本發(fā)明涉及電動(dòng)汽車emb系統(tǒng)，具體來(lái)說(shuō)是一種基于無(wú)壓力傳感器控制策略的電動(dòng)汽車emb系統(tǒng)夾緊力估算方法。

背景技術(shù)：

1、隨著電機(jī)、電池、電驅(qū)動(dòng)技術(shù)的不斷發(fā)展，涌現(xiàn)出了越來(lái)越多的線控技術(shù)，代替?zhèn)鹘y(tǒng)的機(jī)械控制的技術(shù)。電子機(jī)械制動(dòng)(electromechanical?brake，emb)系統(tǒng)因其智能化、輕量化和高安全性等優(yōu)勢(shì)，逐漸成為下一代電動(dòng)汽車制動(dòng)技術(shù)的首選。與傳統(tǒng)的液壓制動(dòng)相比，emb系統(tǒng)采用機(jī)電一體化設(shè)計(jì)，取消了復(fù)雜的液壓管路，結(jié)構(gòu)更為簡(jiǎn)潔，同時(shí)具備清潔環(huán)保的特點(diǎn)。由于不依賴制動(dòng)液，emb系統(tǒng)避免了由此帶來(lái)的制動(dòng)延遲，響應(yīng)速度更快。此外，emb系統(tǒng)能夠精確控制所需的制動(dòng)力，顯著提升了車輛的安全性和可靠性。

2、然而，在實(shí)際的制動(dòng)工況下，壓力傳感器的應(yīng)變片會(huì)受到頻繁的擠壓，在長(zhǎng)時(shí)間的疲勞使用下，應(yīng)變片可能發(fā)生斷裂導(dǎo)致壓力傳感器失效，其可靠性無(wú)法得到保障；其次，摩擦片與制動(dòng)盤接觸時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量的熱，在極高的溫度下，壓力傳感器所測(cè)得的夾緊力大小可能和實(shí)際有所差別，導(dǎo)致無(wú)法滿足制動(dòng)的要求，影響人身安全。

3、為了避免emb系統(tǒng)中的壓力傳感器出現(xiàn)精度下降甚至失效從而導(dǎo)致無(wú)法提供給電動(dòng)汽車所要求的夾緊力，如何采用無(wú)壓力傳感器控制策略去實(shí)時(shí)估算產(chǎn)生的夾緊力大小并且取代壓力傳感器，是亟待解決的問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有技術(shù)中emb系統(tǒng)的壓力傳感器無(wú)法滿足實(shí)際使用需要的缺陷，提供一種基于無(wú)壓力傳感器控制策略的電動(dòng)汽車emb系統(tǒng)夾緊力估算方法來(lái)解決上述問(wèn)題。

2、為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

3、一種基于無(wú)壓力傳感器控制策略的電動(dòng)汽車emb系統(tǒng)夾緊力估算方法，包括以下步驟：

4、負(fù)載力矩的估計(jì)：根據(jù)電動(dòng)汽車電機(jī)本體固有參數(shù)以及制動(dòng)時(shí)電機(jī)的角速度ωm、q軸電流iq通過(guò)動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩平衡方程，對(duì)外部負(fù)載轉(zhuǎn)矩tl進(jìn)行估計(jì)；

5、根據(jù)負(fù)載力矩以及傳動(dòng)模型估算出轉(zhuǎn)矩估算平衡力：根據(jù)電機(jī)外部旋轉(zhuǎn)軸連接的行星齒輪、滾珠絲杠的傳動(dòng)比、傳動(dòng)效率以及估計(jì)的負(fù)載力矩tl，實(shí)時(shí)估算出轉(zhuǎn)矩估算平衡力f1；

6、通過(guò)特征曲線動(dòng)態(tài)剛度模型估算出特征曲線估算夾緊力：在emb系統(tǒng)工作時(shí)，由夾緊力與電機(jī)轉(zhuǎn)角之間的特征曲線動(dòng)態(tài)剛度模型，通過(guò)電機(jī)轉(zhuǎn)子位置編碼器返回的值以及上一時(shí)刻計(jì)算的特征曲線估算夾緊力f2(k-1)，實(shí)時(shí)計(jì)算此時(shí)刻特征曲線估算夾緊力f2(k)的值；

7、emb系統(tǒng)夾緊力的融合估算：在汽車制動(dòng)工況下，ecu接收制動(dòng)踏板踩下的信號(hào)并結(jié)合制動(dòng)踏板被踩下的程度計(jì)算出所需要的目標(biāo)夾緊力fref，此時(shí)，emb系統(tǒng)開始工作，通過(guò)驅(qū)動(dòng)電機(jī)帶動(dòng)滾珠絲杠使得摩擦片壓緊制動(dòng)盤產(chǎn)生夾緊力，根據(jù)轉(zhuǎn)矩估算平衡力f1和由特征曲線估算夾緊力f2，通過(guò)設(shè)置轉(zhuǎn)矩估算平衡力f1、特征曲線估算夾緊力f2的方差大小融合估算出最優(yōu)夾緊力的估計(jì)值，即電動(dòng)汽車emb系統(tǒng)夾緊力。

