一种集成式电子液压制动系统及其控制方法与流程

1.本发明属于电子液压制动系统技术领域，尤其是涉及一种集成式电子液压制动系统及其控制方法。


背景技术：

2.随着电动汽车的逐渐普及，相关的技术也在飞速的发展中，在传统的液压制动器基础上发展出一种电子液压制动系统，并被广泛用于各式新能源汽车中。
3.电子液压制动系统断开了制动踏板与液压缸之间的机械连接，并采用电子式制动踏板替代了传统的制动踏板机构，电子式制动踏板内含有位移传感器、力传感器，能精确地感知驾驶人控制踏板的轻重缓急，并转换为电信号传递给电子控制单元。
4.现有的自动紧急制动系统(aeb)控制策略，主要考虑算法层面的技术革新，对于底层执行机构的配合执行研究甚少，存在控制策略与执行机构配合度低，效率无法进一步提升的问题。针对障碍物的不同运动状态，中国发明专利申请号为202010531692.8，提出一种用于自动紧急制动系统的制动方法，但其主要考虑控制策略的阈值问题，对于执行机构的具体执行没有充分考虑。现有的电动汽车自动紧急制动方法及系统虽然考虑了具体控制策略，但控制策略单一，无法对不同工况有更好制动效果。因此，亟需一种新的技术方案解决以上问题。


技术实现要素：

5.针对以上技术问题，本发明提供一种集成式电子液压制动系统及其控制方法，以解决现有技术中，控制策略与执行机构配合度低，效率无法进一步提升的问题。
6.为了实现上述技术目的，达到上述的技术要求，本发明所采用的技术方案是：一种集成式电子液压制动系统，包括电子踏板模块、主缸建压模块、液压力控制模块、电子控制单元；
7.所述电子踏板模块包括制动踏板、输入推杆、踏板传感器组、与输入推杆连接的踏板制动反馈模拟器，所述传感器组输出踏板位移信号和踏板力信号；
8.所述主缸建压模块包括制动电机、电机控制器、减速机构、制动电机传感器组，所述制动电机传感器组输出制动电机的转速信号和转矩信号；
9.所述液压力控制模块包括制动主缸、与制动主缸连接的活塞推杆、制动轮缸、轮缸压力传感器、制动器、储液罐、双向比例阀，所述储液罐与制动主缸通过油管连接，所述制动主缸通过油管与制动轮缸连接，所述制动器通过油管与制动轮缸连接，所述双向比例阀设在制动轮缸与制动器连接的管路上；
10.所述制动电机输出轴与减速机构输入端连接，所述减速机构输出端与活塞推杆连接，所述电子控制单元分别与踏板传感器组、踏板制动反馈模拟器、电机控制器、制动电机传感器组、双向比例阀、轮缸压力传感器电连。
11.作为优选的技术方案，所述踏板传感器组包括踏板位移传感器、踏板力传感器，所
述踏板位移传感器、踏板力传感器设在输入推杆上，所述制动电机传感器组包括转速传感器和转矩传感器，所述踏板位移传感器、踏板力传感器、转速传感器、转矩传感器电子控制单元电连。
12.作为优选的技术方案，所述制动主缸内设有第一腔和第二腔，所述第一腔、第二腔分别通过油管与储液罐连接，所述制动轮缸包括左前轮轮缸、左后轮轮缸、右前轮轮缸、右后轮轮缸，所述第一腔与左后轮轮缸、右前轮轮缸连通，所述第二腔与左前轮轮缸、右后轮轮缸连通，所述左前轮轮缸、左后轮轮缸、右前轮轮缸、右后轮轮缸分别通过油管与1个制动器连接，每个制动器对应设置1个双向比例阀。
13.本发明还提供一种集成式电子液压制动系统的控制方法，包括以下步骤：
14.步骤1：驾驶员行驶中遇到紧急情况，通过电子制动踏板向输入推杆输入踏板位移信号和踏板力信号，踏板传感器组采集踏板位移和踏板力信号，并传输到电子控制单元，车辆上设有上层控制器，上层控制器传输车速、车距、障碍物距离信号至电子控制单元；
15.步骤2：电子控制单元根据接收到的踏板位移信号和踏板力信号，判断驾驶员制动意图，电子控制单元根据驾驶员制动意图，生成踏板制动反馈模拟器控制指令，踏板制动反馈模拟器根据控制指令产生相应的踏板阻尼感，对驾驶员制动行为进行反馈，根据接收到的车速、车距障碍物距离信号，对车辆制动紧急级别基于强化距离碰撞时间ettc进行判断，若无需紧急制动，则不干涉驾驶员常规制动操作，若需要紧急制动，将紧急级别分成三级，即紧急级别三、紧急级别二、紧急级别一，根据不同的紧急级别进入下一步骤；
