制动系统abs路感补偿与行程模拟耦合控制装置及方法
阅读说明：本技术 制动系统abs路感补偿与行程模拟耦合控制装置及方法 (ABS road feel compensation and stroke simulation coupling control device and method for brake system ) 是由 王高升 肖培杰 张鸣 于 2021-10-08 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种制动系统ABS路感补偿与行程模拟耦合控制装置及方法,装置包括车轮、EMB系统、CAN总线、ABS路感和行程模拟耦合控制器、第一高速开关阀、第二高速开关阀、油泵、油箱、制动踏板、输入推杆、力传感器及制动主缸；所述车轮与EMB系统相连,EMB系统与CAN总线电连接,CAN总线与ABS路感和行程模拟耦合控制器电连接；所述ABS路感和行程模拟耦合控制器分别与第一高速开关阀、第二高速开关阀及电机电连接。本发明结构简单,成本低,利用ABS路感和行程模拟耦合控制器对第一高速开关阀、第二高速开关阀和电机进行干预,可以在实现踏板行程模拟的前提下,同时兼顾ABS路感,明显提升线控制动系统的制动品质。(The invention discloses a device and a method for controlling ABS road feel compensation and stroke simulation coupling of a braking system, wherein the device comprises wheels, an EMB system, a CAN bus, an ABS road feel and stroke simulation coupling controller, a first high-speed switch valve, a second high-speed switch valve, an oil pump, an oil tank, a brake pedal, an input push rod, a force sensor and a brake master cylinder; the wheels are connected with an EMB system, the EMB system is electrically connected with a CAN bus, and the CAN bus is electrically connected with an ABS road sensing and stroke simulation coupling controller; the ABS road sensing and stroke analog coupling controller is respectively and electrically connected with the first high-speed switch valve, the second high-speed switch valve and the motor. The invention has simple structure and low cost, and can intervene the first high-speed switch valve, the second high-speed switch valve and the motor by utilizing the ABS road feel and stroke simulation coupling controller, thereby taking the ABS road feel into consideration on the premise of realizing pedal stroke simulation and obviously improving the braking quality of the brake-by-wire system.)
技术领域
本发明涉及一种制动系统ABS路感补偿与行程模拟耦合控制装置及方法。
背景技术
当今汽车新四化发展——电动化、智能化、网联化、共享化，对汽车制动系统提出了很多新的需求，传统制动系统已难以满足，新型的线控制动系统应运而生。线控制动系统是一种先进的电控化的新型汽车制动系统。由内置踏板位移传感器、踏板感觉模拟器、电机、减速传动机构、制动主缸、壳体、控制器等组成。传统的真空助力器制动系统是一种依靠真空实现助力的纯机械的制动系统，而线控电子液压制动系统以电机为动力源，摆脱真空依赖，并引入了电控单元和多种传感器，使得制动系统实现电控化。与传统真空助力制动系统相比，线控电子液压制动系统具有诸多优势。
