專利名稱：智能制動防抱死系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種智能制動防抱死系統(tǒng)，屬汽車附件領(lǐng)域。
目前，國內(nèi)外已提出過多種制動防抱死裝置，但較典型的有兩種方案一種是閉環(huán)控制方案，該方案采用電磁閥等多個液壓元件組成的液壓、電子反饋控制系統(tǒng)，雖然性能較好，但是其中液壓元件多，系統(tǒng)復(fù)雜，價格昂貴，在一般的車輛上難以應(yīng)用，只能用于非常高級的轎車上；另一種是開環(huán)方案，是機(jī)械式的，其結(jié)構(gòu)是簡單了很多，但由橡皮囊，多個彈簧、結(jié)構(gòu)形狀復(fù)雜的殼體，高壓空氣腔等組成，制造困難，成本高，性能上致命的弱點是對路面的適應(yīng)性差，也無法加裝電子反饋系統(tǒng)，改善性能。
本實用新型的目的是設(shè)計一種新型的制動防抱死裝置，在這個裝置中提出了一整套自學(xué)習(xí)制動防抱死算法，采用了先進(jìn)的自適應(yīng)模糊控制理論和全新的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，設(shè)計出智能制動防抱死系統(tǒng)。用以克服目前制動裝置所存在的缺點，用于改善車輛、飛機(jī)等的傳統(tǒng)液壓制動系統(tǒng)的性能，防止車輛或飛機(jī)在緊急制動過程中制動力過小，制動距離過長，或制動力過大，車輪(機(jī)輪)抱死，車輛(飛機(jī))失去轉(zhuǎn)向能力或發(fā)生側(cè)滑、跑偏等缺點。
為了實現(xiàn)本實用新型的目的，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理如圖(1)及控制原理框圖(2)所示。整個系統(tǒng)有腳踏板1、總泵2(由它供油)、彈簧機(jī)械裝置(上蓋3.1、螺母3.6、螺桿3.3、彈簧3.4等組成，詳見圖3)，分泵4、傳感器5、控制器6、力矩電機(jī)7組成。彈簧3.4調(diào)有一定的預(yù)緊力P0，在彈簧預(yù)緊力作用下建立制動油壓初值P0。當(dāng)腳踏板1動作之后，總泵2供油，經(jīng)過上蓋3.1的液壓油腔到分泵4產(chǎn)生制動力，當(dāng)制動力達(dá)到油壓初值P0后，車輪實際滑移率S與期望滑移率Sc之差較大(為正)，傳感器5檢測到的信號反饋給控制器6，則模糊控制器6輸出控制量ΔPu，控制量控制電機(jī)旋轉(zhuǎn)帶動螺母旋轉(zhuǎn)3.6，螺桿產(chǎn)生位移，帶動活塞移動，從而減小油腔的壓力ΔPu，最終使制動力減小，實際的滑動率S減小，它與期望滑移率Sε之差減小。反之亦然，就是這樣自動控制達(dá)到防抱死的目的。剎車制動過程結(jié)束后整個裝置又回到初始狀態(tài)鎖定。系統(tǒng)的主要設(shè)計思想是在剎車時系統(tǒng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的彈簧機(jī)械裝置與液壓制動系統(tǒng)形成液壓耦合系統(tǒng)，由彈簧機(jī)械裝置隨時吸收和釋放制動系統(tǒng)的脈動，調(diào)節(jié)液壓制動系統(tǒng)的油壓，采用自適應(yīng)模糊控制技術(shù)在線調(diào)整彈簧機(jī)械裝置，以控制系統(tǒng)油壓從而控制制動力矩，使車輪運(yùn)動滿足一定的性能指標(biāo)(車輪滑動率保持在18％左右、或車輪為一定的最大角減速度)，以獲得最大地面制動力，又不致于使車輪抱死，且制動距離比抱死時的距離短，同時由于此時車輪不抱死，汽車還能有良好的轉(zhuǎn)向能力和防止側(cè)滑的能力。