16.步骤3：若判断为紧急级别三，改变制动电机在电子制动踏板单位行程的位移量，即改变制动电机旋转系数α,以辅助驾驶员制动操作，达到紧急制动目的；电机控制器在接收到电子控制单元的指令信号后，控制制动电机输出转矩和运动到减速机构，减速机构通过驱动活塞推杆挤压制动主缸内的制动液，提高制动主缸内的制动压力，从而对制动主缸建立压强；
17.步骤4：若判断为紧急级别二，电子控制单元控制双向比例阀增大开度，瞬间提高制动轮缸压力，以达到紧急制动目的；轮缸压力传感器采集各个制动轮缸的压力，并将制动轮缸压力信号传输给电子控制单元，电子控制单元将实际制动轮缸压力与目标制动轮缸压力比较，控制各个双向比例阀对各个制动轮缸压力进行有效调整；
18.步骤5：若判断为紧急级别一，电子控制单元控制制动电机快速升高制动主缸压力，同时控制双向比例阀增大开度，电子控制单元同时发送控制信号到电机控制器和双向比例阀，控制制动主缸压力的快速建立并且扩大双向比例阀的开度，提高制动主缸压力至制动轮缸的比例，制动电机传感器组采集制动电机的转速和转矩信号并传输给电子控制单元，电子控制单元计算出实际制动主缸的压力，并与目标制动主缸压力比较计算压差，进一步通过电机控制器补偿压差，轮缸压力传感器采集各个制动轮缸的压力，并将制动轮缸压力信号传输给电子控制单元，电子控制单元将实际制动轮缸压力与目标制动轮缸压力比较，控制各个双向比例阀对单个制动轮缸压力进行有效调整。
19.作为优选的技术方案，所述步骤2中的常规制动操作通过制动电机旋转系数α进行表达，制动电机旋转系数α计算表达式为：
20.α＝l
主缸
/l
踏板
ꢀꢀ
(1)
21.公式1中，l
主缸
为主缸的活塞推杆最大行程，l
踏板
为电子制动踏板最大行程。
22.作为优选的技术方案，所述步骤2中的强化碰撞距离时间ettc为判定条件，其计算表达式为：
[0023][0024]
公式2中，x
rel
、v
rel
和a
rel
分别表示自车相对于前车的相对距离、相对速度和相对加速度，xb、vb和aa为前车的位置、速度和加速度，xa、va和ab为自车的位置和速度；若ettc＞tn时，车辆安全，执行常规制动；若ettc≤tn时，判定为紧急级别三；若t
b2
≤ettc≤t
b1
时，判定为紧急级别二；若ettc≤t
b2
时，判定为紧急级别一；定义tn、t
b1
与t
b2
取值由下式决定：
[0025][0026]
作为优选的技术方案，所述踏板制动反馈模拟器产生的反馈力f
fb
的计算表达式为：
[0027][0028]
公式4中，a为车辆减速度，m为车辆质量，a
main
为主缸横截面积，r轮胎半径，μb制动器效能因数，aw轮缸横截面积，rb为制动器有效半径，c为制动踏板舒适系数。
[0029]
作为优选的技术方案，所述电机控制器采用闭环控制器，制动电机传感器组采集制动电机的转速、转矩，经过增益系数矩阵k1返回数据到电子控制单元，在电子控制单元中计算得到实际制动电机旋转系数α
real
，与目标制动电机旋转系数对比，得到实际与目标制动电机旋转系数的差值：
[0030]eα
＝α-α
real
×
k1ꢀꢀ
(5)
[0031]
将计算得到的差值作为制动电机的闭环控制的输入，输出模型为：
[0032][0033]
公式6中，k
pα
为比例系数，t
α
为微分常数，u
0α
为控制常量。
[0034]
作为优选的技术方案，所述双向比例阀8开度控制采用闭环控制器控制，所述轮缸压力传感器采集轮缸中的压力，经过增益系数k2返回数据到电子控制单元，与目标制动轮缸压力对比，得到实际制动轮缸压力与目标制动轮缸压力差：
[0035]ew
＝p-p
real
×
k2ꢀꢀ
(7)
[0036]
将计算得到的压力差作为双向比例阀开度闭环控制的输入，输出模型为：
[0037][0038]
公式8中，l
p
为比例系数，t
p
为微分常数，v
0p
