CN102114834B

CN102114834B - X型管路布置能量回馈式电动汽车液压制动防抱死系统

Info

Publication number: CN102114834B
Application number: CN 201110038286
Authority: CN
Inventors: 张俊智; 张彪; 吕辰; 苟晋芳; 孔德聪
Original assignee: Tsinghua University
Current assignee: Tsinghua University
Priority date: 2011-02-15
Filing date: 2011-02-15
Publication date: 2013-02-13
Anticipated expiration: 2031-02-15
Also published as: CN102114834A

Abstract

本发明涉及一种X型管路布置能量回馈式电动汽车液压制动防抱死系统，其特征在于：制动主缸的一个出油口与压力调节器的右前轮-左后轮制动油路相连，制动主缸的另一个出油口与压力调节器的左前轮-右后轮制动油路相连，在制动主缸与右前轮-左后轮制动油路相连的管路上设置一主缸压力传感器，在两个前轮轮缸上分别设置一轮缸压力传感器；在右前轮-左后轮制动油路与制动主缸之间，以及在左前轮-右后轮制动油路与制动主缸之间均增设一高速开关阀；在右前轮制动油路和左前轮制动油路中均增加了两个高速开关阀和一个中压蓄能器。本发明能够实现制动能量回馈与ABS一体化控制，改善了车辆燃油经济性，提高了制动过程中的能量回收效率，不影响驾驶员的驾驶习惯，因此，可广泛用于车辆中。

Description

X型管路布置能量回馈式电动汽车液压制动防抱死系统

技术领域

本发明涉及车辆的液压制动防抱死系统，特别是关于一种适用于混合动力车辆或纯电动车辆的X型管路布置能量回馈式电动汽车液压制动防抱死系统。

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可以在原有制动系统基础上进行改造，能同时实现极大的制动能量回馈率和制动防抱死功能，并且能够改善制动踏板感觉的X型管路布置能量回馈式电动汽车液压制动防抱死系统。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种X型能量回馈式电动汽车制动防抱死系统，它包括具有ABS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、制动控制器和整车控制器，所述压力调节器的两条制动管路为X型布置，其特征在于：所述制动主缸的一个出油口与所述压力调节器的右前轮-左后轮制动油路相连，所述制动主缸的另一个出油口与所述压力调节器的左前轮-右后轮制动油路相连；其中，左后轮进油油路和右后轮进油油路分别对应与所述制动主缸的一进油口直接相连；在所述制动主缸与所述压力调节器的右前轮-左后轮制动油路相连的管路上设置一主缸压力传感器，在所述压力调节器中的两个前轮轮缸上分别设置一轮缸压力传感器；在所述右前轮-左后轮制动油路中的高压阻尼器与所述制动主缸之间增设一号高速开关阀，在左前轮-右后轮制动油路中的高压阻尼器与所述制动主缸之间增设二号高速开关阀；所述制动主缸出油口与所述一号高速开关阀之间的管路上连接三号高速开关阀的一端，所述三号高速开关阀的另一端与四号高速开关阀的一端相连，所述四号高速开关阀的另一端连接至右前轮-左后轮制动油路中的回油泵上，所述三号高速开关阀与所述四号高速开关阀之间设置一中压蓄能器；所述制动主缸出油口与所述二号高速开关阀之间的管路上连接所述五号高速开关阀的一端，所述五号高速开关阀的另一端与六号高速开关阀的一端相连，所述六号高速开关阀的另一端连接至左前轮-右后轮制动油路中的回油泵上，所述五号高速开关阀与所述六号高速开关阀之间也设置一中压蓄能器；所述主缸压力传感器、轮缸压力传感器，以及一个向右前轮制动油路和左前轮制动油路供油的ABS回油电机，均由所述制动控制器控制；所述驱动电机由所述整车控制器控制；所述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，所述主缸推杆真空助力器上设置一电动真空泵。

