CN114228683B - 一种电子液压制动***及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电子液压制动***及其控制方法，***包括制动踏板、主缸、液压泵、车轮制动器、储液罐、高压蓄能器、踏板感觉模拟器、液压控制单元和驱动电机；驱动电机带动液压泵将制动液从储液罐泵入高压蓄能器中储存，作为***的压力源；踏板感觉模拟器采用电磁阀控制，给驾驶员提供制动脚感反馈。本发明获取精确的电子液压制动模型，实现精确监测制动***的状态；通过非线性反步法控制策略，根据期望的轮缸压力值和制动***状态，对增压阀和减压阀进行控制，从而调节轮缸压力跟随期望值，并采用相轨迹分析和时域分析方式来确定合适的参数值，具有较好的鲁棒性，能够精确而快速地调节轮缸压力的功能，增强车辆的安全性能。

Description

一种电子液压制动***及其控制方法
技术领域
本发明属于汽车制动***技术领域，尤其涉及一种电子液压制动***及其控制方法。
背景技术
电子液压制动***因其模块化程度高、结构紧凑、制动效能高且无需真空装置成为当前的研究热点。然而，它采用电子元件替代传统液压制动***的部分机械元件，是一个机、电、液混合***，因此，***存在着较强的非线性特性，包括制动液的可压缩性、制动管路的迟滞效应、电磁阀的阻尼效应等，由于这些非线性特性，使得精确而快速地控制制动轮缸压力变得十分困难。因此如何精确而快速地控制制动轮缸压力，是研究的热点问题。
目前，为了精确调节制动轮缸压力，许多控制策略被应用于汽车制动***的控制中。例如，中国专利申请号CN201810987791.X，名称《一种解耦式电子液压制动***的压力控制方法》，采用积分滑膜控制和PID控制方法，提升制动响应速度，减小制动压力波动；中国专利申请号CN201811620832.8，名称《电子液压制动***控制模块及压力控制方法》，采用逻辑门线控制方法，能有效避免制动主缸压力过大。
但是，现存技术几乎都是不基于模型的控制方法，在设计控制策略时忽略了制动***的一些特性并且很难精确监测制动***的状态。然而，要精准且快速的控制制动轮缸压力对获取的制动***状态有着较高的精度要求。基于模型非线性反步法控制策略突破这一问题，在考虑***的非线性特性的同时，进一步提高***的控制性能。
发明内容
针对于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种电子液压制动***及其控制方法，首先通过对电子液压制动***特性进行试验测试，建立精确的***模型，然后依据***模型设计充分考虑***特性的非线性反步法控制策略，以提高汽车电子液压制动***控制的精确性，增强车辆的安全性能。
为达到上述目的，本发明第一方面公开的电子液压制动***包括制动踏板、主缸、液压泵、车轮制动器、储液罐、高压蓄能器、踏板感觉模拟器、液压控制单元和驱动电机；
其中，所述驱动电机带动所述液压泵将制动液从所述储液罐泵入所述高压蓄能器中储存，作为***的压力源；
所述踏板感觉模拟器采用电磁阀控制，给驾驶员提供制动脚感反馈。
进一步的，所述液压控制单元采用十个电磁阀组成：
其中两个常开型电磁阀用作隔离阀，在电子液压制动***工作时，具有隔离主缸与轮缸的功能，实现主缸与轮缸的解耦；
四个常闭型线性电磁阀用于四个轮缸的增压阀；
两个常闭型线性电磁阀用于前轮轮缸的减压阀；
两个常开型线性电磁阀用于后轮轮缸的减压阀。
进一步的，所述隔离阀所在的前轮回路用作失效备份回路：当***失电时，所述隔离阀保持断电开启状态，驾驶员踩下制动踏板在主缸建立压力，制动液从所述主缸经所述隔离阀流向两个前轮实现制动；解除制动时，驾驶员松开踏板，制动液沿原路返回。
本发明第二方面公开的电子液压制动***的控制方法，包括以下步骤：
步骤1：对所述电子液压制动***的元件特性进行以下测试：液压泵的响应特性测试、所有线性电磁阀的特性测试和高压蓄能器的特性测试；
步骤2：根据测试的元件特性参数，建立一个电子液压制动***模型，以提高电子液压制动***的控制精度，并在此基础上对模型进行简化，建立单轮制动***模型；
