CN107161271B - 基于加速度检测的电动助力车制动防滑方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开基于加速度检测的电动助力车制动防滑方法，主要包括以下步骤：获得驱动轮/从动轮中心的加速度、计算驱动参考角加速度、获取电动助力车的加速度、计算整车的名义角加速度、驱动轮角加速度比较与补偿扭矩计算与调整、从动轮角加速度比较与调整。应用本发明方法的电动助力车，不使用轮速传感器，降低电动助力车制动防滑的成本，在附着系数低的路面行驶时，可达到良好制动防滑、防抱死的控制效果，在电动助力车行驶安全领域有广阔的应用前景。

Description

基于加速度检测的电动助力车制动防滑方法

技术领域

本发明涉及一种用于电动助力车的制动防滑、防抱死的方法，具体涉及一种基于加速度检测的电动助力车制动防滑方法。

背景技术

电动助力车以车载蓄电池为动力驱动行驶，具有节能、环保、轻便的特点。近年来电动助力车制造与使用数量在我国呈现快速增长趋势，一定程度上改善了城市的空气与噪声污染问题。

随着技术的发展，人们对电动助力车的安全性要求越来越高，现有技术的电动助力车行驶在光滑路面时，易导致车轮滑动，而在刹车时，会导致车轮抱死，造成车辆的滑移现象，尤其是在遇到紧急情况时，这种现象更加危险。

防抱死、防滑装置这一在汽车领域都已经普及的技术，很少应用在电动助力车上。现有技术中制动防滑、防抱死的技术应用在汽车上时，大部分涉及到轮速传感器的使用，成本很高。另外由于电动助力车减震性能低于汽车，且经常行驶在颠簸路面，导致其工作环境恶劣，易使轮速传感器发生故障，因此，制动防滑、防抱死技术在电动助力车领域应用极少。

发明内容

电动助力车结构较简单，***硬件电路较少，且不宜进行大的改动；电动助力车的制动相对汽车来说要求不高。针对这一特点，为克服现有技术的缺陷，本发明第一方面的目的是提供一种基于加速度检测的电动助力车制动防滑方法，包括下列步骤：

(1)第一加速度传感器获取驱动轮车轮中心的加速度a₁，通过无线通讯方式发送至第一数据处理芯片，所述第一数据处理芯片利用车轮半径r计算驱动轮参考角加速度ω₁；公式为：

(2)第二加速度传感器获取从动轮车轮中心的加速度a₂，通过无线通讯方式发送至第一数据处理芯片，所述第一数据处理芯片利用车轮半径r计算从动轮参考角加速度ω₂；公式为：

(3)第三加速度传感器获取电动助力车靠近质心处的加速度a₃；

所述第三加速度传感器安装在电动助力车蓄电池槽侧壁。

(4)名义角速度的计算：

利用驱动器输出的动力扭矩，通过计算得到电动助力车整车的名义角加速度值ω^*：

其中T^*为动力扭矩，M为整车质量，r为车轮半径，J_w为车轮的转动惯量，a₃为步骤(3)获取的电动助力车靠近质心处的加速度。

T^*包括第一动力扭矩T_r和/或第二动力扭矩T_p。

所述第一动力扭矩T_r为电动力助力车的电机扭矩，由一个或多个电机提供，由上层控制器输出，所述上层控制器为加速踏板、制动踏板、主动安全控制***中的一种或多种；所述第一动力扭矩T_r由力矩传感器检测得到，或由电机控制器测得的电机电流和其它参数计算求得。

所述第二动力扭矩T_p由力矩传感器检测的人力对电动助力车施加扭矩的信号而得。所述第二动力扭矩T_p的实现方式是操作者对电动助力车施加的扭矩。

(5)驱动轮比较与补偿扭矩计算与调整：

对比名义角加速度值ω^*和驱动轮参考角加速度ω₁，若ω^*≈ω₁，且二者相差不大于ω^*的5％，则无需计算补偿扭矩；若ω^*＞ω₁，且相差超过ω^*的5％，则判定驱动轮打滑或抱死，计算出补偿扭矩T_mc。所述计算补偿扭矩T_mc的算法选自PID控制算法、模糊控制算法、最优控制算法、滑模控制算法中的一种或多种结合。用所得T_mc数值，对第一动力扭矩T_r进行调节。进一步地，所述第一动力扭矩经补偿调整后为T_r-T_mc。

