專利名稱：一種車用電制動(dòng)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)負(fù)載模擬方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種動(dòng)態(tài)負(fù)載模擬方法，特別是關(guān)于一種能夠在臺(tái)架上進(jìn)行的車用電制動(dòng)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)負(fù)載模擬方法。
背景技術(shù)：
充分利用電制動(dòng)力矩是改善電動(dòng)汽車燃油經(jīng)濟(jì)性重要途徑之一，如何能有效而安全地利用電制動(dòng)力矩是其中的關(guān)鍵問題，這一問題也可以表述為車輛的電制動(dòng)力矩和摩擦制動(dòng)力矩如何分配和切換，以保證車輛的經(jīng)濟(jì)性和安全性的問題。在實(shí)車測(cè)試前，利用臺(tái)架進(jìn)行測(cè)試是行之有效的方法，這需要解決如何在臺(tái)架上精確模擬電制動(dòng)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)負(fù)載的問題，即保證臺(tái)架能提供車輛實(shí)車運(yùn)行條件下電制動(dòng)系統(tǒng)的負(fù)載問題，尤其要能夠提供用于電制動(dòng)力矩和摩擦制動(dòng)力矩切換過程研究的動(dòng)態(tài)負(fù)載。目前國(guó)內(nèi)擁有電動(dòng)汽車或混合動(dòng)力汽車驅(qū)動(dòng)電機(jī)的測(cè)試設(shè)備，其是以測(cè)試車載電機(jī)性能及其控制性能為試驗(yàn)?zāi)康模捎谖瓷婕叭绾螡M足電制動(dòng)力矩和摩擦制動(dòng)力矩的動(dòng)態(tài)切換過程的研究，這樣的試驗(yàn)臺(tái)在測(cè)試電制動(dòng)與摩擦制動(dòng)協(xié)調(diào)控制方面有所欠缺。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)上述問題，本發(fā)明的目的是提供一種在能夠在臺(tái)架上進(jìn)行的車用電制動(dòng)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)負(fù)載模擬方法。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取以下技術(shù)方案:一種車用電制動(dòng)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)負(fù)載模擬方法，其是在一電動(dòng)汽車電制動(dòng)系統(tǒng)測(cè)試裝置上進(jìn)行的，且包括以下步驟:1)由實(shí)時(shí)仿真平臺(tái)發(fā)送駕駛員意圖給車輛制動(dòng)控制器；2)車輛制動(dòng)控制器根據(jù)步驟I)發(fā)送的駕駛員意圖，通過運(yùn)行設(shè)置在其內(nèi)的制動(dòng)協(xié)調(diào)控制策略，計(jì)算出目標(biāo)電制動(dòng)力矩，并通過信號(hào)處理單元分別發(fā)送給車載電機(jī)控制系統(tǒng)和實(shí)時(shí)仿真平臺(tái)；3)車載電機(jī)控制系統(tǒng)根據(jù)目標(biāo)電制動(dòng)力矩和電流傳感器測(cè)量反饋的電流值，控制車載電機(jī)運(yùn)行；4)轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩傳感器測(cè)量車載電機(jī)實(shí)際輸出的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速，并經(jīng)信號(hào)處理單元分別反饋給實(shí)時(shí)仿真平臺(tái)和加載電機(jī)控制系統(tǒng)；
5)轉(zhuǎn)矩傳感器測(cè)量摩擦制動(dòng)系統(tǒng)的實(shí)際摩擦制動(dòng)力矩，并發(fā)送給實(shí)時(shí)仿真平臺(tái)；6)實(shí)時(shí)仿真平臺(tái)根據(jù)步驟5)得到的實(shí)際摩擦制動(dòng)力矩和步驟4)得到的實(shí)際輸出轉(zhuǎn)矩，通過預(yù)置在其內(nèi)的車輛動(dòng)力學(xué)方程，計(jì)算得到電制動(dòng)系統(tǒng)的目標(biāo)轉(zhuǎn)速；7)實(shí)時(shí)仿真平臺(tái)根據(jù)步驟6)得到的電制動(dòng)系統(tǒng)目標(biāo)轉(zhuǎn)速和步驟4)得到的實(shí)際輸出轉(zhuǎn)速，計(jì)算得到二者的差值；8)實(shí)時(shí)仿真平臺(tái)的二次型最優(yōu)控制器調(diào)用二次型最優(yōu)控制參數(shù)，并根據(jù)步驟7)得到的差值，計(jì)算出加載電機(jī)的目標(biāo)電磁轉(zhuǎn)矩，且通過信號(hào)處理單元發(fā)送到加載電機(jī)控制系統(tǒng)；9)加載電機(jī)控制系統(tǒng)根據(jù)步驟8)得到的目標(biāo)電磁轉(zhuǎn)矩和電流傳感器測(cè)量反饋的電流值，控制加載電機(jī)運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)電制動(dòng)系統(tǒng)負(fù)載的模擬，再現(xiàn)電制動(dòng)系統(tǒng)的受力與運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。