CN106218616B

CN106218616B - 一种无压力传感器的esc系统及其控制方法

Info

Publication number: CN106218616B
Application number: CN201610624267.7A
Authority: CN
Inventors: 陈杰; 李亮; 陆逸适
Original assignee: Tianjin Emtronix Huizhi Automobile Technology Co Ltd
Current assignee: Tianjin Trinova Automotive Technology Co ltd
Priority date: 2016-08-02
Filing date: 2016-08-02
Publication date: 2019-02-05
Anticipated expiration: 2036-08-02
Also published as: CN106218616A

Abstract

本发明提供一种用于无压力传感器的ESC系统的ESC控制方法，所述ESC系统至少包括ABS模块和AYC模块，所述ESC系统安装在被控车辆上。常规的ESC控制方法都是利用压力传感器测得的制动器主缸压力进行的控制。本发明的ESC控制方法对常规的ESC控制方法进行了改进，使其能够应用于无压力传感器的ESC系统，因而可以降低ESC系统的成本，更有利于其推广应用。本发明的ESC控制方法巧妙地利用了车辆自身的运动数据和轮胎转速数据对主缸压力进行了有效地评估，并且能够修正评估出现的误差，精度高、适应性好。

Description

一种无压力传感器的ESC系统及其控制方法

技术领域

本专利总地涉及机动车辆的制动控制系统，具体涉及在没有主缸压力传感器的情况下对车辆实现电子稳定性控制(ESC)的方法。

背景技术

ESC是目前广泛应用于乘用车的一种主动安全制动控制系统，它包含了制动防抱死(ABS)，牵引力控制系统(TCS)，主动横摆力偶矩控制(AYC)三个子系统。ESC通过对四个车轮进行独立的制动控制保证车轮始终充分利用地面附着力，从而控制车辆纵向的稳定性。同时ESC通过对左右车轮施加不同的制动力产生横摆力偶矩从而调整车辆的横摆角速度及车身侧偏角，使车辆尽可能按照驾驶员的期望轨迹运行。

目前普遍应用的ESC控制器中均包含一个压力传感器，用于测量制动器主缸中的制动液压力。制动器主缸压力值被用于制动管路的压力估算，估算的压力值又被用于计算控制指令。这样设计的ESC控制器存在明确划分的上层控制程序与制动器控制程序，上层程序只需要根据内置动力学模型计算出各个轮所需的制动压力即可，目标压力的实现与计算实现解耦。在此基础上也方便拓展其他通过控制制动压力来实现的功能。在制动力控制的层面上相当于采用了前馈+反馈的控制方式，提高了目标跟随的速度和准确度。

但这种构型因为使用了一个主缸压力传感器造成了一定的成本提升，也增加了液压控制单元(HCU)本体的加工工序。

发明内容

针对上述问题，本发明希望提供一种在无需压力传感器的情况下同样能够进行精准地进行ESC控制的控制方法。进而，可以降低ESC控制器的成本，同时其在功能上由于缺少主缸压力信息带来的问题可以通过充分利用反馈控制的方法进行补偿，仍可以达到基本的功能要求。

具体而言，本发明提供一种用于无压力传感器的ESC系统的ESC控制方法，所述ESC系统至少包括ABS模块和AYC模块，所述ABS模块用于进行制动防抱死控制，所述AYC模块用于进行车身横向稳定性控制，所述ESC系统安装在被控车辆上，其特征在于，所述方法包括下述步骤：

步骤(1)获取所述被控车辆的制动踏板信号，并且基于所述制动踏板信号判断所述被控车辆的制动踏板状态；

步骤(2)若所述制动踏板被踩下，则获取所述被控车辆的轮减速度信息；

步骤(3)基于所述轮减速度信息估计所述被控车辆的制动器的主缸压力，获得所述主缸压力的第一估计值，并基于所述第一估计值对制动压力进行控制；

步骤(4)获取所述被控车辆上车轮的滑移率，并且判断所述被控车辆上车轮的滑移率是否达到预定门限值；

步骤(5)若车轮的滑移率未达到所述预定门限值，则返回步骤(4)；若车轮的滑移率达到所述预定门限值，则基于所述轮减速度的梯度估计所述制动器的主缸压力，获得所述制动器的主缸压力第二估计值；

