一种电动汽车的EMB控制系统及其控制方法技术方案

本发明专利技术提供了一种电动汽车的EMB控制系统及其控制方法，旨在解决传统的制动系统多采用气、液、机械混合制动方式，制动反应慢的问题。一种电动汽车的EMB控制系统，包括CAN总线、一级节点控制系统和四个二级节点控制系统，四个二级节点控制系统分别用于控制四个车轮的制动。一级节点控制系统包括电子制动踏板、信号采集模块、一级微控制器和一级CAN总线收发器。二级节点控制系统包括二级CAN总线收发器、二级微控制器、驱动单元和执行器电机；二级CAN总线收发器通过CAN总线接收一级CAN总线收发器发出的控制信号。采用本发明专利技术电驱动系统可控性好、响应速度快，能明显提高汽车的主动安全性能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电动汽车用智能制动系统，尤其涉及一种电动汽车的EMB控制系统及其控制方法。
技术介绍
目前，汽车安全方面的提升主要通过主动和被动两种安全技术解决。被动安全技术以减少伤害为目的。主动安全技术是以预防为核心，当车辆出现不稳定状态时，对车辆进行稳定性控制；或在驾驶员出现误操作等现象时，识别驾驶员真实意图，并在不同的行驶环境中(例如粗糙或光滑地面)，能按照驾驶员的意图运行。所以，主动安全技术的发展越来越被重视。目前，汽车主动安全技术主要有视觉增强系统、距离警示系统、PRE-SAFE安全防护系统、防抱死系统(ABS)、偏离行驶路线警报系统、车辆稳定控制系统(ESP)、电子刹车力分布系统(EBD)、电子制动辅助系统(EBA)等十余种。传统的制动系统多采用气、液、机械混合制动方式，其缺点主要有元件数量多、制动反应慢、安全性能低等。例如，常见的大多数轿车均采用真空助力液压制动系统。它主要由：充液阀、蓄能器、机械制动踏板、钳盘制动器、以及制动尾灯开关，压力开关等组成。液压油经由充液阀向蓄能器供油后，一路进入脚踏阀，脚踏阀实际上是一个脚踩的比例换向阀，然后再进入轮胎旁的制动器。由此可见，在整个制动过程中，液压油经油泵出来，须经过较长的液压管道再传到制动主缸中，会使制动效果滞后。由于受其结构和原理限制，存在的一些固有缺陷无法通过技术手段解决，如液压压力建立和消除迟滞，压力控制不精确等，需要进一步提高制动效果十分困难，因此，使用传统技术难以促使汽车制动安全进一步提升。传统的液压驱动制动系统在人机工程学方面也存在问题，在使用这些制动系统时，如果ABS起作用，驾驶员能够感觉到机械制动踏板上的压力振动，这样的振动是由于在液压回路中压力变化较大引起的，事实上，液压驱动制动系统与机械制动踏板是相连的，因此，它们的动作不可能不受驾驶员踩踏板的影响，而且它们是相互叠加在一起的。此外，车辆刹车时，车轮提供给车辆的制动力的大小就为制动力系数。防抱死制动系统(ABS)的最终目的，就是尽量使制动效果达到最佳的程度，追求制动力系数的最大值，使其极大的改进汽车在极端环境下的安全性，能够在保持轮胎与路面最大纵向附着力的同时，保持较大的确保汽车可操纵性能的侧向附着力。传统的方法有两个：一个是采用车轮制动力系数作为控制变量，如果路面情况发生变化，在不同路面上仍采用车轮制动力系数η作为控制变量，其动态特性则会比较差。如果控制变量为标准的线性车轮制动力系数η，则相应的设定点值即为那么，在不同的附着系数路面上行驶时，设定点的选择非常关键，并且不可能找到能够兼顾各种道路条件的唯一的值。因为：A、如果选择较大的值(如：)，虽然车轮制动力控制在高附着系数路面能够提供最佳性能，但在低附着系数路面车轮动态特性就不存在任何平衡点；B、如果选择较低的值(如：)，虽然能够保证在各种道路条件下找到平衡点，但这对高附着系数的路面将导致过于保守的设计。另一个是采用了调节车轮滑移率λ作为控制变量，对其动态特性而言，其具有较好的鲁棒性。其一、给定一个设定点能够保证唯一的平衡点；其二、的选择较容易，能较容易找到在各种不同附着系数道路下提供非常好结果的值，这样就能允许固定结构的恒定增益K的控制器，不需要实时识别和检测道路条件；其三、具有固定结构的恒定增益K的控制器，可保证任意值和任何道路条件下闭环系统的渐近稳定性。但是，采用滑移率控制的主要缺点是车轮滑移率的测量相当困难并且可靠性差，尤其是在低速条件下。
