CN102848925B

CN102848925B - 一种电动汽车制动能量回收系统制动压力精确控制方法

Info

Publication number: CN102848925B
Application number: CN201210346095.3A
Authority: CN
Inventors: 李骏; 刘明辉; 赵子亮; 张永生; 魏文若
Original assignee: FAW Group Corp
Current assignee: FAW Group Corp
Priority date: 2012-09-18
Filing date: 2012-09-18
Publication date: 2014-08-13
Anticipated expiration: 2032-09-18
Also published as: CN102848925A

Abstract

本发明涉及一种电动汽车制动能量回收系统制动压力精确控制方法，其特征在于：是纯电动汽车车型再生制动与液压制动的协调，具体步骤如下：包括进油阀，出油阀，电机液压泵工作状态的确定和工作时间的确定，其提出一种轮缸制动压力精确控制的方法，有效地确定进油阀、出油阀和电机液压泵的工作状态和工作时间，实现了与电机制动力的协调配合。

Description

一种电动汽车制动能量回收系统制动压力精确控制方法

技术领域

本发明涉及一种电动汽车制动能量回收系统制动压力精确控制方法，属于电动汽车制动能量回收系统的技术领域。

背景技术

目前电动汽车均采用制动能量回收系统，对制动过程中损失的能量利用电机的发电功能进行回收，实现节能环保的目的。在制动能量回收系统中，电机制动力与液压制动力的协调控制是关键技术之一，利用液压制动力精确可调的特点，以电机制动力为主，尽量发挥电机的最大再生制动能力，从而回收尽可能多的制动能量。在配合电机制动力的过程中，液压制动力的控制尤为重要。目前，一部分制动能量回收系统采用独立控制方式，不对液压制动力进行调节，仅将电机制动力直接叠加，能量回收效果较差，制动感觉不好；另有一部分制动能量回收系统采用协调控制方法，对液压制动力的控制精度要求高。但目前的控制方法对液压制动力不能做到精确控制，也就无法配合电机的实时变化，能量回收效果不好，制动感觉差。

发明内容

本发明的目的在于提供一种电动汽车制动能量回收系统制动压力精确控制方法，其提出一种轮缸制动压力精确控制的方法，有效地确定进油阀、出油阀和电机液压泵的工作状态和工作时间，实现了与电机制动力的协调配合。

本发明的技术方案是这样实现的：一种电动汽车制动能量回收系统制动压力精确控制方法，其特征在于：是纯电动汽车车型再生制动与液压制动的协调，具体步骤如下：包括进油阀，出油阀，电机液压泵工作状态的确定和工作时间的确定，

1.获取目标轮缸压力信号，并估算初始轮缸压力信号，从而确定目标轮缸压力变化速率。

2.通过比较目标轮缸压力，实际轮缸压力与主缸压力的大小，确定进油阀，出油阀，电机液压泵的工作状态。

3. 根据一个状态转变为另一个状态相应轮缸压力值的变化，计算制动压力变化量，从而计算制动压力变化率。

4.根据步骤3得到的制动压力变化率，结合实验得到的电磁阀的动态特性，确定进油阀，出油阀的PWM信号占空比。

5.根据目标轮缸压力与电磁阀控制信号占空比，确定电磁阀理论工作时间，根据电磁阀的工作机理，由于电磁阀在状态切断过程中存在延迟，对理论工作时间进行修正，得到电磁阀的实际工作时间。

6.根据目标轮缸压力和轮缸压力变化率，可以计算出电机液压泵的理论工作时间，再结合电机液压泵的建压滞后，得出电机液压泵的实际的工作时间。

所述的液压制动与再生制动在同时作用的过程中，通过分析主缸压力P _master，实际轮缸压力P _wheel与目标轮缸压力P _target的关系，估算轮缸压力变化率，确定液压调节单元中进油阀、出油阀、高压阀、转换阀以及电机液压泵的工作状态和工作时间；其中液压制动是指由液压制动系统产生的制动，液压制动系统包括制动踏板、制动主缸、真空助力器、踏板模拟器、液压调节单元和盘式或鼓式制动器；再生制动是指由动力传动系统中的电机产生的制动，其中动力传动系统包括电机、变速器、主减速器、差速器和驱动轴。

