基于机械式电子液压制动系统的车轮轮缸液压力控制方法.pdf

本发明公开了一种基于机械式电子液压制动系统的车轮轮缸液压力控制方法，根据制动工况不同选择不同的制动方式：在常规制动工况下主缸根据电机输出建压，轮缸液压力和主缸保持一致；在紧急工况下，各轮缸所需液压力不同，电机在主缸内产生不断波动的液压力满足轮缸内不同液压力需求，从而使用电磁阀实现制动防抱死或电子稳定控制等功能。本发明的方法取消了传统制动系统中用于实现ABS(制动防抱死控制系统)的8个电磁阀或ESC(电子稳定控制系统)的12个电磁阀，只需4个电磁阀即可以实现相应功能，且控制精度高，安全可靠，可以取得良好的控制效果。

权利要求书
1.  一种基于机械式电子液压制动系统的车轮轮缸液压力控制方法，其特征在于：根据制动工况不同选择不同的制动方式：在常规制动工况下主缸根据电机输出建压，轮缸液压力和主缸保持一致；在紧急工况下，各轮缸所需液压力不同，电机在主缸内产生不断波动的液压力满足轮缸内不同液压力需求，从而使用电磁阀就可以实现ABS或ESC等功能。

2.  根据权利要求1所述的基于机械式电子液压制动系统的车轮轮缸液压力控制方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)ECU确定驾驶员制动意图或是ESC控制需求；
(2)系统判断该制动工况为常规工况还是紧急工况；
(2-1)若判断为常规制动工况，电机控制主缸建压，HCU中各电磁阀不通电保持常开，各轮缸液压力和主缸保持一致，产生合适的制动力矩；
(2-2-1)若判断为紧急工况，系统确定各轮缸液不同的液压力需求，并使主缸在满足该需求的区间内产生不断波动的压力；
(2-2-2)主缸液压力传感器检测到主缸液压力恰好满足某一个或某几个轮缸液压力需求，ECU输出控制信号使HCU中该轮缸对应的电磁阀上电关闭，轮缸内制动液进入保压状态；
(2-2-3)各制动器产生所需制动力；
(3)系统判断制动工况是否结束，如果制动过程结束，电机反转或是停止工作，制动主缸泄压。

3.  根据权利要求2所述的基于机械式电子液压制动系统的车轮轮缸液压力控制方法，其特征在于：所述步骤(2-2-1)中，控制电机产生的主缸液压力不停地发生变化，且其变化区间在满足轮缸所需液压力最大值PWmax和最小值PWmin的扩展区间内。

4.  根据权利要求3所述的基于机械式电子液压制动系统的车轮轮缸液压力控制方法，其特征在于：根据控制逻辑，主缸产生的液压力最大值PMmax和最小值PMmin是轮缸液压力需求值PWmax和PWmin的倍数：
PMmax＝a·PWmax
PMmin＝b·PWmin
其中a和b为比例系数。

5.  根据权利要求4所述的基于机械式电子液压制动系统的车轮轮缸液压力控制方法，其特征在于：
所述比例系数a和b由控制算法确定，从而使主缸产生的液压力变化区间包含且大于轮缸所 需液压力变化区间。

6.  根据权利要求5所述的基于机械式电子液压制动系统的车轮轮缸液压力控制方法，其特征在于：
所述控制算法包括PID控制和模糊控制。

7.  根据权利要求3所述的基于机械式电子液压制动系统的车轮轮缸液压力控制方法，其特征在于：在变化区间内，主缸液压力不断以固定周期或非固定周期的曲线波动，可以到达PMmin至PMmax之间任意一点。

8.  根据权利要求7所述的基于机械式电子液压制动系统的车轮轮缸液压力控制方法，其特征在于：所述固定周期的曲线形式包括正弦波形和三角波形。

9.  根据权利要求2所述的基于机械式电子液压制动系统的车轮轮缸液压力控制方法，其特征在于：所述步骤(2-2-2)中，主缸液压力传感器检测到主缸液压力达到某一个或某几个轮缸需求的液压力时，HCU中控制该轮缸的电磁阀通电关闭，对应轮缸保压。