8、所述負(fù)載力矩的估計(jì)包括以下步驟：

9、設(shè)定驅(qū)動(dòng)電機(jī)為永磁同步電機(jī)，采用d軸電流id＝0的控制策略；

10、根據(jù)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩平衡方程，得到：

11、

12、式中，j表示電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；ωm表示電機(jī)的角速度，表示電機(jī)轉(zhuǎn)子角速度對(duì)時(shí)間的導(dǎo)數(shù)；te表示電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩，其大小為其中pn為電機(jī)極對(duì)數(shù)，ψf表示電機(jī)磁鏈，iq表示電機(jī)q軸電流大小，tl表示負(fù)載力矩，tf表示電機(jī)內(nèi)部的摩擦力矩；

13、將電機(jī)內(nèi)部摩擦力矩簡(jiǎn)化，并表示為負(fù)載力矩的形式，得到：

14、

15、式中，μ表示庫(kù)倫摩擦系數(shù)，a表示偏移系數(shù)，f1表示轉(zhuǎn)矩估算平衡力，sgn表示符號(hào)函數(shù)，θm表示電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角，表示轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角對(duì)時(shí)間的微分。

16、所述根據(jù)負(fù)載力矩以及傳動(dòng)模型估算出轉(zhuǎn)矩估算平衡力包括以下步驟：

17、電動(dòng)汽車在實(shí)際制動(dòng)過(guò)程中，電機(jī)通過(guò)行星齒輪減速增矩，而后通過(guò)滾珠絲杠壓緊制動(dòng)盤實(shí)現(xiàn)制動(dòng)，

18、根據(jù)emb機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)行星齒輪傳動(dòng)比、行星齒輪和滾珠絲杠傳動(dòng)效率以及滾珠絲杠導(dǎo)程，得到夾緊力和負(fù)載力矩的關(guān)系式：

19、

20、式中，tl表示負(fù)載力矩，f1表示轉(zhuǎn)矩估算平衡力，l0表示滾珠絲杠導(dǎo)程，ig表示行星齒輪傳動(dòng)比，ηp表示行星齒輪傳動(dòng)效率，ηs表示滾珠絲杠傳動(dòng)效率；

21、結(jié)合負(fù)載力矩的形式的表達(dá)式得到平衡力的估計(jì)值：

22、

23、式中，iq表示q軸電流；ψf表示電機(jī)磁鏈；pn表示電機(jī)極對(duì)數(shù)；j表示電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；表示電機(jī)轉(zhuǎn)子角速度對(duì)時(shí)間的微分；a表示偏移系數(shù)；sgn表示符號(hào)函數(shù)；表示轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角對(duì)時(shí)間的微分；μ表示庫(kù)倫摩擦系數(shù)；

24、將其表示為離散化的形式：

25、

26、式中，f1(k)表示k時(shí)刻對(duì)轉(zhuǎn)矩估算平衡力的估計(jì)值，ωm(k-1)、ωm(k)分別表示k-1時(shí)刻、k時(shí)刻電機(jī)轉(zhuǎn)子角速度大小，θm(k-1)、θm(k)表示k-1時(shí)刻、k時(shí)刻電機(jī)轉(zhuǎn)子角度位置大小。

27、所述通過(guò)特征曲線動(dòng)態(tài)剛度模型估算出特征曲線估算夾緊力包括以下步驟：

28、在emb工作時(shí)，考慮到制動(dòng)過(guò)程中摩擦片和制動(dòng)盤之間的粘滯效應(yīng)，通過(guò)特征曲線動(dòng)態(tài)剛度模型估計(jì)特征曲線估算夾緊力f2；

29、在卡鉗加載的過(guò)程中，若夾緊力與電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角θm呈線性關(guān)系，同時(shí)考慮到“粘滯效應(yīng)”，得到特征曲線動(dòng)態(tài)剛度模型的傳遞函數(shù)：

30、

31、式中，g(s)表示傳遞函數(shù)，f2(s)表示夾緊力在復(fù)數(shù)域的表達(dá)式，θm(s)表示電機(jī)轉(zhuǎn)子角度位置在復(fù)數(shù)域的表達(dá)式，ks表示夾緊力f2與電機(jī)轉(zhuǎn)子角度θm的線性系數(shù)，τ表示時(shí)間常數(shù)，s表示復(fù)變函數(shù)；

32、由特征曲線動(dòng)態(tài)剛度模型的傳遞函數(shù)，得到實(shí)數(shù)域內(nèi)特征曲線估算夾緊力f2的表達(dá)式：

33、

34、式中，θm表示電機(jī)轉(zhuǎn)子角度位置，表示夾緊力對(duì)時(shí)間的微分；

35、在實(shí)際制動(dòng)過(guò)程中，特征曲線估算夾緊力表示為電機(jī)轉(zhuǎn)子角度位置θm的多項(xiàng)式的關(guān)系，得到加緊力表達(dá)式：

