CN103223936B - 混合动力汽车下坡辅助电、液复合制动控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种混合动力汽车下坡辅助电、液复合制动控制方法，包括如下策略：制动力矩优先分配给电机，其次发动机，最后液压制动系统，速度稳定时发动机力矩取值为一常数，液压制动力矩取值为：T,_hyd=max((T_{hyd_min}),(T,_sum-T,_PM1))，电机制动力矩取值为：T,_PM1=min(((T_{PM_max}*f(ΔV,)),(T,_sum-T_{hyd_min}))，T,_sum为分配给电机和液压的总制动力矩，T_{hyd_min}为液压制动系统能启动的最小响应力矩，T_{PM_max}为电机所能承担的最大制动力矩，f(ΔV,)是与dΔV/dt成反比例关系的一个函数，由系统标定得到；当T,_sum小于系统规定的一定比例的T_{PM_max}时，才退出液压辅助制动。本发明以下坡行驶安全、经济、舒适为目的，提出了并联式电、液辅助制动控制方法，尤其提出了电机和液压的协调制动方法，既弥补了液压制动系统启动延时的缺陷，又能够在液压系统启动后使电机的制动能量回馈最大化。

Description

混合动力汽车下坡辅助电、液复合制动控制方法

技术领域

本发明涉及车辆的辅助制动控制技术，特别是关于混合动力汽车在下坡辅助制动过程中电机和液压制动系统的协调制动方法。 

背景技术

在汽车保有量增加及人们对汽车驾驶安全性和舒适性要求提高的前提下，汽车的主动安全技术（辅助驾驶技术）已成为汽车界研究的重点之一，混合动力汽车（HEV）下坡辅助制动就是一项汽车主动安全控制技术。辅助制动的使用大幅降低了下坡路段驾驶员的驾驶负担，提高了下坡路段车辆的行驶安全性。 

混合动力汽车中，参与下坡辅助制动的有发动机、电机和液压制动系统，下坡辅助制动的过程为：当加速踏板和制动踏板传感器值均为零时，视为需要启动坡路辅助制动程序；整车控制器以车速不增加为目标，通过车速的增加量计算出相应的总制动力矩，再根据电池核电荷数、电机的制动力矩、车速、离合器的状态和变速器的档位等信息，优先向电机控制器发出制动命令，驱动电机对车辆进行制动；当电机制动力矩无法满足制动需求时，整车控制器再向发动机控制器和离合器控制器发出制动命令，引入发动机反拖辅助制动；当电机制动力矩与发动机辅助制动力矩之和都无法满足制动需求时，整车控制器再向液压制动控制器发出制动命令，驱动液压制动系统进行制动。整车控制器统一动态协调几种制动力矩，使车速保持相对稳定。 

由于发动机辅助制动力矩在发动机未喷油的状态下只与车速相关，而下坡辅助的目标就是滑行时车辆由控制器控制保持车速不增加（维持车速稳定），因此可以假设发动机辅助制动力矩为常数，因此研究电机、发动机与液压联合辅助制动中的协调问题，关键就是在研究电机与液压制动力矩的协调问题。 

电机制动系统与电控液压制动系统（EVB——Electronic Vacuum Booster，电子真空助力器或EHB——Electronic Hydraulic Brake电子液压制动系统）具有不同的响应特性，电机制动系统具有响应速度快，控制精度高的特点；液压制动系统虽具有响应速度慢、精度差的缺点，但却能提供较电机制动力矩更大、更稳定的制动力矩。因此，研究电机与液压的复合制动问题，关键在于研究（1）液压制动系统与电机制动系统制动力矩的动态协调；（2）液压制动系统接入后的制动能量回馈的最大化。 

目前的液压制动系统与电机制动系统的动态协调研究是通过对未来制动力矩的预测对液压制动系统预启动，并利用电机的快速响应对液压制动系统的偏差进行补偿。但这种方法存在：一，虽通过策略提前开启了液压制动，但预测控制有一定的局限，会影响控制精度；二，虽可以通过电机的快速反应特性弥补液压反应缓慢及控制精度的不足，提高液压控制的精度，但未考虑通过电机及液压制动力矩分配及协调来提高液压系统响应速度的问题。对于电、液协调制动过程中的制动能量回馈最大化问题，目前只提出了当电机力矩超过一定阈值时，将一定比例的电机力矩分配给液压制动，但此种方法只能保证电机力矩处于一个较高的范围内，却不能保证电机制动力矩回馈始终最大。 