10.  根据权利要求1所述的基于机械式电子液压制动系统的车轮轮缸液压力控制方法，其特征在于：所述电磁阀的数量为4个。

说明书基于机械式电子液压制动系统的车轮轮缸液压力控制方法
技术领域
本发明属于汽车技术领域，涉及汽车制动技术，尤其涉及一种基于机械式电子液压制动系统的车轮轮缸液压力控制方法。
背景技术
由于石油的逐渐枯竭及环境的破坏等问题，节能、环保等优势使电动车成为汽车工业未来发展的主要方向。为了提高能源利用率、节约资源、保护环境，各国的汽车工业都在大力研发电动汽车，由于电机、电池技术等的限制，电动汽车续驶里程短、成本高这两个问题阻碍了电动汽车的普及与商业化。
现行的电子液压制动系统，例如Bosch公司的HAS hev系统和TRW公司的SCB系统，一般都是通过安装高压蓄能器配合电机与泵对液压系统的制动输入力进行主动控制，其回收的制动能量多，制动响应快，能够准确识别驾驶员的制动意图和模拟踏板感觉。不过高压蓄能器技术目前还不成熟，可靠性和安全性还存在隐患，另外由于其增加了多个电磁阀也提高了控制的难度和失效的风险。
在机械式电子液压制动系统中用电机和减速机构代替高压蓄能器、泵、液压管路和电磁阀，也能实现液压力的主动控制和调节，通过控制线路传递信号，用电机驱动机械结构来推动主缸，不存在高压蓄能器安全隐患、电磁阀失效等问题，其结构简单，降低了成本，且机械连接的可靠性和安全性相比于全解耦式更高，通过ECU直接控制，易于实现ABS、TCS、ESC、ACC等功能。这种形式的制动系统前景光明，是未来制动系统重要的发展方向。
虽然机械电子式电子液压制动系统较传统的液压制动系统有较明显的优势，但控制难度也相应增加。基于机械式电子液压制动系统，HCU(液压控制单元)中四个电磁阀分别控制四个车轮的轮缸液压力，要求不但可以完成制动功能，还可以通过控制算法整合ABS和ESC等功能。由此，需要开发一种基于机械式电子液压制动系统的轮缸液压力控制方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于机械式电子液压制动系统的轮缸液压力控制方法，在实现基本的制动功能基础上，可以通过控制算法控制电磁阀实现ABS和ESC等功能，而且具有精度高、响应快的特点。
为达到上述目的，本发明的解决方案是：
一种基于机械式电子液压制动系统的轮缸液压力控制方法，可以根据制动工况不同选择不同的制动方式——在常规制动工况下电机带动减速机构推动主缸推杆建压达到制动所需液压力，轮缸液压力和主缸保持一致；在紧急工况下，各轮缸所需液压力不同，电机控制器发送给电机力矩信号，控制电机推动主缸推杆在主缸内产生不断波动的液压力以满足轮缸内不同液压力需求，从而使用电磁阀实现ABS或ESC等功能。
该控制方法包括以下步骤：
(1)ECU确定驾驶员制动意图或是ESC控制需求；
(2)系统判断该制动工况为常规工况还是紧急工况；
(2-1)若判断为常规制动工况，电机控制主缸建压，HCU中各电磁阀保持常开，各轮缸液压力和主缸保持一致，产生所需的制动力矩；
(2-2-1)若判断为紧急工况，系统确定各轮缸液不同的液压力需求，并使主缸在满足该需求的区间内产生不断波动的压力；
(2-2-2)主缸液压力传感器检测到主缸液压力恰好满足某一个或某几个轮缸液压力需求，ECU输出控制信号使HCU中该轮缸对应的电磁阀上电关闭，轮缸内制动液进入保压状态；
(2-2-3)各制动器产生所需制动力；
(3)系统判断制动工况是否结束，如果制动过程结束，电机反转或是停止工作，制动主缸泄压。
