一种应用于机动车电子机械制动器系统中检测与控制系统

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一种应用于机动车电子机械制动器系统中检测与控制系统\n技术领域\n[0001] 本实用新型属于机动车安全领域检测与控制方法，具体地说，涉及应用于机动车电子机械制动器系统中检测与控制系统。\n背景技术\n[0002] 随着广大消费者对车辆安全性越来越重视，机动车辆的制动系统也历经了数次变迁和改进。从最初的皮革摩擦制动，到后来出现鼓式、盘式制动器，再到后来出现机械式ABS制动系统，紧接着伴随电子技术的发展又出现了模拟电子ABS制动系统、数字式电控ABS制动系统等等。目前，随着技术的发展，一些厂家开始对电子机械制动器(Electro-mechanicalBrake)开始进行研究和实践，简单的来说电子机械制动器(EMB)就是把原来由液压或者压缩空气驱动的部分改为由电动机来驱动，借以提高响应速度、增加制动效能等，同时也大大简化了结构、降低了装配和维护的难度。\n[0003] 电子机械制动器(EMB)系统摒弃了原制动系统中的液压管路等部件，而直接以电能作为制动力产生的来源。与传统的液压制动系统相比，电子机械制动器(EMB)系统以线束传递信号和能量，能够提高制动操作的响应速度，缩短制动距离；而且能够方便地集成ABS、ESP、TCS等多种功能，无需额外增加其他附件；电子机械制动器(EMB)系统结构简洁，降低了装配和维护的难度，有利于整车的布置；用踏板模拟器代替传统的机械踏板传力器，以电信号传递驾驶员的意图，改善了制动时的脚感，且无打脚现象；不需要制动液，避免了对环境的污染。电子机械制动器(EMB)是线控制动系统的方式之一，而线控制动系统是汽车线控技术的主要内容。随着汽车线控技术的发展，电子机械制动器(EMB)系统也必将逐步取代传统的液压制动系统，成为未来汽车制动系统的主流方式。\n[0004] 对于电子机械制动器(EMB)系统的机械执行机构，它直接接受电动机产生的力矩，并放大作用到制动盘上，其结构应该满足如下几个基本的要求：结构紧凑，便于布置；\n能够把转动转化为平动；有减速增矩、自增力机构；能够自动补偿制动间隙；能够提供停车时的驻车制动；安全可靠、工作时间长。在电子机械制动器(EMB)系统中，轮速信号是一个不可或缺的重要输入参数。系统通过轮速传感器来获得轮速信号，或是通过CAN通信从其他系统(如ABS，ESP等)获得轮速信号。通过轮速信号，系统可以计算出当前车速、判断车轮是否抱死、是否滑转等重要信息，并据此采取相应的控制措施。\n[0005] 随着电子机械制动器(EMB)系统在车辆上的不断应用，安装该系统的车辆将不可避免的面临如下技术问题：\n[0006] 由于现有技术中的电子机械制动器(EMB)系统采用轮速信号作为输入条件，一旦轮速传感器出现故障以后，或是传递轮速信号的CAN通信模块出现故障后，即，一旦失去轮速信号，系统将无法判断车辆运行状态，进而导致系统失效，无法对车辆进行控制，严重时将酿成事故。\n实用新型内容\n[0007] 本实用新型提供的技术方案所要解决的技术问题是，由于现有电子机械制动器(EMB)系统依靠轮速信号作为唯一输入信号，一旦轮速传感器出现故障以后，或是传递轮速信号的CAN通信模块出现故障后，电子机械制动器系统将无法判断车辆运行状态，进而导致系统失效，无法对车辆进行控制，严重时将酿成事故等技术问题，而提供了一种在轮速信号失效后，将采用其它更加有效的检测和控制方法，对车辆进行控制的控制方法，即，一种机动车电子机械制动器系统中检测与控制系统。\n[0008] 本实用新型的构思是，在轮速传感器出现故障以后，或是传递轮速信号的CAN通信模块出现故障以后，电子机械制动器(EMB)系统不会因此而不能正常工作，而是通过加速度传感器和横摆角速度传感器来识别车辆运行状态，保证ECU在危险情况下仍然能够检测到车辆运行状态并控制制动系统采取相应的措施来调整车辆的行驶姿态，防止出现甩尾、侧翻等事故。