CN101844518A

CN101844518A - 基于改善制动踏板感觉的制动能量回馈系统

Info

Publication number: CN101844518A
Application number: CN 201010183368
Authority: CN
Inventors: 张俊智; 张彪; 李守波; 陈鑫
Original assignee: Tsinghua University
Current assignee: Tsinghua University
Priority date: 2010-05-19
Filing date: 2010-05-19
Publication date: 2010-09-29
Anticipated expiration: 2030-05-19
Also published as: CN101844518B

Abstract

本发明公开了一种基于改善制动踏板感觉的制动能量回馈系统，其特征在于：储液室的出油口与压力调节器前轮制动油路相连，制动主缸的一个出油口与压力调节器后轮制动油路相连，制动主缸的另一个出油口与一行程模拟器相连，在制动主缸与压力调节器后轮制动油路相连的管路上设置一主缸压力传感器，在压力调节器前轮制动油路中的一个轮缸上设置一轮缸压力传感器；主缸压力传感器、轮缸压力传感器和向前、后轮油路供油的回油电机均由制动控制器控制；制动控制器和驱动电机共同由整车控制器控制。本发明可以保证与传统车辆相同的制动踏板感觉，最大限度回收制动能量，同时也能实现ABS、ASR、ESP等功能，延长了电驱动车辆续驶里程。

Description

基于改善制动踏板感觉的制动能量回馈系统

技术领域

本发明涉及车辆的制动能量回馈系统，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改善制动踏板感觉的制动能量回馈系统。

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-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，本发明的目的是提供一种在原有制动系统基础上进行改进，能极大实现制动能量回馈，并能改善制动踏板感觉的制动能量回馈系统。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种基于改善制动踏板感觉的制动能量回馈系统，包括具有VDC/VSC/ESP功能的压力调节器、制动主缸、储液室、主缸推杆真空助力器、脚踏板、驱动电机、制动控制器、整车控制器，其特征在于：所述储液室的出油口与压力调节器前轮制动油路相连，所述制动主缸的一个出油口与压力调节器后轮制动油路相连，所述制动主缸的另一个出油口与一行程模拟器相连，在所述制动主缸与压力调节器后轮制动油路相连的管路上设置一主缸压力传感器，在所述压力调节器前轮制动油路中的一个轮缸上设置一轮缸压力传感器；所述主缸压力传感器、轮缸压力传感器和一向前、后轮制动油路供油的ABS回油电机，均由制动控制器控制；驱动电机由整车控制器VCU控制；制动控制器与整车控制器通讯并共同实现制动回馈功能。

针对纯电动车辆，另设置一电动真空泵，所述电动真空泵与主缸推杆真空助力器相连接。

所述压力调节器包括十二个电磁阀、一个所述ABS回油电机、两个回油泵、两个低压蓄能器、四个制动轮缸。

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制动能量回馈系统，对传统混合动力车辆或纯电动车辆液压制动系统进行改造并实现制动能量回馈功能。本发明利用传统的VDC/VSC/ESP压力调节器与驱动电机，将原有前轮制动油路从制动主缸上拆离，而改装为与储液室直接相连；在制动主缸上所空闲出的油出口上连接一行程模拟器；在后轮制动油路与制动主缸相连的管路上设置一主缸压力传感器；在任一前轮轮缸上设置一轮缸压力传感器。由于前轮制动与驱动电机协调动作，同时前轮制动又是与制动主缸分离的，即不直接与脚踏板联系，所以在驱动电机完成能量回馈的同时，脚踏板的踩踏感觉也不会受到影响，改善了踏板的感觉。2、经本发明改造后的制动系统能够继续实现制动能量回馈与ABS、ASR、ESP一体化控制，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，提高了制动过程中能量回收效率。

附图说明

图1是本发明的系统原理图

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的进行详细的描述。

如图1所示，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，提出的新型制动能量回馈改造方案。改造包括：1、将原有前轮制动油路从制动主缸1上拆离，而改装为与储液室2直接相连；2、在前轮制动油路从制动主缸1上拆离后，制动主缸1上所空闲出的油出口上，连接一行程模拟器3；3、针对纯电动车辆来讲，另设置一电动真空泵4，将主缸推杆真空助力器5连接到电动真空泵4上(脚踏板6与主缸推杆直接相连)；4、在后轮制动油路与制动主缸1相连的管段上，设置一主缸压力传感器MCP；5、在任一前轮轮缸上设置一轮缸压力传感器WCP。

因为本发明是在原有压力调节器上进行的改造，所以在介绍本发明功能实现之前，先简单介绍一下原有VDC/VSC/ESP压力调节器的系统组成：它包括前、后两路制动油路，每一制动油路上都包括6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，具体标记如下：

后轮制动油路：后腔主路电磁阀USV1、后腔旁路电磁阀HSV1、回油泵P1、ABS回油电机M、低压蓄能器A1、左后轮进油电磁阀LR-EV、右后轮进油电磁阀RR-EV、左后轮出油电磁阀LR-AV、右后轮出油电磁阀RR-AV。左后轮轮缸LR、右后轮轮缸RR。

