CN101837773A - 基于vdc/vsc/esp压力调节器的制动能量回收液压制动系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种基于VDC/VSC/ESP压力调节器的制动能量回收液压制动系统，包括具有VDC/VSC/ESP功能的压力调节器、制动主缸、驱动电机、制动控制器、整车控制器，特征在于：在制动主缸中的一个出油管路上设置一主缸压力传感器，在压力调节器中的一个前轮轮缸处设置一轮缸压力传感器，主缸压力传感器、轮缸压力传感器信号均反馈给制动控制器，驱动电机由整车控制器控制，制动控制器与整车控制器进行CAN通讯。压力调节器控制左前轮-右后轮、右前轮-左后轮两路制动油路。本发明运用驱动电机回馈制动力矩进行制动能量回馈，运用VDC/VSC/ESP压力调节器实现轮缸压力增加、保持、减小，保证行驶安全性，可以实现回馈制动与ABS、ASR、ESP集成控制。

Description

基于VDC/VSC/ESP压力调节器的制动能量回收液压制动系统

技术领域

本发明涉及车辆的液压制动系统，特别是关于具有主动制动功能的混合动力车辆或纯电动车辆的一种基于VDC/VSC/ESP压力调节器的实现制动能量回收功能的液压制动系统。

背景技术

通过控制电动汽车的动力元件，将制动时耗散的动能进行回收，是提高电动汽车能量利用率的一项重要技术。在这一过程中，电动机作为发电机来使用，回收的能量以电能的形式储存到电池中。电动汽车研究过程中所面临的关键问题之一就是当今市场上提供的电池的比能量较低，因此造成电动汽车的续驶里程无法与汽油车相比。要解决这一问题，除了要在电池这一瓶颈技术上有所突破之外，还应当优化电动汽车的总体设计和建立高效安全的能量管理系统，因此电动汽车在研制和开发过程中，如何合理使用和节约能源就成为设计人员面临的一项重要课题。制动能量回馈技术是目前国内外电动汽车制造商广泛采用的一项先进技术，通常情况下，通过电机的辅助制动，可以将制动过程中部分车辆动能回收到蓄电池，极大提高了能量利用率。目前国外提出的具有回馈制动功能的先进制动控制系统包括：丰田一普锐斯制动控制系统、本田-EV plus制动控制系统，这两种制动系统均是为了添加制动回馈功能而对原有制动系统进行较大改造而成，这两种系统不仅能实现制动能量回馈功能，而且能保证极限工况下ABS、VSC、TCS功能，可以通过对控制软件进行完善而扩展功能。丰田-普锐斯制动控制系统、本田-EV plus制动控制系统代表着制动回馈功能发展的前沿，但是，这些系统均是对制动系统重新设计以实现制动能量回馈功能。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是利用传统车辆中的VDC/VSC/ESP压力调节器及驱动电机，提出一种新型的能够实现制动能量回收功能的液压制动系统。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种基于VDC/VSC/ESP压力调节器的制动能量回收液压制动系统，包括具有VDC/VSC/ESP功能的压力调节器、制动主缸、主缸真空助力器、驱动电机、制动控制器、整车控制器，其特征在于：在所述制动主缸中的一个出油管路上设置一主缸压力传感器，在所述压力调节器中的一个前轮轮缸处设置一轮缸压力传感器，所述主缸压力传感器、轮缸压力传感器信号均反馈给制动控制器，所述驱动电机由整车控制器控制，所述制动控制器与整车控制器进行CAN通讯。

所述压力调节器控制左前轮-右后轮、右前轮-左后轮两路制动油路，每一油路均包括一旁路电磁阀、一主路电磁阀、一回油泵、一ABS回油电机、一低压蓄能器、一前轮进油电磁阀、一后轮进油电磁阀、一前轮出油电磁阀、一后轮出油电磁阀、一前轮轮缸、一后轮轮缸。

所述两制动油路共用一个所述ABS回油电机。

所述两制动油路共用一个所述ABS回油电机。

另设置一电动真空泵，所述电动真空泵与所述主缸推杆真空助力器相连接。针对纯电动车辆来讲，所述电动真空泵始终保持工作；针对混合动力汽车辆来讲，如果发动机处于工作状态，则不需要启动真空泵，如果发动机未工作，则需要启动真空泵。