进一步地，所述补偿扭矩T_mc计算公式为：T_mc＝K(ω^*-ω₁)，其中，K表示增益系数。

(6)从动轮比较与调整：

对比名义角加速度值ω^*和从动轮参考角加速度ω₂，若ω^*≈ω₂，且二者相差不大于ω^*的5％，则无需进行控制操作；若ω^*＞ω₂，且相差超过ω^*的5％，则判定从动轮打滑或抱死，电动力助力车MCU向从动轮的蝶刹泵的控制单元发送脉冲控制信号，自动控制制动器的制动力大小，达到防滑防抱死的目的。

本发明第二方面的目的是提供一种基于加速度检测的电动助力车制动防滑装置，至少包括第一加速度传感器、第二加速度传感器、第三加速度传感器、第一力矩检测器、第二力矩检测器、电动助力车MCU、第一数据处理芯片、第二数据处理芯片、比较器、增益调整控制器、驱动轮的蝶刹泵、从动轮的蝶刹泵、刹车总成。

所述第一加速度传感器用于获取驱动轮车轮中心的加速度；所述第二加速度传感器用于获取从动轮车轮中心的加速度；所述第三加速度传感器用于获取电动助力车靠近质心处的加速度。

所述第一加速度传感器、第二加速度传感器与所述第一数据处理芯片相连接。所述第三加速度传感器与所述第二数据处理芯片相连接。

进一步地，所述第一加速度传感器、第二加速度传感器、第三加速度传感器为BOSCH SMA130加速度传感器。

所述第一力矩检测器、第二力矩检测器与所述第二数据处理芯片相连接。所述第一力矩检测器同时与上层控制器相连接，所述上层控制器为电动助车的加速踏板、制动踏板、主动安全控制***中的一种或多种；所述第二力矩检测器与电动助力车的力矩传感器、电动机控制***连接，用于通过力矩传感器检测人力对车辆施加扭矩的信号。

所述第一数据处理芯片用于接收所述第一加速度传感器、第二加速度传感器的数据，结合车轮半径分别计算出驱动轮参考角加速度、从动轮参考角加速度，并将所得数据发送至比较器。

所述第二数据处理芯片用于处理从所述第一力矩检测器、第二力矩检测器、第三加速度传感器接收的数据，通过计算得到电动助力车整车的名义角加速度值，并将所得数据发送至比较器。所述第二数据处理芯片分别与所述第一力矩检测器、第二力矩检测器、第三加速度传感器通讯连接，同时与比较器通讯连接。

所述电动助力车MCU用于接收比较器、增益调整控制器的数据信息，并向电动助力车的电动机控制***发送行驶参数、接收反馈信息；所述电动助力车MCU通过电动助力车的电动机控制***分别与驱动轮的蝶刹泵、从动轮的蝶刹泵、刹车总成通讯连接。

进一步地，所述电动助力车MCU与蝶刹泵和刹车总成电连接，可向蝶刹泵和刹车总成发送脉冲信号。

所述刹车总成包括刹车器及刹车盘，所述刹车总成与电动助力车的手刹把手连接。进一步地，所述刹车总成为液压盘式刹车总成。

本发明涉及的基于加速度检测的电动助力车制动防滑方法，不使用轮速传感器，车辆在光滑路面行驶时，使车轮达到良好制动防滑、防抱死的控制效果，降低了电动助力车制动防滑的成本。本发明结合电动助力车结构较简单、***硬件电路的较少、不宜进行大的改动等特点，未对硬件电路进行大的改动，只增加少量的硬件，通过应用本发明涉及的基于加速度检测的电动助力车制动防滑方法，使电动助力车达到制动防滑的目的，在电动助力车行驶安全领域有广阔的应用前景。