目前，线控制动系统可分为电子液压制动系统(EHB)和电子机械制动系统(EMB)，绝大部分EHB系统及所有的EMB系统均需为制动脚踏板配备踏板行程模拟装置，来获得相应的制动踏板感觉，满足不同的驾驶风格。往往厂商在满足该类需求时，会忽略掉搭载传统真空助力装置的整车在紧急制动时反馈给驾驶员的ABS路感。且现有的新的线控制动系统绝大部分均未设置并集成有相应的ABS制动踏板感觉反馈。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供一种结构简单，成本低，能够在实现踏板行程模拟的同时，兼顾ABS路感的制动系统ABS路感补偿与行程模拟耦合控制装置及方法。
本发明采用的技术方案是：一种制动系统ABS路感补偿与行程模拟耦合控制装置，其特征是：包括车轮、EMB系统、CAN总线、ABS路感和行程模拟耦合控制器、第一高速开关阀、第二高速开关阀、油泵、油箱、制动踏板、输入推杆、力传感器及制动主缸；所述车轮与EMB系统相连，EMB系统与CAN总线电连接，CAN总线与ABS路感和行程模拟耦合控制器电连接；所述ABS路感和行程模拟耦合控制器分别与第一高速开关阀、第二高速开关阀及电机电连接；所述制动踏板与输入推杆一端连接，输入推杆另一端伸入制动主缸内与力传感器连接；制动主缸内设有第一活塞和第二活塞，第二活塞与制动主缸的无杆腔端通过第二弹簧连接，第一活塞和第二活塞通过第一弹簧连接；第一活塞与力传感器连接；第二活塞将制动主缸的无杆腔分成第一油液腔和第二油液腔，第一油液腔位于第一活塞和第二活塞之间；
所述油泵与电机连接，油泵进口通过进油管连接油箱，油泵的出口通过管道连接单向阀的进口，单向阀的出口分别通过两个支管连接第一油液腔和第二油液腔，连接第二油液腔的支管上设有第一高速开关阀，单向阀的出口通过另一支管连接进油管，该另一支管上设有第二高速开关阀。
上述的制动系统ABS路感补偿与行程模拟耦合控制装置中，所述的制动主缸内设有第二限位杆和第一限位杆，第一限位杆位于制动主缸的有杆腔，对第一活塞限位；第二限位杆位于第一油液腔，对第二活塞限位。
一种利用上述的制动系统ABS路感补偿与行程模拟耦合控制装置的制动系统ABS路感补偿与行程模拟耦合控制方法，包括以下步骤：
1)制动前，油泵运转，控制第一高速开关阀通电、第二高速开关阀断电；使得第二油液活塞腔和第三油液活塞腔保持初始压力P1，保压后，控制第一高速开关阀断电、第二高速开关阀断电、停止电机运转；
2)踩下制动踏板，ABS路感和行程模拟耦合控制器根据力传感器值与目标踏板力和踏板行程Map图，查询出此时的目标踏板行程，然后计算第一油液腔的体积排出量，并控制第二高速开关阀通电、电机不运转及第一高速开关阀断电，直至达到第一油液腔的体积排出量时，控制第二高速开关阀断电、电机不运转及第一高速开关阀断电；
3)ABS路感和行程模拟耦合控制器实时接收来自CAN总线的车轮滑移率信号，若车轮滑移率信号大于最高滑移率值，计算ABS路感调节时间，根据该ABS路感调节时间值交替对第一高速开关阀和第二高速开关阀进行通电或断电以及控制电机运转，来实现第二油液腔的体积减小或增大；若车轮滑移率信号小于最高滑移率值，则返回步骤2)；
4)松开制动踏板，ABS路感和行程模拟耦合控制器根据力传感器值，由目标踏板力和踏板行程Map图查询相应的目标踏板行程，再计算第一油液腔的体积增量，进而控制电机运转、第一高速开关阀和第二高速开关阀均断电，直至达到第一油液腔的体积增量，控制电机停转、第一高速开关阀和第二高速开关阀均断电。
上述的制动系统ABS路感补偿与行程模拟耦合控制方法中，步骤2)中，实现第二油液腔的体积减小或增大时，按调节次数的奇偶进行判别，调节次数为奇数时，对第一高速开关阀和第二高速开关阀进行通电，控制电机不运转；调节次数为偶数时，控制第一高速开关阀通电，第二高速开关阀断电，电机运转。
上述的制动系统ABS路感补偿与行程模拟耦合控制方法中，所述步骤2)和步骤4)中，第一油液腔的体积排出量ΔQ1和增量ΔQ2的计算公式如下：
式中，d代表第二油液活塞腔的直径；xi、xi-1分别代表当前时刻和上一时刻的目标踏板行程
上述的制动系统ABS路感补偿与行程模拟耦合控制方法中，所述步骤2)中，ABS路感调节时间t的计算公式为：
t＝t1-t2
式中，t1为车轮滑移率信号中当前时刻出现最低滑移率值的时间；t2为车轮滑移率信号中下一时刻出现最高滑移率值的时间。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：本发明的制动系统ABS路感补偿与行程模拟耦合控制装置，结构简单，成本低。本发明通过ABS路感和行程模拟耦合控制器从CAN总线上获取车轮滑移率值信号，计算ABS路感调节时间，并在线控制第一高速开关阀通断电、第二高速开关阀通断电以及电机是否运转，来提供ABS功能触发时反馈给驾驶员的制动踏板感觉，从而被驾驶员感知，提高制动安全性。本发明在实现踏板行程模拟的同时，兼顾ABS路感，能够明显提升线控制动系统的制动品质，保证驾驶员可以时刻感知制动系统的制动状态，使得行车安全得到进一步的保障。