所述的液压制动与再生制动共同作用是指在制动过程中，随着驾驶员踩下制动踏板，液压制动系统和动力传动系统共同产生制动力，使车辆停止。

所述的主缸压力P _master是指液压制动系统中制动主缸出口处的液压力；实际轮缸压力P _wheel是指当前控制状态下制动器轮缸中的液压力；目标轮缸压力P _target是指当前控制状态下制动控制器计算得到的制动器轮缸目标液压力。

所述的主缸压力P _master，实际轮缸压力P _wheel与目标轮缸压力P _target的关系包括:

1）主缸压力P _master>实际轮缸压力P _wheel >目标轮缸压力P _target

2）主缸压力P _master>目标轮缸压力P _target >实际轮缸压力P _wheel

3）实际轮缸压力P _wheel>主缸压力P _master >目标轮缸压力P _target

4）实际轮缸压力P _wheel>目标轮缸压力P _target >主缸压力P _master

5）目标轮缸压力P _target >实际轮缸压力P _wheel >主缸压力P _master

6）目标轮缸压力P _target >主缸压力P _master >实际轮缸压力P _wheel

所述的轮缸压力变化率是指在一定的主缸压力和轮缸压力下，单位时间内轮缸压力的变化量。

所述的液压调节单元包括进液阀、出液阀、高压阀、转换阀、单向阀、电机液压泵和低压蓄能器。

所述进液阀、出液阀、高压阀和转换阀的工作状态包括通电和断电，其中进液阀和转换阀通电时处于切断状态，断电时处于导通状态；出液阀和转换阀通电时处于导通状态，断电时处于切断状态。

所述进液阀的控制过程是根据当前的目标轮缸压力P _target和实际轮缸压力P _wheel的差值DP决定进油阀当前循环的工作状态；当差值DP大于零时，当前循环处于增压阶段，进液阀开启；当差值DP等于零时，当前循环处于保压阶段，进液阀关闭；然后根据上一循环进液阀的工作状态决定进液阀从上一循环工作状态过渡到当前工作状态的转变过程，由此确定进液阀的工作状态。

所述出液阀的控制过程是根据当前的目标轮缸压力P _target和实际轮缸压力P _wheel的差值DP决定出液阀当前循环的工作状态，当差值DP小于零时，当前循环处于减压阶段，出液阀开启；当差值DP等于零时，当前循环处于保压阶段，出液阀关闭；然后根据上一循环出液阀的工作状态决定出液阀从上一循环工作状态过渡到当前工作状态的转变过程，由此确定出液阀的工作状态。

所述的比较目标轮缸压力P _target和实际轮缸压力P _wheel的大小，当目标轮缸压力P _target大于实际轮缸压力P _wheel时，需要判断轮缸增压的方式，假设在特定的时间内△T电机制动力减少△F _reg，这部分减少的电机制动力需要由液压制动力来补偿，在同样的时间△T，若轮缸的压力变化率 >,则通过主缸的制动液流向轮缸便可实现压力的弥补，在此过程中，进油阀打开，出油阀关闭，电机液压泵不参与工作；若<,单纯依靠主缸制动液流向轮缸已不能补偿电机制动力的减少，因而需要电机液压泵工作，从而确定电机液压泵的工作状态。

本发明的积极效果是其分析了电动汽车液压制动与再生制动协调工作过程中，液压制动系统中主缸压力，实际轮缸压力与目标轮缸压力的关系，从而对轮缸压力进行控制，控制方法主要包括对高速开关阀和电机液压泵的工作状态和工作时间的确定。

附图说明

图1为轮缸压力控制算法整体流程图。

图2 为本发明纯电动车型再生制动与液压制动的协调关系图。

图3为图2中B-C阶段进油阀的工作状态确定控制算法流程图。

图4为图2中B-C阶段出油阀的工作状态确定控制算法流程图。

图5为图2中C-D阶段进油阀的工作状态确定控制算法流程图。

图6为图2中C-D阶段出油阀的工作状态确定控制算法流程图。

图7为图2中E-F阶段电机液压泵以及电磁阀的工作状态确定控制算法流程图

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的描述：

如图1所示，一种电动汽车制动能量回收系统制动压力精确控制方法，其特征在于：是纯电动汽车车型再生制动与液压制动的协调，具体步骤如下：包括进油阀，出油阀，电机液压泵工作状态的确定和工作时间的确定，

