CN113771817A - 一种电动泵控缸制动系统中电机转速的控制方法 - Google Patents

具体实施方式

下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。

本发明提供了一种电动泵控缸制动系统中电机转速的控制方法。

车辆制动线控技术是将驾驶员的制动操作(比如，踩踏刹车踏板)，经过传感器转换成电信号，并通过局域网将电信号传送给制动控制器，使得制动控制器控制车辆制动。

电动泵控缸制动系统基于容积控制原理，通过电机驱动液压泵输出高压油，液压泵采用双向泵，制动缸采用双作用缸，电机的不同旋转方向实现液压泵不同的油流方向，从而驱动制动缸伸出与收回。

图1是根据本发明实施例的电动泵控缸制动系统中电机转速的控制方法的主要流程的示意图，如图1所示，本发明的电动泵控缸制动系统中电机转速的控制方法包括如下步骤：

步骤101，信号采集。

在本发明实施例中，采集模拟量和总线信号。其中，模拟量包括制动踏板开度信号、制动缸行程信号、实际制动力信号、电机转速信号；总线信号包括制动缸的目标制动力信号。

在本发明实施例中，将频率信号进行滤波处理，转化为标准单位(也即，工程单位)的制动踏板开度、制动缸行程、实际制动力、电机转速和目标制动力。

在本发明实施例中，由于不同类型车辆的制动器不同(比如，制动器弹簧系数、摩擦片摩擦系数)、液压泵不同(比如，泵的容积效率)等原因，使得不同类型车辆在同一个电机转速下制动缸所需的目标制动力并不相同。

在本发明实施例中，如图5所示，本发明的目标制动力信号的输出方法包括如下步骤：

步骤501，驾驶员踩踏制动踏板，采集制动踏板开度信号。

在本发明实施例中，实时采集制动踏板开度信号，制动踏板开度信号为实时信号。

步骤502，根据制动踏板开度信号，确定制动踏板开度。

步骤503，根据制动踏板开度，确定制动缸的目标制动力。

步骤504，通过总线信号输出制动缸的目标制动力信号。

在本发明实施例中，通过总线信号输出制动缸的目标制动力信号后，方可采集目标制动力信号。

步骤102，制动意图判断。

在本发明实施例中，根据制动踏板开度信号、制动缸行程信号，判断驾驶员的驾驶意图，驾驶意图包括制动意图和制动释放意图。其中，制动意图是指驾驶员的意图为刹车，驾驶员踩踏制动踏板，制动踏板开度变大，制动缸伸出；制动释放意图与制动意图相反，是指驾驶员松开制动踏板，制动踏板开度变小，制动缸收回。

在本发明实施例中，如图2所示，本发明的制动意图判断方法包括如下步骤：

步骤1021，依据制动踏板开度信号判断是否需要制动。

在本发明实施例中，根据制动踏板开度信号，确定制动踏板开度，判断制动踏板开度是否大于等于制动起效判别阈值，从而确定驾驶员的驾驶意图。

在制动踏板开度大于等于制动起效判别阈值的情况下，确定驾驶员的驾驶意图为制动意图，转至步骤103；在制动踏板开度小于制动起效判别阈值的情况下，转至步骤1022。其中，制动起效判别阈值可以是制动踏板开度的3％。

步骤1022，依据制动缸行程信号判断是否制动释放。

在本发明实施例中，在制动踏板开度小于制动起效判别阈值的情况下，根据制动缸行程信号，确定制动缸行程，判断制动缸行程是否大于0，从而确定驾驶员的驾驶意图。

在制动缸行程大于0的情况下，确定驾驶员的驾驶意图为制动释放意图，转至步骤106；否则，确定驾驶员不存在制动释放意图，车辆保持原始行驶状态，转至步骤101。

步骤103，电机转速控制模式识别。

在本发明实施例中，在确定驾驶员的驾驶意图为制动意图的情况下，根据采集的实际制动力信号，确定制动意图的电机转速控制模式，包括电机升速模式和电机随动模式。具体地：

根据实际制动力信号，确定实际制动力；

判断实际制动力是否小于制动器分离力；其中，制动器分离力是指回位弹簧将制动器的制动件(比如，摩擦片和钢片)分离到滑摩点时所需的分离力，也就是制动缸克服回位弹簧的回位力将制动件压紧到滑摩点时所需的制动力，可以通过预置的标准数据库查询得到。