附图说明
图1为本发明的制动系统ABS路感补偿与行程模拟耦合控制装置的结构示意图。
图2为本发明的制动系统ABS路感补偿与行程模拟耦合控制方法的流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
如图1所示，本发明的制动系统ABS路感补偿与行程模拟耦合控制装置，包括车轮1、EMB系统2、CAN总线3、ABS路感和行程模拟耦合控制器4、第一高速开关阀5、单向阀6、第二高速开关阀7、油泵8、电机9、油箱10、制动踏板11、输入推杆12、力传感器14、制动主缸、有杆腔13、第一油液腔16、第一弹簧15、第二油液腔18、第一限位杆20、第二限位杆19及第二弹簧17。所述车轮1与EMB系统2相连，EMB系统2与CAN总线3通过信号线连接，CAN总线3又与ABS路感和行程模拟耦合控制器4通过信号线连接，实现EMB系统2、CAN总线3及ABS路感和行程模拟耦合控制器4三者时间的信号交互。
所述ABS路感和行程模拟耦合控制器4分别连接第一高速开关阀5、第二高速开关阀7及电机9，对其进行控制。所述制动踏板11与输入推杆12的一端连接，输入推杆12的另一端伸入制动主缸内与力传感器14连接。制动主缸内设有第一活塞和第二活塞，第二活塞与制动主缸的无杆腔端通过第二弹簧17连接，第一活塞和第二活塞通过第一弹簧15连接；第一活塞与力传感器14连接。第二活塞将制动主缸的无杆腔分成第一油液腔16和第二油液腔18，第一油液腔16位于第一活塞和第二活塞之间。
所述油泵8与电机9连接，油泵8进口通过进油管连接油箱10，油泵8的出口通过管道连接单向阀6的进口，单向阀6的出口分别通过两个支管连接第一油液腔16和第二油液腔18，连接第二油液腔18的支管上设有第一高速开关阀，单向阀6的出口通过另一支管连接进油管，该另一支管上设有第二高速开关阀7。第一限位杆20位于制动主缸的有杆腔，对第一活塞限位。第二限位杆19位于第一油液腔，对第二活塞限位。
如图2所示，本发明的制动系统ABS路感补偿与行程模拟耦合的控制方法，包括以下步骤：
1)制动前，电机9带动油泵8运转，第一高速开关阀5通电、第二高速开关阀7断电，使得第二油液活塞腔16和第三油液活塞腔18保持初始压力P1，保压后第一高速开关阀5断电、第二高速开关阀7断电、电机9停止运转。
初始压力P1的计算公式为：
式中：d代表第二油液活塞腔16的直径；i代表制动踏板11的杠杆比；Fmax代表舒适模式、经济模式和运动模式下制动系统在最大减速度时的最大踏板力。
2)踩下制动踏板，ABS路感和行程模拟耦合控制器4根据力传感器值与目标踏板力和踏板行程Map图，查询出此时的目标踏板行程，然后计算第一油液腔16的体积排出量，并控制第二高速开关阀7通电、电机9不运转及第一高速开关阀5断电，直至达到第一油液腔16的体积排出量时，控制第二高速开关阀7断电、电机9不运转及第一高速开关阀5断电。
目标踏板力和踏板行程Map图与汽车当前所处的制动模式有关，分为舒适模式、经济模式和运动模式等，但各模式下的目标踏板力和踏板行程Map图都是固定的。目标踏板行程Xt均可表示为目标踏板力F的函数表达式，即Xt＝λf(F)，λ表示制动模式下目标踏板力和踏板行程之间的映射比例系数。
3)ABS路感和行程模拟耦合控制器4实时接收来自CAN总线3的车轮滑移率信号，若车轮滑移率信号大于最高滑移率值，计算ABS路感调节时间，根据该ABS路感调节时间值交替对第一高速开关阀和第二高速开关阀进行通电或断电以及控制电机运转，实现第二油液腔的体积减小或增大，直至车轮滑移率信号小于最高滑移率值。若车轮滑移率信号小于最高滑移率值，则返回步骤2)。
实现第二油液腔的体积减小或增大时，按调节次数的奇偶进行判别，调节次数为奇数时，对第一高速开关阀和第二高速开关阀进行通电，控制电机不运转；调节次数为偶数时，控制第一高速开关阀通电，第二高速开关阀断电，电机运转。
ABS路感调节时间t的计算公式为：
t＝t1-t2
式中，t1为车轮滑移率信号中当前时刻出现最低滑移率值的时间；t2为车轮滑移率信号中下一时刻出现最高滑移率值的时间。
4)松开制动踏板，ABS路感和行程模拟耦合控制器根据力传感器值，由目标踏板力和踏板行程Map图查询相应的目标踏板行程，再计算第一油液腔的体积增量，进而控制电机运转、第一高速开关阀和第二高速开关阀均断电，直至达到第一油液腔的体积增量，控制电机停转、第一高速开关阀和第二高速开关阀均断电。
步骤2)和步骤4)中，第一油液腔16的体积排出量ΔQ1和增量ΔQ2的计算公式如下：
式中xi、xi-1分别代表当前时刻和上一时刻的目标踏板行程。
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