制动力分配方法、设备和存储介质与流程

1.本发明涉及制动控制领域，尤其涉及一种制动力分配方法、设备和存储介质。


背景技术：

2.汽车作为一种重要的交通工具，在国民生活生产中发挥着重要的作用。然而，随着公路运输的快速发展，交通事故的发生率也上升了很多。
3.车辆的制动系统是车辆的主要性能之一，制动系统直接关系到交通安全，重大交通往往与制动距离太长、紧急制动时发生侧滑等情况有关，因此合理地对前后轴制动力进行分配具有十分重要的意义。
4.现有技术一般对前后轴的制动力进行固定比例分配，没有考虑实际的车辆情况和路面情况，导致制动距离长，容易发生事故。有鉴于此，特提出本发明。


技术实现要素：

5.为了解决上述技术问题，本发明提供了一种制动力分配方法、设备和存储介质，科学、合理地对前后轴制动力进行分配，提高车辆制动的安全性。
6.本发明实施例提供了一种制动力分配方法，该方法包括：获取车辆的初始前轴制动力分配系数和初始后轴制动力分配系数；根据所述车辆的前轮滑移率与后轮滑移率的差值，计算系数补偿值；根据所述系数补偿值修正所述初始前轴制动力分配系数和初始后轴制动力分配系数，得到前轴制动力分配系数和后轴制动力分配系数；根据所述前轴制动力分配系数和后轴制动力分配系数进行制动力分配。
7.本发明实施例提供了一种电子设备，所述电子设备包括：处理器和存储器；所述处理器通过调用所述存储器存储的程序或指令，用于执行任一实施例所述的制动力分配方法的步骤。
8.本发明实施例提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储程序或指令，所述程序或指令使计算机执行任一实施例所述的制动力分配方法的步骤。
9.本发明实施例具有以下技术效果：本实施例通过前轮滑移率与后轮滑移率的差值计算系数补偿值，从而通过前轮滑移率与后轮滑移率的差值对初始的分配系数进行补偿，自动调整各轴的制动力，避免制动过程中出现前轮滑移率与后轮滑移率的差较大的情况，提高制动的安全性。
附图说明
10.为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前
提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
11.图1是本发明实施例提供的一种制动力分配方法的流程图；图2是本发明实施例提供的车辆制动过程受力分析的示意图；图3是本发明实施例提供的制动强度的隶属度函数示意图；图4是本发明实施例提供的车轮平均滑移率的隶属度函数示意图；图5是本发明实施例提供的权重的隶属度函数示意图；图6是本发明实施例提供的自抗扰控制器的结构示意图；图7是本发明实施例提供的电子设备的结构示意图。
具体实施方式
12.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述。显然，所描述的实施例仅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的前提下所得到的所有其它实施例，都属于本发明所保护的范围。
13.本发明实施例提供的制动力分配方法，主要适用于在车辆制动时，根据前轴制动力分配系数、后轴制动力分配系数对前轴制动力、后轴制动力进行分配的情况。前轴制动力分配系数、后轴制动力分配系数乘以总的制动力，得到施加在前轴的制动力、后轴的制动力。例如，前轴制动力分配系数、后轴制动力分配系数均是0.5，则将总的制动力平均施加在前轴和后轴上。
14.本发明实施例提供的制动力分配方法可以由电子设备执行。
15.图1是本发明实施例提供的一种制动力分配方法的流程图。参见图1，该制动力分配方法具体包括：s110、获取车辆的初始前轴制动力分配系数和初始后轴制动力分配系数。
16.初始前轴制动力分配系数和初始后轴制动力分配系数，可以是固定值，例如均是0.5，或者是自定义的值。本实施例不限定这两个初始系数的获取方法。