下面分別介紹一下模糊控制器和彈簧機(jī)械裝置1、模糊控制器控制規(guī)律采用車輪滑動率S、或車輪角減速度ε作為被控制量，制動力矩(即為液壓制動系統(tǒng)的油壓)作為控制量，使達(dá)到一定的控制性能指標(biāo)值(滑動率的期望值Sc＝18％左右、或車輪最大角減速度εmax為最大)。
如果能夠得到準(zhǔn)確的制動器的數(shù)學(xué)模型和車輪動力學(xué)模型，就可以用現(xiàn)代控制理論中的最優(yōu)控制或極點配置，魯棒控制等控制方法來設(shè)計控制器，但實際上很難得到它們的精確模型，并且汽車的載荷、路面狀況都在不斷變化，因此模型也在不斷變化，即使能夠得到一組比較準(zhǔn)確的數(shù)學(xué)模型，基于此模型設(shè)計的控制器業(yè)是難以適應(yīng)以上的各種變化的。模糊控制不依賴于系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，且有很強(qiáng)的魯棒性，為設(shè)計控制器提供了有效的手段。
取實際被控制量(車輪滑動率S、或角減速度ε)與其期望值(期望滑移率Sc、或最大角減速度εmax)的誤差e和誤差變化率為模糊控制器輸入，以控制量油壓變化量ΔPu為模糊控制器的輸出。將被控制量的誤差e和誤差變化率及控制量的變化ΔPu分別分為若干個語言值，其對應(yīng)論域分為若干個等級，建立模糊語言變量的模糊子集。根據(jù)液壓制動系統(tǒng)臺架試驗和路面試驗數(shù)據(jù)，與的定性關(guān)系和工程經(jīng)驗，總結(jié)出若干條控制規(guī)則。
根據(jù)模糊控制器的輸入量的誤差和變化率的模糊語言值經(jīng)模糊控制規(guī)則推理出模糊控制器的輸出語言值，經(jīng)模糊決策后求得精確值來調(diào)節(jié)油壓改變制動力矩。根據(jù)模糊控制規(guī)則；離線形成模糊控制表，在線查表計算控制其輸出。
為增加模糊控制系統(tǒng)的自適應(yīng)性，設(shè)計自校正校正裝置對量化因子和比例因子進(jìn)行在線調(diào)節(jié)，調(diào)整模糊變量的論域等級和系統(tǒng)增益。使系統(tǒng)對路況的適應(yīng)增強(qiáng)，增強(qiáng)了防抱死系統(tǒng)的自適應(yīng)能力。
模糊控制器采用單片機(jī)實現(xiàn)，實際的滑移率S是根據(jù)傳感器測得的車輪轉(zhuǎn)速和水平加速度由來計算。2、執(zhí)行機(jī)構(gòu)的彈簧機(jī)械裝置彈簧機(jī)械裝置原理如圖3、由上蓋3.1、殼體3.2、活塞桿3.3、彈簧3.4、下蓋3.5、螺旋套3.6組成，從上蓋3.1到螺旋套3.6組成彈簧機(jī)械裝置3。上蓋3.1的兩端管咀與液壓制動系統(tǒng)的油路相連。機(jī)械裝置通過螺旋套3.6與直流力矩伺服電機(jī)相連組成新的執(zhí)行機(jī)構(gòu)3。由模糊控制器來控制油路油壓。將該裝置中的活塞桿3.3下端的螺旋改成螺紋，螺旋套3.6換成螺母，則執(zhí)行機(jī)構(gòu)的機(jī)械裝置構(gòu)成一種新型的機(jī)械式防抱死裝置。將彈簧預(yù)緊力設(shè)置在一般路面的臨界抱死壓力時，活塞、彈簧機(jī)構(gòu)與液壓制動系統(tǒng)形成耦合系統(tǒng)，由彈簧機(jī)械裝置吸收和釋放制動系統(tǒng)的油壓脈動，從而調(diào)節(jié)制動系統(tǒng)油壓，防止車輪抱死。