为控制常量。
[0039]
作为优选的技术方案，所述步骤5中制动电机输出转矩采用闭环控制器控制，制动电机传感器组采集制动电机输出转矩，传输数据到电子控制单元，与目标制动电机输出转矩对比，运用闭环控制器对制动电机输出转矩进行闭环控制，闭环控制器的控制逻辑及表
达式与公式5和公式6相同，控制目标由制动电机旋转系数变为制动电机输出转矩。
[0040]
本发明的有益效果是：
[0041]
充分利用双向比例阀响应快速特性和独立调节的特点，改进了原有的自动紧急制动控制中由上至下单一的控制路径，电子控制单元根据接收到的踏板位移信号和踏板力信号，发送控制指令到踏板制动反馈模拟器；对接收到的踏板位移信号和踏板力信号进行处理分析，对车辆紧急制动情况进行分析，根据分析结果，向电机控制器发送控制指令，包括制动电机输入信号的强度、频率和方向以进行主缸建压，向双向比例阀发送控制指令以调整轮缸液压压力；电子控制单元接收转速传感器和转矩传感器的反馈制动电机转速和转矩的信号，对输出到电机控制器的控制信号进行负反馈调整；电子控制单元根据轮缸压力传感器信号，通过控制双向比例阀，对轮缸压力进行细微的调整，整个系统制动效果好，减少了自动紧急制动的响应时间，适用多种制动情况，同时控制方法逻辑合理，适用于多种复杂的行驶状态，适用范围更广，解决了控制策略单一性的问题。
附图说明
[0042]
图1为本发明的集成式电子液压制动系统的结构图；
[0043]
图2为本发明的控制方法的控制原理图；
[0044]
图3为本发明的自动紧急制动控制方法中紧急级别三的控制流程图；
[0045]
图4为本发明的自动紧急制动控制方法中紧急级别二的控制流程图；
[0046]
图5为本发明的自动紧急制动控制方法中紧急级别一的控制流程图；
[0047]
在图1-5中，a、电子踏板模块；b、主缸建压模块；c、液压力控制模块；1、电子制动踏板；2、输入推杆，3、踏板制动反馈模拟器；4、踏板位移传感器；5、踏板力传感器；6、电子控制单元；7、轮缸压力传感器；8、双向比例阀；9、制动器；10、储液罐；11、制动主缸；12、减速机构；13、转速传感器；14、制动电机；15、转矩传感器；16、电机控制器。
具体实施方式
[0048]
下面结合附图对本发明进一步描述。
[0049]
请参照图1-5，一种集成式电子液压制动系统，包括电子踏板模块a、主缸建压模块b、液压力控制模块c、电子控制单元6；
[0050]
所述电子踏板模块a包括：电子制动踏板1、输入推杆2、踏板传感器组、踏板制动反馈模拟器3；其中，踏板传感器组包括踏板位移传感器4、踏板力传感器5，电子制动踏板1与输入推杆2连接；输入推杆2与踏板制动反馈模拟器3机械连接；踏板位移传感器4和踏板力传感器5固定安装在输入推杆2上；踏板位移传感器4、踏板力传感器5、踏板制动反馈模拟器3与电子控制单元6通过总线连接；
[0051]
所述主缸建压模块b包括：电机控制器16、制动电机14、减速机构12、制动电机传感器组；其中，制动电机传感器组包括转速传感器13、转矩传感器15，电子控制单元6、电机控制器16和制动电机14依次电气连接；制动电机14输出轴与减速机构12机械连接；转速传感器13用于测量制动电机14的输出转速，转矩传感器15用于测量制动电机14的输出转矩，转速传感器13、转矩传感器15与电子控制单元6通过总线连接；
[0052]
所述液压力控制模块c包括：活塞推杆、制动主缸11、储液罐10、双向比例阀8、制动
轮缸，轮缸压力传感器7、制动器9；其中，活塞推杆与主缸建压模块b的减速机构12通过齿轮齿条连接或蜗轮蜗杆连接，将旋转运动转换成直线运动；活塞推杆与制动主缸11机械连接；进一步的，制动主缸11内设有第一腔和第二腔，所述第一腔、第二腔分别通过油管与储液罐10连接，所述制动轮缸包括左前轮轮缸、左后轮轮缸、右前轮轮缸、右后轮轮缸，所述第一腔与左后轮轮缸、右前轮轮缸连通，所述第二腔与左前轮轮缸、右后轮轮缸连通，所述左前轮轮缸、左后轮轮缸、右前轮轮缸、右后轮轮缸分别通过油管连接有1个制动器9，提供制动压力，每个制动器9对应设置1个双向比例阀8；轮缸压力传感器7固定于制动轮缸的油管入口处，并与电子控制单元6电连；制动轮缸未在图中标出；