本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本发明应用领域为液压制动系统的制动能量回馈，对混合动力车辆或纯电动车辆液压制动系统进行改造即可实现制动能量回馈功能，改造小，功效大。具体地，本发明利用传统的VDC/VSC/ESP压力调节器，在制动主缸上设置一主缸压力传感器，在任一前轮上设置一前轮轮缸压力传感器。各传感器均与制动控制器连接，进行信号反馈，制动控制器又与整车控制器通讯，决定哪一路轮缸制动，何时制动，电机何时提供回馈力矩，回馈力矩有多大等等。因此在实现制动的同时，又能实现制动能量的回馈。2、经本发明改造后的制动系统能够实现ABS、ASR、ESP功能，从而实现了回馈制动与ABS、ASR、ESP一体化控制，改造后的制动系统不影响驾驶员的驾驶习惯，制动性能符合法规要求，改善了车辆燃油经济性，降低混合动力车辆、纯电动车辆系统开发成本。

附图说明

图1为基于VDC/VSC/ESP压力调节器的能量回馈液压制动系统原理图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步的描述。

本发明是利用传统车辆制动系统中的VDC/VSC/ESP压力调节器与混合动力车辆或电动车辆中的驱动电机，对控制软件进行合理、可靠设计，提出的实现制动能量回馈功能的新型制动系统。

如图1所示，基于传统VDC/VSC/ESP压力调节器的制动液压单元包括两路制动油路：左前轮-右后轮制动油路和右前轮-左后轮制动油路，每一制动油路上都包括六个电磁阀、一个回油泵、一个回油电机、一个低压蓄能器、两个车轮轮缸，在这种油路控制下，所做的具体配置有：制动主缸1、储液室2、制动踏板3、电动真空泵4、真空助力器5、主缸压力传感器MCP、前轮轮缸压力传感器WCP、后腔旁阀HSV1(制动主缸1包含前、后两个腔室，假设靠近真空助力器5的腔室称为后腔，远离真空助力器的腔室称为前腔)、后腔主阀USV1、前腔旁阀HSV2、前腔主阀USV2、回油泵P1和P2、回油电机M(回油电机带动回油泵工作)、低压储能器A1和A2、左前轮缸进油电磁阀LF-EV、左前轮缸出油电磁阀LF-AV、右前轮缸进油电磁阀RF-EV、右前轮缸出油电磁阀RF-AV、左后轮缸进油电磁阀LR-EV、左后轮缸出油电磁阀LR-AV、右后轮缸进油电磁阀RR-EV、右后轮缸出油电磁阀RR-AV、左前轮缸LF、右前轮缸RF、左后轮缸LR、右后轮缸RR。具体地，

左前轮-右后轮制动油路包括：前腔主阀USV2、前腔旁阀HSV2、回油泵P2、ABS回油电机M、低压储能器A2、左前轮进油电磁阀LF-EV、右后轮进油电磁阀RR-EV、左前轮出油电磁阀LF-AV、右后轮出油电磁阀RR-AV、左前轮轮缸LF、右后轮轮缸RR。

右前轮-左后轮制动油路包括：后腔主阀USV1、后腔旁阀HSV1、回油泵P1、ABS回油电机M、低压储能器A1、右前轮进油电磁阀RF-EV、左后轮进油电磁阀LR-EV、右前轮出油电磁阀RF-AV、左后轮出油电磁阀LR-AV、右前轮轮缸RF、左后轮轮缸LR。

这里，两个油路共用一个ABS回油电机M。

电动真空泵4与真空助力器5连接，对于纯电动汽车液压制动系统来讲，始终要保持其工作；对于混合动力汽车液压制动系统来讲，如果该混合动力汽车运行过程中，发动机一直处于工作状态(包括怠速状态)，则不需要真空真空泵工作，否则就需要。

