电子液压制动的简易摩擦补偿和压力滑模控制系统及方法

摘要

本发明涉及一种电子液压制动的简易摩擦补偿和压力滑模控制系统及方法，该系统包括：第一加法运算器：其第一输入端输入期望压力信号；压力滑模控制器：其输入端与第一加法运算器的输出端连接；第二加法运算器：其第一输入端与压力滑模控制器的输出端连接；基于简易模型的摩擦补偿控制器：其输出端与第二加法运算器的第二输入端连接；电子液压制动系统，其输入端与第二加法运算器的输出端连接，第一输出端与基于简易模型的摩擦补偿控制器的第二输入端连接，第二输出端分别与基于简易模型的摩擦补偿控制器的第一输入端以及第一加法运算器的第二输入端连接与现有技术相比，本发明具有动态补偿、提高控制精度和鲁棒性等优点。

说明书

技术领域

本发明涉及汽车制动技术领域，尤其是涉及一种电子液压制动的简易摩擦补偿和压力滑模控制系统及方法。

背景技术

制动系统作为汽车中最重要的系统之一，直接影响汽车的行驶安全性。新型制动系统还担负着制动能量回收的功能。随着电控技术的发展，更加高效、节能的线控技术(x-by-wire)出现，汽车制动系统和线控技术相结合，产生了线控制动(brake-by-wire)。线控制动具有可控性好、响应速度快等特点，是未来汽车制动系统发展的方向。电子液压制动系统(EHB)是电子元件与液压系统相结合所形成的制动系统。EHB系统仍可采用12V的车载电源，现有的电路系统即可满足要求。同时具有安全、舒适、响应快、易于实现再生制动等优点。此外，相对于现有的ESC系统，EHB系统对制动力的控制精度要更高。作为线控制动系统，可实现ABS、TCS、ESP等功能，因此EHB仍然是制动系统研发的热点。

针对EHB系统的液压力控制问题越来越受到广泛关注。目前工程应用中多采用比例-积分-微分控制方法进行液压力反馈，但需要大量实验进行标定，且鲁棒性不高。针对EHB系统的摩擦补偿方法有基于信号的颤振补偿、基于模型补偿等方法。基于信号的颤振补偿方法虽然设计过程简单，但存在稳态误差较大、制动舒适性差等不足。而基于模型补偿的方法又细分为静态摩擦模型和动态摩擦模型。其中，静态摩擦模型的参数辨识简单，易于工程应用。目前针对EHB系统的液压力控制问题缺少将反馈控制与摩擦补偿有机结合又通用简便的方法。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种电子液压制动的简易摩擦补偿和压力滑模控制系统及方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种电子液压制动的简易摩擦补偿和压力滑模控制系统，该系统包括：

第一加法运算器：其第一输入端输入期望压力信号；

压力滑模控制器：其输入端与第一加法运算器的输出端连接；

第二加法运算器：其第一输入端与压力滑模控制器的输出端连接；

基于简易模型的摩擦补偿控制器：其输出端与第二加法运算器的第二输入端连接；

电子液压制动系统，其输入端与第二加法运算器的输出端连接，第一输出端与基于简易模型的摩擦补偿控制器的第二输入端连接，第二输出端分别与基于简易模型的摩擦补偿控制器的第一输入端以及第一加法运算器的第二输入端连接。

优选地，所述的第一加法运算器将电子液压制动系统输出的实际压力p与期望压力信号p_d进行做差，并将液压力跟踪误差e输入所述压力滑模控制器的输入端，即e＝p-p_d。

优选地，所述的压力滑模控制器根据差值e计算出第一控制输入力矩T₂。

优选地，所述的基于简易模型的摩擦补偿控制器根据电子液压制动系统输出的实际压力p与实际电机转速n获取摩擦补偿力矩T₁。

优选地，所述的第二加法运算器将第一控制输入力矩T₂与摩擦补偿力矩T₁进行求和，获得完整控制输入力矩T，所谓电子液压制动系统的输入，电子液压制动系统根据完整控制输入力矩T进行动作，并输出实际压力p和实际电机转速n。