步骤3：基于所述单轮制动***模型，设计非线性反步法控制策略，保证电子液压***工作时快速且精确地控制轮缸压力；
步骤4：采用相轨迹分析和时域分析方式来确定所述非线性反步法控制策略中的合适参数值。
进一步的，所述液压泵响应特性测试包括：空载条件下液压泵响应特性测试和负载条件下液压泵响应特性测试；
所述所有线性电磁阀特性测试包括：不同占空比下线性电磁阀增、减压特性测试；电磁阀延迟时间测试：
所述高压蓄能器特性测试包括：高压蓄能器的充液特性测试；高压蓄能器的放液特性测试。
进一步的，所述步骤2中的单轮制动***模型包括：压力源、增压阀、减压阀、制动管路、制动钳和车轮，并包括制动液的可压缩性、电磁阀的阻尼效应及制动管路的液阻、液容、液感效应的***非线性特性。
进一步的，步骤2中的所述单轮制动***建模采用功率键合图方法建立模型，用到键合图元有Se、Sf、I、C、R、MR、TF、0、1，其中，Se和Sf分别代表势源和流源，I、C、R和MR分别代表惯性元件、容性元件、阻性元件和调制阻性元件，TF表示***中不同能量之间变换关系的变换器，0表示***中能量形式相同、势变量大小相等的结点，称为共势结，1是用来表示***中能量形式相同、流变量大小相等的结点，称为共流结；具体建模包括4个步骤：
1)确定各个元件在键合图元中的表示方式：选用势源Se来表示***压力源(31)，HCU中的增压阀(32)和减压阀(36)用阻性元件R来描述电磁阀的阻尼效应；制动管路(33)的液阻效应、液容效应、液感效应分别采用阻性元R、容性元件C和惯性元件I表示；轮缸内制动液的液容效应采用容性元件C表示；摩擦衬块视为一个弹性阻尼***，其弹性效应和阻尼效应分别用容性元件C和阻性元件R表示；用惯性元件I描述摩擦衬块和活塞的运动；液压能转化为机械能使用变换器TF表示；
2)找到***中势能相同的点，标记为0-结，找到流能相同的结点，标记为1-结，将模拟容性效应的容性元件C连接到0-结，模拟阻性效应的阻性元件R和惯性效应的惯性元件I连接到1-结；
3)标注正确的功率流方向：摩擦衬块与制动盘的作用是将压力转化为制动盘上的制动力矩，用调制阻性元件MR将作用于制动盘上的正压力转化为摩擦力，然后用变换器TF将摩擦力转化为制动力矩；
4)进一步简化键合图，并标注因果关系：首先取惯性元件I对应的广义动量和容性元件C对应的广义位移为状态变量；取Se元件的势和Sf元件的流作为输入变量；根据键合图中储能元件和阻性元件的特性方程求出其输出变量；列写出表达式和的势方程和流方程；将键合图中储能元件和阻性元件的输出变量代入各个势方程和流方程中，采用一阶惯性环阶对轮缸压力进行修正，简化整理得到***模型的数学表达式如下：
Figure BDA0003439361100000041
式中，P4是增压阀(32)出口与减压阀(36)进口处的压力；Cd2和Cd5分别是增压阀(32)和减压阀(36)的流量系数；A2和A5分别是增压阀(32)和减压阀(36)的最大流通面积；C4是轮缸内制动液的液容；ρ是制动液的密度；P0是压力源的压力；P15是增压阀(32)出口处的压力；V8是摩擦衬块的移动速度；A是轮缸中活塞的底面积；m8是制动钳(34)的等效质量；R12是制动钳(34)的等效阻尼系数；k13是制动钳(34)的等效弹性系数；X13是摩擦衬块的位移；PWC是轮缸压力；T是惯性时间常数；u1和u2是增压阀(32)和减压阀(36)的占空比控制信号，即***的输入，其值0到1之间；
对***中不同阶次的状态变量进行标准化，得到***模型：
Figure BDA0003439361100000051
Figure BDA0003439361100000052
式中，
g1＝10，
Figure BDA0003439361100000053
Figure BDA0003439361100000054
Figure BDA0003439361100000055
Figure BDA0003439361100000056
是***的输入。
进一步的，步骤3中，非线性反步法控制策略的设计过程包括以下步骤：
第一步，首先定义第一个状态变量的误差变量：
e1＝x1-x1d
式中，x1d是状态变量x1的期望值；
然后选择第一个李雅普诺夫函数V1：