下面以前轮驱动型轿车为例说明基于VDC/VSC/ESP压力调节器的制动能量回馈原理：

当驾驶员制动时，主缸压力传感器MCP监测驾驶员制动需求，制动控制器BCU根据MCP值计算出总制动力矩需求M0，此时压力调节器中电磁阀均处于复位状态，即轮缸压力等于主缸压力，制动控制器BCU根据前轮轮缸压力计算出两前轮所需制动力矩值M1，将该值通过CAN总线发送到整车控制器VCU，整车控制器VCU将驱动电机实际回馈制动力矩值M2发送到制动控制器BCU，制动控制器BCU比较M1和M2。设M3＝M1-M2，当M3等于零时，制动控制器BCU对压力调节器发出前轮保压指令。参照图1，电磁阀RF-EV、LF-EV通电即可实现两前轮轮缸压力保持；当M3大于零时，BCU对压力调节器发出前轮增压指令。参照图1，各电磁阀处于复位状态即可实现两前轮轮缸压力增加；当M3小于零时，制动控制器BCU对压力调节器发出前轮减压指令，电磁阀RF-EV、LF-EV、RF-AV、LF-AV通电即可实现两前轮轮缸压力减小。需要指出的是，当车速较低时驱动电机制动力矩迅速变小为零，为了保持总制动力矩不变，需要对两前轮进行快速增压控制，后腔主阀USV1和前腔主阀USV2通电，回油电机通电，其它电磁阀处于复位状态，实现快速增压控制。当M2等于零时，驱动电机回馈力矩为零，没有进行制动能量回馈；当M2大于零时，驱动电机回馈力矩不为零，进行制动能量回馈。

本发明在具有VDC/VSC/ESP功能压力调节器的传统液压制动系统基础之上，在制动主缸1的任一出油管路上增设了一个主缸压力传感器MCP(图1所示设置在了后腔出油管路上)，在任意一个前轮上增设了一个前轮轮缸压力传感器WCP(图1所示设置在了左前轮轮缸上)。液压制动系统由于增加了上述传感器，并且电磁阀由相应的制动控制器BCU控制、驱动电机由整车控制器VCU控制，可以实现制动能量的回馈功能、ABS功能、ASR功能、ESP功能。本发明的特别之处在于液压制动系统改造较小，不仅能够实现制动能量回馈，而且能实现制动能量回馈与ABS、ASR、ESP一体化控制。下面分别介绍一下各功能的实现过程：

1、制动回馈功能实施过程

假设车辆驱动类型为前轮驱动。当驾驶员制动时，主缸压力传感器MCP监测驾驶员制动需求，制动控制器BCU根据MCP值计算出总制动力矩需求M0，此时压力调节器中电磁阀均处于复位状态，即轮缸压力等于主缸压力，制动控制器BCU根据前轮轮缸压力计算出两前轮所需制动力矩值M1，将该值通过CAN总线发送到整车控制器VCU，整车控制器VCU将驱动电机实际回馈制动力矩值M2发送到制动控制器BCU，制动控制器BCU比较M1和M2。设M3＝M1-M2，当M3等于零时，制动控制器BCU对压力调节器发出前轮保压指令。参照图1，电磁阀RF-EV、LF-EV通电即可实现两前轮轮缸压力保持；当M3大于零时，BCU对压力调节器发出前轮增压指令。参照图1，各电磁阀处于复位状态即可实现两前轮轮缸压力增加；当M3小于零时，制动控制器BCU对压力调节器发出前轮减压指令，电磁阀RF-EV、LF-EV、RF-AV、LF-AV通电即可实现两前轮轮缸压力减小。需要指出的是，当车速较低时驱动电机制动力矩迅速变小为零，为了保持总制动力矩不变，需要对两前轮进行快速增压控制，后腔主阀USV1和前腔主阀USV2通电，回油电机通电，其它电磁阀处于复位状态，实现快速增压控制。当M2等于零时，驱动电机回馈力矩为零，没有进行制动能量回馈；当M2大于零时，驱动电机回馈力矩不为零，进行制动能量回馈。

2、ABS功能实施过程

对车辆实施紧急制动时，车轮会出现抱死现象，ABS功能可以防止车轮抱死。当制动控制器BCU监测到有车轮抱死趋势时，假设该车轮为右前轮，电磁阀RF-EV和电磁阀RF-AV同时通电，回油电机M通电，右前轮制动液被抽回到后腔主路，实现右前轮减压控制；当制动控制器BCU监测到右前轮抱死趋势消失时，电磁阀RF-EV和电磁阀RF-AV同时复位，由于后腔主路制动压力很大，右前轮制动压力较小，制动液会瞬时进入到右前轮缸里面，实现增压控制；在ABS控制过程中有时会出现保压控制，将进油电磁阀通电即可实现保压控制。