所述步驟I)中，由實(shí)時(shí)仿真平臺(tái)發(fā)送的駕駛員意圖為仿真平臺(tái)內(nèi)設(shè)置的程序，或來自于外部駕駛員輸入到實(shí)時(shí)仿真平臺(tái)的指令。其中步驟8)中，所述二次型最優(yōu)控制參數(shù)采用以下方法預(yù)置在實(shí)時(shí)仿真平臺(tái)內(nèi):①將電制動(dòng)系統(tǒng)測(cè)試平臺(tái)動(dòng)力學(xué)方程，與實(shí)時(shí)仿真平臺(tái)中的車輛動(dòng)力學(xué)方程聯(lián)立，得到加載系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方程；②假設(shè)車輪的摩擦阻力和滾動(dòng)阻力相對(duì)微弱，忽略加載系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方程中的摩擦阻力和滾動(dòng)阻力，定義加載系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方程中的電制動(dòng)力矩和摩擦制動(dòng)力矩的比值為制動(dòng)分配系數(shù)；③將制動(dòng)分配系數(shù)等效為加載系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方程中慣量的變化，將加載系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方程轉(zhuǎn)化為狀態(tài)空間方程；④根據(jù)狀態(tài)空間方程建立二次型最優(yōu)控制問題，對(duì)二次型最優(yōu)控制問題設(shè)定性能指標(biāo)，求解得出二次型最優(yōu)控制參數(shù)。步驟②中，所述制動(dòng)分配系數(shù)是利用轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩傳感器測(cè)量的實(shí)際電制動(dòng)力矩和轉(zhuǎn)矩傳感器測(cè)量的摩擦制動(dòng)力矩計(jì)算得到的。步驟②中，所述制動(dòng)分配系數(shù)是利用車輛制動(dòng)控制器計(jì)算的目標(biāo)電制動(dòng)力矩和轉(zhuǎn)矩傳感器測(cè)量的摩擦制動(dòng)力矩估算得到的。本發(fā)明由于采取以上技術(shù)方案，其具有以下優(yōu)點(diǎn):1、本發(fā)明通過測(cè)量電制動(dòng)系統(tǒng)實(shí)際輸出的轉(zhuǎn)矩和實(shí)際摩擦制動(dòng)力矩，結(jié)合車輛動(dòng)力學(xué)方程計(jì)算電制動(dòng)系統(tǒng)目標(biāo)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，在將車輛正常制動(dòng)過程中制動(dòng)分配系數(shù)的變化等效為對(duì)系統(tǒng)慣量的擾動(dòng)的二次型最佳控制問題中，計(jì)算得出加載電機(jī)的目標(biāo)電磁轉(zhuǎn)矩，因此本發(fā)明是基于制動(dòng)分配系數(shù)變化的負(fù)載模擬方法，可以優(yōu)化車用電制動(dòng)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)負(fù)載的模擬精度。2、本發(fā)明由于將車輛正常制動(dòng)過程中制動(dòng)分配系數(shù)的變化等效為對(duì)系統(tǒng)慣量的擾動(dòng)，在測(cè)試車載電機(jī)性能及其控制性能時(shí)，考慮了電制動(dòng)力矩和摩擦制動(dòng)力矩的分配變化過程，因此本發(fā)明具有較好的動(dòng)態(tài)性能。本發(fā)明可以廣泛地用于電制動(dòng)系統(tǒng)的制動(dòng)分配研究測(cè)試中。


圖1是一種現(xiàn)有的電動(dòng)汽車電制動(dòng)系統(tǒng)測(cè)試裝置的結(jié)構(gòu)示意圖
