CN102431460B - 再生制动系统和用于控制再生制动系统的方法 - Google Patents

再生制动系统和用于控制再生制动系统的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及再生制动系统和用于控制再生制动系统的方法。具体地，提供了一种具有液压制动系统和再生制动系统的车辆的制动系统，以及一种用于控制所述制动系统的方法。制动系统可包括制动踏板，其具有运动范围并配置成基于制动踏板在运动范围内的位置控制液压制动系统的应用。制动系统还可包括制动控制器，其配置成确定制动踏板的拐点位置，拐点位置是在液压制动系统开始超过预定阈值应用制动压力时制动踏板在运动范围内的位置，其中制动控制器基于拐点位置应用再生制动系统。

Description

再生制动系统和用于控制再生制动系统的方法
技术领域
本发明总体涉及制动系统，更特别地涉及控制再生制动系统。
背景技术
混合动力车辆和电动车辆使用再生制动系统以重新利用能量，否则能量将在使用传统的摩擦制动时流失。然而，混合动力车辆和电动车辆仍需要摩擦制动，因为摩擦制动能够在紧急情况下更快地停住车辆。因此，混合动力车辆和电动车辆通常包含摩擦制动和再生制动系统二者。为了保持传统的踏板构造，当应用再生和摩擦制动时，混合动力车辆和电动车辆通常使用单个制动踏板来控制。
因此，希望的是具有一种当应用摩擦制动和再生制动时的控制系统和方法。此外，希望的是保持对制动的线性和一致的感觉。本发明其他希望的特征和特性将结合附图和本发明的背景技术在随后的详细描述中变得显而易见。
发明内容
提供了一种车辆的制动系统，其具有液压制动系统和再生制动系统。液压制动系统应用摩擦制动。摩擦制动将车辆的动量转换为热量；该能量是不可回收的。再生制动系统能够捕捉和存储车辆的动能从而也提供车辆制动。存储的能量能够随后用来提高车辆的效率。制动系统可包括制动踏板，其具有运动范围并配置成基于制动踏板在运动范围内的位置控制液压制动系统的应用。制动系统还可包括制动控制器，其配置成确定制动踏板的拐点位置（inflectionposition），拐点位置是在液压制动系统开始超过预定阈值应用制动压力时制动踏板在运动范围内的位置。制动控制器基于制动踏板相对于确定的拐点位置的位置应用再生制动系统。
提供了一种用于控制车辆的制动系统的方法，所述制动系统具有液压制动系统和再生制动系统。该方法包括确定制动踏板的拐点位置，拐点位置是在液压制动系统开始超过预定阈值应用制动压力时制动踏板的位置。制动控制器基于制动踏板相对于确定的拐点位置的位置应用再生制动系统。该方法还可包括基于确定的拐点位置控制再生制动系统。
本发明还提供了以下方案：
1.一种用于车辆的制动系统，其具有液压制动系统和再生制动系统，所述制动系统包括：
制动踏板，其具有运动范围并配置成基于所述制动踏板在所述运动范围内的位置控制所述液压制动系统的应用；以及
制动控制器，其配置成确定所述制动踏板的拐点位置，所述拐点位置对应于在所述液压制动系统开始超过预定阈值应用制动压力时所述制动踏板在所述运动范围内的位置，
其中所述制动控制器基于所述拐点位置应用所述再生制动系统。
2.如方案1所述的制动系统，其特征在于，所述制动控制器进一步配置成在离所述拐点位置预定距离的制动踏板位置应用所述再生制动系统。
3.如方案1所述的制动系统，其特征在于，进一步包括：
制动压力传感器，其配置成监控所述液压制动系统的液压管线中的压力，
其中所述制动控制器基于由所述制动压力传感器监控的压力确定所述拐点位置。
4.如方案3所述的制动系统，其特征在于，所述制动控制器进一步配置成：
基于所述制动踏板的位置和由所述制动压力传感器监控的压力动态更新所述拐点位置。
5.如方案3所述的制动系统，其特征在于，所述制动控制器进一步配置成在以下情况时更新所述拐点位置：