在实际制动力小于制动器分离力的情况下，确定电机转速控制模式为电机升速模式，转至步骤104；

在实际制动力不小于制动器分离力的情况下，确定电机转速控制模式为电机随动模式，转至步骤105。

步骤104，电机升速模式。

在本发明实施例中，在车辆正常行驶时，制动器的制动件(比如，摩擦片、钢片等)之间存在微小间隙以防止制动件的摩擦损坏，制动件之间的微小间隙即制动器空行程，当车辆转变为制动状态时，为了快速达到制动目的，消除制动器空行程，驾驶员踏下制动踏板开始制动时，首先控制电机以电机最高转速运行，使得液压泵的出口压力迅速增大，随后为了防止液压泵出口压力过大造成制动冲击，需要减小电机转速至电机需求转速，使得制动缸制动力满足制动要求。

在本发明实施例中，在电机转速控制模式为电机升速模式的情况下，如图2所示，本发明的电机升速模式下目标电机转速的确定方法包括如下步骤：

步骤1041，判断当前时间是否小于t₁，如果是，转至步骤1042；如果否，转至步骤1043。其中，t₁可以通过预置的标准数据库查询得到。

在本发明实施例中，电机升速模式包括脉冲提速阶段和斜坡调速阶段。如图3所示，本发明的电机升速模式电机转速控制曲线包括两个阶段，其中：

第①阶段为脉冲提速阶段，对应脉冲提速时间t₁时间段；第②阶段为斜坡调速阶段，对应斜坡调速时间t₂时间段。

步骤1042，按脉冲提速阶段计算目标电机转速。

在本发明实施例中，在电机升速模式的脉冲提速阶段(即脉冲提速时间t₁时间段)，目标电机转速n_{motor_target}为电机最高转速n_{motor_max}，控制电机转速保持电机最高转速n_{motor_max}不变，使得液压泵的出口压力快速增大，相应地，脉冲提速阶段的目标电机转速n_{motor_target}：

n_{motor_target}＝n_{motor_max}。

步骤1043，按斜坡调速阶段计算目标电机转速。

在本发明实施例中，在电机升速模式的斜坡调速阶段(即斜坡调速时间t₂时间段)，目标电机转速n_{motor_target}为电机最高转速n_{motor_max}线性减小至电机需求转速n_{motor_req}，控制电机转速由电机最高转速n_{motor_max}逐渐减小至电机需求转速n_{motor_req}，使得液压泵的出口压力逐渐减小，防止电机转速超调，相应地，斜坡调速阶段的目标电机转速n_{motor_target}为：

其中：n_{motor_req}＝f(n－P)表示电机需求转速，可以通过查询标准数据库的电机转速与制动缸目标制动力关系图表得到，目标制动力通过采集根据如图5所示的目标制动力信号的确定方法输出的目标制动力信号确定。

步骤105，电机随动模式。

在本发明实施例中，在实际制动力不小于制动器分离力的情况下，根据驾驶员制动踏板开度的变化实时调节电机转速，从而保持良好的制动响应性能。

在本发明实施例中，在电机转速控制模式为电机随动模式的情况下，如图2所示，本发明的电机随动模式下目标电机转速的确定方法包括如下步骤：

步骤1051，计算电机需求转速。

在本发明实施例中，根据采集的目标制动力信号确定制动缸的目标制动力F_target，通过查询标准数据库的电机转速与制动缸目标制动力关系图表，确定电机需求转速。

步骤1052，判断制动力调节量是否大于等于制动力调节阈值，如果是，转至步骤1053；如果否，转至步骤1051。

在本发明实施例中，根据液压泵的出口压力调节电机转速，为了防止发生电机转速振荡，只有在所需的制动力调节量大于等于制动力调节阈值时，方可进行电机转速的调节。

因此，根据实际制动力F_Bra和目标制动力F_target的绝对差值确定制动力调节量，在制动力调节量大于等于制动力调节阈值的情况下进行电机转速的调节，调节条件如下式所示：

|F_target-F_Bra|≥F_Change_TH

式中：F_target表示目标制动力；

F_Bra表示实际制动力；

F_Change_TH表示制动力调节阈值，可以通过查询标准数据库得到。

步骤1053，判断电机转速变化率是否大于设定限值，如果是，转至步骤1054；如果否，转至步骤1055。

在本发明实施例中，在进行电机转速的调节时，为了防止电机转速突变，根据电机转速变化率确定不同的电机转速调节方式。

因此，根据采集的电机转速信号确定实时的电机转速，进而确定电机转速变化率Rat_n，在电机转速变化率Rat_n大于电机转速变化率的设定限值Rat_n_TH的情况下，转至步骤1054，依逐步调节公式计算目标电机转速，在当前电机转速n_{motor_now}的基础上，按照每次Δn的增量确定目标电机转速n_{motor_target}；