步骤(6)判断所述ESC系统是否触发了ABS模块的控制程序，若触发了ABS模块的控制程序则按照所述第二估计值设定用于控制所述被控车辆的制动器参数的初始值，否则返回至所述步骤(5)；

步骤(7)基于所述被控车辆的轮速信号调整所述第二估计值以及用于控制所述被控车辆的制动器的参数值，并基于调整后的所述第二估计值和所述制动器的参数值对所述制动器的制动压力进行控制。

优选地，所述方法还包括：

步骤(8)判断所述ESC系统是否触发了AYC模块的控制程序，若触发了AYC模块的控制程序则基于主缸压力估算值的最小可能值对制动压力进行控制。

步骤(9)基于车辆运动信息判断所述制动力控制是否发生超调，若发生超调则根据车辆运动信息判断超调程度并及时调整制动压力。

优选地，所述步骤(3)包括：基于下述公式对制动器的主缸压力进行估计：

p_mc＝0.5ma_wiR/(k₁+k₂)

其中p_mc为主缸压力，k₁，k₂为前后轴制动压力-制动力矩换算系数，R为车轮半径，m为整车质量，a_wi为轮减速度，i表示车轮的标号。

优选地，所述步骤(6)之后还包括步骤(6.1)判断所述制动器的制动压力增速是否超过第一增速阈值或低于第二增速阈值，其中，所述第一增速阈值高于所述第二增速阈值，如果所述制动器的制动压力增速高于所述第一增速阈值，则减小所述制动器的增压阀开度，降低主缸压力估算值；如果所述制动器的制动压力增速低于所述第二增速阈值，则增大所述制动器的增压阀开度，提高主缸压力估算值。

优选地，所述步骤(8)之后还包括：根据车辆横摆角速度、侧向加速度以及轮速信号判断所述制动器的制动压力是否超调，如果超调则进行制动压力的反向调整。

需要说明的是，本发明主要用在制动器的ESC控制系统不安装压力传感器的车辆配合使用。与本发明的方法配合使用的制动器为市售最常规的制动器。此外，本发明的控制方法是基于ESC控制系统的，除本发明特殊说明与常规ESC控制系统所采用的控制方法的不同之处外，本发明所提到的ESC控制方法中的各个控制模块均为常规的控制模块，采用常规的ESC控制方法。只是，本发明的方法在常规的ESC控制方法的基础上，实现了无压力传感器的控制方式。

本发明所提到的主缸压力估算值的最小可能值指的是在估算主缸压力第一估算值时采用较低的轮减速度计算值，在估算主缸压力第二估算值时采用较低的主缸压力梯度计算值计算。

本发明采用以上的技术方案具有以下优点：

(1)本发明的控制方法由于不需要获得制动器主缸压力传感器的信息，因此，可以在相应制动器中减少压力传感器的硬件成本，简化ESC控制器的制备工序，简化了液压控制单元(HCU)本体的结构，可降低6％-8％的生产成本。

(2)本发明采用的硬件构型只需对ESC控制软件增添主缸压力估算算法并简单修改AYC控制逻辑即可使用，移植性较好。

(3)在降低成本的同时本发明采用的方法可与传统ESC系统达到相同的牵引力控制性能，可达到传统ABS系统的防抱死控制性能，横摆力偶矩控制可达到相同的控制强度，基本不会降低控制的舒适性。

附图说明

图1是本发明控制方法所适用的ESC系统的制动管路示意图；

图2是本发明采用的ESC系统的控制逻辑框图。

附图标记说明：

10：制动主缸，11：电机，12：回流柱塞泵，14：常开限压阀，15：常闭吸入阀，16：常开增压阀，17：常闭减压阀，18：蓄能器，19：阻尼器，20～24：管路，31：制动轮缸，131～136：单向阀，

具体实施方式

实施例1

图1为本发明控制方法所适用的ESC系统的一种制动管路示意图。当然，本领域技术人员应该理解，本发明还可以应用于其他形式的制动管路。下面对于制动管路的介绍仅仅是为了便于本领域技术人员对本发明的了解。