所述制动位置在预定位置范围内；以及
由所述制动压力传感器监控的压力在预定压力范围内。
6.如方案1所述的制动系统，其特征在于，进一步包括：
存储器，
其中所述制动控制器配置成在所述存储器中存储所述拐点位置。
7.如方案6所述的制动系统，其特征在于，所述制动控制器进一步配置成：
周期采样所述制动踏板的位置；以及
在所述存储器中存储周期采样的制动踏板位置。
8.如方案7所述的制动系统，其特征在于，所述制动控制器进一步配置成基于当前制动位置和所述存储器中存储的制动踏板位置更新存储的拐点位置。
9.如方案8所述的制动系统，其特征在于，进一步包括：
制动压力传感器，其配置成监控所述液压制动系统的液压管线中的压力，
其中所述制动控制器进一步配置成
基于当前制动位置，所述存储器中存储的至少一个周期采样的制动踏板位置和由所述制动压力传感器监控的压力更新存储的拐点位置。
10.如方案9所述的制动系统，其特征在于，所述制动控制器进一步配置成在当前制动位置和至少一个存储的周期采样的制动位置的倾斜度小于预定量时更新存储的拐点位置。
11.一种用于控制车辆的制动系统的方法，所述制动系统具有液压制动系统和再生制动系统，所述方法包括：
确定制动踏板的拐点位置，所述拐点位置对应于在所述液压制动系统开始超过预定阈值应用制动压力时所述制动踏板的位置，
基于确定的拐点位置控制再生制动系统。
12.如方案11所述的方法，其特征在于，进一步包括：
在离所述拐点位置预定距离的制动踏板位置应用所述再生制动系统。
13.如方案11所述的方法，其特征在于，进一步包括：
监控所述液压制动系统的液压管线中的压力，
其中所述确定进一步包括基于监控的压力确定所述拐点位置。
14.如方案13所述的方法，其特征在于，进一步包括基于所述制动踏板的位置和监控的压力动态更新所述拐点位置。
15.如方案13所述的方法，其特征在于，进一步包括在以下情况时更新所述拐点位置：
所述制动位置在预定位置范围内；以及
监控的压力在预定压力范围内。
16.如方案11所述的方法，其特征在于，进一步包括：
在存储器中存储所述拐点位置。
17.如方案16所述的方法，其特征在于，进一步包括：
周期采样所述制动踏板的位置；以及
在所述存储器中存储周期采样的制动踏板位置。
18.如方案17所述的方法，其特征在于，进一步包括
基于当前制动位置和所述存储器中存储的至少一个周期采样的制动踏板位置更新存储的拐点位置。
19.如方案18所述的方法，其特征在于，进一步包括：
监控所述液压制动系统的液压管线中的压力，
基于当前制动位置，所述存储器中存储的至少一个周期采样的制动踏板位置和监控的压力更新存储的拐点位置。
20.如方案19所述的方法，其特征在于，进一步包括在当前制动位置和至少一个存储的周期采样的制动踏板位置的倾斜度小于预定量时更新存储的拐点位置。
附图说明
此后将结合下列附图描述本发明。
图1示出了根据实施例的示例性制动系统；
图2是示出了根据一个实施例的关于原制动位置的示例性操作的示图；
图3示出了根据实施例的示例性方法。
具体实施方式
本发明的下列详细描述本质上仅为示例性的，并且不限制本发明或者本发明的应用和使用。此外，本发明前面的背景技术或本发明后面的详细描述中呈现的任何理论不对其进行约束。
图1示出了根据实施例的车辆110的示例性制动系统100。制动系统100包括配置为停止车辆110的摩擦制动系统120和在辅助停止车辆的同时同步存储能量的再生制动系统130。制动系统100还可包括制动控制器140和制动压力传感器150。车辆110可为混合动力电动/燃烧车辆或全电动车辆。此外，车辆110可包括在减速期间有能力捕捉和存储车辆动能的任何车辆类型。能量可被存储，例如，在气动或液压蓄能器中,飞轮系统（例如公式1运算中使用的KERS系统）,或氢燃料电池车辆，其装备着充足的电池容量或超级电容器以存储电能。