Figure BDA0003439361100000061
对所述第一个李雅普诺夫函数V1微分得：
Figure BDA0003439361100000062
式中，x2是虚拟控制变量，x2的期望值为：
Figure BDA0003439361100000063
式中，k1＞0；
当x2取上式期望值x2d时，则有
Figure BDA0003439361100000064
根据李雅普诺夫渐进稳定性定理可知，误差变量e1是可知的；
第二步，为了保证状态变量x2能够稳定到期望值x2d，定义第二个误差变量：
e2＝x2-x2d
选择第二个李雅普诺夫函数V2：
Figure BDA0003439361100000065
对所述第二个李雅普诺夫函数V2微分得：
Figure BDA0003439361100000066
x3是此时的虚拟变量，由上式可知，x3的期望值x3d为：
Figure BDA0003439361100000067
式中，k2＞0；
如果x3能够稳定到它的期望值x3d，则可计算得
Figure BDA0003439361100000071
于是得到误差变量e1和e2是渐进稳定的；
第三步，为了进一步确保状态变量x3能够达到其期望值x3d，定义第三个误差变量：
e3＝x3-x3d
选择第三个李雅普诺夫函数V3：
Figure BDA0003439361100000072
求所述第三个李雅普诺夫函数V3微分：
Figure BDA0003439361100000073
如果能找到满足上式的合适值，则有
Figure BDA0003439361100000074
即误差变量e1、e2和e3是渐进稳定的；
Figure BDA0003439361100000075
式中，k3＞0；
对于***的状态微分方程，其控制输入是U，输出是x3，结合控制策略设计的可得：
Figure BDA0003439361100000076
x3d是控制策略的期望值，x1和x2的期望值通过x3d得到，x3d由***模型的数学表达式计算得：
Figure BDA0003439361100000077
式中，PWCd是轮缸压力的期望值；
第四步，获得***电磁阀控制律：
制动***的真实控制输入是u1和u2，分别代表增压阀(32)和减压阀(36)的PWM控制信号的占空比；在制动***中，增压阀(32)和减压阀(36)总是不同时开启的：制动***增压时，增压阀(32)打开，减压阀(36)关闭，即u2＝0；***减压时，增压阀(32)关闭，减压阀(36)打开，即u1＝0；***保压时，增压阀(32)和减压阀(36)均关闭，即u1＝0且u2＝0；因此电磁阀的控制律为：
Figure BDA0003439361100000081
式中，e4是实际轮缸压力PWC与期望轮缸压力PWCd的差值，其表达式是：e4＝PWC-PWCd：此时即可根据期望的轮缸压力值和制动***状态，对增压阀(32)和减压阀(36)进行控制，从而调节轮缸压力跟随期望值。
进一步的，步骤4中使用相轨迹分析和时域分析来确定非线性反步法控制策略中的参数k1，k2和k3；具体步骤包括：采用Matlab/Simulink仿真平台进行仿真实验，设置制动***压力源的压力和理想的轮缸的目标压力，通过仿真结果选取合适的k1，k2和k3值，保证制动***的跟随速度，同时保证***的控制精度。
本发明的有益效果如下：
1)本发明的电子液压制动***，对该***的元件特性进行了测试，建立了一个精确的电子液压制动***模型，并对难以直接获取的制动***模型参数进行参数辨识，获取精确的电子液压制动模型，实现精确监测制动***的状态。
2)本发明的非线性反步法控制策略，根据期望的轮缸压力值和制动***状态，对增压阀和减压阀进行控制，从而调节轮缸压力跟随期望值，并采用相轨迹分析和时域分析方式来确定合适的参数值。该方法具有较好的鲁棒性，能够实现精确而快速地调节轮缸压力的功能，增强车辆的安全性能。
附图说明
图1为本发明的电子液压制动***结构原理图；
图2为本发明的电子液压制动***简化后的单轮制动***模型图；
图3为本发明的单轮制动***键合图模型图；