附图说明

图1为实施例1基于加速度检测的电动助力车制动防滑方法的流程图。

图2为未施加本发明实施例1的电动助力车制动防滑方法的速度变化图。

图3为施加本发明实施例1的电动助力车制动防滑方法的速度变化图。

图4为施加本发明实施例1的电动助力车制动防滑方法的力矩变化图。

具体实施方式

下面通过具体实施例，进一步对本发明的技术方案进行具体说明。应该理解，下面的实施例只是作为具体说明，而不限制本发明的范围，同时本领域的技术人员根据本发明所做的显而易见的改变和修饰也包含在本发明范围之内。

实施例1

如图1所示，一种基于加速度检测的电动助力车制动防滑方法，包括下列步骤：

(1)第一加速度传感器获取驱动轮车轮中心的加速度a₁，通过无线通讯方式发送至第一数据处理芯片，所述第一数据处理芯片利用车轮半径r计算驱动轮参考角加速度ω₁；公式为：

(2)第二加速度传感器获取从动轮车轮中心的加速度a₂，通过无线通讯方式发送至第一数据处理芯片，所述第一数据处理芯片利用车轮半径r计算从动轮参考角加速度ω₂；公式为：

(3)第三加速度传感器获取电动助力车靠近质心处的加速度a₃；

所述第三加速度传感器安装在电动助力车蓄电池槽侧壁。

(4)名义角速度的计算：

利用驱动器输出的动力扭矩，通过计算得到电动助力车整车的名义角加速度值ω^*：

其中T^*为动力扭矩，M为整车质量，r为车轮半径，J_w为车轮的转动惯量，a₃为步骤(3)获取的电动助力车靠近质心处的加速度。

T^*包括第一动力扭矩T_r和/或第二动力扭矩T_p。

所述第一动力扭矩T_r为电动力助力车的电机扭矩，由一个或多个电机提供，由上层控制器输出，所述上层控制器为加速踏板、制动踏板、主动安全控制***中的一种或多种；所述第一动力扭矩T_r由力矩传感器检测得到，或由电机控制器测得的电机电流和其它参数计算求得。

所述第二动力扭矩T_p由力矩传感器检测的人力对电动助力车施加扭矩的信号而得。所述第二动力扭矩T_p的实现方式是操作者对电动助力车施加的扭矩。

(5)驱动轮比较与补偿扭矩计算与调整：

对比名义角加速度值ω^*和驱动轮参考角加速度ω₁，若ω^*≈ω₁，且二者相差不大于ω^*的5％，则无需计算补偿扭矩；若ω^*＞ω₁，且相差超过ω^*的5％，则判定驱动轮打滑或抱死，计算出补偿扭矩T_mc。所述计算补偿扭矩T_mc的算法选自PID控制算法、模糊控制算法、最优控制算法、滑模控制算法中的一种或多种结合。用所得T_mc数值，对第一动力扭矩T_r进行调节。

(6)从动轮比较与调整：

对比名义角加速度值ω^*和从动轮参考角加速度ω₂，若ω^*≈ω₂，且二者相差不大于ω^*的5％，则无需进行控制操作；若ω^*＞ω₂，且相差超过ω^*的5％，则判定从动轮打滑或抱死，电动力助力车MCU向从动轮的蝶刹泵的控制单元发送脉冲控制信号，自动控制制动器的制动力大小，达到防滑防抱死的目的。

实施例2

一种基于加速度检测的电动助力车制动防滑装置，包括第一加速度传感器、第二加速度传感器、第三加速度传感器、第一力矩检测器、第二力矩检测器、电动助力车MCU、第一数据处理芯片、第二数据处理芯片、比较器、增益调整控制器、驱动轮的蝶刹泵、从动轮的蝶刹泵、刹车总成。

所述第一加速度传感器用于获取驱动轮车轮中心的加速度，安装在驱动轮车轮的中轴处；所述第二加速度传感器用于获取从动轮车轮中心的加速度，安装在从动轮车轮的中轴处；所述第三加速度传感器用于获取电动助力车靠近质心处的加速度，安装在电动助力车蓄电池槽侧壁。所述第一加速度传感器、第二加速度传感器与所述第一数据处理芯片相连接。所述第三加速度传感器与所述第二数据处理芯片相连接。所述第一加速度传感器、第二加速度传感器、第三加速度传感器为BOSCH SMA130加速度传感器。