摩擦制动系统120可为例如液压制动系统。液压制动系统使用制动流体将压力从控制单元（例如制动踏板160或杠杆）传递到实际制动机构的液压流体驱动器，其通常在车辆110的车轮处或附近。制动踏板160使用机械装置来增压摩擦制动系统120。这通常通过由制动踏板160致动的推杆完成，其推动液压流体致动器中的活塞。因此，制动踏板位置和流体压力之间的关系由该机械装置配置。在其他实施例中，摩擦制动系统120可为空气制动系统。
制动踏板160可以任何传统的方式安装在车辆110中。如上所述，制动踏板160可被车辆110的使用者压下或致动以控制何时摩擦制动系统120被应用并应用到什么程度。制动踏板160可被配置成具有运动范围以控制由摩擦制动系统120应用多少摩擦力，因此车辆110速度下降的速率能够由使用者控制。
在一个实施例中，制动踏板160可附接到电位计或可变电阻器（其用作为制动踏板位置传感器162）。当制动踏板160被使用者操作时，跨制动踏板位置传感器162测量的电阻相应地变化。在一个实施例中，使用者可用的制动踏板160的原运动范围可为有限的。也就是说，制动踏板160可配置为绕枢轴点操作并且可不用使用制动踏板位置传感器162全范围。制动踏板160的原位置（与电位计的全范围相关），或制动踏板160的定标位置（与电位计的可用范围有关），可被制动控制器140监控。
制动控制器140通常代表硬件，软件，和/或固件部件，其配置以促进再生制动系统130和制动系统100的其他元件之间的通信和/或相互作用，如下文更详细的描述。基于实施例，制动控制器140可通过通用处理器，内容可寻址存储器，数位信号处理器，专用集成电路，现场可编程门阵列，任何适合的可编程逻辑器件，分立门或晶体管逻辑，处理芯片，分立硬件部件，或者其组合（其被设计成执行本文所述的功能）被实施或实现。制动控制器140还可被实施为计算设备的组合，例如，多个处理芯片，数字信号处理器和微处理器的组合，多个微处理器，结合数字信号处理器芯片的一个或多个微处理器，或任何其他此类装置。实践中，制动控制器140包括处理逻辑，其可被配置以执行功能，技术，以及处理与制动系统100操作相关联的任务，如下文更详细的描述。此外，接合本文所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可在硬件，固件，在由制动控制器140执行的软件模块，或其任何实际组合中直接实施。尽管图1将制动控制器140示出为制动系统中不同和分开的元件，在实践中，制动控制器140可与车辆110的其他元件集成。替代地，制动控制器140可物理地分成两个分开的物理设备：一个控制摩擦制动系统120的功能，另一个控制再生制动系统130的功能。分开的控制器将在它们自身之间共享信号和数据，如制动压力和制动踏板位置。
制动控制器140可基于制动踏板160的原位置或定标位置控制再生制动系统。制动踏板的原位置可对应于制动踏板关于电位计全范围的实际位置。相比之下，定标制动踏板位置可对应于电位计的可用位置。制动踏板位置可为车载自动诊断（OBD）兼容信号，其能够由制动控制器140监控。
制动系统100还包括制动压力传感器150。制动压力传感器150可被配置为确定由摩擦制动系统120应用的压力并向制动控制器140报告该压力。如果摩擦制动系统120为液压制动系统，制动压力传感器可安装到液压制动系统的液压管线。在一个实施例中，制动压力传感器可不输出OBD兼容信号。在此实施例中，制动压力传感器150可经由串行通信通过其他类型的信号向制动控制器发送制动压力。在另一个实施例中，制动压力传感器150可输出OBD兼容信号，其能够被制动控制器140接收。