图2为纯电动汽车车型再生制动与液压制动的协调关系，为方便说明，将图2划分为几个阶段详细说明各阶段的控制算法，各个阶段的控制算法包括进油阀，出油阀以及电机液压泵工作状态以及工作时间的确定。

1. 电磁阀和电机液压泵工作状态的确定：

在图2的A-B阶段，此时制动踏板开度很小，电机能够完全满足制动需求，则制动液经主缸进入踏板行程模拟装置，机械制动力不参与工作，即进液阀处于关闭状态，P _wheel=0；

在图2的B-C阶段，制动踏板开度增大，电机制动力无法满足驾驶员的制动需求，需要机械制动力参与制动。首先关闭踏板行程模拟装置，由于前一阶段P _wheel =0，在此阶段开始时，P _wheel < P _target < P _master, 需要对轮缸进行增压，保压动作，进油阀的工作状态由流程图3来确定，根据图3可知，根据当前的目标轮缸压力P _target和实际轮缸压力P _wheel的差值决定进油阀当前循环的工作状态。当差值大于零时，当前循环处于增压阶段，进油阀开启；当差值等于零时，当前循环处于保压阶段，进油阀关闭；然后根据上一循环进油阀的工作状态决定进油阀从上一循环工作状态过渡到当前工作状态的转变过程。出油阀的工作状态由流程图4来确定，根据图4可知，根据当前的目标轮缸压力P _target和实际轮缸压力P _wheel的差值决定出油阀当前循环的工作状态。当差值大于零时，当前循环处于增压阶段，出油阀关闭；当差值等于零时，当前循环处于保压阶段，出油阀关闭；然后根据上一循环出油阀的工作状态决定出油阀从上一循环工作状态过渡到当前工作状态的转变过程。在此阶段过程中，不需要电机液压泵进行工作。

在图2的C-D阶段，踏板开度处于稳定状态，即此时驾驶员的总制动需求已稳定，可认为P _master恒定，在此阶段，再生制动力仍在继续增加，由于驾驶员总制动需求恒定，因而相应的液压制动力会随之减少，此时P _wheel> P _target, P _target<P _master, 需要对轮缸进行减压、保压动作。流程图5描述了此阶段进油阀的工作状态确定，根据图5可知，根据当前的目标轮缸压力P _target和实际轮缸压力P _wheel的差值决定进油阀当前循环的工作状态。当差值小于零时，当前循环处于减压阶段，进油阀关闭；当差值等于零时，当前循环处于保压阶段，进油阀关闭；然后根据上一循环进油阀的工作状态决定进油阀从上一循环工作状态过渡到当前工作状态的转变过程。出油阀的工作状态由流程图6来确定，根据图6可知，根据当前的目标轮缸压力P _target和实际轮缸压力P _wheel的差值决定出油阀当前循环的工作状态。当差值小于零时，当前循环处于减压阶段，出油阀开启；当差值等于零时，当前循环处于保压阶段，出油阀关闭；然后根据上一循环出油阀的工作状态决定出油阀从上一循环工作状态过渡到当前工作状态的转变过程。在减压的过程中，需要电机液压泵工作将轮缸的压力降低。

在图2的D-E阶段，踏板开度保持稳定，再生制动力的大小保持不变，因而此时的液压制动力应为恒定值，在此阶段对轮缸进行保压动作，即此时进油阀和出油阀都关闭，不需要电机液压泵工作。

在图2的E-F阶段，踏板位移保持稳定或增加，驾驶员总的制动需求不变或增加，由于车速降低，电机转速降低，需减小电机制动力，增大液压制动力。为了满足驾驶员的制动需求，保证制动效果，打开踏板行程模拟装置，用于弥补液压制动力的增加。模拟装置刚打开时，模拟器的压力P _{stroke_simulator}小于主缸压力P _master，因而一部分制动液会由主缸流入模拟装置，使得两者的压力达到一个平衡P _master ′，在此阶段的控制算法流程图如图6所示，首先比较目标轮缸压力P _target和实际轮缸压力P _wheel的大小，当目标轮缸压力P _target大于实际轮缸压力P _wheel时，需要进一步判断轮缸增压的方式，假设在特定的时间内△T电机制动力减少△F _reg，这部分减少的电机制动力对应的轮缸压力变化为△P _reg，在同样的时间△T，若轮缸的压力变化率>,则通过主缸的制动液流向轮缸便可实现增压，称为非主动增压，在此过程中，进油阀打开，出油阀关闭，电机液压泵不参与工作；若<,单纯依靠主缸制动液流向轮缸已不能补偿电机制动力的减少，因而需要电机液压泵工作，对轮缸进行增压，称为主动增压，此过程进油阀打开，出油阀关闭。