所述第一力矩检测器、第二力矩检测器与所述第二数据处理芯片相连接。所述第一力矩检测器同时与上层控制器相连接，所述上层控制器为电动助车的加速踏板、制动踏板、主动安全控制***中的一种或多种；所述第二力矩检测器与电动助力车的力矩传感器、电动机控制***连接，用于通过力矩传感器检测人力对车辆施加扭矩的信号。所述第一数据处理芯片用于接收所述第一加速度传感器、第二加速度传感器的数据，结合车轮半径分别计算出驱动轮参考角加速度、从动轮参考角加速度，并将所得数据发送至比较器。所述第一数据处理芯片与所述第一加速度传感器、第二加速度传感器通讯连接，同时与比较器通讯连接。所述第二数据处理芯片用于处理从所述第一力矩检测器、第二力矩检测器、第三加速度传感器接收的数据，通过计算得到电动助力车整车的名义角加速度值，并将所得数据发送至比较器。所述第二数据处理芯片分别与所述第一力矩检测器、第二力矩检测器、第三加速度传感器通讯连接，同时与比较器通讯连接。所述第一数据处理芯片、第二数据处理芯片通过所述比较器与所述电动助力车MCU数据连接。

所述电动助力车MCU用于接收比较器、增益调整控制器的数据信息，并向电动助力车的电动机控制***发送行驶参数、接收反馈信息；所述电动助力车MCU通过电动助力车的电动机控制***分别与驱动轮的蝶刹泵、从动轮的蝶刹泵、刹车总成通讯连接。

实施例3

仿真试验

仿真场景：车辆从2.5秒左右进入一个30米长的低摩擦路面。

图2、图3表示了利用本发明实施例1的电动助力车制动防滑方法前后的效果对比图，其中图2表示未施加本发明实施例1的电动助力车制动防滑方法的结果，图3表示施加本发明实施例1的电动助力车制动防滑方法的结果。从图2可以看出无控制的情况下，电动助力车的车轮明显打滑，而图3中，电动助力车的车轮仅仅有轻微的打滑。由图4可以看出，在实施本发明方法的情况下，电动助力车的输出扭矩也发生变化。

Claims (6)

1.一种基于加速度检测的电动助力车制动防滑装置，其特征在于：所述装置基于一种基于加速度检测的电动助力车制动防滑方法；所述一种基于加速度检测的电动助力车制动防滑方法包括如下步骤：

(1)第一加速度传感器获取驱动轮车轮中心的加速度a₁，通过无线通讯方式发送至第一数据处理芯片，所述第一数据处理芯片利用车轮半径r计算驱动轮参考角加速度ω₁；公式为：

(2)第二加速度传感器获取从动轮车轮中心的加速度a₂，通过无线通讯方式发送至第一数据处理芯片，所述第一数据处理芯片利用车轮半径r计算从动轮参考角加速度ω₂；公式为：

(3)第三加速度传感器获取电动助力车靠近质心处的加速度a₃；

所述第三加速度传感器安装在电动助力车蓄电池槽侧壁；

(4)名义角速度的计算：

利用驱动器输出的动力扭矩，通过计算得到电动助力车整车的名义角加速度值ω^*：

其中T^*为动力扭矩，M为整车质量，r为车轮半径，J_w为车轮的转动惯量，a₃为步骤(3)获取的电动助力车靠近质心处的加速度；

T^*包括第一动力扭矩T_r和/或第二动力扭矩T_p；

所述第一动力扭矩T_r为电动力助力车的电机扭矩，由一个或多个电机提供，由上层控制器输出，所述上层控制器为加速踏板、制动踏板、主动安全控制***中的一种或多种；所述第一动力扭矩T_r由力矩传感器检测得到，或由电机控制器测得的电机电流和其它参数计算求得；