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)的描述。如圖1所示，本發(fā)明方法是通過一種現(xiàn)有的電動(dòng)汽車電制動(dòng)系統(tǒng)測(cè)試裝置(臺(tái)架)來實(shí)現(xiàn)的，該測(cè)試裝置包括實(shí)時(shí)仿真平臺(tái)1、信號(hào)處理單元2、轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩傳感器3、電流傳感器4、車載電機(jī)控制系統(tǒng)5、車載電機(jī)6、加載電機(jī)7、加載電機(jī)控制系統(tǒng)8、車輛制動(dòng)控制器9、電流傳感器10、摩擦制動(dòng)系統(tǒng)11和轉(zhuǎn)矩傳感器12。摩擦制動(dòng)系統(tǒng)11既可以是液壓制動(dòng)系統(tǒng)，也可以是氣壓制動(dòng)系統(tǒng)；摩擦制動(dòng)系統(tǒng)11既可以是以模塊形式包含在實(shí)時(shí)仿真平臺(tái)I中的系統(tǒng)，也可以是單獨(dú)分立的系統(tǒng)。車載電機(jī)控制系統(tǒng)5與車載電機(jī)6連接組成電動(dòng)汽車的電制動(dòng)系統(tǒng)；加載電機(jī)7和加載電機(jī)控制系統(tǒng)8連接組成加載系統(tǒng),加載系統(tǒng)可以是直流電機(jī)加載系統(tǒng)，也可以是交流電機(jī)加載系統(tǒng)；車載電機(jī)6和加載電機(jī)7組成電制動(dòng)系統(tǒng)測(cè)試平臺(tái)。上述實(shí)時(shí)仿真平臺(tái)I中預(yù)置了已有技術(shù)的車輛動(dòng)力學(xué)方程和二次型最優(yōu)控制器，以及二次型最優(yōu)控制參數(shù)。其中二次型最優(yōu)控制參數(shù)采用以下方法預(yù)置:首先將現(xiàn)有技術(shù)中的電制動(dòng)系統(tǒng)測(cè)試平臺(tái)動(dòng)力學(xué)方程，與實(shí)時(shí)仿真平臺(tái)I中的車輛動(dòng)力學(xué)方程聯(lián)立，得到加載系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方程；由于車輪的摩擦阻力和滾動(dòng)阻力相對(duì)都比較微弱，所以將加載系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方程中的摩擦阻力和滾動(dòng)阻力忽略；其次，定義加載系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方程中的電制動(dòng)力矩和摩擦制動(dòng)力矩的比值為制動(dòng)分配系數(shù)，制動(dòng)分配系數(shù)可以利用轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩傳感器3測(cè)量的實(shí)際電制動(dòng)力矩和轉(zhuǎn)矩傳感器12測(cè)量的摩擦制動(dòng)力矩來計(jì)算，也可以利用目標(biāo)電制動(dòng)力矩與摩擦制動(dòng)力矩來估算；然后將制動(dòng)分配系數(shù)等效為加載系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方程中慣量的變化；再將加載系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方程轉(zhuǎn)化為狀態(tài)空間方程；最后根據(jù)狀態(tài)空間方程建立二次型最優(yōu)控制問題，對(duì)二次型最優(yōu)控制問題設(shè)定性能指標(biāo)，求解得出二次型最優(yōu)控制參數(shù)。如圖1所示，本發(fā)明方法包括以下步驟:I)由實(shí)時(shí)仿真平臺(tái)I發(fā)送駕駛員意圖給車輛制動(dòng)控制器9，駕駛員意圖可以是實(shí)時(shí)仿真平臺(tái)I內(nèi)設(shè)置的程序，也可以是來自于外部駕駛員輸入到實(shí)時(shí)仿真平臺(tái)I的指令；2)車輛制動(dòng)控制器9根據(jù)駕駛員意圖，通過運(yùn)行設(shè)置在其內(nèi)的制動(dòng)協(xié)調(diào)控制策略，計(jì)算出目標(biāo)電制動(dòng)力矩，并通過信號(hào)處理單元2分別發(fā)送給車載電機(jī)控制系統(tǒng)5和實(shí)時(shí)仿真平臺(tái)I ;3)車載電機(jī)控制系統(tǒng)5根據(jù)目標(biāo)電制動(dòng)力矩和電流傳感器10測(cè)量反饋的電流值，控制車載電機(jī)6運(yùn)行；4)轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩傳感器3測(cè)量車載電機(jī)6實(shí)際輸出的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速，并經(jīng)信號(hào)處理單元2分別反饋給實(shí)時(shí)仿真平臺(tái)I和加載電機(jī)控制系統(tǒng)8 ；5)轉(zhuǎn)矩傳感器12測(cè)量摩擦制動(dòng)系統(tǒng)11的實(shí)際摩擦制動(dòng)力矩，并發(fā)送給實(shí)時(shí)仿真平臺(tái)I ;6)實(shí)時(shí)仿真平臺(tái)I根據(jù)步驟5)得到的實(shí)際摩擦制動(dòng)力矩和步驟4)得到的實(shí)際輸出轉(zhuǎn)矩，通過預(yù)置在其內(nèi)的車輛動(dòng)力學(xué)方程，計(jì)算得到電制動(dòng)系統(tǒng)的目標(biāo)轉(zhuǎn)速；7)實(shí)時(shí)仿真平臺(tái)I根據(jù)步驟6)得到的電制動(dòng)系統(tǒng)目標(biāo)轉(zhuǎn)速和步驟4)得到的實(shí)際輸出轉(zhuǎn)速，計(jì)算得到二者的差值；8)實(shí)時(shí)仿真平臺(tái)I的二次型最優(yōu)控制器調(diào)用二次型最優(yōu)控制參數(shù)，并根據(jù)步驟7)得到的差值，計(jì)算出加載電機(jī)7的目標(biāo)電磁轉(zhuǎn)矩，且通過信號(hào)處理單元2發(fā)送到加載電機(jī)控制系統(tǒng)8 ；9)加載電機(jī)控制系統(tǒng)8根據(jù)步驟8)得到的目標(biāo)電磁轉(zhuǎn)矩和電流傳感器4測(cè)量反饋的電流值，控制加載電機(jī)7運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)電制動(dòng)系統(tǒng)負(fù)載的模擬，從而再現(xiàn)電制動(dòng)系統(tǒng)的受力與運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。上述步驟3)根據(jù)目標(biāo)電制動(dòng)力矩和電流傳感器10測(cè)量反饋的電流值控制車載電機(jī)6的具體方法，以及步驟9)根據(jù)目標(biāo)電磁轉(zhuǎn)矩和電流傳感器4測(cè)量反饋的電流值控制加載電機(jī)7的具體方法，均可以采用現(xiàn)有技術(shù)的各種方法，在此不再贅述。上述各實(shí)施例僅用于說明本發(fā)明，其中各部件設(shè)置、連接方式，控制方式等都是可以有所變化的，凡是在本發(fā)明技術(shù)方案的基礎(chǔ)上進(jìn)行的等同變換和改進(jìn)，均不應(yīng)排除在本發(fā)明的保護(hù)范圍之外。
權(quán)利要求
1.一種車用電制動(dòng)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)負(fù)載模擬方法，其是在一電動(dòng)汽車電制動(dòng)系統(tǒng)測(cè)試裝置上進(jìn)行的，且包括以下步驟: 1)由實(shí)時(shí)仿真平臺(tái)發(fā)送駕駛員意圖給車輛制動(dòng)控制器； 2)車輛制動(dòng)控制器根據(jù)步驟I)發(fā)送的駕駛員意圖，通過運(yùn)行設(shè)置在其內(nèi)的制動(dòng)協(xié)調(diào)控制策略，計(jì)算出目標(biāo)電制動(dòng)力矩，并通過信號(hào)處理單元分別發(fā)送給車載電機(jī)控制系統(tǒng)和實(shí)時(shí)仿真平臺(tái)； 3)車載電機(jī)控制系統(tǒng)根據(jù)目標(biāo)電制動(dòng)力矩和電流傳感器測(cè)量反饋的電流值，控制車載電機(jī)運(yùn)行； 4)轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩傳感器測(cè)量車載電機(jī)實(shí)際輸出的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速，并經(jīng)信號(hào)處理單元分別反饋給實(shí)時(shí)仿真平臺(tái)和加載電機(jī)控制系統(tǒng)； 5)轉(zhuǎn)矩傳感器測(cè)量摩擦制動(dòng)系統(tǒng)的實(shí)際摩擦制動(dòng)力矩，并發(fā)送給實(shí)時(shí)仿真平臺(tái)； 6)實(shí)時(shí)仿真平臺(tái)根據(jù)步驟5)得到的實(shí)際摩擦制動(dòng)力矩和步驟4)得到的實(shí)際輸出轉(zhuǎn)矩，通過預(yù)置在其內(nèi)的車輛動(dòng)力學(xué) 方程，計(jì)算得到電制動(dòng)系統(tǒng)的目標(biāo)轉(zhuǎn)速； 7)實(shí)時(shí)仿真平臺(tái)根據(jù)步驟6)得到的電制動(dòng)系統(tǒng)目標(biāo)轉(zhuǎn)速和步驟4)得到的實(shí)際輸出轉(zhuǎn)速，計(jì)算得到二者的差值； 8)實(shí)時(shí)仿真平臺(tái)的二次型最優(yōu)控制器調(diào)用二次型最優(yōu)控制參數(shù)，并根據(jù)步驟7)得到的差值，計(jì)算出加載電機(jī)的目標(biāo)電磁轉(zhuǎn)矩，且通過信號(hào)處理單元發(fā)送到加載電機(jī)控制系統(tǒng)； 9)加載電機(jī)控制系統(tǒng)根據(jù)步驟8)得到的目標(biāo)電磁轉(zhuǎn)矩和電流傳感器測(cè)量反饋的電流值，控制加載電機(jī)運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)電制動(dòng)系統(tǒng)負(fù)載的模擬，再現(xiàn)電制動(dòng)系統(tǒng)的受力與運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。