17.可选的，获取车辆前轴的动态载荷、后轴的动态载荷；分别根据所述前轴的动态载荷、后轴的动态载荷对总动态载荷的占比，得到初始前轴制动力分配系数和初始后轴制动力分配系数；其中，所述总动态载荷为前轴的动态载荷与后轴的动态载荷之和。
18.图2是本发明实施例提供的车辆制动过程受力分析的示意图。根据车辆在水平路面上制动时的受力分析得到车辆前轴的动态载荷、后轴动态载荷，之后根据理想制动力分配条件推导得到：前轴的动态载荷、后轴的动态载荷对总动态载荷的占比作为作为基于动态轴荷的前轴制动力分配系数、后轴制动力分配系数，即初始前轴制动力分配系数和初始后轴制动力分配系数。以下是公式推导过程。
19.参见图2，对后轮接地点取力矩，得：f
z1
·
l=mgb ma
x
h
g
（1）式中，f
z1
为前轴动态载荷，单位为n；l为车辆的轴距，单位为m；m为车辆质量，单位为kg；g为重力加速度，单位为m/s2；b为车辆质心到后轴中心线的距离，单位为m；a
x
为车辆减速度，单位为m/s2；h
g
为车辆质心高度，单位为m。
20.对前轮接地点取力矩，得：
f
z2
·
l=mga
‑
ma
x
h
g
（2）式中，f
z2
为后轴动态载荷，单位为n；为车辆质心到前轴中心线的距离，单位为m。
21.令z=a
x
/g，z称为制动强度（制动时，汽车减速度与重力加速度的比值，反映汽车制动能力大小的一个因素），令g=mg，将上式变形可求得前轴动态载荷、后轴动态载荷为：f
z1
=g(b zh
g
)/l（3）f
z2
=g(a
‑
zh
g
)/l（4）理想制动力分配条件为：f
x1
/f
z1
=f
x2
/f
z2
=z（5）f
x
=f
x1
f
x2
（6）其中，f
x1
为前轴制动力，单位为n；f
x2
为后轴制动力，单位为n；f
x
为总制动力，单位为n。f
x
为减速度控制功能给出，非本专利研究重点，故不再赘述。
22.理想前轴制动力分配系数、后轴制动力分配系数计算如下：β
a1
=f
x1
/f
x
（7）β
a2
=f
x2
/f
x
（8）故由式（5）（6）（7）（8），得到初始前轴制动力分配系数β
a1
和初始后轴制动力分配系数β
a2
计算如下：β
a1
=f
z1
/(f
z1
f
z2
)（9）β
a2
=f
x2
/f
x
=1
‑
β
a1
（10）需要说明的是，由于载荷是动态变化的，本实施例得到的初始参数是根据当前时刻的载荷计算得到的参数，实际上，每时刻都会得到初始参数，并最终得到每时刻的前轴制动力分配系数和后轴制动力分配系数。
23.本实施例计算得到的初始参数能够根据动态载荷而变化，能够根据不同的载荷适配得到合适的参数，不再采用固定参数，增加了车辆制动的稳定性。
24.s120、根据所述车辆的前轮滑移率与后轮滑移率的差值，计算系数补偿值。
25.前述初始前轴制动力分配系数和初始后轴制动力分配系数可在多数常规制动工况下进行合理的制动力分配，但是在一些特殊场景，例如在制动强度较大时，车辆质心位置会发生较大变化，即a，b和h
g
值产生较大变化，这使得基于动态轴荷的制动力分配以及固定参数不合理，此时前后车轮滑移率相差较大。同时，在低附路面制动时，很可能出现滑移率较大的危险工况。因此引入前轮滑移率与后轮滑移率的差值反馈对初始的系数进行修正。所述车辆的前轮滑移率与后轮滑移率的差值δs根据各前轮滑移率的最大值，与各后轮滑移率的最大值的差得到。
26.δs=max{s
fl
,s
fr
}
‑
max{s
rl
,s
rr
}（11）其中，s
fl
为左前轮的滑移率，s
fr
为右前轮的滑移率，s
rl
为左后轮的滑移率，s
rr
为右后轮的滑移率。各轮滑移率的计算方法参见现有技术，此处不再赘述。前轮滑移率与后轮滑移率的差值会随时间而变化，则此处的δs是一个时变值。
