文

刹车系统驱动器

技术领域

[0001] 本发明涉及一种刹车系统驱动器。

背景技术

[0002] 汽车电子的发展日新月异，但是制动安全性始终是人们关注的焦点。以液压油为传动介质的液压刹车系统存在太多的弊端，这些缺陷短时间内难以有很大的改善。

发明内容

[0003] 本发明的目的在于提供一种刹车系统驱动器，能够以液压油为传动介质的液压刹车系统存在太多的弊端的问题。

[0004] 为解决上述问题，本发明提供一种刹车系统驱动器，包括：

[0005] 永磁同步电机；

[0006] 与所述永磁同步电机连接的功率逆变器，所述功率逆变器采用双IPM模块搭建独立H桥结构；

[0007] 与所述永磁同步电机连接的控制器。

[0008] 进一步的，在上述刹车系统驱动器中，所述功率逆变器包括二片IPM，其中，每片IPM集成了六只IGBT管，十二只IGBT管共组成3个独立的H桥，每个H桥相互独立分开控制。

[0009] 进一步的，在上述刹车系统驱动器中，所述控制器采用遗传算法，对刹车系统的位置环调节器参数进行优化整定。

[0010] 进一步的，在上述刹车系统驱动器中，所述永磁同步电机的材质为稀土永磁材料。

[0011] 进一步的，在上述刹车系统驱动器中，所述控制器采用微处理器和专用集成电路。

[0012] 进一步的，在上述刹车系统驱动器中，所述微处理器和专用集成电路包括：数字信号处理器和现场可编程门阵列。

[0013] 进一步的，在上述刹车系统驱动器中，所述控制器采用矢量控制的方法。

[0014] 进一步的，在上述刹车系统驱动器中，所述矢量控制的方法包括：

[0015] 采用磁链定向控制，通过计算将励磁电流和转矩电流进行解耦，分别处理从而达到类似直流电机的效果。

[0016] 与现有技术相比，本发明通过选用高性能的永磁同步电机作为驱动器的执行机构，克服了对液压系统的依赖，显著减轻刹车系统的重量、体积。另外，采用双IPM模块搭建独立H桥结构的功率逆变器，可以提高系统的冗余度、可靠性。本发明的驱动器能够快速准确地完成给定指令。

附图说明

[0017] 图1是本发明一实施例的系统总体框图；

[0018] 图2是本发明一实施例的控制系统框图；

[0019] 图3是本发明一实施例的控制电路示意图；

[0020] 图4是本发明一实施例的遗传算法流程图；

[0021] 图5是本发明一实施例的性能要求图；

[0022] 图6是本发明一实施例的基于传统PID调节阶跃响应图；

[0023] 图7是本发明一实施例的遗传算法整定后的响应图；

[0024] 图8是本发明一实施例的连续阶跃响应图；

[0025] 图9-13是本发明一实施例的输入指令为1-5Hz、±2.5mm的正弦波时的响应图；

[0026] 图14是本发明一实施例的5Hz响应放大图。

具体实施方式

[0027] 为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

[0028] 如图1所示，本发明提供一种刹车系统驱动器，包括：

[0029] 永磁同步电机；

[0030] 与所述永磁同步电机连接的功率逆变器，所述功率逆变器采用双IPM模块搭建独立H桥结构；

[0031] 与所述永磁同步电机连接的控制器。

[0032] 在此，以液压油为传动介质的液压刹车系统存在太多的弊端，这些缺陷短时间内难以有很大的改善，而全电刹车系统是汽车电子领域的未来的发展方向，采用机电作动器为刹车的执行机构，将彻底改变这一切。针对目前车用液压刹车系统存在的弊端提出一种高动态高可靠性的全电刹车方式。本发明的系统选用高性能的永磁同步电机作为驱动器的执行机构，克服了对液压系统的依赖，显著减轻刹车系统的重量、体积。另外，采用双IPM模块搭建独立H桥结构的功率逆变器，可以提高系统的冗余度、可靠性。本发明的驱动器能够快速准确地完成给定指令。