[0053]
所述电子控制单元6分别于踏板位移传感器4、踏板力传感器5、踏板制动反馈模拟器3、电机控制器16、转速传感器13、转矩传感器15、双向比例阀8、轮缸压力传感器7电气连接；一般电动汽车会设置上层控制器，上层控制器为电子控制单元6传输车速、车距的数据信息。
[0054]
本发明还提供一种集成式电子液压制动系统的控制方法，包括以下步骤：
[0055]
步骤1：驾驶员行驶中遇到紧急情况，通过电子制动踏板1向输入推杆2输入踏板位移信号和踏板力信号，踏板传感器组采集踏板位移和踏板力信号，并传输到电子控制单元6，车辆上设有上层控制器，上层控制器传输车速、车距、障碍物距离信号至电子控制单元6；
[0056]
步骤2：电子控制单元6根据接收到的踏板位移信号和踏板力信号，判断驾驶员制动意图，电子控制单元6根据驾驶员制动意图，生成踏板制动反馈模拟器3控制指令，踏板制动反馈模拟器3根据控制指令产生相应的踏板阻尼感，对驾驶员制动行为进行反馈，根据接收到的车速、车距、障碍物距离信号，对车辆制动紧急级别基于强化距离碰撞时间ettc进行判断，若无需紧急制动，则不干涉驾驶员常规制动操作，若需要紧急制动，将紧急级别分成三级，即紧急级别三、紧急级别二、紧急级别一，根据不同的紧急级别进入下一步骤；
[0057]
步骤3：若判断为紧急级别三，改变制动电机14在电子制动踏板1单位行程的位移量，即改变制动电机旋转系数α,以辅助驾驶员制动操作，达到紧急制动的目的；电机控制器16在接收到电子控制单元6的指令信号后，控制制动电机14输出转矩和运动到减速机构12，减速机构12通过驱动活塞推杆挤压制动主缸11内的制动液，提高制动主缸11内的制动压力，从而对制动主缸11建立压强；
[0058]
步骤4：若判断为紧急级别二，电子控制单元6控制双向比例阀8增大开度，利用离制动轮缸传输距离近的特性，瞬间提高制动轮缸压力，以达到紧急制动目的；电子控制单元6发送控制信号到双向比例阀8，控制阀门的开度，进而控制制动轮缸中的压力；轮缸压力传感器7采集各个制动轮缸的压力，并将制动轮缸压力信号传输给电子控制单元6，电子控制单元6将实际制动轮缸压力与目标制动轮缸压力比较，控制各个双向比例阀8以及制动器9对各个制动轮缸压力进行有效调整；
[0059]
步骤5：若判断为紧急级别一，电子控制单元6控制制动电机14快速升高制动主缸11压力，同时控制双向比例8阀增大开度，电子控制单元6同时发送控制信号到电机控制器16和双向比例阀8，控制制动主缸11压力的快速建立并且扩大双向比例阀8的开度，提高制动主缸11的压力至制动轮缸的比例，制动电机传感器组采集制动电机的转速和转矩信号并传输给电子控制单元，电子控制单元计算出实际制动主缸压力，并与目标制动主缸压力比较计算压差，进一步通过电机控制器16补偿压差，轮缸压力传感器7采集各个制动轮缸的压
力，并将制动轮缸压力信号传输给电子控制单元6，电子控制单元6将实际制动轮缸压力与目标制动轮缸压力比较，控制各个双向比例阀8以及制动器9对单个制动轮缸压力进行有效调整。
[0060]
如图1-5所示，所述步骤2中的常规制动操作通过制动电机旋转系数α进行表达，制动电机旋转系数α计算表达式为：
[0061]
α＝l
主缸
/l
踏板
ꢀꢀ
(1)
[0062]
公式1中，l
主缸
为主缸的活塞推杆最大行程，l
踏板
为电子制动踏板最大行程。
[0063]
如图1-5所示，所述步骤2中的强化碰撞距离时间ettc为判定条件，其计算表达式为：
[0064][0065]
公式2中，x
rel
、v
rel
和a
rel
分别表示自车相对于前车的相对距离、相对速度和相对加速度，xb、vb和aa为前车的位置、速度和加速度，xa、va和ab为自车的位置和速度；若ettc＞tn时，车辆安全，执行常规制动；若ettc≤tn时，判定为紧急级别三；若t