\n[0009] 本实用新型所提供的技术方案是，一种应用于机动车电子机械制动器系统中检测与控制系统，所述检测与控制系统包括电子控制单元，所述电子控制单元内设有加速度传感器和横摆角速度传感器，所述加速度传感器和所述横摆角速度传感器分别与所述电子控制单元通过信号线路连接；所述加速度传感器为三轴加速度传感器，包括X轴加速检测、Y轴加速检测和Z轴加速检测；所述电子控制单元通过CAN通讯模块与其它控制模块相连；\n所述电子控制单元与所述CAN通讯模块之间，以及所述CAN通讯模块之间与其它控制模块之间均为双向信号连接；所述电子控制单元通过轮速传感器与车轮相连；所述电子控制单元通过执行机构与车轮相连。\n[0010] 采用本实用新型所提供的技术方案，能够有效解决现有电子机械制动器(EMB)系统依靠轮速信号作为唯一输入信号，一旦轮速传感器出现故障以后，或是传递轮速信号的CAN通信模块出现故障后，电子机械制动器系统将无法判断车辆运行状态，进而导致系统失效，无法对车辆进行控制，严重时将酿成事故等技术问题，同时，本实用新型提供的技术方案检测与控制精准、快速，本方法所涉及的零部件工作稳定，成本低，使用寿命长。\n附图说明\n[0011] 图1为本实用新型电子机械制动器(EMB)系统组成原理示意图；\n[0012] 图2为车辆在坡路上重力加速度分解示意图；\n[0013] 图3为车辆行驶状态判断流程图；\n[0014] 图4为匀速或静止状态判断流程图；\n[0015] 其中，1为电子控制单元；2为加速度传感器；3为横摆角速度传感器；4为轮速传感器；5为执行机构；6为车轮；7为CAN通讯模块；8为其它控制模块。\n具体实施方式\n[0016] 本实用新型所提供的技术方案，是基于在轮速传感器4出现故障以后，或是传递轮速信号的CAN通讯模块7模块出现故障以后，电子机械制动器(EMB)系统不会因此而不能正常工作。一旦轮速传感器4或传递轮速信号的CAN通讯模块7出现故障以后，电子机械制动器(EMB)系统立刻切换到轮速传感器4失效控制模式，通过加速度传感器2和横摆角速度传感器3来识别车辆运行状态，保证ECU在危险情况下仍然能够检测到车辆运行状态并控制制动系统采取相应的措施来调整车辆的行驶姿态，防止出现甩尾、侧翻等事故。\n[0017] 本实用新型所提供技术方案的连接方式为，四个车轮6分别与执行机构5和轮速传感器4连接；所述执行机构5和所述轮速传感器4分别与所述电子控制单元1(ECU)连接，所述电子控制电源还与CAN通讯模块7连接，所述CAN通讯模块7另一端与其它控制模块8连接。\n[0018] 本实用新型所提供的技术方案是，一种应用于机动车电子机械制动器系统中检测与控制系统，所述检测与控制系统包括电子控制单元1(ECU)，所述电子控制单元1(ECU)内设有加速度传感器2和横摆角速度传感器3，所述加速度传感器2和所述横摆角速度传感器\n3分别与所述电子控制单元1(ECU)通过信号线路连接；所述加速度传感器2为三轴加速度传感器2，包括X轴加速检测、Y轴加速检测和Z轴加速检测；所述电子控制单元1(ECU)通过CAN通讯模块7与其它控制模块8相连；所述电子控制单元1(ECU)与所述CAN通讯模块\n7之间，以及所述CAN通讯模块7之间与其它控制模块8之间均为双向信号连接；所述电子控制单元1(ECU)通过轮速传感器4与车轮6相连；所述电子控制单元1(ECU)通过执行机构5与车轮6相连。\n[0019] 一种应用于机动车电子机械制动器系统中检测与控制系统，在所述机动车的电子控制单元1(ECU)中设有加速度传感器2和横摆角速度传感器3，所述电子控制单元1(ECU)接收来自所述加速度传感器2和所述横摆角速度传感器3传来的信号信息，所述电子控制单元1(ECU)通过所述加速度传感器2来判断车辆当前的行驶状态、估算车速等信息；所述电子控制单元1(ECU)通过所述横摆角速度传感器3来判断车辆是否发生甩尾、侧倾等信息。