27.本实施例中，当前轮滑移率与后轮滑移率的差值越大时，系数补偿值越大，以增加对前轴制动力和后轴制动力的调节能力，从而按照调节后的制动力进行控制后能够减小前轮滑移率与后轮滑移率的差值。
28.本实施例不限定系数补偿值的计算方法，其与前轮滑移率与后轮滑移率的差值正
相关，例如可用滑移率差值的倍数作为系数补偿值。
29.在普通的pid控制算法中，由于积分系数是常数，所以在整个控制过程中，积分增量不变，而系统对积分项的要求是，系统偏差大时积分作用应减弱甚至全无，而在偏差小时则应加强。积分系数取大了会产生超调，甚至积分饱和，取小了又迟迟不能消除静差。因此，为解决以上问题，本文采用变速积分比例
‑
积分控制器进行控制，偏差越大，积分越慢。具体的，以所述车辆的前轮滑移率与后轮滑移率的差值为偏差，采用变速积分比例
‑
积分控制器计算系数补偿值；其中，前轮滑移率与后轮滑移率的差值越大，所述变速积分比例
‑
积分控制器对前轮滑移率与后轮滑移率的差值的积分速度越慢，从而改变积分项的累加速度，使其与滑移率差值大小相适应。
30.可选的，变速积分比例
‑
积分控制器为比例项和变速积分项的和，所述比例项根据比例系数k
p
和所述前轮滑移率与后轮滑移率的差值δs得到，所述变速积分项根据积分系数k
i
和差值δs的积分值δs
sum
得到。
31.δβ=k
p
δs k
i
δs
sum
（12）（13）其中，δβ为系数补偿值，为累加系数，实质为偏差的函数，偏差越大，累加系数越小；偏差越小，累加系数越大，计算如下：(14)累加系数在[0,1]区间变化，b为下限参数，a为上限参数，n为第n个采样周期，t为采样周期，单位为s。
[0032]
s130、根据所述系数补偿值修正所述初始前轴制动力分配系数和初始后轴制动力分配系数，得到前轴制动力分配系数和后轴制动力分配系数。
[0033]
要保证最终的前轴制动力分配系数与后轴制动力分配系数之和为1，并考虑车辆制动时后轴制动力要大于前轴制动力，以避免车辆前翻，则将系数补偿值叠加初始前轴制动力分配系数，将初始后轴制动力分配系数减去系数补偿值，得到最前轴制动力分配系数β1和后轴制动力分配系数β2，参见下式：β1=β
a1
－δβ（12）β2=β
a2
δβ（13）s140、根据所述前轴制动力分配系数和后轴制动力分配系数进行制动力分配。
[0034]
将总制动力乘以前轴动力分配系数，得到施加到前轴的制动力；将总制动力乘以后轴动力分配系数，得到施加到后轴的制动力。
[0035]
本实施例通过前轮滑移率与后轮滑移率的差值计算系数补偿值，从而通过前轮滑移率与后轮滑移率的差值对初始的分配系数进行补偿，自动调整各轴的制动力，避免制动过程中出现前轮滑移率与后轮滑移率的差较大的情况，提高制动的安全性。
[0036]
在上述实施例和下述实施例中，考虑到在制动强度相对较小时初始制动力分配系数较为合理，需减小系数补偿值的补偿作用。而在制动强度相对较大时，车辆质心位置会发生变化，这使得基于动态载荷的制动力系数不合理；同时，在低附路面制动时，即使制动强度相对较小也可能使车轮处于附着极限状态下，滑移率较大，为避免出现某轴车轮抱死的危险情况，需增强系数补偿值的补偿作用。因此采用制动强度和车轮平均滑移率作为模糊逻辑的状态量，根据模糊算法得到所述系数补偿值的权重；根据所述系数补偿值的权重，得到更新后的系数补偿值；根据所述更新后的系数补偿值修正所述初始前轴制动力分配系数和初始后轴制动力分配系数，得到前轴制动力分配系数和后轴制动力分配系数。
[0037]
具体的，制动强度z通过车辆减速度与重力加速度的比值得到，参见上述实施例的记载。车轮平均滑移率`s采用下式计算，车轮平均滑移率也是一个时变量。
[0038]
`s=（s
fl
s
fr
s
rl
s
rr