2.电磁阀以及电机液压泵工作时间的确定

确定电磁阀和电机液压泵的工作时间，就需要确定轮缸的压力变化率，制动压力变化量取决于车轮从一个状态转变为另一个状态相应轮缸压力值的变化，制动压力变化速率取决于当前的车轮状态和压力状态。

(1) 制动压力变化量计算

.................................... （1）

(2) 电机液压泵不工作下增压模式制动压力变化率的计算

对于一个已经确定的液压控制系统，压力变化速率与控制信号占空比和电磁阀两端压力差的平方根成正比；在一个周期内由于压力差视为恒定值，因此，压力变化速率主要与占空比有关。本发明通过建立压力差、压力变化率和占空比的三维表，进行查表确定压力变化率。

(3) 电机液压泵工作下增压模式制动压力变化率计算

在电机液压泵工作下增压模式下，制动压力变化速率与电机液压泵的转速以及液压泵工作压力有关。初始制动压力变化速率与电枢电压成正比，随着电机液压泵工作压力的增加，制动压力变化速率逐渐减小。

在初始轮缸压力为零时，仅通过压力变化率和占空比的二维数表即可获得压力变化率；在初始轮缸压力不为零时，建立轮缸压力、压力变化率和占空比的三维数表即可获得压力变化率。

(4) 电磁阀以及电机液压泵工作时间的计算

为了达到目标轮缸压力，电磁阀理论上的动作时间为：

...................................... (2)

根据高速开关阀的机理研究可知，可确定进油阀和出油阀的实际工作时间。

主动压力调节模式时电机液压泵理论动作时间为：

...................................... (3)

n 进油阀实际工作时间计算：

关闭→开启：

.............................................. (4)

开启→关闭：

.............................. (5)

保持开启：

.............................................. (6)

保持关闭：

....................................................... (7)

n 出油阀实际工作时间计算：

关闭→开启：

.............................. (8)

开启→关闭：

.............................................. (9)

保持开启：

................................... (10)

保持关闭：

............................................ (11)

n 高压阀实际工作时间计算：

关闭→开启：

.................................................. (5.27)

开启→关闭：

......................................... (5.28)

n 转换阀实际工作时间计算：

关闭→开启：

......................................... (5.29)

开启→关闭：

.................................................. (5.30)

n 电机液压泵的实际工作时间计算：

上式中T为控制周期，T _{**_res}为响应时间，T _{**_theory}为理论工作时间，T _{**_control}为实际工作时间，T _{pump_lag_zero}为轮缸初始压力为零时的电机响应滞后时间。

Claims

1.一种电动汽车制动能量回收系统制动压力精确控制方法，其特征在于：是纯电动汽车车型再生制动与液压制动的协调，具体步骤如下：包括进油阀，出油阀，电机液压泵工作状态的确定和工作时间的确定，

1）获取目标轮缸压力信号，并估算初始轮缸压力信号，从而确定目标轮缸压力变化速率；

2）通过比较目标轮缸压力，实际轮缸压力与主缸压力的大小，确定进油阀，出油阀，电机液压泵的工作状态；

3）根据一个状态转变为另一个状态相应轮缸压力值的变化，计算制动压力变化量，从而计算制动压力变化率；

4）根据步骤3得到的制动压力变化率，结合实验得到的电磁阀的动态特性，确定进油阀，出油阀的PWM信号占空比；

5）根据目标轮缸压力与电磁阀控制信号占空比，确定电磁阀理论工作时间，根据电磁阀的工作机理，由于电磁阀在状态切断过程中存在延迟，对理论工作时间进行修正，得到电磁阀的实际工作时间；

