CN102325675A - 用于车辆的防抱死刹车系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种用于在车辆中实现防抱死刹车的方法和系统，所述车辆至少由电动机牵引。所述方法包括：在车辆减速过程中，通过将电动机、车轮、变速器、传动轴以及地速中的至少一个的速度的实际变化率与至少一个车轮的速度的期望变化率进行比较来探测至少一个车轮的抱死趋向；基于上述抱死趋向，至少再生制动被调节来防止至少一个车轮的抱死。

Description

用于车辆的防抱死刹车系统
技术领域
本发明一般地涉及一种包括电力牵引系统的车辆。更加具体地，本发明涉及一种用于使包括电力牵引系统的车辆减速的方法和系统。
背景技术
一般地，车辆具有机械制动装置或者液压刹车装置，这些装置被用于车辆减速。但是，具有电力牵引系统的车辆，比方说电动车或者混合动力车的情形中，除了使用车辆中现存的机械制动装置或者液压刹车装置来实现减速之外，车辆还通过使用作为车辆的推进系统的电动机来实现减速。使用电动机来减速车辆在本领域是已知的，并且其一般被认为是一种再生制动。
刹车装置是车辆的最至关要紧的安全装置中的一个，人们进行了研究以期来克服涉及车辆刹车装置的各种问题。关于刹车装置的一个普遍的问题就在于车辆的刹车踏板被按压时车辆的轮子会被锁死。因此，研究的一方面就是要来测定车轮的锁死。一般地，当车辆必须在相对较少的时间段(突然刹车)内被停止下来的时候会发生车轮的锁死。这样的车轮锁死通过监控车轮的速度而被测定，可利用设置在车辆的一个或者多个轮子处的传感器来实现车轮速度监控。但是设置用于监控车轮速度的传感器可能是昂贵的。在车辆刹车装置领域中的研究的第二个方面就是要保证车轮的防抱死。这样的系统称为防抱死刹车系统(ABS)。
一般在用于电力牵引车辆的ABS中，当车辆的一个或者多个轮子的抱死被测定到时，ABS能够通过控制车辆中所存在的机械制动器或者液压刹车装置来实现车轮的防抱死，并且在当车轮的抱死被测定到时再生刹车完全没有被使用。
根据前面的讨论，目前需要一种能够有效地并且按照低花费的方式来测定车轮抱死的发明。另外，该发明应当能够使用再生刹车装置来实现车轮的防抱死。
发明内容
本发明的一个目的就是在车辆减速过程中，有效地并且按照低花费的方式判定车轮的抱死。
本发明的另一个目的就是要通过使用再生制动来实现车轮的防抱死。
根据前面所述，本发明的一个实施方式提供了一种用于在车辆中实现防抱死刹车的方法，所述车辆至少由电动机牵引。该方法包括通过监控电动机、至少一个车轮、变速器、传动轴和地速中的至少一个的速度从而来监控车辆的至少一个车轮的速度。另外，在车辆减速过程中，通过将电动机、至少一个车轮、变速器、传动轴以及地速中的至少一个的速度的实际变化率与至少一个车轮的速度的期望变化率进行比较来探测至少一个车轮的抱死趋向。如果比较结果指示了至少一个车轮存在抱死趋势，那么至少再生制动被调节来防止至少一个车轮的抱死。当车轮的抱死趋向被探测到时，立刻撤销再生制动从而来允许电动机和车轮旋转。另外，当车轮不存在抱死趋向时动力地增加再生制动，以及在当车轮存在抱死趋向时减少再生制动。除了调节再生制动之外，车辆中的机械式的或者液压式的制动装置也要调节。
当结合于下面的说明书和附图时，本发明的实施方式的这些以及其它方面将被更好地评价和理解。但是应当被理解的是，下面的指示了优选实施方式及其许多特别细节的说明书是出于示例的目的而被给出的，并不是要限制本发明。在本发明实施方式的范围之内，只要不脱离其基本精神，可以对本发明进行许多改变和修改，并且本发明的实施方式包括了所有的这样的修改。
附图说明
参照下面的附图，将会更好地理解本发明实施方式中的文字部分。
图1显示了根据本发明的各种实施方式的存在于电力牵引车辆中的系统100；
图2显示了根据本发明的各种实施方式的电动机的时间-速度简图；
图3是根据本发明的各种实施方式的用于在至少由电动机牵引的车辆中实现防抱死刹车的方法的流程图；
图4是根据本发明的各种实施方式的显示了再生制动和机械制动之间相互关系的简图；以及
图5显示了用于防止车辆的车轮抱死的再生制动的调制。
具体实施方式