在操作中，当使用者压下制动踏板160时，制动控制器140从制动压力传感器150接收制动压力。制动控制器还接收制动踏板160的原位置或定标制动位置。当由制动压力传感器150测量的制动压力变得大于预定阈值时，制动控制器则确定拐点位置，制动踏板160的位置。预定阈值可例如对应于标称压力并可基于车辆的重量，规格和/或操作变化。拐点位置可被动态确定，使得如果制动踏板位置变化（其中制动压力传感器150测量的制动压力变得大于预定阈值），拐点位置相应地变化。拐点位置可由于各种原因变化。例如，当摩擦制动系统120的刹车片磨坏时，制动踏板160可必须被使用者进一步压下以使制动压力超过预定阈值。此外，车到车变化和建筑公差可影响相对于制动踏板的位置测量的拐点。
制动控制器140可在存储器170内为车辆110存储当前拐点位置。然后制动控制器140可基于存储的拐点位置控制再生制动系统130。在一个实施例中，在拐点位置之前的预定距离的致动踏板位置处，制动控制器启动再生制动系统130。预定距离可被选择以在摩擦制动系统120被应用之前最大化再生制动系统130的使用，使得再生制动系统130存储的能量的量值最大化同时保持对制动系统100一致的感觉。
因为再生制动系统130基于拐点而不是初始制动踏板位置启动，再生制动系统130能够被更一致地应用。制动系统的感觉中的车辆到车辆变化（由于制造或组装公差）也能够被最小化。例如，制动踏板160的初始位置（也被称为行进顶端）可从车辆到车辆轻微变化。在先的车辆监控此初始位置并相对于此初始位置安排再生制动系统。然而，由于再生制动系统130基于拐点位置而不是制动踏板的初始位置应用，制动系统100对使用者而言感觉更一致，因为其允许再生和摩擦制动的平滑混合。进一步地，如果车辆的使用者正用他们的脚抬起制动踏板160，使用者能够引起制动踏板的初始位置变化7%或更多。如果车辆110正驾驶在崎岖不平的路上，造成制动踏板160反弹（bouncearound），制动踏板160的初始位置也可变化。因此，制动踏板的初始位置可变化。然而，摩擦制动器开始应用的制动踏板位置不会做出相应的变化。因此，如果再生制动系统在制动踏板从初始位置行进一定距离后启动，当再生制动系开始相对于制动踏板位置（摩擦制动系统开始制动车辆）制动车辆时的制动踏板位置能够显著变化。实施例的一个益处在于再生制动系统130和摩擦制动系统120更一致地应用。
此外，由于在再生制动系统130和摩擦制动系统120均开始应用压力的制动踏板位置相对于彼此一致，制动系统的直线性能够被改进。换句话说，制动系统100能够被配置为使得当使用者压下踏板160时，应用到车辆110的实际制动力线性且一致地增加，而不管制动踏板的初始位置。
图2示出了根据实施例的示图，其显示了相对于原制动踏板位置标度的示例性操作。区域210和280对应于制动踏板运动范围内的任何未使用区域，例如，电位计中的未使用区域。区域220对应于可能初始制动踏板位置范围，其由理论最小初始制动踏板位置230和理论最大初始制动踏板位置240界定。理论最大初始制动踏板位置240和理论最小初始制动踏板位置230可被定义以考虑制造变化，刹车片和其他制动元件的磨损和损坏，由于道路状况引起的变化（崎岖不平的路，海拔的变化，等等），由于使用者介入引起的变化（如，使用者抬起制动踏板）。
如上文讨论的，在制动踏板使用的运动范围260内，制动控制器确定拐点位置250，制动踏板位置对应于何时预定量的压力通过摩擦制动系统应用到刹车片上。然后制动控制器确定制动踏板位置270，距拐点位置250的预定距离。制动踏板位置270代表阈值，低于它的原制动踏板位置传感器数据被忽略，即，定标制动踏板位置被计算为0%应用。定标制动踏板位置低于（在左边）点270被认为是0%应用。定标制动器位置高于（在右边）点270线性增加。因此，为了拐点250计算的定标制动踏板位置将保持恒定，即使在制动踏板初始位置和拐点之间的关系中会有明显的车辆到车辆变化。通常再生以点250要求的全再生在点270和250之间安排。这允许制动系统在应用摩擦制动器之前捕获尽可能多的再生制动能量。
