[发明专利]一种基于磁流变液的线控制动踏板模拟器及其工作方法

权利要求书

1.一种基于磁流变液的线控制动踏板模拟器的工作方法，所述线控制动踏板模拟器包括：机械传动模块、制动踏板感觉模拟模块和控制模块；

所述机械传动模块包括：制动踏板、踏板转轴、连杆及推杆；

所述踏板转轴的输入端与所述制动踏板的输出端固定连接，输出端与所述连杆的输入端固定连接；连杆的输出端与所述推杆的输入端铰接；

所述制动踏板感觉模拟模块包括：踏板模拟器外壳、回位弹簧、弹簧底座、活塞、主皮碗、副皮碗、磁流变液阻尼器外壳、励磁线圈、隔磁衬垫、隔磁片、供电回路、导流管及储液器；

所述活塞输入端与机械传动模块的推杆固定连接，主皮碗与副皮碗分别嵌套在活塞的输出端与输入端；回位弹簧两端分别固定连接在活塞与弹簧底座上，弹簧底座固定连接在踏板模拟器外壳的一端内壁上；导流管分为水平与垂直两部分，导流管水平部端口与踏板模拟器外壳固定连接，垂直部端口与储液器固定连接，磁流变液在踏板模拟器外壳、导流管与储液器的内腔间流动；储液器上端开有通气孔；活塞与踏板模拟器外壳的内壁贴合；

所述励磁线圈包围在导流管水平部外侧，磁流变液阻尼器外壳嵌套在励磁线圈外部并与踏板模拟器外壳固定连接；隔磁片紧贴在磁流变液阻尼器外壳内侧；隔磁衬垫为中空圆环，其嵌套在导流管水平部上，磁流变液阻尼器外壳两端均设有隔磁衬垫，隔磁衬垫与隔磁片一起隔绝磁场对周围磁流变液的影响；磁流变液阻尼器外壳上设有开孔，隔磁片相对应位置设有通孔，励磁线圈与供电回路之间通过导线相连，供电回路与控制模块电气连接；

所述控制模块包括：传感器组和电子控制单元；

传感器组包括：制动踏板位移传感器和制动踏板力传感器；制动踏板位移传感器安装在与推杆端相连的踏板模拟器外壳上，接收驾驶员输入的制动踏板位移信号；制动踏板力传感器安装在制动踏板内部，接收驾驶员输入的力信号；电子控制单元与传感器组电气相连，接收各传感器信号后进行计算，并输出对供电回路内电流大小的控制信号；

其特征在于，包括步骤如下：

1)通过制动踏板输入制动操作，力经踏板转轴、连杆、推杆传递至制动踏板感觉模拟模块；

2)制动踏板位移传感器与制动踏板力传感器分别采集踏板的位移信号和驾驶员输入的制动力信号并将其发送给电子控制单元；

3)电子控制单元根据传统制动方式得到的踏板特性曲线，将踏板的位移信号设定一个踏板力预设值，并通过改变磁流变液性质使其阻尼力等于踏板力预设值；

4)计算出当前状态下踏板力与踏板力预设值的偏差，根据模糊PID控制方法改变励磁线圈电流大小使得磁场强度变化，从而调节磁流变液粘度大小，使踏板力稳定在预设值±5％的范围内，驾驶员获得制动反馈；

5)松开制动踏板，在回位弹簧的作用下制动踏板回到初始位置；励磁线圈内电流变为零，此时磁流变液为液体，在重力作用下由储液器经导流管回到踏板模拟器内腔中，以供下一次制动使用；

所述步骤4)中模糊PID控制方法具体为：电子控制单元对励磁线圈中电流I进行模糊PID控制，控制参数为比例系数K_p、积分系数K_i、微分系数K_d，则模糊控制器根据当前状态下踏板力与踏板力预设值的偏差e和偏差变化率e'，对照模糊控制规则对K_p、K_i、K_d分别进行参数修正。

2.根据权利要求1所述的基于磁流变液的线控制动踏板模拟器的工作方法，其特征在于，所述步骤3)中电子控制单元改变磁流变液材料性质的方法为：电子控制单元产生的控制信号通过对供电回路电流大小进行调节，输出励磁电流作用在励磁线圈上；励磁线圈中通过变化的励磁电流时，沿线圈中心有磁力线通过并产生控制磁场；在控制磁场作用下，导流管水平部内部的磁流变液材料粘度、屈服强度发生改变，流过导流管水平部所需的力改变。

3.根据权利要求1所述的基于磁流变液的线控制动踏板模拟器的工作方法，其特征在于，所述步骤4)具体还包括步骤如下：

4.1确定模糊论域和隶属函数：设定基本论域为[-3 3]，将基本论域离散成七个等级，模糊语言变量分别用极小、很小、小、中等、大、很大、极大表示；模糊变量的隶属函数采用正态分布；

4.2输入变量值模糊化；将实际误差e、误差变化率e'设定为输入变量，由隶属函数根据最大值法得出相应的e、e'模糊变量；

4.3根据踏板特性曲线得到踏板力预设值大小F，进而计算得到对应的励磁线圈电流，并通过仿真实验优化和调节K_p、K_i、K_d的大小并建立三个参数的模糊规则；

4.4逆模糊化处理：采用重心法进行逆模糊化计算，分别确定最终K_p、K_i、K_d参数值，得到精确的输出值