3、制动回馈与ABS一体化控制

本发明中提出的制动能量回馈系统可以实现制动回馈与ABS一体化控制，控制方法可以采用：方法1、当ABS进入控制时，回馈制动立即退出；方法2、当ABS进入控制时，回馈制动参与ABS控制。对于控制方法1，当制动控制器BCU监测到需要进行ABS控制时，BCU通过CAN与整车控制器VCU进行通讯，BCU告知VCU立即将回馈制动力矩减为零，当ABS控制退出时，BCU告知VCU回复回馈制动，BCU与VCU共同实现回馈制动。对于控制方法2：当制动控制器BCU监测到需要进行ABS控制时，BCU通过CAN与整车控制器VCU进行通讯，BCU告知VCU立即进入ABS控制，BCU根据相应控制策略对液压制动力进行调节实现ABS，VCU根据相应控制策略对回馈制动力进行调节实现ABS，当ABS控制退出时，BCU告知VCU回复回馈制动，BCU与VCU共同实现回馈制动。

4、ASR功能实施过程

本发明中提出的制动能量回馈系统可以实现驱动防滑功能ASR。假设车辆驱动类型是前轮驱动。当驾驶员操作加速踏板过猛时，通常在冰雪路面上会出现这种情况，制动控制器BCU监测到有驱动轮出现打滑现象，这里假设左前轮出现打滑现象，制动控制器BCU发出控制指令给前腔主阀USV2、前腔旁阀HSV2、回油电机M、右后轮进油阀RR-EV，给这些电磁阀和电机通电，实现对左前轮增压控制，减小左前轮打滑现象增大车辆加速能力，当制动控制器BCU监测到该驱动轮打滑现象消失时，将所有电磁阀和电机复位，恢复常规驱动功能。

5、ESP功能实施过程

本发明中提出的制动能量回馈系统可以实现车辆稳定性控制功能ESP。ESP功能是防止车辆甩尾和侧滑，以防止车辆甩尾为例说明如何实现ESP功能。当制动控制器BCU监测到车辆出现向右甩尾时，通常该现象所对应的驾驶行为是向左猛打方向盘并紧急制动，这时制动控制器BCU需要控制电磁阀和电机以实现增加右前轮和右后轮制动力、减小左前轮和左后轮制动力，两侧制动力差值变成抑制向右甩尾的反方向力矩，反方向力矩的出现可以防止车辆向右甩尾。对车轮进行增压、保压、减压控制方法与ABS、ASR功能中实现增压、保压、减压控制方法相同，此处不再重复。

上述各功能仅用于说明本发明，其中各功能的具体实现可以在本发明技术方案的基础上进行等同变换和改进，均不应排除在本发明的保护范围之外。

Claims (6)

1.一种基于VDC/VSC/ESP压力调节器的制动能量回收液压制动系统，包括具有VDC/VSC/ESP功能的压力调节器、制动主缸、主缸真空助力器、驱动电机、制动控制器、整车控制器，其特征在于：在所述制动主缸中的一个出油管路上设置一主缸压力传感器，在所述压力调节器中的一个前轮轮缸处设置一轮缸压力传感器，所述主缸压力传感器、轮缸压力传感器信号均反馈给制动控制器，所述驱动电机由整车控制器控制，所述制动控制器与整车控制器进行CAN通讯。

2.如权利要求1所述的基于VDC/VSC/ESP压力调节器的制动能量回收液压制动系统，其特征在于：所述压力调节器控制左前轮-右后轮、右前轮-左后轮两路制动油路，每一油路均包括一旁路电磁阀、一主路电磁阀、一回油泵、一ABS回油电机、一低压蓄能器、一前轮进油电磁阀、一后轮进油电磁阀、一前轮出油电磁阀、一后轮出油电磁阀、一前轮轮缸、一后轮轮缸。

3.如权利要求1所述的基于VDC/VSC/ESP压力调节器的制动能量回收液压制动系统，其特征在于：所述两制动油路共用一个所述ABS回油电机。

4.如权利要求2所述的基于VDC/VSC/ESP压力调节器的制动能量回收液压制动系统，其特征在于：所述两制动油路共用一个所述ABS回油电机。

5.如权利要求1或2或3或4所述的基于VDC/VSC/ESP压力调节器的制动能量回收液压制动系统，其特征在于：另设置一电动真空泵，所述电动真空泵与所述主缸推杆真空助力器相连接。

6.如权利要求5所述的基于VDC/VSC/ESP压力调节器的制动能量回收液压制动系统，其特征在于：针对纯电动车辆来讲，所述电动真空泵始终保持工作；针对混合动力汽车辆来讲，如果发动机处于工作状态，则不需要启动真空泵，如果发动机未工作，则需要启动真空泵。