前轮制动油路：前腔主路电磁阀USV2、前腔旁路电磁阀HSV2、回油泵P2、ABS回油电机M、低压蓄能器A2、左前轮进油电磁阀LF-EV、右前轮进油电磁阀RF-EV、左前轮出油电磁阀LF-AV、右前轮出油电磁阀RF-AV、左前轮轮缸LF、右前轮轮缸RF。前轮和后轮共用一个ABS回油电机M。

针对压力调节器的这种结构，这里所做的主要改造就是将前轮制动油路连接到储液室2的出口上；在制动主缸1与后轮制动连接的油路上安装一主缸压力传感器MCP；在左前轮轮缸LF或右前轮轮缸RF轮缸上加一轮缸压力传感器WCP。主缸压力传感器MCP信号和轮缸压力传感器WCP信号传送给制动控制器BCU；ABS回油电机M由制动控制器BCU控制；驱动电机D由整车控制器VCU控制；制动控制器BCU与整车控制器VCU通讯并共同实现制动回馈功能。

在制动过程中，电驱动车辆中驱动电机D可以当作发电机使用，从而实现制动能量回馈。基于改善制动踏板感觉的制动能量回馈系统是指根据驾驶员的制动需求，尽可能多地利用驱动电机进行制动以实现能量回馈，当驱动电机制动不足以满足驾驶员制动需求时，对VDC/VSC/ESP压力调节器进行合理控制以补偿不足的制动需求，既满足安全性又可以最大限度回收制动能量。值得注意的是应用本发明提出的制动回馈解决方案可以得到与传统车相同的制动踏板感觉，这是因为：一，经过改造后的压力调节器前轮制动回路脱离了制动主缸1的控制，也就是脱离了与脚踏板6的联系，而在原有主缸出油口上连接一行程模拟器3，行程模拟器3可以在踩踏脚踏板6时接收从主缸中流出的油，可以在松开脚踏板6时再将油回送到主缸，使踩踏脚踏板6时感到舒适；二，经过改造后的液压制动系统可以使驾驶员感觉不到制动能量回馈过程产生的制动踏板不舒适性。制动能量回馈时，驱动电机产生的制动力作用在驱动轮上，即左前轮LF和右前轮RF，与此同时，左前轮和右前轮的液压制动力进行相应地减小，最终保持总制动力(驱动电机制动力+液压制动力)不变。两个前轮液压制动力的减小是通过给电磁阀LF-AV、LF-EV、RF-AV、RF-EV上电实现的，制动液流入低压蓄能器A2里面，当监测到低压蓄能器不能容纳制动液时，需要将ABS电机上电，将A2中制动液抽回至储液室2里面。对于两前轮，采取增压、保压、减压控制都不会影响制动踏板感觉，因为两前轮的制动液来自储液罐2，并且没有流经制动主缸。所以制动回馈过程中不会产生制动踏板感觉的不舒适性。

基于改善制动踏板感觉的制动能量回馈系统特别之处在于液压制动系统改造较小，制动能量回馈效率高，制动踏板感觉良好，实现了制动能量回馈与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

假设电驱动车辆为前轮驱动，当驾驶员踩脚踏板6实施制动时，电磁阀USV2上电进入不导通状态、电磁阀HSV2上电进入导通状态，主缸压力传感器MCP检测出制动主缸1的压力值M和主缸压力变化率ΔM/Δt，传给制动控制器BCU。制动控制器BCU根据M值和ΔM/Δt计算出ABS回油电机控制占空比并利用该占空比控制ABS回油电机工作使储液室中制动液进入两前轮轮缸LF、RF，对ABS回油电机进行占空比控制的目的是使前轮轮缸压力增长速率接近于后轮轮缸压力增长速率，当前轮轮缸压力传感器WCP检测值等于主缸压力传感器检测值时，ABS回油电机停止工作，此时前轮制动力等于后轮制动力。制动控制器BCU根据M值计算出两前轮制动力矩T并通过CAN通讯发送到整车控制器VCU，整车控制器VCU可以估算出当前驱动电机能够提供的最大回馈力矩T₁(相当于给驱动电机加反相电压而产生的制动力矩)并使回馈力矩以一定增长斜率K₁从零增长至T₁，同时制动控制器BCU得到T₁并以一定减小斜率K₁减小两前轮轮缸压力。减小两前轮轮缸压力是通过电磁阀LF-AV、LF-EV、RF-AV、RF-EV上电实现的，两前轮轮缸压力减小速率控制是通过改变电磁阀LF-AV、RF-AV控制占空比实现的，LF-AV、RF-AV控制占空比越大，减压速率越快，也就是说回馈力矩的增长与两前轮轮缸压力的减小是同时进行的，从而使得总制动力保持不变。当车速较低时，驱动电机产生的回馈力矩逐渐变小(这是有电机本身特性决定的)，整车控制器VCU控制回馈力矩以一定减小斜率K₂从当前值减小为零，同时，制动控制器BCU控制ABS回油电机以相同斜率(此处取斜率绝对值)增长两前轮轮缸压力，增压过程中，电磁阀USV2上电进入不导通状态，直到停车，制动控制器BCU复位所有电磁阀和ABS回油电机。