如图1所示，该汽车制动系统包括：制动主缸10，电机11，回流柱塞泵12，1#单向阀131，2#单向阀132，3#单向阀133，4#单向阀134，5#单向阀135，6#单向阀136，常开限压阀14，常闭吸入阀15，常开增压阀16，常闭减压阀17，蓄能器18，阻尼器19，0#管路20，1#管路21，2#管路22，3#管路23，4#管路24，制动轮缸31。

图中虚线框内部的部件集成在铝质液压控制单元本体中，称为液压控制单元(HCU)。电磁阀通过电子线圈驱动，电磁线圈和电机的端子都直接焊接在电子控制单元(ECU)上。HCU主缸通过硬管组成的0#管路20连接，HCU与轮缸通过由硬管和软管连接组成的管路24连接。

该汽车制动系统的工作原理如下：

(1)正常制动时，制动踏板被踩下，制动主缸10建立压力。制动液经过0#管路20，常开限压阀14和1#单向阀131，2#管路22，常开增压阀16，4#管路24最终进入制动轮缸31，在车轮上产生制动力矩。

(2)当控制系统认为制动轮缸31的压力过高需要降低制动轮缸31的压力时，常闭减压阀17通电打开，常开增压阀16通电关闭，制动轮缸31中的制动液经过3#管路23流入蓄能器18。同时电机11通电带动回流柱塞泵12工作，将蓄能器18中的制动液经过0#管路20泵入到制动主缸10中。

(3)当控制系统判断需要在制动轮缸31建立压力但制动踏板没有踩下时，常闭吸入阀15通电打开，常开限压阀14通电关闭或部分关闭，电机11通电并带动回流柱塞泵12工作，制动主缸10中的制动液经过0#管路20、常闭吸入阀15、1#管路21、回流柱塞泵12、2#管路22、常开增压阀16进入制动轮缸31实现制动动作。

(4)当控制系统判断需要降低主动建立的制动轮缸31的压力时，常闭吸入阀15断电关闭，常开限压阀14断电打开或部分打开，制动轮缸31中的制动液经过4#管路24、常开增压阀16和6#单向阀136、2#管路22、常开限压阀14、0#管路20流回到制动主缸10。

图2为本发明采用的ESC系统的控制逻辑框图。

1)首先根据制动踏板信号判断驾驶员是否踩下了制动踏板。由于本发明方法对应的ESC控制系统与传统的ESC系统差别仅在于缺少主缸压力传感器，所以当驾驶员没有踩下制动踏板时，ESC控制系统可以确定主缸压力的准确值为0，此时，本发明方法所采用的控制方式与传统ESC系统中所采用的控制方法完全相同，控制效果也没有差别。

2)当驾驶员踩下制动踏板时

判断车轮的滑移率是否达到门限值λ_th1，如果没有达到该门限则根据制动压力与轮减速度的动力学关系估算制动器的主缸压力，当车轮的滑移率较小时，车轮的轮速约等于车辆的速度，可认为主缸压力与轮减速度的关系如下式所示

(2p_mck₁/R+2p_mck₂/R)/m＝a_wi

其中p_mc为主缸压力，k₁，k₂为前后轴制动压力-制动力矩换算系数，R为车轮半径，m为整车质量，a_w为轮减速度。所以进入ABS时的主缸压力可以认为是p_mc＝0.5ma_wiR/(k₁+k₂)。

3)如果车轮的滑移率达到门限值λ_th1，则认为步骤2)中的公式已不适用。此时主缸压力为p_mc1，驾驶员仍在继续增加踩踏板的力，但还未触发ESC的控制。经过试验可以发现在紧急制动中驾驶员在踩踏板的过程中是按照接近均匀的速度增加踏板力的，所以在滑移率达到门限λ_th1之后可以按照滑移率达到此门限之前主缸压力的变化速率dp_mc/dt继续估算主缸压力的变化量。即：p_mc＝p_mc1+dp_mc/dt*Δt。其中Δt为达到门限λ_th1后的时间。

