基于数字孪生的智能线控制动系统及其预测控制方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于数字孪生的智能线控制动系统及其预测控制方法，包括：智能线控制动系统、数字孪生云存储计算平台和终端交互系统；所述智能线控制动系统包括：实时制动响应采集模块、控制参数驱动模块、线控制动模块；所述数字孪生云存储计算平台包括：数字孪生虚拟模型模块、虚拟制动计算模块、生命周期演算模块、工作极限演算模块、控制参数数据库、数据处理模块；所述终端交互系统接收数字孪生云存储计算平台发送的信息数据，通过可视化处理后反馈给用户。本发明专利技术通过虚拟系统实现对智能线控制动系统的剩余健康寿命、极限工作范围等进行演算反馈，提升制动系统全生命周期的工作可靠度和安全性。靠度和安全性。靠度和安全性。

【技术实现步骤摘要】
基于数字孪生的智能线控制动系统及其预测控制方法


[0001]本专利技术属于汽车线控制动系统
，具体指代一种基于数字孪生的智能线控制动系统及其预测控制方法。

技术介绍

[0002]电子液压式线控制动系统是从传统的液压制动系统发展来，以电子元件替代了原有的部分机械元件，并将电子系统和液压系统相结合，是机电液一体化的高性能系统，其作为线控底盘的核心组成部分，直接影响到线控底盘以及智能汽车的可靠度、安全性等。
[0003]盘式制动器主要由制动盘、分泵、制动钳、油管等组成，构造简单，具有散热快、重量轻、调整方便、高负载时耐高温性能好，制动效果稳定，而且不怕泥水侵袭，可以在冬季低温和恶劣路况下行车。传统车辆的盘式制动器有平面式制动盘、打孔式制动盘以及划线式制动盘等类型，其能够满足被动散热过程的性能要求。但在新型电子液压线控制动系统中，仅仅通过被动散热的方式的进行制动系统热管理，难以满足全线控底盘对全生命周期动态健康管理的需求。而被动散热的方式，异常状态只有在制动系统发生问题后才能被发现，导致制动器热量回传给制动液引起气阻等现象，使得制动失效。因此传统制动系统，不能满足智能汽车对精细化和主动安全性的高标准要求，亟待出现可以实时管理检测制动散热系统的有效方法。
[0004]数字孪生技术以数字化的方式建立物理实体的多维度、多时空尺度、多学科、多物理量、多概率的数字化实体(动态虚拟模型)来仿真和刻画物理实体在真实环境中的属性、行为和规则等特性，在数字化空间(虚拟空间)中完成映射，从而反映相对应的物理实体的全生命周期过程的技术，是解决智能制造信息物理融合难题的有效方法，已在诸多工业化领域成功落地应用。但目前数字孪生技术在汽车线控制动领域的应用尚无公开报道，其在制动系统的健康预测、全生命周期管理和主动预测控制等方面具有很大的潜力。