本发明的具体实施方式和各种特性以及有利的细节将参照非限制性的实施方式而被更加全面地阐释，这些非限制实施方式被显示在附图中并且在下面的说明书中被详细描述。对于众所周知的组件以及加工方法的说明则被省略，从而来突出本发明的实施方式。这里所使用的实施例仅仅是为了便于理解本发明的实施方式能够得以实施的方式，并且为了进一步使得本领域技术人员能够来实践本发明的实施方式。因此，实施例不应当被解释为对本发明实施方式的范围的限制。
正如所提及的，对于能够有效地并且按照低花费的方式来测定车辆的至少一个车轮的抱死的发明存在一种需求。另外，该发明还应当能够通过使用再生刹车装置来实现至少一个车轮的防抱死。这里的实施方式通过提供一种新颖的方法和系统来实现上述目的。现在参照附图，更具体地是参见附图1至5，其中类似的附图标记在所有附图中始终指示相同的技术特征，下面是优选实施例的介绍。
图1显示了存在于电力牵引车辆中的根据本发明的不同实施方式的系统100。该系统100存在于比方说电动车辆(EV)以及混合动力车辆那样的车辆中，这些车辆由至少一个电动机牵引。系统100包括电池102，电动机控制器模块(MCM)104，电动机106，变速器/传动轴108以及车轮110。MCM104配置用来调节由电池102提供给电动机106的电流。由电动机106所产生的扭矩或者直接通过传动轴108或者通过变速器108而传送给车辆的轮子110。电动机106可以是三相感应电动机或者该领域公知的任何的电动机。在本发明的一个实施方式中，电池102为电动机106提供直流电。电池102提供给电动机106的电能经由MCM104而被调节。
MCM104基于各种参数而来调节电池102所提供的电能。在本发明的一个实施方式中，MCM104所考虑的各种参数为：现有的道路阻力加载、车辆速度、驾驶员的油门指令、功率通量和方向以及电动机106的速度。另外，在刹车期间，MCM104能够通过已经运行的电动机106来将可利用的能量转换成电能并且将能量重新反馈给电池102，因此来减速车辆。这个过程被称作再生刹车。可以被MCM104从电动机106中汲取的能量的比率是一个可以在MCM104中进行设置的参数。该比率与所应用的刹车直接成比例。这种由再生刹车所产生的制动力还要由车辆中所存在的附加的机械式或液压式刹车装置进行补充。除了其它参数，比方说现有的道路阻力加载、车辆速度、驾驶员的油门指令、驾驶员的刹车指令以及功率通量和方向之外，MCM104还要基于车辆的至少一个轮子110中的状态来调节再生刹车。
在本发明的一个实施方式中，MCM104基于电动机106的速度的变化速率来决定车辆的轮子110中的至少一个的状态，比方说在刹车时轮子110中的至少一个的抱死。配置用来监控电动机106的速度的MCM106能够计算电动机106的速度的变化速率。图2显示了根据本发明的各种实施方式的电动机106的速度相对于时间所绘制的简图。在图2中，线204和206示例性地限定出了当驾驶员提供刹车指令时电动机106的速度的一个区段。该速度区段是MCM104基于现有的道路阻力加载、车辆速度、驾驶员的油门指令、驾驶员刹车指令、功率通量和方向、电动机106的历史数据、从在车辆上所进行的测试中而获得的车辆行为、通过收集车辆行为数据的车载系统而获得的可以利用的数据中的一个或者多个而计算得出的。该区段指示了车辆正在被减速，同时车辆的车轮110没有抱死。该区段还指示了期望的电动机106速度，其中车辆的轮子110没有抱死。这些期望值也可以被预先编程在MCM104中，其中，期望速度是一个预先编程的经验值，该经验值由实验方法来决定。MCM104通过比较电动机106的实际速度和电动机106的期望速度从而来决定车辆的至少一个轮子110的抱死趋向。如果电动机106的实际速度落入了画有阴影线的区域202内，那么这就指示出至少一个轮子110存在抱死的趋向。至少一个轮子110存在抱死趋向的一个示例性电动机106速度通过线206而示出，该线206落在画有阴影线的区域202内。在本发明的一个实施方式中，电动机106期望的减速基于车辆的物理参数而实现，所述参数比方说是车辆的重量以及电动机106转矩速度特性，以及其它参数。