所述压力调节器包括十四个电磁阀、一个ABS回油电机、两个高压阻尼器、两个回油泵、两个低压蓄能器、两个中压蓄能器、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、本发明将制动主缸的一个出油口与压力调节器的右前轮-左后轮制动油路相连，将制动主缸的另一个出油口与压力调节器的左前轮-右后轮制动油路相连，在制动主缸与右前轮-左后轮制动油路相连的管路上设置一主缸压力传感器，在两个前轮轮缸上分别设置一轮缸压力传感器；在右前轮-左后轮制动油路与制动主缸之间，以及在左前轮-右后轮制动油路与制动主缸之间均增设一高速开关阀；在右前轮制动油路和左前轮制动油路中均增加了两个高速开关阀和一个中压蓄能器；并且本发明的前轮制动与驱动电机协调动作，并且回馈制动时，制动主缸不与前轮制动油路相连，而与中压蓄能器相连，即脚踏板与中压蓄能器相联系，而不直接与前轮制动联系，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，并且能够最大限度的回收制动能量，同时也能实现ABS等功能，延长了电驱动车辆续驶里程。2、本发明只需要将现有技术中车辆制动系统中的ABS压力调节器进行简单改造，利用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、可靠设计即可实现，对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一体化控制。本发明能够实现制动能量回馈与ABS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，降低了混合动力车辆、纯电动车辆系统的开发成本，提高了制动过程中的能量回收效率，因此，可广泛用于车辆中。

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进行详细的描述。

如图1所示，本发明包括现有技术中，具有ABS功能的压力调节器、制动主缸1、储液室2、主缸推杆真空助力器3、脚踏板4、驱动电机D、制动控制器BCU、整车控制器VCU。其中，ABS压力调节器为X型管路布置：它包括右前轮-左后轮制动油路和左前轮-右后轮制动油路；每一条制动油路上都包括两个车轮轮缸、四个电磁阀、一个单向阀、一个低压蓄能器、一个回油泵和一个高压阻尼器，两路制动油路共用一个回油电机，具体设置如下：

右前轮-左后轮制动油路包括：高压阻尼器G1、回油泵P1、单向阀S1、低压蓄能器A1、右前轮减压阀RF-RV、右前轮增压阀RF-IV、左后轮减压阀LR-RV、左后轮增压阀LR-IV、右前轮轮缸RF、左后轮轮缸LR。

左前轮-右后轮制动油路包括：高压阻尼器G1、回油泵P2、单向阀S2、低压蓄能器A2、右后轮减压阀RR-RV、右后轮增压阀RR-IV、左前轮减压阀LF-RV、左前轮增压阀LF-IV、右后轮轮缸RR、左前轮轮缸LF。

上述右前轮-左后轮制动油路和左前轮-右后轮制动油路共用一个ABS回油电机M。

上述的右前轮-左后轮制动油路和左前轮-右后轮制动油路中各个部件的连接关系属于现有技术，在此不再详细说明。

本发明将现有技术中具有ABS功能的压力调节器的左后轮进油油路从原制动油路中拆下，而改为与制动主缸1出口a处的制动油路相连；将现有技术中具有ABS功能的压力调节器的右后轮进油油路从原制动油路中拆下，而改为与制动主缸1出口b处的制动油路相连，从而形成本发明右前轮-左后轮制动油路、左前轮-右后轮制动油路。

本发明在右前轮-左后轮制动油路中高压阻尼器G1与制动主缸1之间增设高速开关阀A；在左前轮-右后轮制动油路中高压阻尼器G2与制动主缸1之间增设高速开关阀C。

本发明在右前轮制动油路(即制动主缸1的出口a出来至右前轮轮缸RF之间的管路)中增加一条具有高速开关阀B、高速开关阀E以及中压蓄能器ZA1的支路。高速开关阀B的一端连接至制动主缸1的出口a与高速开关阀A之间的管路上，高速开关阀B的另一端与高速开关阀E的一端相连，高速开关阀E的另一端连接至右前轮-左后轮制动油路中的回油泵P1上，中压蓄能器ZA1设置在高速开关阀B与高速开关阀E之间的管路上。

本发明在左前轮制动油路(即制动主缸1的出口b出来至左前轮轮缸LF之间的管路)中增加一条具有高速开关阀D、高速开关阀F以及中压蓄能器ZA2的支路。高速开关阀D的一端连接至制动主缸1的出口b与高速开关阀C之间的管路上，高速开关阀D的另一端与高速开关阀F的一端相连，高速开关阀F的另一端连接至左前轮-右后轮制动油路中的回油泵P2上，中压蓄能器ZA2设置在高速开关阀D与高速开关阀F之间的管路上。