技术实现思路

[0005]针对于上述现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种基于数字孪生的智能线控制动系统及其预测控制方法，以解决现有技术中线控制动系统的控制方法不主动，不能提前发现和预警潜在危险、无法在极限工况下精准仿真的问题。本专利技术通过搭建与物理智能线控制动系统完全一致的数字孪生云端虚拟系统模型，通过虚拟系统实现对智能线控制动系统的剩余健康寿命、极限工作范围等进行演算反馈，提升制动系统全生命周期的工作可靠度和安全性。
[0006]为达到上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：本专利技术的一种基于数字孪生的智能线控制动系统，包括：智能线控制动系统、数字孪生云存储计算平台和终端交互系统；所述智能线控制动系统包括：实时制动响应采集模块、控制参数驱动模块、线控制动模块；实时制动响应采集模块和控制参数驱动模块并联在车辆总线内，二者均通过网络
与数字孪生云存储计算平台进行数据交互，接收来自数字孪生云存储计算平台的控制指令并完成相应的响应；线控制动模块和控制参数驱动模块通过控制管路连接，线控制动模块接收来自控制参数驱动模块的指令进行制动操作，并对控制结果进行反馈；所述数字孪生云存储计算平台包括：数字孪生虚拟模型模块、虚拟制动计算模块、生命周期演算模块、工作极限演算模块、控制参数数据库、数据处理模块；所述数字孪生虚拟模型模块为数字孪生虚拟模型的创建提供数字空间，并提供与实际工作环境相匹配的仿真工作环境；生命周期演算模块和工作极限演算模块接收来自数字孪生虚拟模型模块的运行数据，并分别创建独立的运算空间进行数据计算，将计算得到的预警信号传输给数据处理模块，以及通过车联网传输预警信号给终端交互系统；虚拟制动计算模块接收来自数字孪生虚拟模型模块的运行数据进行仿真现实系统的运行，然后将虚拟运行数据传输给数据处理模块；数据处理模块接收虚拟制动计算模块的虚拟运行数据和智能线控制动系统的真实运行数据，并将处理后的控制信号发送给智能线控制动系统，及发送控制信号反馈至终端交互系统；数据处理模块基于数据组的传输形式将各控制指令和真实运行数据发送到控制参数数据库进行存储；所述终端交互系统接收数字孪生云存储计算平台发送的信息数据，通过可视化处理后反馈给用户。
[0007]进一步地，所述实时制动响应采集模块用于实时对线控制动模块的响应初始条件和响应结果进行数据采集和传输，其包括：传感器集合子模块和数据传输子模块；传感器集合子模块并联各个传感器，所述传感器包括但不限于加速度传感器、制动距离传感器、速度传感器、湿度传感器、温度传感器、电子踏板位移传感器、轮缸压力传感器，收集各响应初始数值、影响因子和响应结果；数据传输子模块通过网络与所述数据处理模块连接，将每一次传感器集合子模块采集的数据传输给数据处理模块。
[0008]进一步地，所述控制参数驱动模块用于实时对线控制动模块的控制器的控制参数设置进行数据采集，其包括：控制中枢模块和数据传输子模块；控制中枢模块控制线控制动模块中的控制器，并接收控制器发送的执行反馈数据，所述控制器包括但不限于电子控制单元、高压液压控制器、管路油压控制器、制动响应控制器、抗扰动控制器；数据传输子模块通过网络与所述数据处理模块相连，并将每一次控制中枢模块采集的数据传输给数据处理模块，以及将数据处理模块的控制信号传输给控制中枢模块，进行对应的控制响应。
[0009]进一步地，所述线控制动模块用于执行制动指令，包括但不限于储油杯、高压蓄能器、单向阀、溢流阀、盘式刹车片、制动轮缸、增压阀、电子踏板、电子控制单元、液压执行机构。
[0010]进一步地，所述数字孪生虚拟模型模块采用CAD画图法、CAE近似数值分析法和有限元法将智能线控制动系统中各部件进行数字化，并将各数字化部件在仿真工作环境中组装成数字孪生虚拟模型。
[0011]进一步地，所述数字孪生虚拟模型模块的运行数据包括：结构数据及环境参数数据，所述结构数据包括尺寸、结构、系统制动传递函数，所述环境参数数据包括空气湿度、温度（用于虚拟制动计算模块计算附着系数）。
[0012]进一步地，所述虚拟制动计算模块接收来自数字孪生虚拟模型模块的运行数据，根据虚拟环境参数、虚拟工作参数和虚拟模型结构的制动响应函数输出响应结果，并将响
应初始数值、影响因子和响应结果传输到所述数据处理模块；所述数字孪生虚拟模型模块的运行数据包括但不限于工作环境参数、连续工作时长、寿命状态。
[0013]进一步地，所述生命周期演算模块接收来自数字孪生虚拟模型模块的运行数据，用于根据瞬时虚拟工作状态和历史工作过程，对智能线控制动系统的剩余生命周期进行演算，对系统部件的有效剩余寿命进行核算校正并通过车载网反馈给终端交互系统，对有潜在寿命危险的部件进行预警提示。