36、

37、式中，λ3、λ2、λ1、λ0為多項(xiàng)式系數(shù)，

38、將其表示并化簡(jiǎn)為離散化的形式：

39、

40、式中，θm(k)表示k時(shí)刻電機(jī)轉(zhuǎn)子角度位置，α3、α2、α1、α0、α表示離散化后的多項(xiàng)式系數(shù)；f2(k-1)、f2(k)分別表示k-1、k時(shí)刻夾緊力的估計(jì)值。

41、所述emb系統(tǒng)夾緊力的融合估算包括以下步驟：

42、在汽車制動(dòng)工況下，ecu接收制動(dòng)踏板踩下的信號(hào)并結(jié)合制動(dòng)踏板被踩下的程度計(jì)算出所需要的目標(biāo)夾緊力fref，此時(shí)，emb系統(tǒng)開始工作，通過(guò)驅(qū)動(dòng)電機(jī)經(jīng)過(guò)行星齒輪帶動(dòng)滾珠絲杠使得摩擦片壓緊制動(dòng)盤產(chǎn)生夾緊力；

43、此時(shí)，將傳感器實(shí)時(shí)測(cè)得的q軸電流iq、電機(jī)轉(zhuǎn)子角度位置θm、電機(jī)轉(zhuǎn)子角速度ωm輸入至ecu中，ecu通過(guò)按轉(zhuǎn)矩動(dòng)態(tài)方程方法和特征曲線動(dòng)態(tài)剛度模型方法編寫的代碼，實(shí)時(shí)計(jì)算轉(zhuǎn)矩估算平衡力f1、特征曲線估算夾緊力f2；

44、考慮到外部的干擾、傳感器的不精確性，實(shí)時(shí)計(jì)算的轉(zhuǎn)矩估算平衡力f1、特征曲線估算夾緊力f2過(guò)程中存在高斯噪聲，設(shè)估計(jì)值f1、f2的方差分別為

45、根據(jù)最小方差原則，并通過(guò)在算法中提前配置的值，計(jì)算得到最優(yōu)夾緊力fcl的值為

46、

47、在制動(dòng)工況下，通過(guò)ecu實(shí)時(shí)計(jì)算的最優(yōu)夾緊力fcl作為力閉環(huán)的反饋值，其與所需要的目標(biāo)夾緊力fref相減，得到力閉環(huán)的輸入，并通過(guò)后續(xù)的pi控制，得到所需要的q軸電流值iq并將其輸入至控制器使電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，由電機(jī)轉(zhuǎn)軸通過(guò)行星齒輪進(jìn)行減速增矩，最后滾珠絲杠將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為直線運(yùn)動(dòng)使得摩擦片壓緊制動(dòng)盤進(jìn)行制動(dòng)，實(shí)現(xiàn)了電動(dòng)汽車在無(wú)壓力傳感器情況下的平滑制動(dòng)。

48、有益效果

49、本發(fā)明的一種基于無(wú)壓力傳感器控制策略的電動(dòng)汽車emb系統(tǒng)夾緊力估算方法，與現(xiàn)有技術(shù)相比通過(guò)設(shè)計(jì)無(wú)壓力傳感器算法代替壓力傳感器，實(shí)時(shí)對(duì)emb系統(tǒng)工作時(shí)產(chǎn)生的夾緊力進(jìn)行最優(yōu)的估計(jì)，解決了壓力傳感器成本高，且在惡劣的制動(dòng)工況下對(duì)夾緊力測(cè)量出現(xiàn)精度下降甚至整體失效從而導(dǎo)致電動(dòng)汽車制動(dòng)性能下降問(wèn)題。

50、本發(fā)明設(shè)計(jì)的無(wú)壓力傳感器，首先考慮到了電機(jī)的動(dòng)態(tài)力矩平衡模型，通過(guò)接收來(lái)自傳感器反饋回的q軸電流大小iq、電機(jī)轉(zhuǎn)子角度位置θm以及電機(jī)轉(zhuǎn)子角速度ωm來(lái)實(shí)時(shí)估計(jì)電機(jī)的外部負(fù)載tl，后通過(guò)emb的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)參數(shù)，得到轉(zhuǎn)矩估算平衡力f1；其次，考慮到摩擦片與制動(dòng)盤之間的“粘滯效應(yīng)”，建立特性曲線動(dòng)態(tài)剛度模型，通過(guò)傳感器反饋的電機(jī)轉(zhuǎn)子角度位置θm以及上一時(shí)刻的特征曲線估算夾緊力f2(k-1)估計(jì)這一時(shí)刻的特征曲線估算夾緊力f2(k)；最后配置兩個(gè)模型的方差大小，對(duì)夾緊力進(jìn)行最優(yōu)的估計(jì)。

51、本發(fā)明通過(guò)融合emb系統(tǒng)的兩種模型，極大程度上提高了對(duì)夾緊力估計(jì)的精度，并且有效防止噪聲使得單一模型所帶來(lái)的不精確性的問(wèn)題，可以替代壓力傳感器。