图1中，1-踏板感觉模拟器；2-踏板感觉模拟器电磁控制阀；3-制动踏板；4-主缸；5-储液罐；6-压力传感器a；7-左侧轮常开型电磁隔离阀；8-压力传感器b；9-高压蓄能器；10-驱动电机；11-液压泵；12-左前轮常闭型线性电磁增压阀；13-左后轮常开型线性电磁减压阀；14-左前轮常闭型线性电磁减压阀；15-左前车轮制动器；16-压力传感器c；17-左后车轮制动器；18-压力传感器d；19-左后轮常闭型线性电磁增压阀；20-右前轮常闭型线性电磁减压阀；21-压力传感器e；22-右前车轮制动器；23-压力传感器f；24-右后车轮制动器；25-右后轮常开型线性电磁减压阀；26-右后轮常闭型线性电磁增压阀；27-液压控制单元；28-右前轮常闭型线性电磁增压阀；29-右侧轮常开型电磁隔离阀；30-压力传感器g。
图2中，31-压力源；32；增压阀；33-制动管路；34-制动钳；35-减压阀。
图3中，S0处Se0是压力源31，S1处1是增压阀32处流量相同的结点，S2处R2是增压阀32的阻尼效应，S3处0是增压阀32出口和减压阀36进口处压力相同的结点，S4处C4是制动液在轮缸内的液容效应，S5处R5是减压阀36的阻尼效应，S6处TF是将液压能转换为机械能的转换器，S7处1是制动钳34运动时速度相同的结点，S8处I8是制动钳34的惯性效应，S9处0是制动钳34作用力相同的结点，S10处1是制动钳34等效的弹簧阻尼***运动速度相同的结点，S11处Se11是制动钳作用在制动盘上的正压力，S12处R12是制动钳34等效的弹簧阻尼***的阻尼效应，S13处C13是制动钳34等效的弹簧阻尼***的弹性效应，S14处1是减压阀36处的流量相同的结点，S15处Se15是减压阀36出口处的压力。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步的说明，但不以任何方式对本发明加以限制，基于本发明教导所作的任何变换或替换，均属于本发明的保护范围。
本发明的一种电子液压制动***及其控制方法，针对于上述现有技术的不足，首先通过对电子液压制动***特性进行试验测试，建立精确的***模型，然后依据***模型设计充分考虑***特性的非线性反步法控制策略，以提高汽车电子液压制动***控制的精确性，增强车辆的安全性能。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：
本发明的一种电子液压制动***，包括制动踏板3、主缸4、驱动电机10、液压泵11、储液罐5、高压蓄能器9、踏板感觉模拟器1、液压控制单元27、左前车轮制动器15、左后车轮制动器17、右前车轮制动器22、右后车轮制动器24等，该***取消了传统液压制动***中的真空助力器，采用电力作为动力源，驱动电机10带动液压泵11将制动液从储液罐5泵入高压蓄能器9中储存，作为***的压力源。
踏板感觉模拟器1采用踏板感觉模拟器电磁控制阀2控制，给驾驶员提供更舒适的制动脚感反馈。
液压控制单元27采用十个电磁阀组成：其中两个常开型电磁阀用作隔离阀包括：左侧轮常开型电磁隔离阀7、右侧轮常开型电磁隔离阀29，在电子液压制动***工作时，具有隔离主缸与轮缸的功能，实现主缸与轮缸的解耦；四个常闭型线性电磁阀用于四个轮缸的增压阀包括：左前轮常闭型线性电磁增压阀12、左后轮常闭型线性电磁增压阀19、右后轮常闭型线性电磁增压阀26、右前轮常闭型线性电磁增压阀28；两个常闭型线性电磁阀用于前轮轮缸的减压阀包括：左前轮常闭型线性电磁减压阀14、右前轮常闭型线性电磁减压阀20；两个常开型线性电磁阀用于后轮轮缸的减压阀包括：左后轮常开型线性电磁减压阀13、右后轮常开型线性电磁减压阀25。左侧轮常开型电磁隔离阀7和右侧轮常开型电磁隔离阀29所在的前轮回路用作失效备份回路：当***失电时，左侧轮常开型电磁隔离阀7和右侧轮常开型电磁隔离阀29保持断电开启状态，驾驶员踩下制动踏板3在主缸4建立压力，制动液从主缸4经左侧轮常开型电磁隔离阀7和右侧轮常开型电磁隔离阀29流向两个前轮实现制动；解除制动时，驾驶员松开制动踏板3，制动液沿原路返回。
本发明的一种电子液压制动***控制方法，基于上述***，包括以下步骤：
步骤1：对上述汽车电子液压制动***的元件特性进行测试：液压泵11响应特性测试、所有线性电磁阀特性测试和高压蓄能器9特性测试。