本實用新型的新特點一、它是一種集汽車工程技術(shù)，計算機(jī)技術(shù)，自適應(yīng)模糊控制技術(shù)，測試技術(shù)，試驗技術(shù)為一體的綜合技術(shù)。二、設(shè)計了全新的閉環(huán)控制系統(tǒng)，是機(jī)、電、液一體化系統(tǒng)。三、采用自適應(yīng)模糊控制技術(shù)，用單片機(jī)來實現(xiàn)控制算法，使系統(tǒng)對路況變化適應(yīng)性更強(qiáng)。四、新的執(zhí)行機(jī)構(gòu)由殼體、活塞、彈簧、螺旋傳動機(jī)構(gòu)等機(jī)械裝置和電機(jī)組成。執(zhí)行機(jī)構(gòu)簡單。機(jī)械裝置的殼體、活塞、彈簧等部分本身就構(gòu)成一種新型防抱死裝置，這部分提高了整個系統(tǒng)的可靠性。五、提出了新的防抱死控制算法，簡化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。


圖1是智能制動防抱死系統(tǒng)原理圖；圖2是智能制動防抱死系統(tǒng)控制原理方框圖；圖3是執(zhí)行機(jī)構(gòu)3的機(jī)械裝置原理圖。
〖實施例1〗為了實現(xiàn)本實用新型的目的，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理如圖(1)及原理框圖(2)所示。系統(tǒng)的主要設(shè)計思想是在剎車時系統(tǒng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的彈簧機(jī)械裝置與液壓制動系統(tǒng)形成液壓耦合振動系統(tǒng)。調(diào)節(jié)液壓系統(tǒng)采用自適應(yīng)模糊控制技術(shù)，在線調(diào)整彈簧機(jī)械裝置，以控制系統(tǒng)油壓從而控制制動力矩，使車輪滑動率保持在15～20％，以獲得最大地面制動力，又不致于使車輪抱死，且制動距離比抱死時的距離短，同時由于此時車輪不抱死，汽車還能有良好的轉(zhuǎn)向能力和防止側(cè)滑的能力。
1、模糊控制器設(shè)計控制規(guī)律采用車輪滑動率S作為控制量，制動力矩(即為液壓制動系統(tǒng)的油壓)作為控制量，使滑動率的期望值Sc＝18％左右。
取實際滑動率與和期望值Sc的誤差e和誤差變化率為模糊控制器輸出。將滑動率的誤差分為8個語言值，即正大PB、正中PM、正小PS、正零PZ、負(fù)零NZ、負(fù)小NS、負(fù)中NM、負(fù)大NB，對應(yīng)論域分為十四個等級，誤差變化率分為七個語言變量，正大PB、正中PM、正小PS、零Z、負(fù)小NS、負(fù)中NM、負(fù)大NB，同樣將油壓變化量分為七個語言值，對應(yīng)論域分為十四個等級。根據(jù)液壓制動系統(tǒng)臺架試驗和路試的數(shù)據(jù)，與的定性關(guān)系和工程經(jīng)驗，總結(jié)出56條控制規(guī)則。
根據(jù)需求滑動率的誤差和變化率的模糊語言值經(jīng)模糊控制規(guī)則推理出模糊控制器的輸出語言值，經(jīng)模糊決策后求得精確值來調(diào)節(jié)油壓改變制動力矩。根據(jù)模糊控制規(guī)則；離線形成模糊控制表，在線查表計算控制其輸出。
為增加模糊控制系統(tǒng)的自適應(yīng)性，設(shè)計自校正校正裝置對量化因子和比例因子進(jìn)行在線調(diào)節(jié)，調(diào)整模糊變量的論域等級和系統(tǒng)增益。使系統(tǒng)對路況的適應(yīng)增強(qiáng)，增強(qiáng)了防抱死系統(tǒng)的自適應(yīng)能力。