一种电子液压制动的简易摩擦补偿和压力滑模控制方法，包括以下步骤：

1)建立电子液压制动系统的简易模型；

2)根据摩擦补偿控制器计算出摩擦补偿力矩；

3)采用第一加法运算器和压力滑模控制器计算出第一控制输入力矩；

4)采用第二加法运算器计算出完整控制输入力矩，输入电子液压制动系统。

优选地，所述的步骤1)中，电子液压制动系统的简易模型的数学表达式为：

T_S＝T_S1p+T_S2

T_C＝T_C1p+T_C2

其中，T_SS为采用简易模型计算出的摩擦力矩，n,n_threshold分别为电子液压制动系统的电机转速和电机转速门限值，T_S为静摩擦力矩，T_S1,T_S2分别为静摩擦力矩表达式的系数，p为实际压力，T_C为库伦摩擦力矩与动摩擦力矩的和，T_C1,T_C2分别为摩擦力矩表达式的系数。

优选地，所述的步骤2)中，摩擦补偿控制器的数学表达式为：

优选地，所述的步骤3)中，压力滑模控制器的数学表达式为：

其中，T_2S为前馈补偿力矩，K为滑模控制增益，λ,ε为系数，e和为液压力跟踪误差及其一阶导数。

优选地，所述的步骤4)具体包括以下步骤：

41)第二加法运算器根据摩擦补偿力矩T₁、第一控制输入力矩T₂计算出完整控制输入力矩T，即：

T＝T₁+T₂；

42)将完整控制输入力矩T输入电子液压制动系统，输出经补偿控制的实际液压力信号和实际电机转速信号。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

一、动态补偿：本发明中基于简易模型的摩擦补偿控制器通过在线调节适应实际压力的摩擦力矩，能够对电子液压制动系统的摩擦进行动态补偿，从而提高控制性能，同时摩擦模型关键参数的辨识过程简单有效，能够克服现有的电子液压制动系统压力控制方法的控制精度低、跟踪误差大、摩擦模型及其参数辨识复杂的缺点。

二、提高控制精度和鲁棒性：本发明采用简易摩擦模型估计电子液压制动系统的摩擦力矩，利用压力滑模控制器补偿电子液压制动系统的不确定性，二者结合有效补偿摩擦的影响，提高电子液压制动系统的控制精度和鲁棒性。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图。

图2为本发明的整体方法流程图。

图3为本发明采用比例-积分PI控制器作用下的液压力跟踪示意图。

图4为本发明采用简易摩擦补偿和压力滑模控制器作用下的液压力跟踪示意图。

图中标记说明：

1、第一加法运算器，2、压力滑模控制器，3、第二加法运算器，4、摩擦补偿控制器，5、电子液压制动系统。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例

本发明提供一种电子液压制动系统采用简易摩擦补偿和压力滑模控制系统，如图1所示，包括第一加法运算器1、压力滑模控制器2、第二加法运算器3、基于简易模型的摩擦补偿控制器4、电子液压制动系统5。

其中，第一加法运算器1的第一输入端输入期望压力信号。压力滑模控制器2的输入端与第一加法运算器1的输出端连接。第二加法运算器3的第一输入端与压力滑模控制器2的输出端连接。基于简易模型的摩擦补偿控制器4的输出端与第二加法运算器3的第二输入端连接。电子液压制动系统5的输入端与第二加法运算器3的输出端连接，电子液压制动系统5的第一输出端与基于简易模型的摩擦补偿控制器4的第二输入端连接，电子液压制动系统5的第二输出端分别与基于简易模型的摩擦补偿控制器4的第一输入端、第一加法运算器1的第二输入端连接。