）/4（14）图3是本发明实施例提供的制动强度的隶属度函数示意图，横坐标为制动强度z，纵坐标为隶属度（degree of membership）。经过实测，制动强度的模糊论域为[0,0.8]，制动强度按照大小关系划分为低制动强度模糊集（l）、中制动强度模糊集（m）和高制动强度模糊集（b）。为防止在边界时产生突变，低制动强度模糊集（l）和高制动强度模糊集（b）设置高斯隶属度函数，所述中制动强度模糊集（m）设置三角隶属度函数。根据制动强度的大小，确定制动强度所属的第一模糊集，可以是l、m、b中的任一个。
[0039]
图4是本发明实施例提供的车轮平均滑移率的隶属度函数示意图，横坐标为车轮平均滑移率`s，纵坐标为隶属度（degree of membership）。经过实测，车轮平均滑移率的模糊论域为[01]。车轮平均滑移率按照大小关系划分为低车轮平均滑移率模糊集（l）、中车轮平均滑移率模糊集（m）和高车轮平均滑移率模糊集（b）。为防止在边界时产生突变，对低车轮平均滑移率模糊集（l）和高车轮平均滑移率模糊集（b）设置高斯隶属度函数，对所述中车轮平均滑移率模糊集（m）设置三角隶属度函数。根据车轮平均滑移率的大小，确定车轮平均滑移率所属的第二模糊集，可以是l、m、b中的任一个。
[0040]
图5是本发明实施例提供的权重的隶属度函数示意图，横坐标为权重c，纵坐标为隶属度（degree of membership）。权重按照大小关系划分为最低权重模糊集（ll）、较低权重模糊集(lm)、中权重模糊集(m)、较高权重模糊集(bm)和最高权重模糊集(bb)。为防止在边界时产生突变，最低权重模糊集（ll）和最高权重模糊集(bb)设置高斯隶属度函数，所述较低权重模糊集(lm)、中权重模糊集(m)、较高权重模糊集(bm)设置三角隶属度函数。根据模糊逻辑表，确定与所述第一模糊集和第二模糊集对应的第三模糊集。模糊规则表如下：
采用mamdani作为模糊规则推理方法，去模糊化算法为面积重心法，centroid（矩心）算法来计算权重c，具体参见现有matlab的fuzzy模块，此处不在赘述。
[0041]
计算得到权重c后，采用下式得到前轴制动力分配系数和后轴制动力分配系数。
[0042]
β1=β
a1
－cδβ（15）β2=β
a2
cδβ（16）在实际控制过程中，制动系统由于自身系统控制误差和外界扰动（图6中的w）等原因，压力响应会存在误差，这使得实际前轴制动力分配系数、后轴制动力分配系数不能很好得跟随目标制动力分配系数（β1和β2），所以采用自抗扰控制器对实际制动器制动力分配系数进行控制，使之能够很好的跟随目标值。特别的，因为β1=1－β2，所以只要对前轴制动力分配系数或者后轴制动力分配系数进行控制即可。具体的，将前轴制动力分配系数或者后轴制动力分配系数输入至自抗扰控制器，得到抗扰后的前轴制动力分配系数或者抗扰后的后轴制动力分配系数；以所述抗扰后的前轴制动力分配系数和抗扰后的后轴制动力分配系数之和为定值（例如1），根据抗扰后的前轴制动力分配系数得到抗扰后的后轴制动力分配系数，或者根据抗扰后的后轴制动力分配系数得到抗扰后的前轴制动力分配系数。
[0043]
图6是本发明实施例提供的自抗扰控制器的结构示意图。自抗扰控制器包括安排过渡过程、非线性反馈模块和扩张状态观测器。以前轴制动力分配系数为例说明抗扰的过程，同理可得到后轴制动力分配系数的抗扰过程。
[0044]
参见图6，首先，将前轴制动力分配系数β1输入至安排过度过程，得到所述前轴制动力分配系数的安排过度处理后的值v1和所述安排过度处理后的值的导数v2。
[0045]
由于目标值β1里可能包含了高频信号或跃阶信号，直接根据目标值计算误差会导致控制效果变差，所以采用跟踪微分器安排过度过程，其能够对目标值中的高频指令和跃阶指令进行处理，得到一个更容易实现的目标值，从而在牺牲一点快速性的同时大大降低超调，其计算公式如下：v1(i 1)=v1(i) hv2(i)（17）v2(i 1)=v2(i) h
·
fst(x1(i)，x2(i)，r，h)（18）v1为对控制目标β1安排过度处理后的值；v2为v1的导数；r为快速因子，其与跟踪速度正相关；h为滤波因子，其与滤波效果正相关。fst为最速控制综合函数，其表示如下：（19）（20）