模糊控制器采用8098單片機(jī)實現(xiàn)，實際的滑移率S是根據(jù)傳感器測得的車輪轉(zhuǎn)速和水平加速度由8098來計算。
〖實施例2〗為了實現(xiàn)本實用新型的目的，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理如圖(1)及原理框圖(2)所示。系統(tǒng)的主要設(shè)計思想是在剎車時系統(tǒng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的彈簧機(jī)械裝置與液壓制動系統(tǒng)形成液壓耦合振動系統(tǒng)。調(diào)節(jié)液壓系統(tǒng)采用自適應(yīng)模糊控制技術(shù)，在線調(diào)整彈簧機(jī)械裝置，以控制系統(tǒng)油壓從而控制制動力矩，使車輪角減速度為最大值即εmax，以獲得最大地面制動力，又不致于使車輪抱死，且制動距離比抱死時的距離短，同時由于此時車輪不抱死，汽車還能有良好的轉(zhuǎn)向能力和防止側(cè)滑的能力。
1、模糊控制器設(shè)計控制規(guī)律采用車輪角減速度作為被控制量，制動力矩(即為液壓制動系統(tǒng)的油壓)作為控制量，使角減速度的期望值等于最大角減速度εmax。
取角減速度與和最大角減速度ε的誤差e和誤差變化率為模糊控制器輸人，油壓變化量為模糊控制器的輸出。將角減速度的誤差分為8個語言值，即正大PB、正中PM、正小PS、正零PZ、負(fù)零NZ、負(fù)小NS、負(fù)中NM、負(fù)大NB，對應(yīng)論域分為十四個等級，誤差變化率分為七個語言變量，正大PB、正中PM、正小PS、零Z、負(fù)小NS、負(fù)中NM、負(fù)大NB，同樣將油壓變化量分為七個語言值，對應(yīng)論域分為十四個等級。根據(jù)液壓制動系統(tǒng)臺架試驗和路試的數(shù)據(jù)，與的定性關(guān)系和工程經(jīng)驗，總結(jié)出56條控制規(guī)則。
根據(jù)被控制量角減速度ε的誤差和變化率的模糊語言值經(jīng)模糊控制規(guī)則推理出模糊控制器的輸出語言值，經(jīng)模糊決策后求得精確值來調(diào)節(jié)油壓改變制動力矩。根據(jù)模糊控制規(guī)則；離線形成模糊控制表，在線查表計算控制其輸出。
為增加模糊控制系統(tǒng)的自適應(yīng)性，設(shè)計自校正校正裝置對量化因子和比例因子進(jìn)行在線調(diào)節(jié)，調(diào)整模糊變量的論域等級和系統(tǒng)增益。使系統(tǒng)對路況的適應(yīng)性增強(qiáng)，增強(qiáng)了防抱死系統(tǒng)的自適應(yīng)能力。
模糊控制器采用8098單片機(jī)實現(xiàn)，實際的角減速度是根據(jù)傳感器測得的車輪轉(zhuǎn)速和水平加速度由8098來計算。
權(quán)利要求1.本實用新型涉及的智能制動防抱死系統(tǒng)，其特征是智能制動防抱死系統(tǒng)由執(zhí)行機(jī)構(gòu)、控制器6和傳感器5測量反饋系統(tǒng)組成，傳感器測量的數(shù)據(jù)傳送給控制器，控制器6的單片計算機(jī)計算，輸出控制量給執(zhí)行機(jī)構(gòu)，執(zhí)行機(jī)構(gòu)根據(jù)控制器給出的控制信號進(jìn)行工作，調(diào)節(jié)制動系統(tǒng)的油壓，控制器采用自適應(yīng)模糊控制，在以車輪滑移率S作為被控制量，制動系統(tǒng)油壓Pu作為控制量，使滑移率的期望值＝18％左右，取實際滑移率與期望滑移率的誤差e和誤差的變化率為模糊控制器的輸入，油壓變化量ΔPu作為模糊控制器的輸出，根據(jù)被控制量滑移率的誤差e和誤差變化率的模糊語言值經(jīng)模糊控制規(guī)則推理出模糊控制器的輸出語言值，經(jīng)模糊決策后求得精確值來調(diào)節(jié)油壓改變制動力矩，模糊控制器的自校正裝置對量化因子和比例因子進(jìn)行在線調(diào)節(jié)，調(diào)整論域等級和系統(tǒng)增益