技术实现思路
本专利技术提供了一种电动汽车的EMB控制系统，旨在解决传统的制动系统多采用气、液、机械混合制动方式，制动反应慢的问题。为了解决以上技术问题，本专利技术通过以下技术方案实现：一种电动汽车的EMB控制系统，包括CAN总线、一级节点控制系统和四个二级节点控制系统，四个二级节点控制系统分别用于控制四个车轮的制动。一级节点控制系统包括电子制动踏板、信号采集模块、一级微控制器和一级CAN总线收发器；信号采集模块用于采集发动机转速信号、车轮轮速信号、电子制动踏板行程信号和电子制动踏板速度信号；信号采集模块将采集的信号传送到一级微控制器；一级微控制器将采集的信号转换为控制信号，一级微控制器将控制信号传送给一级CAN总线收发器。二级节点控制系统包括二级CAN总线收发器、二级微控制器、驱动单元和执行器电机；二级CAN总线收发器通过CAN总线接收一级CAN总线收发器发出的控制信号，二级微控制器接收来自二级CAN总线收发器发出的控制信号；二级微控制器接收的控制信号通过驱动单元传送给执行器电机，执行器电机控制车轮的制动。电子机械制动系统(Electro-MechanicalBraking，简称EMB)。EMB系统去除了所有液压、气压系统，它是一种纯电气部件组成的系统，用电机驱动单元代替传统的执行器，由电机产生制动力。当检测到机械制动踏板被踩下时，依据采集的电子制动踏板行程值、电子制动踏板、踩踏速度、车轮转速以及发动机转速，控制执行器电机的转速及流过的最大电流，再把产生制动力矩转化为制动块平动与制动盘接触，达到制动的目的。一级节点的数据通过CAN总线传输到四个二级节点。进一步，一级微控制器和二级微控制器均为STM32微控制器，一级微控制器和二级微控制器内部均集成了bxCAN控制器。bxCAN控制器符合CAN2.0B标准，与数据发送和接收有关的所有协议处理均由该控制器完成，并可使用汽车CAN总线J1939协议实现网络通信。优选STM32F103嵌入式芯片，STM32F103嵌入式芯片内部集成有bxCAN控制器。进一步，信号采集模块包括计数器脉冲采集单元、位移传感器和踏板速度传感器。计数器脉冲采集单元包括磁电传感器、光隔离器和电压比较器；光隔离器将磁电传感器采集的车轮轮速电信号转为光信号，光信号通过电压比较器转换为脉冲信号；一级节点控制系统还包括电位器，电位器与电压比较器的反向输入端相连。位移传感器用于采集电子制动踏板的行程信号；踏板速度传感器用于采集电子制动踏板的踩踏速度信号。一级节点控制系统还包括AD转换器，位移传感器和踏板速度传感器将采集的信号通过AD转换器转换后传送给一级微控制器。通过AD转换测试踏板行程变化及其速度变化率。进一步，一级微控制器与一级CAN总线收发器之间设有信号隔离器。进一步，EMB控制系统还包括用于调节信号采集模块采集的信号与一级微控制器电压不同的电平转换器。进一步，EMB控制系统还包括用于调节信号采集模块采集的信号与一级微控制器电压不同的电平转换器。在电路设计过程中，由于控制芯片STM32与输入的调理信号电压不相同，计数脉冲信号为5V，STM32为3V。3V器件的输出是不能可靠地驱动5V的CMOS器件，在最坏的情况下，当VDD＝5.5V时所要求的VIH至少是3.85V(70％VDD)，而3V的器件是不能达到的。因此，在这种复杂、高速的数字系统中，需要进行逻辑电平转换。电平转换器可以采用以下两种方案中的一种：第一种方案：电平转换器为双电源的电平转换器。电平转换器采用74LVC4245，74LVC4245是一种双电源的电平转换器。74LVC4245采用两个供电电源，高电源(5V)接VCCA，低电源(3V)接VCCB，则可实现5V器件和3V器件的电平转换。