图3示出了示例性方法300，其中制动控制器可用于确定拐点。方法300包括多个学习条件，规定何时制动控制器能够更新存储的拐点位置。制动控制器首先确定是否制动踏板的当前位置小于最小学习位置并且当前摩擦制动压力为零（步骤310）。最小学习位置可例如对应于制动踏板的理论最小初始（未压下）位置。因此，在此实施例中，制动控制器从制动压力为零且制动踏板未压下的状态进入学习或更新模式。
然后制动控制器检查单调增加的制动踏板位置和制动压力（步骤320）。当制动踏板位置稳定地上升时单调增加的制动踏板位置出现。同样地，当制动压力稳定地上升时单调增加的制动压力出现。制动控制器可例如在预定间隔取样制动踏板位置和制动踏板压力，例如，每25毫秒。如果使用者使制动踏板位置波动（其引起制动压力波动），制动控制器可基于制动控制器的抽样率存储不正确的拐点。制动控制器可将当前制动踏板位置和压力与预定数量的预先存储的位置和压力比较，从而确定是否制动器踏板位置和压力在单调增加。如果制动压力不是单调增加，制动控制器禁能学习新拐点位置的能力并返回步骤310等待适当的学习条件。
然后制动控制器确定是否当前制动压力大于或等于预定理论最小压力，其对应于预定理论最小拐点位置（步骤330）。制动控制器然后可确定是否制动踏板位置和制动压力在预定界限内（步骤340）。例如，制动控制器然后可确定是否当前制动压力小于或等于预定理论最大压力，其对应于预定理论最大拐点。制动控制器然后可确定是否当前制动踏板位置大于或等于预定理论最小位置，其对应于预定理论最小拐点。制动控制器然后可确定是否当前制动踏板位置小于或等于预定理论最大位置，其对应于预定最大拐点。如果制动控制器确定制动压力和制动踏板位置之一在理论范围内且其他不在理论范围内，制动控制器将知道已经发生错误并将禁能学习新拐点位置的能力。如果制动压力和制动位置不在理论范围，制动控制器将禁能学习新拐点位置的能力并返回步骤310等待适当的学习条件。
制动控制器然后监控制动踏板的倾斜度（步骤350）。如上文讨论的，制动控制器在预定间隔在存储器中存储制动踏板的位置。制动控制器然后可比较当前制动踏板位置和至少一个预先存储的位置以确定制动踏板的倾斜度。如果倾斜度低于预定斜率，制动控制器将知道制动踏板不是被过快压下并将继续拐点位置学习过程。如果制动踏板被过快压下，制动控制器会不捕获正确的拐点位置，因为使用者压下制动踏板的时间和制动压力增加的时间之间会有延迟。如果制动踏板倾斜度大于预定量，制动控制器将知道制动踏板被过快压下，因而将禁能学习新拐点位置的能力并返回步骤310等待适当的学习条件。
如果制动控制器确定步骤310-350中的全部学习条件已经被满足，制动控制器然后可在储存器中存储新拐点位置（步骤360）。
尽管已经在本发明的前面详细描述中呈现了至少一个示例性实施例，应认识到的是存在很多变体。还应认识到的是一个或多个示例性实施例仅为示例，不以任何方式限制本发明的范围、应用性或构造。而是，前面的详细描述将为本领域技术人员提供实施本发明示例性实施例的常规路径图。应理解的是在示例性实施例中所述的元件的功能和布置中可进行变化，而不脱离本发明范围。

Claims (20)

1.一种用于车辆的制动系统，其具有液压制动系统和再生制动系统，所述制动系统包括：
制动踏板，其具有运动范围并配置成基于所述制动踏板在所述运动范围内的位置控制所述液压制动系统的应用；以及
制动控制器，其配置成确定所述制动踏板的拐点位置，所述拐点位置对应于在所述液压制动系统开始超过预定阈值应用制动压力时所述制动踏板在所述运动范围内的位置，
其中所述制动控制器基于所述拐点位置应用所述再生制动系统。