b2
≤ettc≤t
b1
时，判定为紧急级别二；若ettc≤t
b2
时，判定为紧急级别一；定义tn、t
b1
与t
b2
取值由下式决定：
[0066][0067]
采用强化碰撞距离时间ettc进行判断，适用多种复杂行驶状态，根据不同的状态发出不同的制动指令，实现了制动的多样性，制动更加智能，制动效果更好。
[0068]
如图1-5所示，踏板制动反馈模拟器3产生的反馈力f
fb
的计算表达式为：
[0069][0070]
公式4中，a为车辆减速度，m为车辆质量，a
main
为主缸横截面积，r轮胎半径，μb制动器效能因数，aw轮缸横截面积，rb为制动器有效半径，c为制动踏板舒适系数，通过踏板制动反馈模拟器3对驾驶人员进行人性化干预，防止驾驶人员误操作，以及及时给予反馈驾驶人员及时进行制动操作，制动器中一般设有制动盘，制动器效能因数是指在制动盘的作用半径上所得到的摩擦力与输入力之比，制动踏板舒适系数在汽车出厂时反复试验得到，为避免歧义，此处用于表示制动踏板舒适系数的c应与液压力控制模块c予以区分。
[0071]
如图1-5所示，所述电机控制器16采用pid闭环控制器，制动电机传感器组采集制动电机14的转速、转矩，经过增益系数矩阵k1返回数据到电子控制单元6，在电子控制单元6中计算得到实际制动电机旋转系数α
real
，与目标制动电机旋转系数对比，得到实际与目标制动电机旋转系数的差值：
[0072]eα
＝α-α
real
×
k1ꢀꢀ
(5)
[0073]
将计算得到的差值作为制动电机14的闭环控制的输入，输出模型为：
[0074]
[0075]
公式6中，k
pα
为比例系数，t
α
为微分常数，u
0α
为控制常量，通过pid闭环控制器实现对制动电机14的转速和转速的高精度控制，制动力更加精准，防止出现过度制动或制动力不足的情况。
[0076]
如图1-5所示，所述双向比例阀8开度控制采用pid闭环控制器控制，所述轮缸压力传感器7采集制动轮缸中的压力，经过增益系数矩阵k2返回数据到电子控制单元6，与目标制动轮缸压力对比，得到实际制动轮缸压力与目标制动轮缸压力差值：
[0077]ew
＝p-p
real
×
k2ꢀꢀ
(7)
[0078]
将计算得到的差值作为双向比例阀开度8闭环控制的输入，输出模型为：
[0079][0080]
公式8中，l
p
为比例系数，t
p
为微分常数，v
0p
为控制常量，pid闭环控制器充分发挥双向比例阀8的比例特性，实现对双向比例阀8，并且引入控制常量来提高控制精度，这样精确地控制双向比例阀8的开度，使得制动轮缸的压力达到极高的精度水平。
[0081]
如图1-5所示，所述步骤5中制动电机14输出转矩采用pid闭环控制器控制，制动电机传感器组采集制动电机14输出转矩，传输数据到电子控制单元6，与目标输出转矩对比，运用pid闭环控制器对输出转矩进行闭环控制，pid闭环控制器的控制逻辑及表达式与公式5和公式6相同，控制目标由制动电机旋转系数变为制动电机输出转矩，经过增益系数矩阵k3返回数据到电子控制单元6。
[0082]
如图1-5所示，增益系数矩阵k1、增益系数矩阵k2、增益系数矩阵k3分别根据制动电机旋转系数、制动轮缸压力、输出转矩的性质设定，并通过matlab软件计算得到。
[0083]
如图1-5所示，电机控制器16通过控制制动电机14输入电流的脉宽调制和电流方向来控制制动电机14，控制增加精准，传输速度更快，进一步的，制动电机14选取类型为永磁交流伺服电机。
[0084]
上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的描述，而并非对实施方式的限定，对于所属领域的技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举，而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。