步骤2：根据测试的元件特性参数，建立一个精确的电子液压制动***模型，以提高电子液压制动***的控制精度。在此基础上对模型进行简化，建立单轮制动***模型，以方便分析运算。
步骤3：基于上述建立的单轮制动***模型，设计非线性反步法控制策略，保证电子液压***工作时快速且精确地控制轮缸压力。
步骤4：采用相轨迹分析和时域分析方式来确定非线性反步法控制策略中的合适参数值。
优选地，步骤1中的液压泵11响应特性测试包括：空载条件下液压泵11响应特性测试；负载条件下液压泵11响应特性测试。
优选地，步骤1中的所有线性电磁阀特性测试包括：不同占空比下线性电磁阀增、减压特性测试；电磁阀延迟时间测试。
优选地，步骤1中的高压蓄能器9特性测试包括：高压蓄能器9充液特性测试；高压蓄能器9放液特性测试。
优选地，步骤2中的单轮制动***模型包括：压力源31、增压阀32、减压阀36、制动管路33、制动钳34和车轮35等元件，并考虑制动液的可压缩性、电磁阀的阻尼效应及制动管路的液阻、液容、液感效应等***非线性特性。
优选地，步骤2中的单轮制动***建模采用功率键合图方法建立模型，用到键合图元有Se、Sf、I、C、R、MR、TF、0、1。其中，Se和Sf分别代表势源和流源，I、C、R和MR分别代表惯性元件、容性元件、阻性元件和调制阻性元件，TF表示***中不同能量之间变换关系的变换器，0表示***中能量形式相同、势变量大小相等的结点，称为共势结，1是用来表示***中能量形式相同、流变量大小相等的结点，成为共流结。具体建模包括4个步骤：
1)确定各个元件在键合图元中的表示方式：选用势源Se来表示***压力源31，HCU中的增压阀32和减压阀36用阻性元件R来描述电磁阀的阻尼效应；制动管路33的液阻效应、液容效应、液感效应分别采用阻性元R、容性元件C和惯性元件I表示；制动钳34是一个比较复杂的部分，轮缸内制动液的液容效应采用容性元件C表示；摩擦衬块视为一个弹性阻尼***，其弹性效应和阻尼效应分别用容性元件C和阻性元件R表示；用惯性元件I描述摩擦衬块和活塞等运动部件的运动；液压能转化为机械能使用变换器TF表示。
2)找到***中势能相同的点，标记为0-结，找到流能相同的结点，标记为1-结，将模拟容性效应的容性元件C连接到0-结，模拟阻性效应的阻性元件R和惯性效应的惯性元件I连接到1-结。
3)标注正确的功率流方向：摩擦衬块与制动盘的作用是将压力转化为制动盘上的制动力矩，可用调制阻性元件MR将作用于制动盘上的正压力转化为摩擦力，然后用变换器TF将摩擦力转化为制动力矩。
4)进一步简化键合图，并标注合适的因果关系，：首先取惯性元件I对应的广义动量和容性元件C对应的广义位移为状态变量；取Se元件的势和Sf元件的流作为输入变量；根据键合图中储能元件和阻性元件的特性方程求出其输出变量；列写出表达式和的势方程和流方程；将键合图中储能元件和阻性元件的输出变量代入各势方程和流方程中，采用一阶惯性环阶对轮缸压力进行修正，简化整理得到***模型的数学表达式：
Figure BDA0003439361100000131
式中，P4是增压阀32出口与减压阀36进口处的压力；Cd2和Cd5分别是增压阀32和减压阀36的流量系数；A2和A5分别是增压阀32和减压阀36的最大流通面积；C4是轮缸内制动液的液容；ρ是制动液的密度；P0是压力源的压力；P15是增压阀32出口处的压力；V8是摩擦衬块的移动速度；A是轮缸中活塞的底面积；m8是制动钳34的等效质量；R12是制动钳34的等效阻尼系数；k13是制动钳34的等效弹性系数；X13是摩擦衬块的位移；PWC是轮缸压力；T是惯性时间常数；u1和u2是增压阀32和减压阀36的占空比控制信号，即***的输入，其值0到1之间。
对***中不同阶次的状态变量进行标准化，得到***模型：
Figure BDA0003439361100000141
Figure BDA0003439361100000142
式中，g1＝10，
Figure BDA0003439361100000143
Figure BDA0003439361100000144
是***的输入。