所述第二动力扭矩T_p由力矩传感器检测的人力对电动助力车施加扭矩的信号而得；所述第二动力扭矩T_p的实现方式是操作者对电动助力车施加的扭矩；

(5)驱动轮比较与补偿扭矩计算与调整：

对比名义角加速度值ω^*和驱动轮参考角加速度ω₁，若ω^*≈ω₁，且二者相差不大于ω^*的5％，则无需计算补偿扭矩；若ω^*＞ω₁，且相差超过ω^*的5％，则判定驱动轮打滑或抱死，计算出补偿扭矩T_mc；所述计算补偿扭矩T_mc的算法选自PID控制算法、模糊控制算法、最优控制算法、滑模控制算法中的一种或多种结合；用所得T_mc数值，对第一动力扭矩T_r进行调节；

(6)从动轮比较与调整：

对比名义角加速度值ω^*和从动轮参考角加速度ω₂，若ω^*≈ω₂，且二者相差不大于ω^*的5％，则无需进行控制操作；若ω^*＞ω₂，且相差超过ω^*的5％，则判定从动轮打滑或抱死，电动力助力车MCU向从动轮的蝶刹泵的控制单元发送脉冲控制信号，自动控制制动器的制动力大小；

所述一种基于加速度检测的电动助力车制动防滑装置包括第一加速度传感器、第二加速度传感器、第三加速度传感器、第一力矩检测器、第二力矩检测器、电动助力车MCU、第一数据处理芯片、第二数据处理芯片、比较器、增益调整控制器、驱动轮的蝶刹泵、从动轮的蝶刹泵、刹车总成；

所述第一加速度传感器用于获取驱动轮车轮中心的加速度；所述第二加速度传感器用于获取从动轮车轮中心的加速度；所述第三加速度传感器用于获取电动助力车靠近质心处的加速度；

所述第一加速度传感器、第二加速度传感器与所述第一数据处理芯片相连接；所述第三加速度传感器与所述第二数据处理芯片相连接；

所述第一力矩检测器、第二力矩检测器与所述第二数据处理芯片相连接；所述第一力矩检测器同时与上层控制器相连接，所述上层控制器为电动助车的加速踏板、制动踏板、主动安全控制***中的一种或多种；所述第二力矩检测器与电动助力车的力矩传感器、电动机控制***连接，用于通过力矩传感器检测人力对车辆施加扭矩的信号；

所述第一数据处理芯片用于接收所述第一加速度传感器、第二加速度传感器的数据，结合车轮半径分别计算出驱动轮参考角加速度、从动轮参考角加速度，并将所得数据发送至比较器；

所述第二数据处理芯片用于处理从所述第一力矩检测器、第二力矩检测器、第三加速度传感器接收的数据，通过计算得到电动助力车整车的名义角加速度值，并将所得数据发送至比较器；所述第二数据处理芯片分别与所述第一力矩检测器、第二力矩检测器、第三加速度传感器通讯连接，同时与比较器通讯连接；

所述电动助力车MCU用于接收比较器、增益调整控制器的数据信息，并向电动助力车的电动机控制***发送行驶参数、接收反馈信息；所述电动助力车MCU通过电动助力车的电动机控制***分别与驱动轮的蝶刹泵、从动轮的蝶刹泵、刹车总成通讯连接；

所述刹车总成包括刹车器及刹车盘，所述刹车总成与电动助力车的手刹把手连接。

2.根据权利要求1所述的一种基于加速度检测的电动助力车制动防滑装置，其特征在于：步骤(5)所述第一动力扭矩经补偿调整后为：T_r-T_mc。

3.根据权利要求1所述的一种基于加速度检测的电动助力车制动防滑装置，其特征在于：步骤(5)所述补偿扭矩T_mc计算公式为：T_mc＝K(ω^*-ω₁)，其中，K表示增益系数。

4.根据权利要求3所述的一种基于加速度检测的电动助力车制动防滑装置，其特征在于：所述第一加速度传感器、第二加速度传感器、第三加速度传感器为BOSCH SMA130加速度传感器。

5.根据权利要求3所述的一种基于加速度检测的电动助力车制动防滑装置，其特征在于：所述电动助力车MCU与蝶刹泵和刹车总成电连接，向蝶刹泵和刹车总成发送脉冲信号。

6.根据权利要求3所述的一种基于加速度检测的电动助力车制动防滑装置，其特征在于：所述刹车总成为液压盘式刹车总成。