第一加法运算器1将电子液压制动系统5输出的实际压力信号与期望压力信号进行相减运算，并将运算结果输入压力滑模控制器2的输入端。压力滑模控制器2根据获取的第一加法运算器1的运算结果计算出第一控制输入力矩。基于简易模型的摩擦补偿控制器4根据获取的电子液压制动系统5输出的实际压力信号与实际电机转速信号计算出摩擦补偿力矩。第二加法运算器3将压力滑模控制器2计算出的第一控制输入力矩与基于简易模型的摩擦补偿控制器4计算出的摩擦补偿力矩进行相加运算，获得完整控制输入力矩，并将所述完整控制输入力矩输入电子液压制动系统5中。电子液压制动系统5根据第二加法运算器3获得所述完整控制输入力矩进行动作，并输出实际压力、实际电机转速。

如图2所示，本发明提供一种电子液压制动系统简易摩擦补偿和压力滑模控制方法，该控制方法包含：

No.1，建立电子液压制动系统的简易摩擦模型，具体表述为：

No.1.1，建立静摩擦力矩与液压力之间的函数表达式：

T_S＝T_S1p+T_S2>

其中，T_S为静摩擦力矩，T_S1,T_S2分别为静摩擦力矩表达式的待定系数，p为液压力。

No.1.2，建立库伦摩擦力矩、动摩擦力矩与液压力之间的函数表达式：

T_C＝T_C1p+T_C2>

其中，T_C为库伦摩擦力矩、动摩擦力矩的和，T_C1,T_C2分别为摩擦力矩表达式的待定系数，p为液压力。

No.1.3，建立电子液压制动系统的简易摩擦模型：

其中，T_SS为采用简易摩擦模型计算出的摩擦力矩，n,n_threshold分别为电子液压制动系统的电机转速和电机转速门限值。

No.2，采用基于简易模型的摩擦补偿控制器计算出摩擦补偿力矩：

No.3，采用第一加法运算器和压力滑模控制器计算出第一控制输入力矩；

No.3.1，根据设定的期望液压力p_d与所述的电子液压制动系统输出的实际液压力，所述第一加法运算器计算出所述电子液压制动系统的液压力跟踪误差e：

e＝p-p_d>

No.3.2，根据所述步骤No.3.1计算出液压力跟踪误差e及其一阶导数所述压力滑模控制器计算出第一控制输入力矩T₂：

其中，T_2S为前馈补偿力矩，K为滑模控制增益，λ,ε为待定系数，

No.4，采用第二加法运算器计算出完整控制输入力矩，输入电子液压制动系统。

No.4.1，根据所述步骤No.2获取的摩擦补偿力矩T₁、所述步骤No.3获取的第一控制输入力矩T₂,所述第第二加法运算器计算出完整控制输入力矩T：

T＝T₁+T₂>

No.4.2，将所述完整控制输入力矩T输入所述电子液压制动系统，输出经补偿控制的实际液压力信号、实际电机转速信号。

本发明实施例中，取期望液压力信号为正弦信号为了能更好地说明本发明公开的一种电子液压制动系统简易摩擦补偿和压力滑模控制系统及方法的液压力跟踪性能，台架试验采用2种情况进行对比：

第1种情况，采用simulink实现PI控制算法，PI控制力矩具体为：

T_PI＝K_pe+K_I∫edt>

其中，K_p,K_I分别为比例增益和积分增益系数。取K_p＝0.05,K_I＝0.1。压力跟踪结果如图3所示。

第2种情况，基于本实施例提供的控制方法采用simulink实现。控制参数选取为：T_S1＝0.014,T_S2＝0.2288,T_C1＝0.0033,T_C2＝0.0361,n_threshold＝100rpm,T_2S＝0.02p_d,K＝0.05,λ＝1,ε＝0.5。压力跟踪结果如图4所示。

从上述台架试验结果可看出，PI控制器作用于电子液压制动系统，跟踪性能不好，存在明显误差。改用简易摩擦补偿和压力滑模控制器后，系统误差减小，跟踪性能有了明显提高。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的工作人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。