在本发明的一个实施方式中，车轮110的抱死通过监控至少一个轮子110的速度来测定。MCM104从设置在车辆的一个或者多个车轮处的传感器接收至少一个轮子110的速度值。至少一个轮子110的速度值与车轮的期望速度值进行比较，从而来判定车辆的轮子110的抱死情况。
在本发明的一个实施方式中，车轮110的抱死通过监控变速器108的速度来测定，所述变速器108用于将电动机106所产生的转矩传递给车轮110。变速器108的速度与变速器108的期望速度进行比较，从而来判定车辆的轮子110的抱死情况。
在本发明的一个实施方式中，车轮110的抱死通过监控传动轴108的速度来测定，所述传动轴用于将电动机106所产生的转矩传递给车轮110。传动轴108的速度与传动轴108的期望速度进行比较，从而来判定车辆的轮子110的抱死情况。
在本发明的一个实施方式中，车轮110的抱死通过监控车辆的地速来测定。车辆的地速与车辆的期望地速进行比较，从而来判定车辆的轮子110的抱死情况。
在本发明的一个实施方式中，车轮110的抱死通过监控车辆轮子的速度，通过监控电动机106、车轮、变速器、传动轴以及地速中的至少一个且将所监控的参数与所监控的参数的期望值进行比较来判定。
在判定车辆的至少一个车轮110的抱死趋向之后，MCM104至少地调节至少一个车轮110的再生刹车装置，从而来防止车辆的至少一个轮子110的抱死。根据本发明的各种实施方式，图3是用于实施车辆中的防抱死刹车系统的方法的流程图，所述车辆至少由电动机106牵引。在步骤302中，MCM104通过监控至少一个电动机106、至少一个车轮110、变速器108/传动轴108以及地速从而监控车辆的至少一个轮子110的速度。接着，在步骤304中MCM104将至少一个电动机106、至少一个车轮110、变速器108/传动轴108以及地速的实际速度与至少一个电动机106、车轮110、变速器108/传动轴108以及地速的期望速度进行比较。如果实际速度处在期望速度范围之内，那么在步骤306中，MCM104判定车辆的至少一个轮子110没有抱死的趋向。然后，MCM104继续监控至少一个电动机106、至少一个车轮110、变速器108/传动轴108以及地速的速度变化率。但是，如果在步骤304中，MCM104判定实际速度不处在期望速度范围内，那么在步骤308中，MCM104判定车辆的至少一个轮子110具有抱死的趋向。接下来，在步骤310中，MCM104至少调制再生刹车系统来防止车辆的至少一个轮子的抱死。与此同时，MCM104继续监控至少一个电动机106、至少一个车轮110、变速器108/传动轴108以及地速的速度变化率，并且将它们与期望值进行比较，从而来判定是否仍然存在抱死趋向或者来判定至少一个车轮110是否存在新的抱死趋向。
在本发明的一个实施方式中，MCM104调整再生制动与车辆中现存的机械式或液压式刹车装置的相互关系。根据本发明的各种实施方式，图4是显示了再生制动和通过机械刹车装置实现的制动之间的相互关系的简图。在图中，按照百分比形式的刹车踏板行程绘制在X轴上，并且由再生制动和机械制动所产生的制动力绘制在Y轴上。再生制动和机械制动共同形成了完整的刹车系统。该图显示了基于驾驶员的刹车指令的再生制动和机械制动的行为。图中的线408和410描绘了根据本发明实施方式的再生制动和机械制动的曲线。图中的区域402代表了这样一种状态，即油门松开。一旦油门被释放，一定量的再生制动通过电动机106就被应用于至少一个车轮110。另外，随着刹车踏板被按压，如在区域404和406中所指示的，再生制动就被逐渐地增加至100％。在本发明的一个实施方式中，如在图中所显示的，机械式/液压式制动仅在再生制动增加到100％之后才会被激活。
在本发明的一个实施方式中，仅仅再生制动就足够用来实现期望的刹车效果。但是，机械式制动器在突然停止的情况下可能还是需要的，也就是当车辆必须在相当短的时间段范围内被减速到将车辆停止下来的时候。