[0033] 本发明的刹车系统驱动器一实施例中，所述功率逆变器包括二片IPM，其中，每片IPM集成了六只IGBT管，十二只IGBT管共组成3个独立的H桥，每个H桥相互独立分开控制，只要有个H桥就可以使永磁同步电机工作，大大提高了系统的可靠性。

[0034] 本发明的刹车系统驱动器一实施例中，所述控制器采用遗传算法，对刹车系统的位置环调节器参数进行最优化整定。

[0035] 在此，按工程方法确定位置控制器的参数带有经验性，由于系统的复杂程度比较高，根据传统方法确定的PID参数往往不是最优解，不能充分发挥系统的性能。对生物系统进行计算机仿真，以达尔文的自然选择为基础发展得到遗传算法。采用遗传算法对PID参数整定与优化是一种寻求全局最优解且与初始条件无关的优化方法。为了刹车系统的控制性能，对刹车系统的位置环调节器参数用遗传算法进行最优化整定。

[0036] 本发明的刹车系统驱动器一实施例中，所述永磁同步电机的材质为稀土永磁材料。

[0037] 在此，最新的稀土永磁材料具有比以往更大的剩余磁通密度、矫顽磁力及最大磁能积，用它做成的永磁同步电机，性能更为优良，超高的响应频率、良好的低速平稳性、宽广的调速范围、较硬的机械特性、超强的过载能力等，完全满足此系统对伺服电机的要求。

[0038] 本发明的刹车系统驱动器一实施例中，所述控制器采用微处理器和专用集成电路。

[0039] 在此，采用微处理器和专用集成电路实现数字化，控制精度不断提高、不再轻易受到干扰。

[0040] 本发明的刹车系统驱动器一实施例中，所述微处理器和专用集成电路包括：DSP(数字信号处理器)和CPLD(现场可编程门阵列)。

[0041] 本发明的刹车系统驱动器一实施例中，所述控制器采用矢量控制的方法。

[0042] 本发明的刹车系统驱动器一实施例中，所述矢量控制的方法包括：

[0043] 采用磁链定向控制，通过计算将励磁电流和转矩电流进行解耦，分别处理从而达到类似直流电机的效果。

[0044] 本发明专利提供的高动态高可靠性的全电刹车驱动器，包括三个方面的设计：

[0045] 1)驱动电路搭建；

[0046] 2)控制算法编程实现；

[0047] 3)控制参数整定。

[0048] 参见图1，系统由270V直流稳压源为功率逆变部分供电，28V电源为控制部分供电，四个部分分别有两套控制器，每套控制器控制一台电动舵机，这样即使有一台坏了，其余一台可以继续工作，提高了系统的冗余度。所有控制器集成到TTP总线上，由中央控制器统一控制。为了实现刹车效果，设计了三个闭环进行控制，如图2所示。用labview编写上位机，由上位机发出位置指令，经过滤波以后与旋转变压器A反馈的转子位置求偏差，作为位置环的给定，同时前馈控制对位置指令求微分给到速度环，有利于提高系统的动态响应速度。旋转变压器B检测转子初始位置，用来使转子回到零初始位置。加入速度闭环可以有效的对外界干扰作出及时的反应，提高系统的抗干扰能力，电流环起到电流限幅的作用，提高系统稳定性。

[0049] 选用TI公司的电机专用芯片TM320F28377S作为主控制芯片，可以有效的实现复杂的控制算法，提高控制精度；CPLD主要用来做电流保护，防止发生意外，如果电流过大可以有效的切断输出信号，保护系统；功率逆变部分选用高集成度高可靠性的IPM模块，每片集成了六只IGBT管，可以组成3个独立的H桥，每个H桥相互独立可以分开控制，只要有一项就可以使电机工作，大大提高了系统的可靠性。控制电路框架如图3所示。

[0050] PMSM的数学模型在dq0坐标系中，永磁同步电动机的基本电压方程通常可以表示为

[0051] ud＝Rsid+Pψd-ωψq

[0052] uq＝Rsiq+Pψq+ωψd (1)

[0053] 式中ud，uq为定子电压的直、交轴分量；Rs为定子绕组电阻；p为微分算子；ω为电动机转子角频率。

[0054] 定子磁链方程为

[0055] ψd＝Ldid+ψf

[0056] ψq＝Lqiq (2)