滑移率是根据四个车轮的轮速传感器信号判断得到车速然后再计算得到滑移率λ＝(轮速-车速)轮速。这个量是在ESC控制器内的软件算法可以获得的量。

车轮滑移率的具体计算方法如下：首先通过轮速传感器测量得到四个车轮的轮速信号v_wi(i＝1,2,3,4代表四个车轮)。利用轮速信号计算轮加速度a_wi＝(v_{wi_k}-v_{wi_k-1})/T_cycle，其中v_{wi_k}为本周期的轮速，v_{wi_k-1}为上周期的轮速，T_cycle为控制器运行周期。选取第二大的车轮轮速作为参考车速的初始值v_ref0，然后判断该车轮的轮加速度a_w2nd绝对值是否超出了路面附着极限。假设ESC程序给出的路面附着系数的估计值为μ，那么轮加速度极限值应该为μg，如果|a_w2nd|<μg，说明车轮滑移率较小，v_ref0的可信度较高，此时采用v_ref0作为参考车速，即v_ref＝v_ref0，v_ref为参考车速。如果|a_w2nd|>μg，说明车轮滑移率较大，v_ref0的可信度较低，此时采用路面附着极限推算的加速度进行累加估算参考车速，即v_ref＝v_{ref_k-1}+sign(a_wi)|a_wi|T_cycle，其中v_{ref_k-1}为上周期估算的参考车速，sign(·)为取符号函数。得到车辆参考车速后按照如下公式计算每个车轮的滑移率：

其中，λ_i为第i个车轮的滑移率。

4)如果在估算主缸压力的过程中触发了ABS控制，则按照此时估算的主缸压力设定制动器控制的初始值，如增压阀的开度、电机的转速等。ABS的触发条件通常为1)轮缸存在制动压力，2)车轮滑移率达到一定门限(门限与附着系数有关)，3)车轮减速度达到一定门限。需要说明的是，本发明并不对ABS触发条件进行任何限制，本发明的方法可以与不同的ABS控制程序配合使用。

5)由于估算的主缸压力可能不准，在ABS的控制过程中可以根据每个控制循环(增压-保压-减压为一个控制循环)中轮速信号的反馈特征调整下一个控制循环中的控制参数。例如在增压时轮滑移率增长过快过大则说明制动器的主缸压力估算值偏低，下一循环增压时需要减小增压阀的开度，同时提高主缸压力的估算值。如果在增压时轮滑移率增长过慢过小则说明主缸压力估算值偏高，下一循环增压时需要增大增压阀的开度，同时降低主缸压力的估算值。如果没有出现上述情况，说明主缸压力估算值较准确，保持控制参数不变。重复此步骤直到ABS控制退出。

6)在步骤3)之后除了可能出现步骤4)的ABS控制外，同时可能触发AYC控制。AYC控制器以车辆的横摆角速度和车身侧偏角作为控制变量，首先根据二自由度车辆模型计算出当前车辆状态下驾驶员期望的横摆角速度ω_nom和车身侧偏角β_nom，然后对比实际测得的横摆角速度ω_real以及估算得到的车身侧偏角β_est与期望值的偏差Δω＝ω_real-ω_nom，Δβ＝β_est-β_nom，如果横摆偏差Δω或者侧偏角偏差Δβ达到一定的门限值ω_{thr_over}(过多转向横摆角速度偏差门限)，ω_{thr_under}(不足转向横摆角速度偏差门限)，β_{thr_over}(过多转向车身侧偏角偏差门限)，β_{thr_under}(不足转向车身侧偏角偏差门限)，AYC控制就会被触发。具体触发的逻辑如下：

在AYC控制中通常需要很快的增压速率以保证在短时间内保证车辆侧向稳定性，为了避免主缸压力估算值偏高导致主动增压速率不够快，按照主缸压力估算值的最小可能值设定控制参数即电磁阀开度和电机转速。以此保证AYC控制中不会因为主缸压力估算值偏差导致增压不足降低AYC控制器的控制能力。