在本发明的教导下，所属领域技术人员可以得出机械式制动和再生制动之间的各种不同的相互关系。另外，也可获得不同的再生制动和机械制动曲线。图5显示了再生制动的调节，从而来防止车轮的抱死。图5是这样一个图表，其中再生制动力以及电动机速度被绘制在Y轴上，而时间被绘制在X轴上。在该图中，502、504和506是这样的区域，其中至少一个车轮110的抱死趋向按照前面所解释的那种方式而识别，并且再生制动因此被调节来防止车辆的至少一个轮子110的抱死。当识别到车轮的抱死趋向时，再生制动力减小，这样车轮就不会被抱死。稍后，再生制动力随着克服车轮的抱死趋向而增加。MCM104连续地监控前面所描述的那些各种参数从而来判定至少一个车轮的抱死趋向，并且因此调节再生制动力。
本发明的方法和系统在本发明的范围之内可以被改变或者修改，并且可以被应用于具有一个或者多个车轮的车辆当中，所述车辆包括至少一个电力牵引系统。具有电力牵引系统的车辆包括具有轮毂电动机或者“轮内”电动机的车辆。
前面对于具体实施方式的描述将如此全面地展现本发明实施方式的一般特性，因此其他人只要借助于现有的技术就可以容易地进行改进和/或修改，从而实现不同的应用，只要不脱离本发明的基本概念，这样的特定实施方式以及这样的改变和改进都应该并且将要被归入到本发明公开实施方式的等价物的意义和范畴之内。应当被理解的是，这里所采用的措辞或者术语是出于描述的目的而不是限制。因此，当本发明的实施方式已经被按照优选实施方式的形式而被描述之时，那些所属领域的技术人员将会认识到本发明的实施方式可以改进地而被实践，只要不脱离所述权利要求书的精神和范围。

Claims (12)

1.一种用于在车辆中实现防抱死刹车的方法，所述车辆至少由电动机牵引，该方法包括如下步骤：
通过监控电动机、至少一个车轮、变速器、传动轴和地速中的至少一个的速度来监控至少一个车轮的速度；
在车辆减速过程中，通过将电动机、车轮、变速器、传动轴以及地速中的至少一个的速度的实际变化率与至少一个车轮的速度的期望变化率进行比较来探测至少一个车轮的抱死趋向；以及，
至少调节再生制动以防止至少一个车轮的抱死。
2.根据权利要求1所述的方法，其中电动机的期望速度基于车辆重量和电动机转矩速度特性中的一个或者多个而决定。
3.根据权利要求1所述的方法，其中所述期望速度为通过实验方法决定的预先编程的经验值。
4.根据权利要求1所述的方法，其中所述调节的步骤包括：当探测到车轮的抱死趋向时，立刻撤销再生制动以允许至少一个电动机和车轮旋转。
5.根据权利要求1所述的方法，其中所述调节的步骤包括：当至少一个车轮不存在抱死趋向时动力地增加再生制动，以及，当至少一个车轮存在抱死趋向时减少再生制动。
6.根据权利要求1所述的方法，其中所述调节的步骤包括：至少调节至少一个车轮中的再生制动以及车辆中现存的机械式和液压式制动器中的一个或者多个。
7.根据权利要求1所述的方法，其中所述调节的步骤进一步包括：在逐步增加至少一个车轮中的再生制动直至到达它的最大限度之后激活由车辆中现存的机械式和液压式制动器中的一个或者多个所产生的制动。
8.一种用于在车辆中实现防抱死刹车的系统，所述车辆至少由电动机牵引，该系统包括至少一个用于实现如下步骤的模块：通过监控电动机、至少一个车轮、变速器、传动轴和地速中的至少一个的速度来监控至少一个车轮的速度；在车辆减速过程中，通过将电动机、车轮、变速器、传动轴以及地速中的至少一个的速度的实际变化率与至少一个车轮的速度的期望变化率进行比较来探测至少一个车轮的抱死趋向；以及，至少调节再生制动以防止至少一个车轮的抱死。
9.根据权利要求8所述的系统，其中所述至少一个模块通过在当探测到车轮的抱死趋向时，立刻撤销再生制动以允许至少一个电动机和车轮旋转从而来调节再生制动。
10.根据权利要求8所述的系统，其中所述至少一个模块通过在当至少一个车轮不存在抱死趋向时动力地增加再生制动，以及在当至少一个车轮存在抱死趋向时减少再生制动，以此来调节再生制动。
11.根据权利要求8所述的系统，其中所述至少一个模块至少调节至少一个车轮中的再生制动以及车辆中现存的机械式和液压式制动器中的一个或者多个。
12.根据权利要求8所述的系统，其中所述至少一个模块在逐步增加至少一个车轮中的再生制动直至到达它的最大限度之后激活由车辆中现存的机械式和液压式制动器中的一个或者多个所产生的制动。
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