（21）(22)其中，x1=v1－β1，x2=v2，d=rh，d0=hd，y=x1 hx2，sgn为符号函数。
[0046]
然后，将安排过度处理后的值v1和系统状态估计值z1的差e1，以及导数值v2和系统状态估计值的微分值z2的差e2，输入至所述非线性反馈模块，得到初始系数u0；其中，所述系统状态估计值z1和所述系统状态估计值的微分值z2通过所述扩张状态观测器根据实际前轴制动力分配系数β
1_real
得到。
[0047]
积分的主要作用之一就是消除扰动，但是积分起作用比较慢，而且还会引起超调，使用扩张状态观测器可以估计未知扰动，提前在控制器中采取补偿措施，使得控制效果更好。扩张状态观测器的内部算式如下：e1=z1－β
1_real
（23）z1（i 1）=z1(i) h(z2(i)
‑
g1e1)(24)z2(i 1)=z2(i) h(z3(i)
‑
g2fal(e1,l1,d) bu1)(25)z3(i 1)=z3(i)
‑
hg3fal(e1,l2,d)(26)其中，e1为系统输出值与系统状态估计值z1间的误差，z3为总扰动的估计值，g1、g2、g3、l1和l2为控制器的参数，fal为饱和函数，其表达式如下：（27）其中，d为线性段的区间长度，β
1_real
为实际前轴制动力分配系数，其计算如下：（28）其中，p
1_real
为压力传感器采集到的前轴实际制动压力，单位为mpa；p
2_real
为压力传感器采集到的后轴实际制动压力，单位为mpa。k1是前轴制动器系数，k2是后轴制动器系数。
[0048]
传统的pid控制就是比例项、积分项、微分项的线性加权之和，但这种线性的组合不是最佳的，其在收敛速度以及抗扰动能力上存在不足，所以引进非线性控制律，更适应非线性系统的控制。计算如下：e1=v1－z1（29）e2=v2－z2（30）u0=g1fal(e1,l3,d) g2fal(e2,l4,d)(31)其中，e2为e1的微分，初始系数u0也是非线性反馈模块的原始输出，l4,l3为控制器
的参数，且0<l3<1<l4接着，根据总扰动的估计值z3和所述初始系数u0，得到抗扰后的前轴制动力分配系数u1，参见下式：u1=u0－z3/b(32)其中，u1也是非线性反馈输出，b为补偿因子。
[0049]
u1将代替β1输入至制动系统，以使β
1_real
跟随u1。最后，u2=1
‑
u1得到后轴制动力分配系数，代替β2输入至制动系统。
[0050]
结合上述各实施例，通过计算车辆前轴动态载荷、后轴动态载荷，并根据车轮滑移率情况计算前轴制动力分配系数、后轴制动力分配系数，自动调整各轴制动力，从而充分利用路面附着条件增加制动力，缩短制动距离具有十分重要的意义。
[0051]
图7为本发明实施例提供的一种电子设备的结构示意图。如图7所示，电子设备400包括一个或多个处理器401和存储器402。
[0052]
处理器401可以是中央处理单元（cpu）或者具有数据处理能力和/或指令执行能力的其他形式的处理单元，并且可以控制电子设备400中的其他组件以执行期望的功能。
[0053]
存储器402可以包括一个或多个计算机程序产品，所述计算机程序产品可以包括各种形式的计算机可读存储介质，例如易失性存储器和/或非易失性存储器。所述易失性存储器例如可以包括随机存取存储器（ram）和/或高速缓冲存储器（cache）等。所述非易失性存储器例如可以包括只读存储器（rom）、硬盘、闪存等。在所述计算机可读存储介质上可以存储一个或多个计算机程序指令，处理器401可以运行所述程序指令，以实现上文所说明的本发明任意实施例的制动力分配方法以及/或者其他期望的功能。在所述计算机可读存储介质中还可以存储诸如初始外参、阈值等各种内容。
[0054]