2.如权利要求1所述的制动系统，其特征在于，所述制动控制器进一步配置成在离所述拐点位置预定距离的制动踏板的位置应用所述再生制动系统。
3.如权利要求1所述的制动系统，其特征在于，进一步包括：
制动压力传感器，其配置成监控所述液压制动系统的液压管线中的压力，
其中所述制动控制器基于由所述制动压力传感器监控的压力确定所述拐点位置。
4.如权利要求3所述的制动系统，其特征在于，所述制动控制器进一步配置成：
基于所述制动踏板的位置和由所述制动压力传感器监控的压力动态更新所述拐点位置。
5.如权利要求3所述的制动系统，其特征在于，所述制动控制器进一步配置成在以下情况时更新所述拐点位置：
所述制动踏板的位置在预定位置范围内；以及
由所述制动压力传感器监控的压力在预定压力范围内。
6.如权利要求1所述的制动系统，其特征在于，进一步包括：
存储器，
其中所述制动控制器配置成在所述存储器中存储所述拐点位置。
7.如权利要求6所述的制动系统，其特征在于，所述制动控制器进一步配置成：
周期采样所述制动踏板的位置；以及
在所述存储器中存储周期采样的制动踏板的位置。
8.如权利要求7所述的制动系统，其特征在于，所述制动控制器进一步配置成基于当前制动踏板的位置和所述存储器中存储的制动踏板的位置更新存储的拐点位置。
9.如权利要求8所述的制动系统，其特征在于，进一步包括：
制动压力传感器，其配置成监控所述液压制动系统的液压管线中的压力，
其中所述制动控制器进一步配置成
基于当前制动踏板的位置，所述存储器中存储的至少一个周期采样的制动踏板的位置和由所述制动压力传感器监控的压力更新存储的拐点位置。
10.如权利要求9所述的制动系统，其特征在于，所述制动控制器进一步配置成在当前制动踏板的位置和至少一个存储的周期采样的制动踏板的位置的倾斜度小于预定量时更新存储的拐点位置。
11.一种用于控制车辆的制动系统的方法，所述制动系统具有液压制动系统和再生制动系统，所述方法包括：
确定制动踏板的拐点位置，所述拐点位置对应于在所述液压制动系统开始超过预定阈值应用制动压力时所述制动踏板的位置，
基于确定的拐点位置应用所述再生制动系统。
12.如权利要求11所述的方法，其特征在于，进一步包括：
在离所述拐点位置预定距离的制动踏板的位置应用所述再生制动系统。
13.如权利要求11所述的方法，其特征在于，进一步包括：
监控所述液压制动系统的液压管线中的压力，
其中所述确定进一步包括基于监控的压力确定所述拐点位置。
14.如权利要求13所述的方法，其特征在于，进一步包括基于所述制动踏板的位置和监控的压力动态更新所述拐点位置。
15.如权利要求13所述的方法，其特征在于，进一步包括在以下情况时更新所述拐点位置：
所述制动踏板的位置在预定位置范围内；以及
监控的压力在预定压力范围内。
16.如权利要求11所述的方法，其特征在于，进一步包括：
在存储器中存储所述拐点位置。
17.如权利要求16所述的方法，其特征在于，进一步包括：
周期采样所述制动踏板的位置；以及
在所述存储器中存储周期采样的制动踏板的位置。
18.如权利要求17所述的方法，其特征在于，进一步包括
基于当前制动踏板的位置和所述存储器中存储的至少一个周期采样的制动踏板的位置更新存储的拐点位置。
19.如权利要求18所述的方法，其特征在于，进一步包括：
监控所述液压制动系统的液压管线中的压力，
基于当前制动踏板的位置，所述存储器中存储的至少一个周期采样的制动踏板的位置和监控的压力更新存储的拐点位置。
20.如权利要求19所述的方法，其特征在于，进一步包括在当前制动踏板的位置和至少一个存储的周期采样的制动踏板的位置的倾斜度小于预定量时更新存储的拐点位置。
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