[0057] 式中ψd，ψq为转子坐标系下直、交轴磁链；Ld，Lq为PMSM的直轴、交轴电感；id，iq为定子电流的直、交轴分量；ψf为转子磁钢在定子上的耦合磁链。

[0058] 永磁同步电机的转矩方程为

[0059]

[0060] 式中Pn为永磁同步电机的极对数。

[0061] 可以看到PMSM的电磁转矩几乎可以由定子交轴分量和直轴分量合成，在矢量控制下，采用按转子磁链定向(id＝0)控制策略，使定子电流仅有q轴分量，而无d轴分量，也就是说电磁转矩全部由定子q轴产生，此时，PMSM的电压方程可写为：

[0062] ud＝ωψq

[0063] uq＝Rsiq+Pψq+ωψd (4)

[0064] 电磁转矩方程为：

[0065]

[0066] 这样处理使的问题简化，只要精确地检测出转子机械位置(d轴)，通过对三相电流解构、计算，生成PWM波控制逆变器使三相定子的合成电流(磁动势)位于q轴上，那么，PMSM的电磁转矩正比于定子电流的幅值，那么我们就可以控制电流改变转矩了，此时PMSM的控制特性就和直流电机相似。

[0067] 如图4所示按照此流程进行遗传算法，由五个重要部分构成：(1)染色体编码；(2)设定初始群体；(3)设计适应度函数；(4)遗传操作设计；(5)控制参数设定。这五个要素决定了遗传算法的全部。编码是遗传算法和实际问题联系的纽带之一，也是用GA解决实际问题的关键一环。本文对位置调节器控制参数Kp，Ki进行整定，属于多参数优化问题，采用多参数编码。

[0068] 随机产生GA初始种群的个体，我们采用的策略是设计方案将最优解所占集合在整个问题空间中的分布范围，然后在此分布范围内设定初始种群。遗传算法在进化搜索中以适应度函数为依据。适应度函数的选择举足轻重，直接关系到遗传算法的收敛速率和最优程度。文章采取误差绝对值时间积分性能指标作为参数选择的最小目标函数，同时在目标函数中添加控制输出的平方项，将下式作为参数选取的最优指标：

[0069]

[0070] 其中，e(t)为系统误差，U(t)调节器输出，tu为上升时间也为权值，W1、W2、W3为权值。

[0071] 考虑到要严格控制超调量，加入惩罚功能，如下：

[0072] if e(t)<0

[0073]

[0074] 其中，W4也是权值，且W4》W3，取W1＝0.99，W2＝0.01，W3＝2.1，W4＝101.[0075] 适应度函数是目标函数的倒数

[0076] F＝1/J (8)

[0077] 在matlab中运行基于遗传算法的PID参数寻优程序，采样时间为1ms，经过200代进化，J＝6.2134，从而得到位置PID调节器参数分别为Kp＝1.032,Ki＝0.0034。

[0078] 为了测试控制系统的性能。性能要求如图5所示。图6至图14表明了该发明专利所设计的高动态高可靠性全电刹车系统驱动器在位置给定突变的情况下，都能及时并准确的跟踪，具有控制准确性高，动态性能好，鲁棒性强的特点，具有一定的参考价值性。

[0079] 本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

[0080] 专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

[0081] 显然，本领域的技术人员可以对发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包括这些改动和变型在内。

标题	发布/更新时间	阅读量
显示驱动器-专利编号CN104112434A	2020-05-11	497
显示设备和显示面板驱动器-专利编号CN104103248A	2020-05-13	449
移动终端和显示面板驱动器-专利编号CN104103249A	2020-05-13	498
驱动器IC-专利编号CN104050939A	2020-05-11	405
驱动器IC-专利编号CN104036737A	2020-05-11	1008
具有电驱动器的助步车-专利编号CN109998871A	2020-05-12	719
显示系统和显示设备驱动器-专利编号CN102385844B	2020-05-13	812
驱动器IC及显示装置-专利编号CN104103247A	2020-05-12	155
显示驱动器IC-专利编号CN104143321A	2020-05-11	660
显示面板驱动器和显示装置-专利编号CN104050937A	2020-05-12	801

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