上述实施例中，本发明在主缸推杆真空助力器3上还可以设置一电动真空泵5，脚踏板4与主缸推杆直接相连，以适用于纯电动车辆。

本发明在右前轮-左后轮制动油路与制动主缸1相连的管路上，设置一主缸压力传感器6；

本发明在左前轮轮缸LF上设置轮缸压力传感器WCP1，在右前轮轮缸RF上设置轮缸压力传感器WCP2。

主缸压力传感器6、轮缸压力传感器WCP2和ABS回油电机M，均由制动控制器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。

本发明具有制动回馈功能、ABS功能，以及制动回馈与ABS一体化控制功能，各功能的具体实现过程如下：

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4实施制动时，高速开关阀A、B、C、D上电，中压蓄能器ZA1、ZA2、左后轮轮缸LR、右后轮轮缸RR压力变化速率与制动主缸1的压力变化速率一致。

主缸压力传感器6检测出制动主缸1的压力值P和压力变化率ΔP/Δt，传给制动控制器BCU，制动控制器BCU根据压力值P计算出右前轮轮缸RF和左前轮轮缸LF的制动力矩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的增长斜率K₁从零增长至T₁，同时制动控制器BCU得到T₁，并以一定的减小斜率K₁减小右前轮轮缸RF和左前轮轮缸LF的压力。

减小两前轮轮缸压力是通过左前轮减压阀LF-RV、左前轮增压阀LF-IV、右前轮减压阀RF-RV、右前轮增压阀RF-IV上电实现的；两前轮轮缸压力的减小速率控制是通过改变左前轮增压阀LF-IV和右前轮增压阀RF-IV的控制占空比实现的，左前轮增压阀LF-IV和右前轮增压阀RF-IV的控制占空比越大，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T大于T₁时，用占空比控制高速开关阀E、F、ABS回油电机M、左前轮增压阀LF-IV和右前轮增压阀RF-IV，使中压蓄能器ZA1、ZA2、低压蓄能器A1、A2中的制动液进入左前轮轮缸LF和右前轮轮缸RF，这部分液压制动力用于补偿T与T₁的差值；当T小于T₁时，高速开关阀E、F、ABS回油电机M均不通电，左前轮增压阀LF-IV和右前轮增压阀RF-IV上电关闭，用占空比控制左前轮减压阀LF-RV和右前轮减压阀RF-RV，在回馈力增加的同时使两前轮缸压力减小。

当车速较低时，驱动电机产生的回馈力矩逐渐变小(这是由电机本身特性决定的)，整车控制器VCU控制回馈力矩以一定的减小斜率K₂从当前值减小为零，回馈力矩逐渐减小的同时用占空比控制高速开关阀E、F、ABS回油电机M、左前轮增压阀LF-IV和右前轮增压阀RF-IV，使中压蓄能器ZA1、ZA2、低压蓄能器A1、A2中的制动液进入左前轮轮缸LF和右前轮轮缸RF，以相同于K₂的斜率(此处取斜率绝对值)增长两前轮轮缸的压力，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

由于本发明提出的制动回馈解决方案对传统制动系统进行了改造，所以本发明制动系统的ABS功能实现过程与传统制动系统的ABS功能实现有所不同，下面分别说明两前轮增压、保压、减压过程和后轮增压、保压、减压过程。

两前轮增压过程：高速开关阀A、C掉电进入导通状态，左前轮增压阀LF-IV和右前轮增压阀RF-IV掉电进入导通状态，左前轮减压阀LF-RV和右前轮减压阀RF-RV掉电进入不导通状态，ABS回油电机M通电工作。两前轮保压过程：左前轮增压阀LF-IV和右前轮增压阀RF-IV上电进入不导通状态，左前轮减压阀LF-RV和右前轮减压阀RF-RV掉电进入不导通状态。两前轮减压过程：左前轮增压阀LF-IV和右前轮增压阀RF-IV上电进入不导通状态，左前轮减压阀LF-RV和右前轮减压阀RF-RV上电进入导通状态，ABS回油电机M通电工作。