优选地，步骤3中，非线性反步法控制策略的设计过程具体包括4个步骤：
1)第一步，首先定义第一个状态变量的误差变量：
e1＝x1-x1d
式中，x1d是状态变量x1的期望值。
然后选择第一个李雅普诺夫函数V1：
Figure BDA0003439361100000145
对李雅普诺夫函数V1微分得：
Figure BDA0003439361100000146
在上式中，x2是虚拟控制变量。可以看出，x2的期望值为：
Figure BDA0003439361100000147
式中，k1＞0。
显然，当x2取上式期望值x2d时，则有
Figure BDA0003439361100000148
根据李雅普诺夫渐进稳定性定理可知，误差变量e1是可知的。
2)第二步，为了保证状态变量x2能够稳定到期望值x2d，定义第二个误差变量：
e2＝x2-x2d
相似地，选择第二个李雅普诺夫函数V2：
Figure BDA0003439361100000151
对李雅普诺夫函数V2微分得：
Figure BDA0003439361100000152
显然地，x3是此时的虚拟变量。由上式可知，x3的期望值x3d为：
Figure BDA0003439361100000153
式中，k2＞0。
同样，如果x3能够稳定到他的期望值x3d，则可计算得
Figure BDA0003439361100000154
于是得到误差变量e1和e2是渐进稳定的。
3)第三步，为了进一步确保状态变量x3能够达到其期望值x3d，定义第三个误差变量：
e3＝x3-x3d
选择第三个李雅普诺夫函数V3：
Figure BDA0003439361100000155
求李雅普诺夫函数V3微分：
Figure BDA0003439361100000156
如果能找到满足上式的合适值，则有
Figure BDA0003439361100000157
即误差变量e1、e2和e3是渐进稳定的。
Figure BDA0003439361100000158
式中，k3＞0。
对于***的状态微分方程，其控制输入是U，输出是x3，结合控制策略设计的可得：
Figure BDA0003439361100000161
x3d是控制策略的期望值，因此，x1和x2的期望值可以通过x3d得到。x3d可以由***模型的数学表达式计算得：
Figure BDA0003439361100000162
式中，PWCd是轮缸压力的期望值。
4)第四步，获得***电磁阀控制律：
制动***的真实控制输入是u1和u2，它们分别代表增压阀32和减压阀36的PWM控制信号的占空比。在制动***中，增压阀32和减压阀36总是不同时开启的：制动***增压时，增压阀32打开，减压阀36关闭，即u2＝0；***减压时，增压阀32关闭，减压阀36打开，即u1＝0；***保压时，增压阀32和减压阀36均关闭，即u1＝0且u2＝0；因此电磁阀的控制律为：
Figure BDA0003439361100000163
式中，e4是实际轮缸压力PWC与期望轮缸压力PWCd的差值，其表达式是：e4＝PWC-PWCd。此时即可根据期望的轮缸压力值和制动***状态，对增压阀32和减压阀36进行控制，从而调节轮缸压力跟随期望值。
优选地，步骤4中相轨迹分析和时域分析用于确定非线性反步法控制策略中的参数k1，k2和k3。可以采用Matlab/Simulink仿真平台进行仿真实验，设置制动***压力源的压力和理想的轮缸的目标压力，通过仿真结果选取合适的k1，k2和k3值，保证制动***的跟随速度，同时保证***的控制精度。
本发明的有益效果如下：
1)本发明的电子液压制动***，对该***的元件特性进行了测试，建立了一个精确的电子液压制动***模型，并对难以直接获取的制动***模型参数进行参数辨识，获取精确的电子液压制动模型，实现精确监测制动***的状态。
2)本发明的非线性反步法控制策略，根据期望的轮缸压力值和制动***状态，对增压阀和减压阀进行控制，从而调节轮缸压力跟随期望值，并采用相轨迹分析和时域分析方式来确定合适的参数值。该方法具有较好的鲁棒性，能够实现精确而快速地调节轮缸压力的功能，增强车辆的安全性能。
