[发明专利]一种采用电机制动的电液线控制动系统及液压力控制方法

权利要求书

1.一种基于电液线控制动系统的液压力控制方法，所述电液线控制动系统包括：电控机械子系统、液压子系统、制动踏板单元和电子控制单元；

所述电控机械子系统包括：永磁同步电机(3)、大齿轮(17)和小齿轮(2)所组成的齿轮组、同步带(1)和滚珠丝杠；

所述永磁同步电机(3)为电液线控制动系统的动力源，并为电液线控制动系统提供负载转矩；

所述齿轮组作为第一级传动机构，并与所述同步带(1)相连，所述小齿轮(2)与永磁同步电机(3)相连；

所述滚珠丝杠作为第二级传动机构，其中螺母(15)与大齿轮(17)相连，丝杠的轴端直接与制动主缸相连；

所述液压子系统包括：制动主缸(7)，制动轮缸(10)，液压制动管路(12)，液压控制单元(9)和储液罐(6)；

所述制动主缸(7)与所述储液罐(6)相连，用于将丝杠的推力转化成液压力；

所述制动轮缸(10)与车轮相连；

所述液压制动管路(12)分别连接所述储液罐(6)和制动主缸(7)，以及制动主缸(7)和制动轮缸(10)，从而形成封闭的液压回路并传输所述储液罐(6)中的制动液；

所述液压控制单元(9)通过所述液压制动管路(12)将制动主缸(7)的液压力均匀分配到四个制动轮缸，使四个制动轮缸的液压力转化为车轮的制动力偶矩，从而使汽车制动停车；

所述制动踏板单元包括：制动踏板(20)和位移传感器(21)；

当所述制动踏板(20)提供制动信号，且所述位移传感器(21)达到一定的位移时，所述永磁同步电机(3)实施制动功能；

所述电子控制单元包括：制动控制单元(4)、压力传感器(8)、轮速传感器(11)和电池；

所述电池为所述制动控制单元(4)提供电源；

所述制动控制单元(4)通过收集所述压力传感器(8)的液压力信号，所述位移传感器(21)的位移信号和所述轮速传感器(11)的轮速信号并进行计算，输出目标转矩给永磁同步电机(3)以实施制动控制；其特征在于，所述液压力控制方法是按如下步骤进行：

步骤一、驾驶员脚踩制动踏板达到一定的位移后，所述位移传感器(21)将位移信号传递给制动控制单元(4)以确定制动信号；

步骤二、所述制动控制单元(4)收集来自车辆的制动信号，包括：车速v，轮速ω，垂直载荷F_z；

步骤三、建立滑移率控制器，根据车辆的制动信号确定实际滑移率和目标滑移率，从而为各个制动轮缸分配目标液压力；

步骤四、建立电液线控制动系统的动力学模型，并根据所述制动主缸(7)反馈的实际液压力和分配的目标液压力，再建立压力跟随控制器，从而为永磁同步电机(3)输入目标转矩；

利用式(1)建立所述电液线控制动系统的动力学模型：

式(1)中：J_eq为等效到永磁同步电机(3)轴端的转动惯量；θ_m为永磁同步电机(3)的转角；B_m为永磁同步电机(3)的阻尼系数；P_s为滚珠丝杠的导程；i_b为齿轮组的传动比；η_s为电控机械子系统的传递效率；T_f为等效到永磁同步电机(3)轴端的等效摩擦转矩；A_c为制动主缸(7)活塞的有效面积；p_c为制动主缸(7)的液压力；T_e为永磁同步电机(3)的电磁转矩；a，b为有界的设计参数；

所述压力跟随控制器是按如下步骤建立：

步骤4.1、选择制动主缸(7)的液压力p_c和永磁同步电机(3)的角度θ_m作为电液线控制动系统的状态变量，并定义为表示θ_m的一阶导数；

利用式(2)将式(1)转化成状态空间方程：

式(2)中：T_pd为制动主缸(7)的压力需求转矩，T_d为电液线控制动系统的目标转矩，ΔT为估计的摩擦转矩，且T_d＝T_e，ΔT＝T_f，T_pd＝T_d-ΔT；

步骤4.2、利用式(3)得到制动主缸(7)的液压力的跟踪误差Δp：

Δp＝x₂-x_2d (3)

式(3)中：x_2d为制动主缸(7)的目标液压力，且x_2d＝p_d；

步骤4.3、选择压力跟踪误差Δp及其一阶导数的线性组合作为滑模面来推导所述压力跟随控制器的控制律，其中，利用式(4)得到滑模面s：

式(4)中：λ为滑模面的设计参数，为x₂的一阶导数；为x_2d的一阶导数；

步骤4.4、对式(4)进行求导得到式(5)：

式(5)中，表示x₂的二阶导数，表示x_2d的二阶导数；

步骤4.5、利用式(6)和式(7)分别得到Δp的一阶导数和二阶导数

步骤4.6、将式(6)和式(7)代入到式(5)中得到式(8)：

步骤4.7、令为电液线控制动系统的扰动量，且满足式(9)：

式(9)中：η₀为上界；

步骤4.8、利用式(10)表示常速趋近律：

式(10)中：ε为常速趋近律的收敛因子，且ε＞0；φ为常速趋近律的边界层厚度，且φ＞0，sat(·)为饱和函数；

步骤4.11、结合式(8)和式(10)，得到如式(11)所示的压力跟随控制器：

步骤4.12、利用式(12)得到电液线控制动系统的目标转矩T_d：

步骤五、所述永磁同步电机(3)获取目标转矩后，通过同步带(1)和齿轮组将目标转矩放大，以降速增扭，再通过滚珠丝杠将放大后的目标转矩转化成其水平运动的推力；

步骤六、所述丝杠的推力直接推动制动主缸(7)建立液压力，同时压力传感器(8)实时反馈液压力信号给所述压力跟随控制器，从而通过所述压力跟随控制器实时输出更新的目标转矩，以控制永磁同步电机(3)的正转、反转和堵转，从而实现增压、减压和保压的功能。