进一步，所述步骤(2-2-1)中，控制电机产生的主缸液压力不停地发生变化，且其变化区间在满足轮缸所需液压力最大值PWmax和最小值PWmin的扩展区间内。
主缸液压力波动扩展区间的特征在于：根据控制逻辑，主缸产生的液压力最大值PMmax和最小值PMmin是轮缸液压力需求值PWmax和PWmin的倍数：
PMmax＝a·PWmax
PMmin＝b·PWmin
比例系数a和b由控制算法确定。控制算法包括但不限于PID控制和模糊控制，从而使主 缸产生的液压力波动区间包含且大于轮缸所需液压力波动区间。
在波动区间内，主缸液压力不断以某种曲线波动，可以到达PMmin至PMmax之间任意一点。曲线形式包括但不限于固定周期的正弦波形，三角波形等。
进一步，所述步骤(2-2-2)中，主缸液压力传感器检测到主缸液压力达到某一个或某几个轮缸需求的液压力时，ECU输出控制信号使HCU中控制该轮缸的电磁阀通电关闭，对应轮缸保压，车轮产生合适的制动力矩。
系统判断制动过程结束后，电磁阀下电打开，控制电机反转或是停止工作使主缸泄压，制动过程结束。
所述电磁阀的数量为4个。
利用本发明，在车辆需要制动时，通过传感器和ECU计算得到四个车轮目标轮缸压力,并判断是常规工况还是紧急工况。在常规工况下，各轮缸所需液压力相同，主缸建压后保持液压力，HCU中电磁阀不工作；在紧急工况下，例如车辆有制动防抱死或是维持操纵稳定性需求时，各轮缸所需液压力不同，控制电机获取制动力需求后不断工作，在制动主缸内产生满足轮缸所需压力范围内的不断波动的液压力，当主缸制动液液压波动到轮缸所需液压力时，ECU控制相应电磁阀关闭使该轮缸保压，从而提供所需的制动力矩。取消了传统制动系统中用于实现ABS(制动防抱死控制系统)的8个电磁阀或ESC(电子稳定控制系统)的12个电磁阀，只需4个电磁阀即可以实现相应功能，且控制精度高，安全可靠，可以取得良好的控制效果。
附图说明
图1为本发明的一个示例性实施例的基于机械式电子液压制动系统的控制方法流程图；
图2为本发明的一个示例性实施例的机械式电子液压制动系统简图；
图中的标号表示：
1-电子控制单元(ECU)；2-蓄电池；3-DC/AC；4-控制电机；5-蜗轮蜗杆减速机构；6-储液罐；7-制动踏板；8-踏板位移传感器；9-次级主缸；10-调整机构；11-解耦缸；12-制动主缸；13-液压力传感器；14-踏板模拟器；15、16、17、18-轮缸控制电磁阀；19、20、21、22-轮缸液压力传感器；23、24、25、26-制动轮缸；27、28、29-失效控制电磁阀；30、31-主缸液压力传感器。
图3为本发明的一个示例性实施例的基于机械式电子液压制动系统的控制方法控制效果图。
具体实施方式
以下结合附图所示实施例对本发明作进一步的说明。
如图1所示，一种基于机械式电子液压制动系统的轮缸液压力控制方法，包括以下步骤：
(1)ECU确定驾驶员制动意图或是ESC控制需求，输出4个轮缸所需液压力信号；
(2)系统判断该制动工况为常规工况还是紧急工况；
(2-1)若判断为常规制动工况，电机控制主缸建压，HCU中各电磁阀保持常开，各轮缸液压力和主缸保持一致，产生合适的制动力矩；
例如，驾驶员踩下制动踏板7，踏板位移传感器8将踏板位移转化为电信号输入电子控制单元(ECU)1，由ECU计算得出驾驶员所需制动力矩。ECU输出信号传送到DC/AC，控制电机4通电输出旋转运动，经蜗轮蜗杆减速机构5减速后转变为推动主缸推杆的直线运动。
