[发明专利]一种位移与力矩耦合控制的电子机械制动系统及控制方法

权利要求书

1.一种位移与力矩耦合控制的电子机械制动系统，其特征在于，所述电子机械制动系统包括电子踏板模块、电子控制单元、位移与力矩耦合控制模块、制动器、车轮、车速传感器、轮速传感器；

所述电子踏板模块包括制动踏板、输入杆、踏板位移传感器、踏板速度传感器、反馈电机、反馈电机控制器、反馈减速装置；其中，制动踏板与输入杆相连，踏板位移传感器和踏板速度传感器均设置于输入杆上，踏板位移传感器和踏板速度传感器分别与电子控制单元相连接；反馈电机与电子控制单元、反馈减速装置、输入杆分别连接；

所述电子控制单元接收踏板位移传感器、踏板速度传感器、车速传感器、轮速传感器传递的信号，并向反馈电机控制器、制动执行器控制器传送控制信号；控制信号经由反馈减速装置和输入杆反馈到制动踏板形成踏板感；

所述位移与力矩耦合控制模块包括依次相连的制动执行器控制器、位移电机、力矩电机、制动减速装置；制动执行器控制器接收电子控制单元发送的控制信号，并控制位移电机和力矩电机输出转矩和转速，经由制动减速装置输出阻力矩，到到制动器和车轮；

电子控制单元向制动执行器控制器发送控制信号，制动执行器控制器控制位移电机和力矩电机输出目标转矩和目标转速，并经由制动减速装置输出阻力矩至制动器和车轮。

2.根据权利要求1所述的位移与力矩耦合控制的电子机械制动系统，其特征在于，所述制动减速装置为行星齿轮减速机构。

3.如权利要求1或2所述位移与力矩耦合控制的电子机械制动系统的控制方法，其特征在于，具体步骤如下：

1)与输入杆连接的踏板位移传感器和踏板速度传感器采集踏板位移和速度信号；车速传感器采集车速信号，轮速传感器采集轮速信号；

2)电子控制单元接收踏板位移传感器、踏板速度传感器、车速传感器及轮速传感器传送的信号，计算制动踏板所需反馈踏板力、制动减速装置所需输入转速和转矩，以及制动器所需制动阻力矩，进而计算反馈电机、位移电机及力矩电机的目标输出转速和目标输出转矩，并生成相应的控制信号；

所述转矩的计算表达式如下：

式中i＝0表示反馈电机的参数，i＝1表示位移电机的参数，i＝2表示力矩电机的参数；T_i为电机转矩，J_i为电机的转动惯量，B_i为电机的阻尼系数，T_ai为电机负载转矩，f_i电机转子处库伦摩擦常数，ω_i为电机转速；

其中：T_all＝T_need*η＝(T₁+T₂)*η (2)

T_all表示制动器所需制动阻力矩，T_need为制动减速装置所需输入转矩，η为制动减速装置的传动效率；

制动减速装置所需输入转速ω_need和位移电机目标输出转速ω₁满足：

ω_need＝ω₁ (3)

式中，X_final为长螺母位移，t为时间，i为制动减速装置传动比，P为长螺母螺距，ω_need为制动减速装置所需输入转速；

3)电子控制单元同时发送控制信号到反馈电机控制器、制动执行器控制器，反馈电机控制器控制反馈电机输出目标转速和目标转矩经由反馈减速装置传递到制动踏板，形成踏板感；制动执行器控制器控制位移电机和力矩电机输出目标输出转速和目标输出转矩，经由制动减速装置将位移和制动阻力矩传递到制动器和车轮，实现车辆制动；

上述制动执行器控制器控制位移电机和力矩电机输出目标输出转速具体方法为：

3.1)位移电机采用转速闭环控制，速度传感器采集制动减速装置的输出速度v_final，并返回数据经过增益k₁，到位移电机的输入端，与位移电机的目标输出转速ω₁对比，计算制动减速装置的输出速度与位移电机的目标输出转速ω₁之间的差值：

e_ω(t)＝ω₁-v_final*k₁ (5)

将上式(5)所得误差值作为转速闭环控制的输入，控制器的输出模型为：

式中，K_pω为比例系数，T_ω为微分常数，T_dω为积分常数，u_0ω为控制常量；

3.2)力矩电机采用转矩闭环控制，力传感器采集制动减速装置的输出力F_final，并返回数据经过增益k₂₀，与从位移电机输出端所采集的力矩T₁′做差，得到力矩电机输出的补偿力矩T_final′：

T_final＝F_final*k₂₀-T₁ (7)

T_final′经过增益k₂，到力矩电机的输入端，与力矩电机的目标输出转矩T2进行对比，计算力矩电机输出的补偿力矩与力矩电机的目标输出转矩之间的差值：

e_T(t)＝T₂—T_final*k₂ (8)

将上式(8)所的误差值作为转矩闭环控制的输入，转矩闭环控制为PID控制器，PID控制器输出的模型为：

式(9)中，K_pT为比例系数，T_T为微分常数，T_dT为积分常数，u_0T为控制常量。