2、ABS功能实施过程

由于本专利提出的制动回馈解决方案对传统制动系统进行了改造，所ABS功能实现过程与传统制动系统ABS功能实现有所不同，下面分别说明前轮增压、保压、减压过程和后轮增压、保压、减压过程。前轮增压过程：电磁阀USV2上电进入不导通状态、电磁阀HSV2上电进入导通状态、ABS回油电机工作；前轮保压过程：电磁阀USV2上电进入不导通状态、电磁阀HSV2掉电进入不导通状态；前轮减压过程：电磁阀USV2掉电进入导通状态、电磁阀HSV2掉电进入不导通状态、左前轮出油电磁阀LF-AV、右前轮出油电磁阀RF-AV上电进入导通状态、ABS回油电机工作。后轮增压过程：与常规制动增压过程相同；后轮保压过程：电磁阀USV1上电进入不导通状态、电磁阀HSV1掉电进入不导通状态，左后轮进油电磁阀LR-EV、右后轮进油电磁阀RR-EV上电进入不导通状态；后轮减压过程：左后轮进油电磁阀LR-EV、右后轮进油电磁阀RR-EV上电进入不导通状态、左后轮出油电磁阀LR-AV、右后轮出油电磁阀RR-AV上电进入导通状态、ABS回油电机工作。

3、制动回馈与ABS一体化控制

通常在没有车轮抱死趋势时尽量采用制动回馈进行制动以达到回收能量的目的，前提是电池充电状态(SOC)没有达到极限，当车轮有抱死趋势时，必须撤掉制动回馈，ABS开始起作用。本专利提出制动回馈方案实现制动回馈与ABS一体化控制的控制策略是：设定两个滑移率门限值S₁、S₂，并且S₁小于S₂，所有车轮滑移率均小于S₁时，可以应用制动回馈功能；当监测到某个车轮滑移率大于或等于S₁时，立刻退出制动回馈功能，回复常规液压制动；当有车轮滑移率大于S₂时，ABS进入控制。

4、ASR功能实施过程

ASR称为驱动防滑控制，也可成为TCS。通常在低附着路面上驾驶员踩加速踏板过猛时ASR起作用，ASR控制可以通过对滑转轮进行制动实现，也可以通过控制驱动电机的驱动力矩(适用于电驱动车辆)实现。控制驱动电机驱动力矩方式通常是减小驱动力矩达到减小车轮滑转程度的目的，与减小发动机驱动力矩原理相似。着重说明通过制动控制实现ASR功能：当某个驱动轮发生滑转时，假设右前轮滑转，电磁阀USV2上电进入不导通状态、电磁阀HSV2上电进入导通状态、左前轮进油电磁阀LF-EV上电进入不导通状态、ABS回油电机工作，实现了对右前轮增压控制；当右前轮滑转减小到一定程度时，电磁阀USV2掉电进入导通状态、电磁阀HSV2掉电进入不导通状态、左前轮进油电磁阀LF-EV仍处于不导通状态、右前轮出油电磁阀RF-AV上电进入导通状态、ABS回油电机工作，实现了对右前轮减压控制；对右前轮的保压控制与ABS保压类似。

5、ESP功能实施过程

车辆行驶过程中，当制动控制器BCU监测到车辆有侧滑或甩尾趋势时，通常采取对某个车轮进行制动控制而避免侧滑或甩尾趋势，根据上面的ABS、ASR工作过程分析可知，本制动回馈系统完全可以实现ESP功能。

上述各过程仅用于说明本发明，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

1.一种基于改善制动踏板感觉的制动能量回馈系统，包括具有VDC/VSC/ESP功能的压力调节器、制动主缸、储液室、主缸推杆真空助力器、脚踏板、驱动电机、制动控制器、整车控制器，其特征在于：所述储液室的出油口与压力调节器前轮制动油路相连，所述制动主缸的一个出油口与压力调节器后轮制动油路相连，所述制动主缸的另一个出油口与一行程模拟器相连，在所述制动主缸与压力调节器后轮制动油路相连的管路上设置一主缸压力传感器，在所述压力调节器前轮制动油路中的一个轮缸上设置一轮缸压力传感器；所述主缸压力传感器、轮缸压力传感器和一向前、后轮制动油路供油的ABS回油电机，均由制动控制器控制；驱动电机由整车控制器控制；制动控制器与整车控制器通讯并共同实现制动回馈功能。

2.如权利要求1所述的基于改善制动踏板感觉的制动能量回馈系统，其特征在于：针对纯电动车辆，另设置一电动真空泵，所述电动真空泵与主缸推杆真空助力器相连接。

3.如权利要求1或2所述的基于改善制动踏板感觉的制动能量回馈系统，其特征在于：所述压力调节器包括十二个电磁阀、一个所述ABS回油电机、两个回油泵、两个低压蓄能器、四个制动轮缸。