图2是本发明的一个示例性实施例的机械式电子液压制动系统简图。在常规工况下，各轮缸所需液压力一致，15、16、17、18四个轮缸电磁阀不通电，保持常开状态。制动主缸12建压后，高压制动液直接进入23、24、25、26制动轮缸，产生所需制动力。
(2-2-1)若判断为紧急工况，系统确定各轮缸液不同的液压力需求，并使主缸在满足该需求的区间内产生不断波动的压力；
(2-2-2)主缸液压力传感器检测到主缸液压力恰好满足某一个或某几个轮缸液压力需求，HCU中该轮缸对应的电磁阀上电关闭，轮缸内制动液进入保压状态；
(2-2-3)各制动器产生所需制动力；
(3)系统判断制动工况是否结束，如果制动过程结束，电机反转或是停止工作，制动主缸泄压。
进一步，所述步骤(2-2-1)中，控制电机产生的主缸液压力不停地发生变化，且其变化区间在满足轮缸所需液压力最大值PWmax和最小值PWmin的扩展区间内。
主缸液压力变化的扩展区间根据控制逻辑而不同，主缸产生的液压力最大值PMmax和最小值PMmin是PWmax和PWmin的倍数：
PMmax＝a·PWmax
PMmin＝b·PWmin
比例系数a和b由控制算法确定。控制算法包括但不限于PID控制和模糊控制，从而使主缸产生的液压力波动区间包含且大于轮缸所需液压力波动区间。
优选地，为了降低控制难度，比例系数a和b在图3所示实例中采用固定值。
在波动区间内，主缸液压力不断以某种曲线波动，可以到达PMmin至PMmax之间任意一点。曲线形式包括但不限于固定周期的正弦波形，三角波形等。
优选地，在图3所示实例中采取正弦曲线方式波动。
主缸液压力传感器检测到主缸液压力达到某一个或某几个轮缸需求的液压力时，HCU中控制该轮缸的电磁阀通电关闭保压，该车轮产生预期的制动力。
如，在图3所示实验实例中，ECU识别车辆信息为紧急状态后，输出轮缸液压力需求最大值PWmax为60bar，最小值PWmin为20bar。
控制算法中将区间扩展比例系数a和b取为固定值：a取1.15，b取0，这样主缸液压力波动范围即为0-69bar。
图3所示实验实例中，为了能够很好地覆盖PWmax和PWmin之间的值，主缸液压力以正弦曲线趋势波动，波动周期为250ms。
在图3中4条平滑曲线代表轮缸液压力需求，周期性波动曲线代表主缸提供的液压力，其余4条沿着轮缸液压力需求曲线不断波动的曲线是轮缸实际的液压力。
如图3所示，当主缸液压力传感器30、31检测到主缸液压力满足轮缸液压力需求时，即主缸液压力曲线与某一个或某几个轮缸液压力需求曲线相交时，图2中的常开电磁阀15、16、17、18上电关闭，使轮缸液压力和主缸该时刻液压力相等，从而达到轮缸液压力需求，并且轮缸进入保压状态。
如图3所示，在第10.3s，左前轮轮缸液压力需求为32bar，此时主缸液压力刚好波动到32bar，两条曲线相交，控制左前轮的电磁阀17上电关闭，使左前轮保持32bar制动力。通过左前轮轮缸液压力传感器21的信号，轮缸实际液压力恰为32bar，与液压力需求值相等，验证了控制方法的正确性。
通过图3可见本发明所述控制方法可以很好地实现控制要求，实际轮缸液压力与需求值之间平均偏差在3bar左右，响应较快，精度较高。
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。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。