74LVC4245本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电动汽车的EMB控制系统，其特征是：包括CAN总线、一级节点控制系统和四个二级节点控制系统，四个二级节点控制系统分别用于控制四个车轮的制动；一级节点控制系统包括电子制动踏板、信号采集模块、一级微控制器和一级CAN总线收发器；信号采集模块用于采集发动机转速信号、车轮轮速信号、电子制动踏板行程信号和电子制动踏板速度信号；信号采集模块将采集的信号传送到一级微控制器；一级微控制器将采集的信号转换为控制信号，一级微控制器将控制信号传送给一级CAN总线收发器；二级节点控制系统包括二级CAN总线收发器、二级微控制器、驱动单元和执行器电机；二级CAN总线收发器通过CAN总线接收一级CAN总线收发器发出的控制信号，二级微控制器接收来自二级CAN总线收发器发出的控制信号；二级微控制器接收的控制信号通过驱动单元传送给执行器电机，执行器电机控制车轮的制动。

【技术特征摘要】
1.一种电动汽车的EMB控制系统，其特征是：包括CAN总线、一级节点控制系统和四个二级节点控制系统，四个二级节点控制系统分别用于控制四个车轮的制动；一级节点控制系统包括电子制动踏板、信号采集模块、一级微控制器和一级CAN总线收发器；信号采集模块用于采集发动机转速信号、车轮轮速信号、电子制动踏板行程信号和电子制动踏板速度信号；信号采集模块将采集的信号传送到一级微控制器；一级微控制器将采集的信号转换为控制信号，一级微控制器将控制信号传送给一级CAN总线收发器；二级节点控制系统包括二级CAN总线收发器、二级微控制器、驱动单元和执行器电机；二级CAN总线收发器通过CAN总线接收一级CAN总线收发器发出的控制信号，二级微控制器接收来自二级CAN总线收发器发出的控制信号；二级微控制器接收的控制信号通过驱动单元传送给执行器电机，执行器电机控制车轮的制动。2.根据权利要求1所述的一种电动汽车的EMB控制系统，其特征是：一级微控制器和二级微控制器均为STM32微控制器，一级微控制器和二级微控制器内部均集成了bxCAN控制器。3.根据权利要求1所述的一种电动汽车的EMB一级控制系统，其特征是：信号采集模块包括计数器脉冲采集单元、位移传感器和踏板速度传感器；计数器脉冲采集单元包括磁电传感器、光隔离器和电压比较器；光隔离器将磁电传感器采集的车轮轮速电信号转为光信号，光信号通过电压比较器转换为脉冲信号；一级节点控制系统还包括电位器，电位器与电压比较器的反向输入端相连；位移传感器用于采集电子制动踏板的行程信号；踏板速度传感器用于采集电子制动踏板的踩踏速度信号；一级节点控制系统还包括AD转换器，位移传感器和踏板速度传感器将采集的信号通过AD转换器转换后传送给一级微控制器。4.根据权利要求1所述的一种电动汽车的EMB控制系统，其特征是：所述一级微控制器与一级CAN总线收发器之间设有信号隔离器。5.根据权利要求1所述的一种电动汽车的EMB控制系统，其特征是：EMB控制系统还包括用于调节信号采集模块采集的信号与一级微控制器电压不同的电平转换器。6.根据权利要求5所述的一种电动汽车的EMB控制系统，其特征是：所述电平转换器为双电源的电平转换器。7.根据权利要求5所述的一种电动汽车的EMB控制系统，其特征是：所述电平转换器为高速CMOS总线开关。8.根据权利要求1所述的一种电动汽车的EMB控制系统，其特征是：EMB制动系统还包括车速采集模块、制动力采集模块、轮胎载荷采集模块、比例控制器和用于制动车轮的制动块；车速采集模块用于采集车速信息，制动力传感器用于采集执制动块对车轮的制动力数据，轮胎载荷采集模块用于轮胎与路面接触点的垂直载荷力，车速采集模块、制动力采集模块和轮胎载荷采集模块均将采集数据传送到一级微控制器；EMB制动系统根据车轮制动力系数与车轮滑移率的凸组合控制制动执行器电机；凸组合获取方法依次包括以下步骤：A：在一级微控制器中，定义输出控制变量ε，B、对控制变量ε进行调节，控制变量ε经过恒定增益的比例控制器K，再经过传递函数Gη(s)，然后与dη的叠加得到η；控制变量ε经过传递函数Gλ(s)，再与dλ叠加得到λ；然后通过下式得到调节后的ε：ε＝αλ+(1-α)η，α∈[0,...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗茂元，陈天伟，
申请(专利权)人：四川城市职业学院，
类型：发明
国别省市：四川;51