所述电子控制单元1(ECU)将上述行驶状态、估算车速、甩尾、侧倾等信息与标准值进行判断比较；当判断车辆存在侧倾、甩尾等危险工况时，所述电子控制单元1(ECU)对执行机构5发出指令，由所述执行机构5对制动轮施加制动力。\n[0020] 该方法为：在ECU中集成一个加速度传感器2和一个横摆角速度传感器3，这样，当轮速传感器4或时CAN通讯模块7失效以后，系统通过加速度传感器2和横摆角速度传感器3来识别车辆运行状态，包括车辆当前的行驶状态、估算车速、判断车辆是否发生甩尾、侧倾，当发现车辆有侧倾、甩尾等危险工况时，由ECU控制执行机构5对相应的制动轮施加不同的制动力，从而避免事故的发生。\n[0021] 所述加速度传感器2为三轴加速度传感器2，包括X轴加速检测、Y轴加速检测和Z轴加速检测；所述电子控制单元1(ECU)通过加速度传感器2来判断车辆行驶状态的方法为：\n[0022] 所述电子控制单元1(ECU)首先判断所述加速度传感器2Z轴加速度值，若Z轴加速度值等于重力加速度值，则判断为车辆在平路状态；若Z轴加速度值小于重力加速度值，则判断为车辆在坡路状态。\n[0023] 所述判断车辆在平路状态时，所述电子控制单元1(ECU)判断所述加速度传感器\n2X轴加速度值，若X轴加速度值为正，则车辆在加速行驶状态；若X轴加速度值为负，则车辆在减速行驶状态；若X轴加速度值为零，则车辆为匀速行驶或是静止状态。\n[0024] 所述判断车辆在坡路状态时，所述电子控制单元1(ECU)判断所述加速度传感器\n2X轴加速度值，若X轴加速度值大于重力加速度沿X轴方向的分量，则车辆在加速行驶状态；若X轴加速度值小于重力加速度沿X轴方向的分量，则车辆在减速行驶状态；若X轴加速度值等于重力加速度沿X轴方向的分量，则车辆为匀速行驶或是静止状态。\n[0025] 所述X轴加速度值为零时，判断车辆处于匀速行驶状态还是静止状态的方法是，由电子控制单元1(ECU)控制执行机构5对车轮6施加一个短暂的制动力，然后根据该制动期间的X轴加速度值判断：\n[0026] 在平路状态下，若所述加速度传感器2X轴加速度值仍然等于零，则车辆处于静止状态；若所述加速度传感器2X轴加速度值为负，则车辆处于匀速行驶状态；\n[0027] 在坡路状态下，若重力加速度沿所述加速度传感器2X轴方向的分量仍然等于零，则车辆处于静止状态；若所述加速度传感器2X轴加速度值为负，则车辆处于匀速行驶状态。\n[0028] 所述电子控制单元1(ECU)利用加速度传感器2估算车速的方法为：采集所述加速度传感器2X轴加速度值，通过积分的方法，获得当前车速。所述积分的具体算法为：\n[0029] 将采集到的X轴加速度离散值设为{a(k)}(k＝0，1，2，...，N)，则车速v(k)为：\n[0030] \n[0031] 上式中：\n[0032] v(k)——第k个采样点的车速，m/s；\n[0033] Δt——采样时间间隔，s。\n[0034] 所述电子控制单元1(ECU)通过加速度传感器2和横摆角速度传感器3来判断车辆是否有甩尾、侧倾的方法是，当车辆在正常行驶或转弯状态时：\n[0035] 若所述加速度传感器2Y轴加速度值变化范围在标准值以内，同时，所述横摆角速度传感器3检测到的沿汽车垂直轴偏转的偏转角度在标准值以内，则车辆处于正常行驶状态；\n[0036] 若所述加速度传感器2Y轴加速度值变化范围在标准值以外，同时，所述横摆角速度传感器3检测到的沿汽车垂直轴偏转的偏转角度在标准值以外，则车辆处于侧滑或者甩尾的危险工况。\n[0037] 通过加速度传感器2和横摆角速度传感器3来识别车辆是否有甩尾、侧倾的方法为：当车辆在正常行驶、转弯时，Y轴加速度值变化很小，在标准值以内；但是当有甩尾、侧倾发生时，则Y轴加速度值变化较大，在标准值以外。