[0014]进一步地，所述工作极限演算模块接收来自数字孪生虚拟模型模块的运行数据，用于根据瞬时虚拟工作环境变化趋势，对无法做出有效试验的极限工作条件或在现实试验中无法达到的极限工作条件进行演算，反馈系统及其部件的极限工作范围包括位移量、扭曲度、压应力、拉应力、剪切力，对当前趋势下可能出现的过载情况通过车载网反馈给终端交互系统，并进行及时的预警提示。
[0015]进一步地，所述控本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于数字孪生的智能线控制动系统，其特征在于，包括：智能线控制动系统、数字孪生云存储计算平台和终端交互系统；所述智能线控制动系统包括：实时制动响应采集模块、控制参数驱动模块、线控制动模块；实时制动响应采集模块和控制参数驱动模块并联在车辆总线内，二者均通过网络与数字孪生云存储计算平台进行数据交互，接收来自数字孪生云存储计算平台的控制指令并完成相应的响应；线控制动模块和控制参数驱动模块通过控制管路连接，线控制动模块接收来自控制参数驱动模块的指令进行制动操作，并对控制结果进行反馈；所述数字孪生云存储计算平台包括：数字孪生虚拟模型模块、虚拟制动计算模块、生命周期演算模块、工作极限演算模块、控制参数数据库、数据处理模块；所述数字孪生虚拟模型模块为数字孪生虚拟模型的创建提供数字空间，并提供与实际工作环境相匹配的仿真工作环境；生命周期演算模块和工作极限演算模块接收来自数字孪生虚拟模型模块的运行数据，并分别创建独立的运算空间进行数据计算，将计算得到的预警信号传输给数据处理模块，以及通过车联网传输预警信号给终端交互系统；虚拟制动计算模块接收来自数字孪生虚拟模型模块的运行数据进行仿真现实系统的运行，然后将虚拟运行数据传输给数据处理模块；数据处理模块接收虚拟制动计算模块的虚拟运行数据和智能线控制动系统的真实运行数据，并将处理后的控制信号发送给智能线控制动系统，及发送控制信号反馈至终端交互系统；数据处理模块基于数据组的传输形式将各控制指令和真实运行数据发送到控制参数数据库进行存储；所述终端交互系统接收数字孪生云存储计算平台发送的信息数据，通过可视化处理后反馈给用户。2.根据权利要求1所述的基于数字孪生的智能线控制动系统，其特征在于，所述实时制动响应采集模块用于实时对线控制动模块的响应初始条件和响应结果进行数据采集和传输，其包括：传感器集合子模块和数据传输子模块；传感器集合子模块并联各个传感器，所述传感器包括但不限于加速度传感器、制动距离传感器、速度传感器、湿度传感器、温度传感器、电子踏板位移传感器、轮缸压力传感器，收集各响应初始数值、影响因子和响应结果；数据传输子模块通过网络与所述数据处理模块连接，将每一次传感器集合子模块采集的数据传输给数据处理模块。3.根据权利要求1所述的基于数字孪生的智能线控制动系统，其特征在于，所述控制参数驱动模块用于实时对线控制动模块的控制器的控制参数设置进行数据采集，其包括：控制中枢模块和数据传输子模块；控制中枢模块控制线控制动模块中的控制器，并接收控制器发送的执行反馈数据，所述控制器包括但不限于电子控制单元、高压液压控制器、管路油压控制器、制动响应控制器、抗扰动控制器；数据传输子模块通过网络与所述数据处理模块相连，并将每一次控制中枢模块采集的数据传输给数据处理模块，以及将数据处理模块的控制信号传输给控制中枢模块，进行对应的控制响应。4.根据权利要求1所述的基于数字孪生的智能线控制动系统，其特征在于，所述数字孪生虚拟模型模块采用CAD画图法、CAE近似数值分析法和有限元法将智能线控制动系统中各部件进行数字化，并将各数字化部件在仿真工作环境中组装成数字孪生虚拟模型。5.根据权利要求1所述的基于数字孪生的智能线控制动系统，其特征在于，所述数字孪生虚拟模型模块的运行数据包括：结构数据及环境参数数据，所述结构数据包括尺寸、结
构、系统制动传递函数，所述环境参数数据包括空气湿度、温度。6.根据权利要求1所述的基于数字孪生的智能线控制动系统，其特征在于，所述数据处理模块，采用包括但不限于BP神经网络算法、Hopfield网络算法、ART网络算法和Kohonen网络算法中一种或多种任意组合的算法对数据进行分析处理；将瞬时寿命状态下的运行数据存入控制参数数据库中，接收来自其他模块的预警信...

【专利技术属性】
技术研发人员：许家沂，周小川，赵万忠，王健恺，栾众楷，王春燕，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：