本文所使用的词语“优选的”意指用作实例、示例或例证。本文描述为“优选的”任意方面或设计不必被解释为比其他方面或设计更有利。相反，词语“优选的”的使用旨在以具体方式提出概念。如本申请中所使用的术语“或”旨在意指包含的“或”而非排除的“或”。即，除非另外指定或从上下文中清楚，“X使用A或B”意指自然包括排列的任意一个。即，如果X使用A；X使用B；或X使用A和B二者，则“X使用A或B”在前述任一示例中得到满足。
而且，尽管已经相对于一个或实现方式示出并描述了本公开，但是本领域技术人员基于对本说明书和附图的阅读和理解将会想到等价变型和修改。本公开包括所有这样的修改和变型，并且仅由所附权利要求的范围限制。特别地关于由上述组件(例如元件等)执行的各种功能，用于描述这样的组件的术语旨在对应于执行所述组件的指定功能(例如其在功能上是等价的)的任意组件(除非另外指示)，即使在结构上与执行本文所示的本公开的示范性实现方式中的功能的公开结构不等同。此外，尽管本公开的特定特征已经相对于若干实现方式中的仅一个被公开，但是这种特征可以与如可以对给定或特定应用而言是期望和有利的其他实现方式的一个或其他特征组合。而且，就术语“包括”、“具有”、“含有”或其变形被用在具体实施方式或权利要求中而言，这样的术语旨在以与术语“包含”相似的方式包括。
本发明实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以多个或多个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。上述的各装置或***，可以执行相应方法实施例中的存储方法。
综上所述，上述实施例为本发明的一种实施方式，但本发明的实施方式并不受所述实施例的限制，其他的任何背离本发明的精神实质与原理下所做的改变、修饰、代替、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种电子液压制动***的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：对电子液压制动***的元件特性进行以下测试：液压泵的响应特性测试、所有线性电磁阀的特性测试和高压蓄能器的特性测试；
步骤2：根据测试的元件特性参数，建立一个电子液压制动***模型，以提高电子液压制动***的控制精度，并在此基础上对模型进行简化，建立单轮制动***模型；
步骤3：基于所述单轮制动***模型，设计非线性反步法控制策略，保证电子液压***工作时快速且精确地控制轮缸压力；
步骤4：采用相轨迹分析和时域分析方式来确定所述非线性反步法控制策略中的合适参数值；
步骤2中电子液压制动***模型具体建模包括4个步骤：
1)确定各个元件在键合图元中的表示方式：选用势源Se来表示***压力源(31)，HCU中的增压阀(32)和减压阀(36)用阻性元件R来描述电磁阀的阻尼效应；制动管路(33)的液阻效应、液容效应、液感效应分别采用阻性元R、容性元件C和惯性元件I表示；轮缸内制动液的液容效应采用容性元件C表示；摩擦衬块视为一个弹性阻尼***，其弹性效应和阻尼效应分别用容性元件C和阻性元件R表示；用惯性元件I描述摩擦衬块和活塞的运动；液压能转化为机械能使用变换器TF表示；
2)找到***中势能相同的点，标记为0-结，找到流能相同的结点，标记为1-结，将模拟容性效应的容性元件C连接到0-结，模拟阻性效应的阻性元件R和惯性效应的惯性元件I连接到1-结；
3)标注正确的功率流方向：摩擦衬块与制动盘的作用是将压力转化为制动盘上的制动力矩，用调制阻性元件MR将作用于制动盘上的正压力转化为摩擦力，然后用变换器TF将摩擦力转化为制动力矩；
4)进一步简化键合图，并标注因果关系：首先取惯性元件I对应的广义动量和容性元件C对应的广义位移为状态变量；取Se元件的势和Sf元件的流作为输入变量；根据键合图中储能元件和阻性元件的特性方程求出其输出变量；列写出表达式和的势方程和流方程；将键合图中储能元件和阻性元件的输出变量代入各个势方程和流方程中，采用一阶惯性环阶对轮缸压力进行修正；
步骤3中所述非线性反步法控制策略的设计过程包括以下步骤：
第一步，首先定义第一个状态变量的误差变量e1＝x1-x1d
式中，x1d是状态变量x1的期望值；