6）根据目标轮缸压力和轮缸压力变化率，计算出电机液压泵的理论工作时间，再结合电机液压泵的建压滞后，得出电机液压泵的实际的工作时间。

2.根据权利要求1所述的一种电动汽车制动能量回收系统制动压力精确控制方法，其特征在于所述的液压制动与再生制动在同时作用的过程中，通过分析主缸压力P _master，实际轮缸压力P _wheel与目标轮缸压力P _target的关系，估算轮缸压力变化率，确定液压调节单元中进油阀、出油阀、高压阀、转换阀以及电机液压泵的工作状态和工作时间；其中液压制动是指由液压制动系统产生的制动，液压制动系统包括制动踏板、制动主缸、真空助力器、踏板模拟器、液压调节单元和盘式或鼓式制动器；再生制动是指由动力传动系统中的电机产生的制动，其中动力传动系统包括电机、变速器、主减速器、差速器和驱动轴。

3.根据权利要求1所述的一种电动汽车制动能量回收系统制动压力精确控制方法，其特征在于所述的液压制动与再生制动共同作用是指在制动过程中，随着驾驶员踩下制动踏板，液压制动系统和动力传动系统共同产生制动力，使车辆停止；所述的主缸压力P _master是指液压制动系统中制动主缸出口处的液压力；实际轮缸压力P _wheel是指当前控制状态下制动器轮缸中的液压力；目标轮缸压力P _target是指当前控制状态下制动控制器计算得到的制动器轮缸目标液压力。

4.根据权利要求1所述的一种电动汽车制动能量回收系统制动压力精确控制方法，其特征在于所述的主缸压力P _master，实际轮缸压力P _wheel与目标轮缸压力P _target的关系包括:

6）目标轮缸压力P _target >主缸压力P _master >实际轮缸压力P _wheel。

5.根据权利要求1所述的一种电动汽车制动能量回收系统制动压力精确控制方法，其特征在于所述的轮缸压力变化率是指在一定的主缸压力和轮缸压力下，单位时间内轮缸压力的变化量。

6.根据权利要求2所述的一种电动汽车制动能量回收系统制动压力精确控制方法，其特征在于所述的液压调节单元包括进液阀、出液阀、高压阀、转换阀、单向阀、电机液压泵和低压蓄能器。

7.根据权利要求6所述的一种电动汽车制动能量回收系统制动压力精确控制方法，其特征在于所述进液阀、出液阀、高压阀和转换阀的工作状态包括通电和断电，其中进液阀和转换阀通电时处于切断状态，断电时处于导通状态；出液阀和转换阀通电时处于导通状态，断电时处于切断状态。

8.根据权利要求6所述的一种电动汽车制动能量回收系统制动压力精确控制方法，其特征在于所述进液阀的控制过程是根据当前的目标轮缸压力P _target和实际轮缸压力P _wheel的差值DP决定进油阀当前循环的工作状态；当差值DP大于零时，当前循环处于增压阶段，进液阀开启；当差值DP等于零时，当前循环处于保压阶段，进液阀关闭；然后根据上一循环进液阀的工作状态决定进液阀从上一循环工作状态过渡到当前工作状态的转变过程，由此确定进液阀的工作状态。

9.根据权利要求6所述的一种电动汽车制动能量回收系统制动压力精确控制方法，其特征在于所述出液阀的控制过程是根据当前的目标轮缸压力P _target和实际轮缸压力P _wheel的差值DP决定出液阀当前循环的工作状态，当差值DP小于零时，当前循环处于减压阶段，出液阀开启；当差值DP等于零时，当前循环处于保压阶段，出液阀关闭；然后根据上一循环出液阀的工作状态决定出液阀从上一循环工作状态过渡到当前工作状态的转变过程，由此确定出液阀的工作状态。

10.根据权利要求1所述的一种电动汽车制动能量回收系统制动压力精确控制方法，其特征在于所述的比较目标轮缸压力P _target和实际轮缸压力P _wheel的大小，当目标轮缸压力P _target大于实际轮缸压力P _wheel时，需要判断轮缸增压的方式，假设在特定的时间内△T电机制动力减少△F _reg，这部分减少的电机制动力需要由液压制动力来补偿，在同样的时间△T，若轮缸的压力变化率 >,则通过主缸的制动液流向轮缸便可实现压力的弥补，在此过程中，进油阀打开，出油阀关闭，电机液压泵不参与工作；若<,单纯依靠主缸制动液流向轮缸已不能补偿电机制动力的减少，因而需要电机液压泵工作，从而确定电机液压泵的工作状态。