在一个示例中，电子设备400还可以包括：输入装置403和输出装置404，这些组件通过总线系统和/或其他形式的连接机构（未示出）互连。该输入装置403可以包括例如键盘、鼠标等等。该输出装置404可以向外部输出各种信息，包括预警提示信息、制动力度等。该输出装置404可以包括例如显示器、扬声器、打印机、以及通信网络及其所连接的远程输出设备等等。
[0055]
当然，为了简化，图7中仅示出了该电子设备400中与本发明有关的组件中的一些，省略了诸如总线、输入/输出接口等等的组件。除此之外，根据具体应用情况，电子设备400还可以包括任何其他适当的组件。
[0056]
除了上述方法和设备以外，本发明的实施例还可以是计算机程序产品，其包括计算机程序指令，所述计算机程序指令在被处理器运行时使得所述处理器执行本发明任意实施例所提供的制动力分配方法的步骤。
[0057]
所述计算机程序产品可以以一种或多种程序设计语言的任意组合来编写用于执行本发明实施例操作的程序代码，所述程序设计语言包括面向对象的程序设计语言，诸如java、c 等，还包括常规的过程式程序设计语言，诸如“c”语言或类似的程序设计语言。程序代码可以完全地在用户计算设备上执行、部分地在用户设备上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户计算设备上部分在远程计算设备上执行、或者完全在远程计算设备或服务器上执行。
[0058]
此外，本发明的实施例还可以是计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序指
令，所述计算机程序指令在被处理器运行时使得所述处理器执行本发明任意实施例所提供的制动力分配方法的步骤。
[0059]
所述计算机可读存储介质可以采用一个或多个可读介质的任意组合。可读介质可以是可读信号介质或者可读存储介质。可读存储介质例如可以包括但不限于电、磁、光、电磁、红外线、或半导体的系统、装置或器件，或者任意以上的组合。可读存储介质的更具体的例子（非穷举的列表）包括：具有一个或多个导线的电连接、便携式盘、硬盘、随机存取存储器（ram）、只读存储器（rom）、可擦式可编程只读存储器（eprom或闪存）、光纤、便携式紧凑盘只读存储器(cd
‑
rom)、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。
[0060]
需要说明的是，本发明所用术语仅为了描述特定实施例，而非限制本技术范围。如本发明说明书和权利要求书中所示，除非上下文明确提示例外情形，“一”、“一个”、“一种”和/或“该”等词并非特指单数，也可包括复数。术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法或者设备中还存在另外的相同要素。
[0061]
还需说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”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装置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。除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”等应做广义理解，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。
[0062]
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各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，或者对其中部分或者全部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。