两后轮增压过程：与常规制动增压过程相同；后轮保压过程：左后轮增压阀LR-IV和右后轮增压阀RR-IV上电进入不导通状态，左后轮减压阀LR-RV和右后轮减压阀RR-RV掉电进入不导通状态；后轮减压过程：左后轮增压阀LR-IV和右后轮增压阀RR-IV上电进入不导通状态，左后轮减压阀LR-RV和右后轮减压阀RR-RV上电进入导通状态、ABS回油电机M通电工作。

3、制动回馈与ABS一体化控制功能实施过程

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。本发明提出的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。

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。能量回馈式电动汽车制动防抱死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ABS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。

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：

1)经过改造后的压力调节器右前轮、左前轮制动油路，在回馈制动时脱离了制动主缸1的控制，也就是脱离了与脚踏板4的联系，而增设的高速开关阀B、高速开关阀E、中压蓄能器ZA1以及高速开关阀D、高速开关阀F、中压蓄能器ZA2，可以使得在踩脚踏板4时中压蓄能器接收从制动主缸1中流出的油，可以在松开脚踏板4时再将油回送到制动主缸1中，使踩踏脚踏板4感到舒适；

2)制动能量回馈时，驱动电机产生的制动力作用在驱动轮上，即左前轮轮缸LF和右前轮轮缸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左前轮增压阀LF-IV、右前轮增压阀RF-IV、左前轮减压阀LF-RV和右前轮减压阀RF-RV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A2不能容纳制动液时，需要将ABS回油电机M上电，将低压蓄能器A2中制动液抽回至制动主缸1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，因为右前轮、左前轮的制动液分别来自低压蓄能器A1、中压蓄能器ZA1、低压蓄能器A2、中压蓄能器ZA2，使得右前轮、左前轮制动与制动主缸1无直接联系。所以经过改造后的液压制动系统，在制动回馈过程中，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。

上述各实施例仅用于说明本发明，其中各部件的结构、连接方式等都是可以有所变化的，凡是在本发明技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本发明的保护范围之外。

Claims

1.一种X型管路布置能量回馈式电动汽车液压制动防抱死系统，它包括具有ABS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、制动控制器和整车控制器，所述压力调节器的两条制动管路为X型布置，其特征在于：

所述制动主缸的一个出油口与所述压力调节器的右前轮-左后轮制动油路相连，所述制动主缸的另一个出油口与所述压力调节器的左前轮-右后轮制动油路相连；其中，左后轮进油油路和右后轮进油油路分别对应与所述制动主缸的一出油口直接相连；

在所述制动主缸与所述压力调节器的右前轮-左后轮制动油路相连的管路上设置一主缸压力传感器，在所述压力调节器中的两个前轮轮缸上分别设置一轮缸压力传感器；

在所述右前轮-左后轮制动油路中的高压阻尼器与所述制动主缸之间增设一号高速开关阀，在左前轮-右后轮制动油路中的高压阻尼器与所述制动主缸之间增设二号高速开关阀；

所述制动主缸出油口与所述一号高速开关阀之间的管路上连接三号高速开关阀的一端，所述三号高速开关阀的另一端与四号高速开关阀的一端相连，所述四号高速开关阀的另一端连接至右前轮-左后轮制动油路中的回油泵上，所述三号高速开关阀与所述四号高速开关阀之间设置一中压蓄能器；

所述制动主缸出油口与所述二号高速开关阀之间的管路上连接五号高速开关阀的一端，所述五号高速开关阀的另一端与六号高速开关阀的一端相连，所述六号高速开关阀的另一端连接至左前轮-右后轮制动油路中的回油泵上，所述五号高速开关阀与所述六号高速开关阀之间也设置一中压蓄能器；

所述主缸压力传感器、轮缸压力传感器，以及一个向右前轮制动油路和左前轮制动油路供油的ABS回油电机，均由所述制动控制器控制；所述驱动电机由所述整车控制器控制；所述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X型管路布置能量回馈式电动汽车液压制动防抱死系统，其特征在于：针对纯电动车辆，所述主缸推杆真空助力器上设置一电动真空泵。

3.如权利要求1或2所述的X型管路布置能量回馈式电动汽车液压制动防抱死系统，其特征在于：所述压力调节器包括十四个电磁阀、一个ABS回油电机、两个高压阻尼器、两个回油泵、两个低压蓄能器、两个中压蓄能器、四个制动轮缸。