再利用横摆角速度传感器3来检测沿汽车垂直轴的偏转，该偏转的大小代表了汽车行驶方向的稳定程度。如果偏转角度小于某一阈值，即在标准值以内，则说明汽车安全行驶工况。如果偏转角度大于某一阈值，即在标准值以外，则说明汽车发生侧滑或者甩尾的危险工况。\n[0038] 综合以上信息，系统就能够得知车辆当前的运行状态。这样，当有危险情况发生时，ECU通过控制执行机构5对相应的制动轮施加不同的制动力来调整车身行驶姿态，从而防止出现甩尾、侧翻等事故；同时，还可以通过CAN通讯模块7通知发动机控制单元降低扭矩输出，进一步确保行驶安全。\n[0039] 本实用新型所提供的技术方案中，着重强调的实用新型点是，一旦轮速传感器4或传递轮速信号的CAN通讯模块7出现故障以后，电子机械制动器(EMB)系统立刻切换到轮速传感器4失效控制模式；\n[0040] 首先，通过加速度传感器2X轴加速度信号来判断车辆当前的行驶状态。在平路上，加速度传感器2X轴加速度即为车辆的行驶加速度，但在坡路上，加速度传感器2X轴加速度还会受到重力加速度分量的影响，如图2所示：采集加速度传感器2Z轴加速度值αZ，若αZ＝G(重力加速度)，则说明车辆在平路上；若αZ＜G，则说明车辆在坡路上，此时可根据αZ计算出坡度角 ：\n[0041] \n[0042] 进而计算出重力加速度G沿X轴方向的分量αGX：\n[0043] \n[0044] 进一步地，若车辆在平路上，判断X轴加速度值αX，若为正，则说明车辆在加速行驶；若为负，则说明车辆在减速行驶；若为零，则说明车辆为匀速行驶或是静止状态。若车辆在坡路上，判断αX值，若aX＞αGX，则说明车辆在加速行驶；若aX＜αGX，则说明车辆在减速行驶；若aX＝αGX，则说明车辆为匀速行驶或是静止状态。判断流程图如图3所示。\n[0045] 若判断出车辆为匀速行驶或是静止状态，则可通过图4所示流程进一步确定之：\n由ECU控制执行机构5对车轮6施加一个短暂的制动力，并在此期间采集加速度传感器2X轴加速度值，若为负，则说明车辆处于匀速行驶状态；若仍为零，则说明车辆处于静止状态。\n[0046] 其次，通过加速度传感器2X轴加速度值估算当前车速，具体算法如下：设采集到的加速度传感器2X轴加速度离散值为{a(k)}(k＝0，1，2，...，N)，则车速可表示为：\n[0047] \n[0048] 上式中：\n[0049] v(k)——第k个采样点的车速，m/s；\n[0050] Δt——采样时间间隔，s。\n[0051] 再次，通过加速度传感器2和横摆角速度传感器3来识别车辆是否有甩尾、侧倾：\n当车辆在正常行驶、转弯时，加速度传感器2Y轴加速度值变化很小，但是当有甩尾、侧倾发生时，则加速度传感器2Y轴加速度值变化较大。再利用横摆角速度传感器3来检测沿汽车垂直轴的偏转，该偏转的大小代表了汽车行驶方向的稳定程度。如果偏转角度大于某一阈值，则说明汽车发生侧滑或者甩尾的危险工况。\n[0052] 最后，综合车辆行驶状态、车速及侧倾、甩尾等信息判断：若车辆在高速行驶状态且有甩尾、侧倾等危险工况发生，则由ECU通过控制执行机构5对相应的制动轮分别施加不同的制动力来调整车身行驶姿态，同时还可以通过CAN通讯模块7通知发动机控制单元降低扭矩输出，从而防止出现甩尾、侧翻等事故。\n[0053] 本方法针对于电子机械制动器(EMB)系统中轮速传感器4出现故障或是传递轮速信号的CAN通讯模块7模块出现故障后以的失效检测与控制方法，但本方法并不仅仅局限于电子机械制动器(EMB)系统中，在其他底盘控制系统，如ABS，TCS，ESP等系统中也同样适用。\n[0054] 尽管上面对本实用新型的具体实施方式进行了描述，但本实用新型并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的技术人员在本实用新型的启示下，在不脱离本实用新型宗旨的情况下，还可以作出很多变形，这些均属于本实用新型的保护范围。