在电机转速变化率Rat_n不大于电机转速变化率的设定限值Rat_n_TH的情况下，转至步骤1055，依按需调节公式计算目标电机转速，按照电机需求转速n_{motor_req}确定目标电机转速n_{motor_target}；

相应地，目标电机转速n_{motor_target}为：

其中，Δn表示电机转速单位调节量，可以通过查询标准数据库得到。

步骤106，电机反转模式。

在本发明实施例中，在确定驾驶员的驾驶意图为制动释放意图的情况下，通过电机反转模式确定目标电机转速。电机反转模式用于驾驶员释放制动踏板时，通过电机反转，对制动缸有杆腔进行充油，使制动缸快速收回，解脱制动。

在本发明实施例中，在电机转速控制模式为电机反转模式的情况下，如图2所示，本发明的电机反转模式下目标电机转速的确定方法包括如下步骤：

步骤1061，判断制动缸行程是否大于等于快速收回阶段制动缸行程的停止阈值，如果是，转至步骤1062；如果否，转至步骤1063。

在本发明实施例中，在电机反转模式下，根据采集的制动缸行程信号，确定制动缸行程。电机反转模式分为两个阶段，快速收回阶段和平稳停转阶段。在本发明实施例中，如图4所示，本发明的电机反转模式电机转速控制曲线包括两个阶段，其中：

第①阶段为快速收回阶段，对应快速收回时间t₁时间段；第②阶段为平稳停转阶段，对应平稳停转时间t₂时间段。

其中，在制动缸行程Dis_Bra大于等于快速收回阶段制动缸行程的停止阈值Dis_Out_TH的情况下，按快速收回公式计算目标电机转速；否则，按平稳停转公式计算目标电机转速。

步骤1062，按快速收回公式计算目标电机转速。

在本发明实施例中，在电机反转模式的快速收回阶段(即快速收回时间t₁时间段)，目标电机转速n_{motor_target}为电机最高转速n_{motor_max}，控制电机转速保持电机最高转速n_{motor_max}不变，直至制动缸到达预定位置(对应的制动缸行程Dis_Bra为快速收回阶段制动缸行程的停止阈值Dis_Out_TH)，从而使得制动缸快速收回，相应地，快速收回阶段的目标电机转速n_{motor_target}为：

n_{motor_target}＝-n_{motor_max}(Dis_Bra≥Dis_Out_TH)

其中，Dis_Bra表示制动缸行程；

Dis_Out_TH表示快速收回阶段制动缸行程的停止阈值，可以通过查询标准数据库得到。

步骤1063，按平稳停转公式计算目标电机转速。

在本发明实施例中，在电机反转模式的平稳停转阶段(即平稳停转时间t₂时间段)，目标电机转速n_{motor_target}为电机最高转速n_{motor_max}线性减小至0，控制电机转速在电机最高转速n_{motor_max}的基础上，按照每次Δn的变化量逐渐减小至0，以防止制动缸到达极限位置产生液压冲击，相应地，平稳停转阶段的目标电机转速n_{motor_target}为：

n_{motor_target}＝n_{motor_max}-Δn(Dis_Bra＜Dis_Out_TH)。

步骤107，目标转速输出。

在本发明实施例中，根据步骤104至步骤106确定的目标转速，将目标电机转速n_{motor_target}通过总线输出给电机控制器，实现电机转速控制。

电动泵控缸制动系统采用容积控制方式，制动缸的输出直接由电机转速决定，通过力传感器的信号反馈，确定制动缸需求的制动力，并实现制动缸制动力的精准控制。因此，制动控制也就是电机转速和旋向的控制，

根据本发明实施例的技术方案，可以简便有效地实现电机转速控制，根据制动缸需求的压力，将电机控制分为三种模式，并对每种模式确定了相应的控制方法，快速准确的对电机的转速和旋向进行控制，保证电动泵控缸制动系统在制动过程中快速响应和精准控制，进而实现车辆良好的制动品质，有效解决了电动泵控缸制动系统中电机转速控制算法的设计问题。

根据本发明实施例的技术方案：采集制动信号，通过制动信号判断驾驶员制动意图，如果有制动意图，则通过制动缸实际制动力信号进行电机控制模式识别，并按识别出的电机升速模式或电机随动模式进行电机转速控制；如果有制动释放意图，则通过制动缸行程信号进行电机反转模式中的快速收回阶段或平稳停转阶段识别，并按识别出的控制阶段对电机转速进行控制。能够根据制动缸需求的制动力，快速、准确地对电机的转速和旋向进行控制，使得在车辆的制动过程中，实现电动泵控缸制动系统的及时响应和精准控制，提升车辆的制动品质，保证车辆运行安全，为电动泵控缸制动系统的开发提供参考。

综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。