第二步，为了保证状态变量x2能够稳定到期望值x2 d，定义第二个误差变量：e2＝x2-x2d；
第三步，为了进一步确保状态变量x3能够达到其期望值x3d，定义第三个误差变量：
e3＝x3-x3d
第四步，获得***电磁阀控制律：
制动***的真实控制输入是u1和u2，分别代表增压阀(32)和减压阀(36)的PWM控制信号的占空比；在制动***中，增压阀(32)和减压阀(36)总是不同时开启的：制动***增压时，增压阀(32)打开，减压阀(36)关闭，即u2＝0；***减压时，增压阀(32)关闭，减压阀(36)打开，即u1＝0；***保压时，增压阀(32)和减压阀(36)均关闭，即u1＝0且u2＝0；因此电磁阀的控制律为：
Figure FDA0003731047540000031
式中，e4是实际轮缸压力PWC与期望轮缸压力PWCd的差值，其表达式是：e4＝PWC-PWCd；此时即可根据期望的轮缸压力值和制动***状态，对增压阀(32)和减压阀(36)进行控制，从而调节轮缸压力跟随期望值。
2.根据权利要求1所述的电子液压制动***的控制方法，其特征在于，所述液压泵响应特性测试包括：空载条件下液压泵响应特性测试和负载条件下液压泵响应特性测试；
所述所有线性电磁阀特性测试包括：不同占空比下线性电磁阀增、减压特性测试；电磁阀延迟时间测试：
所述高压蓄能器特性测试包括：高压蓄能器的充液特性测试；高压蓄能器的放液特性测试。
3.根据权利要求1所述的电子液压制动***的控制方法，其特征在于，所述步骤2中的单轮制动***模型包括：压力源、增压阀、减压阀、制动管路、制动钳和车轮，并包括制动液的可压缩性、电磁阀的阻尼效应及制动管路的液阻、液容、液感效应的***非线性特性。
4.根据权利要求3所述的电子液压制动***的控制方法，其特征在于，步骤2中的所述单轮制动***建模采用功率键合图方法建立模型，用到键合图元有Se、Sf、I、C、R、MR、TF、0、1，其中，Se和Sf分别代表势源和流源，I、C、R和MR分别代表惯性元件、容性元件、阻性元件和调制阻性元件，TF表示***中不同能量之间变换关系的变换器，0表示***中能量形式相同、势变量大小相等的结点，称为共势结，1是用来表示***中能量形式相同、流变量大小相等的结点，称为共流结；***模型的数学表达式如下：
Figure FDA0003731047540000041
式中，P4是增压阀(32)出口与减压阀(36)进口处的压力；Cd2和Cd5分别是增压阀(32)和减压阀(36)的流量系数；A2和A5分别是增压阀(32)和减压阀(36)的最大流通面积；C4是轮缸内制动液的液容；ρ是制动液的密度；P0是压力源的压力；P15是增压阀(32)出口处的压力；V8是摩擦衬块的移动速度；A是轮缸中活塞的底面积；m8是制动钳(34)的等效质量；R12是制动钳(34)的等效阻尼系数；k13是制动钳(34)的等效弹性系数；X13是摩擦衬块的位移；PWC是轮缸压力；T是惯性时间常数；u1和u2是增压阀(32)和减压阀(36)的占空比控制信号，即***的输入，其值0到1之间；
对***中不同阶次的状态变量进行标准化，得到***模型：
Figure FDA0003731047540000042
Figure FDA0003731047540000043
式中，
g1＝10，
Figure FDA0003731047540000044
Figure FDA0003731047540000051
Figure FDA0003731047540000052
Figure FDA0003731047540000053
是***的输入。
5.根据权利要求4所述的电子液压制动***的控制方法，其特征在于，
步骤4中使用相轨迹分析和时域分析来确定非线性反步法控制策略中的参数k1，k2和k3；具体步骤包括：采用Matlab/Simulink仿真平台进行仿真实验，设置制动***压力源的压力和理想的轮缸的目标压力，通过仿真结果选取合适的k1，k2和k3值，保证制动***的跟随速度，同时保证***的控制精度。
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