2.如權(quán)利要求1所述的一種車用電制動(dòng)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)負(fù)載模擬方法，其特征在于:所述步驟I)中，由實(shí)時(shí)仿真平臺(tái)發(fā)送的駕駛員意圖為仿真平臺(tái)內(nèi)設(shè)置的程序，或來自于外部駕駛員輸入到實(shí)時(shí)仿真平臺(tái)的指令。
3.如權(quán)利要求1或2所述的一種車用電制動(dòng)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)負(fù)載模擬方法，其特征在于，其中步驟8)中，所述二次型最優(yōu)控制參數(shù)采用以下方法預(yù)置在實(shí)時(shí)仿真平臺(tái)內(nèi): ①將電制動(dòng)系統(tǒng)測(cè)試平臺(tái)動(dòng)力學(xué)方程，與實(shí)時(shí)仿真平臺(tái)中的車輛動(dòng)力學(xué)方程聯(lián)立，得到加載系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方程； ②假設(shè)車輪的摩擦阻力和滾動(dòng)阻力相對(duì)微弱，忽略加載系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方程中的摩擦阻力和滾動(dòng)阻力，定義加載系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方程中的電制動(dòng)力矩和摩擦制動(dòng)力矩的比值為制動(dòng)分配系數(shù)； ③將制動(dòng)分配系數(shù)等效為加載系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方程中慣量的變化，將加載系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方程轉(zhuǎn)化為狀態(tài)空間方程； ④根據(jù)狀態(tài)空間方程建立二次型最優(yōu)控制問題，對(duì)二次型最優(yōu)控制問題設(shè)定性能指標(biāo)，求解得出二次型最優(yōu)控制參數(shù)。
4.如權(quán)利要求3所述的一種車用電制動(dòng)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)負(fù)載模擬方法，其特征在于:其中步驟②中，所述制動(dòng)分配系數(shù)是利用轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩傳感器測(cè)量的實(shí)際電制動(dòng)力矩和轉(zhuǎn)矩傳感器測(cè)量的摩擦制動(dòng)力矩計(jì)算得到的。
5.如權(quán)利要求3所述的一種車用電制動(dòng)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)負(fù)載模擬方法，其特征在于:其中步驟②中，所述制動(dòng)分配系數(shù)是利用車輛制動(dòng)控制器計(jì)算的目標(biāo)電制動(dòng)力矩和轉(zhuǎn)矩傳感器測(cè)量的摩擦制動(dòng)力矩估算得到的 。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種車用電制動(dòng)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)負(fù)載模擬方法，它通過測(cè)量電制動(dòng)系統(tǒng)實(shí)際輸出的轉(zhuǎn)矩，結(jié)合車輛動(dòng)力學(xué)方程計(jì)算電制動(dòng)系統(tǒng)目標(biāo)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，在將車輛正常制動(dòng)過程中制動(dòng)分配系數(shù)的變化等效為對(duì)系統(tǒng)慣量的擾動(dòng)的二次型最佳控制問題中，計(jì)算得出加載電機(jī)的目標(biāo)電磁轉(zhuǎn)矩，實(shí)現(xiàn)電制動(dòng)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)負(fù)載的模擬。本發(fā)明能夠精確地模擬電制動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)負(fù)載的問題，保證了車輛制動(dòng)的安全性能和能量的經(jīng)濟(jì)性的測(cè)試，它可以廣泛地用于電制動(dòng)系統(tǒng)的制動(dòng)分配的測(cè)試，包括固定制動(dòng)分配系數(shù)與動(dòng)態(tài)分配系數(shù)。本發(fā)明可以廣泛地用于電制動(dòng)系統(tǒng)的制動(dòng)分配研究測(cè)試中。
文檔編號(hào)G01L5/28GK103197550SQ20131006874
公開日2013年7月10日 申請(qǐng)日期2013年3月5日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月5日
發(fā)明者張俊智, 何承坤, 呂辰, 岳小偉 申請(qǐng)人:清華大學(xué)