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述智能制動防抱死系統(tǒng)，其特征是智能制動防抱死系統(tǒng)由執(zhí)行機(jī)構(gòu)、控制器6和傳感器5測量反饋系統(tǒng)組成，傳感器測量的數(shù)據(jù)傳送給控制器，控制器6的單片計算機(jī)計算，輸出控制量給執(zhí)行機(jī)構(gòu)，執(zhí)行機(jī)構(gòu)根據(jù)控制器給出的控制信號進(jìn)行工作，調(diào)節(jié)制動系統(tǒng)的油壓，控制器采用自適應(yīng)模糊控制，以最大角減速度ε為被控制量，制動系統(tǒng)油壓作為控制量時，取實際角減速度與期望值εmax的誤差e和變化率作為模糊控制器的輸入，油壓變化ΔPu作為控制器的輸出，根據(jù)被控制量角減速度的誤差e和誤差變化率的模糊語言值經(jīng)模糊控制規(guī)則推理出模糊控制器的輸出語言值，經(jīng)模糊決策后求得精確值來調(diào)節(jié)油壓改變制動力矩。模糊控制器的自校正裝置對量化因了和比例因子進(jìn)行在線調(diào)節(jié)，調(diào)整論域等級和系統(tǒng)增益。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能制動防抱死裝置，其特征在于執(zhí)行機(jī)構(gòu)的機(jī)械裝置3，由上蓋3.1、殼體3.2、活塞桿3.3、彈簧3.4、下蓋3.5、螺套3.6、組成，上蓋3.1的兩端進(jìn)、出口與液壓系統(tǒng)相連，螺旋套3.6與直流步進(jìn)電機(jī)7相連，彈簧3.4可以安裝在活塞桿的下端與下蓋3.5之間，也可以安裝在殼體3.2內(nèi)腔頂端與活塞桿33的活塞上端之間。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能制動防抱死裝置，其特征在于執(zhí)行機(jī)構(gòu)的彈簧機(jī)械裝置3，將活塞桿3.3下端的制成螺紋，并制成螺母套3.6，彈簧機(jī)械裝置3構(gòu)成一種新型的機(jī)械式防抱死裝置，彈簧3.4可以是塔形彈簧，也可以是二者的組合。
專利摘要本實用新型屬汽車附件,本實用新型的目的是綜合目前制動防抱死裝置的優(yōu)點,克服其缺點,研制出性能好,成本低的智能制動防抱死系統(tǒng)。采用先進(jìn)的自適應(yīng)模糊控制理論和新型的執(zhí)行機(jī)構(gòu),從而設(shè)計出智能制動防抱死系統(tǒng),系統(tǒng)由腳踏板1、總泵2、油腔3.1、分泵4、傳感器5、控制器6、力矩電機(jī)7、螺母3.6、螺桿3.3、彈簧3.4組成。本系統(tǒng)的新型執(zhí)行機(jī)構(gòu)單獨使用是一種新型的機(jī)械式制動防抱死裝置。本實用新型用于改善車輛。飛機(jī)等的液壓制動系統(tǒng)的制動性能。
文檔編號B60T8/60GK2423170SQ97217058
公開日2001年3月14日 申請日期1997年5月18日 優(yōu)先權(quán)日1996年5月29日
發(fā)明者方中祥, 劉小勇, 黃萬偉, 樊丁, 張嘉楨, 吳琪華, 王仲生 申請人:方中祥, 劉小勇, 黃萬偉, 樊丁, 張嘉楨, 吳琪華, 王仲生