7)由于AYC控制中采取了较为保守的主缸压力估算值，控制强度可能偏大，从而导致超调。通过横摆角速度、侧偏角、轮速的反馈信息可以判断是否发生了超调的情况，如果发生超调则可以随时调整各个轮缸的制动压力。判断超调的方法如下，以左转为例，当过多转向发生时，如果经过控制，Δω从大于ω_{thr_over}的数值被控制到小于ω_{thr_over_os}，或Δβ从小于β_{thr_over}的数值被控制到大于β_{thr_over_os}，或轮胎的滑移率超过了门限λ_{thr_os}，均认为AYC的制动力控制发生了超调，其中ω_{thr_over_os}为过多转向时的横摆角速度超调门限，β_{thr_over}为过多转向时的车身侧偏角超调门限，λ_{thr_os}为滑移率超调门限。不足转向和右转的情况与之类似。

例如一次过多转向过程中，ω_nom＝0.2rad/s，ω_{thr_over}＝0.06rad/s，ω_real＝0.3rad/s，β_nom＝-0.03rad，β_est＝-0.087rad，β_{thr_over}＝-0.035rad，Δβ＝0.057rad，ω_{thr_over_os}＝-0.15rad/s，β_{thr_over}＝0.05rad，λ_{thr_os}＝45％。根据AYC的判断逻辑Δω>ω_{thr_over}，Δβ>β_{thr_over}，所以判断为左转过多，触发了一次AYC对右前轮和右后轮的控制，控制过程中右前轮制动压力达到62.5bar，滑移率达到67.9％，右后轮制动压力达到了21.7bar，滑移率达到12.5％，ω_real达到了0.02rad/s，β_est达到了0.014rad，此时Δω＝-0.18rad/s，Δβ＝0.044rad，根据上面的方法可以判断横摆角速度和右前轮的滑移率控制出现了超调，右后轮没有发生滑移率控制超调。此时为了降低超调并尽量保持控制强度，需要降低右前轮的制动压力。

8)因为TCS控制器只有在驾驶员踩下油门踏板时才有可能工作，此时主缸压力为0，所以本发明采用的ESC系统中TCS的控制方法与传统ESC完全相同。

本发明可广泛应用于对成本敏感的低级别乘用车以及对舒适性和NVH要求不是非常高的农用、货用轻型车辆。

虽然上面结合本发明的优选实施例对本发明的原理进行了详细的描述，本领域技术人员应该理解，上述实施例仅仅是对本发明的示意性实现方式的解释，并非对本发明包含范围的限定。实施例中的细节并不构成对本发明范围的限制，在不背离本发明的精神和范围的情况下，任何基于本发明技术方案的等效变换、简单替换等显而易见的改变，均落在本发明保护范围之内。

Claims

1.一种用于无压力传感器的ESC系统的ESC控制方法，所述ESC系统至少包括ABS模块和AYC模块，所述ABS模块用于进行制动防抱死控制，所述AYC模块用于进行车身横向稳定性控制，所述ESC系统安装在被控车辆上，其特征在于，所述方法包括下述步骤：

2.根据权利要求1所述的用于无压力传感器的ESC系统的ESC控制方法，其特征在于，所述方法还包括：

步骤(8)判断所述ESC系统是否触发了AYC模块的控制程序，若触发了AYC模块的控制程序则基于主缸压力估算值的最小可能值对制动压力进行控制；

3.根据权利要求1所述的用于无压力传感器的ESC系统的ESC控制方法，其特征在于，所述步骤(3)包括：基于下述公式对制动器的主缸压力进行估计：

p_mc＝0.5ma_wiR/(k₁+k₂)

4.根据权利要求1所述的用于无压力传感器的ESC系统的ESC控制方法，其特征在于，

所述步骤(6)之后还包括步骤(6.1)判断所述制动器的制动压力增速是否超过第一增速阈值或低于第二增速阈值，其中，所述第一增速阈值高于所述第二增速阈值，如果所述制动器的制动压力增速高于所述第一增速阈值，则减小所述制动器的增压阀开度，降低主缸压力估算值；如果所述制动器的制动压力增速低于所述第二增速阈值，则增大所述制动器的增压阀开度，提高主缸压力估算值。

5.根据权利要求2所述的用于无压力传感器的ESC系统的ESC控制方法，其特征在于，

所述步骤(8)之后还包括：根据车辆横摆角速度、侧向加速度以及轮速信号判断所述制动器的制动压力是否超调，如果超调则进行制动压力的反向调整。