发明内容

因此，针对现有技术中存在的电机制动系统与液压制动系统的协调制动问题，本发明基于提高下坡行驶安全性、经济性和舒适性的目的，提出一种混合动力汽车下坡辅助电、液复合制动的控制方法。该方法能够充分发挥电机与液压制动各自的优势特点，互相取长补短，完善辅助制动力矩的优化配置。 

本发明为实现上述目的，采取以下技术方案：一种混合动力汽车下坡辅助电、液复合制动控制方法，其特征在于，包括如下策略： 

在整车控制器中，预置一辅助制动协调控制程序，在车辆下坡过程中，当加速踏板和制动踏板均未起作用，车辆处于滑行情况下，整车控制器就启动程序，并通过车速的增加量计算出相应的总辅助制动力矩，并将得到总辅助制动力矩按如下情况处理： 

1)制动力矩优先分配给电机，其次是发动机，当电机和发动机所能承担的最大制动力矩之和都无法满足制动需求时，系统向液压制动控制器发出制动命令，驱动液压制动系统进行制动，在液压制动系统参与制动的过程中，力矩分配方法是： 

a.当分给电机和液压的总制动力矩T’_sum小于电机所能承担的最大制动力矩T_{PM_max}与液压系统能够响应的最小制动力矩T_{hyd_min}之和时，总制动力矩首先分给液压制动系统，且分配的液压制动力矩T’_hyd等于液压系统能启动的最小响应制动力矩T_{hyd_min}，其余的分给电机制动； 

b.当分给电机和液压的总制动力矩T’_sum大于等于电机所能承担的最大制动力矩T_{PM_max}与液压系统能够响应的最小制动力矩T_{hyd_min}之和时，总制动力矩首先分给电机制动系统，此时分配给电机的制动力矩T’_PM1应为：T’_PM1＝T_{PM_max}*f(ΔV’)，其余的分配给液压制动系统，这里，f(ΔV’)是与单位时间车速增量的变化dΔV/dt成反比例关系的一个函数，由标定得到； 

结合a、b所述方法，液压系统的辅助制动力矩取值为： 

T’_hyd＝max((T_{hyd_min}),(T’_sum-T’_PM1))， 

电机辅助制动力矩取值为： 

T’_PM1＝min(((T_{PM_max}*f(ΔV’)),(T’_sum-T_{hyd_min}))； 

2)当分给电机和液压的总制动力矩T’_sum小于系统规定的一定比例的电机最大制动力矩时，才允许退出液压辅助制动。 

在液压制动系统启动过程中，分配给液压制动系统的力矩与液压制动系统实际反馈力矩之差由电机来提供，表示如下： 

T’_PM2＝T’_hyd-T_{hyd_act}

T’_PM2表示电机为补偿和校准液压制动力矩所承担的制动力矩，T_{hyd_act}表示液压制动系统实际反馈的力矩； 

此时分配给电机的制动力矩总值T’_PM应为： 

T’_PM＝T’_PM1+T’_PM2。 

所述函数f(ΔV’)用下式表示： 

$f\left(\mathrm{\Δ}{V}^{,}\right)=\frac{k}{\mathrm{d\ΔV}/\mathrm{dt}}+b,$

dΔV/dt表示单位时间车速增量的变化，k与b为调整系数，是根据不同的车辆配置，通过不断的实验标定得到。 

k与b的标定方法是：系统设定一T’_PM1门限值，这个门限值小于T’_sum的某个百分比，在这个门限值内，取不同的dΔV/dt，观察k、b值的变化，分别取k、b值出现概率较集中的值，就是所要标定的k、b值。 

步骤2)中，所述一定比例的电机最大制动力矩，用k₁*T_{PM_max}表示，是由系统标定得到。 

k₁*T_{PM_max}的标定方法是：在有液压制动参与的坡路辅助制动过程中，在同一下坡路段液压制动系统只有一次进入及退出辅助制动的情况下，当液压制动系统退出时对应的T’_sum值，就是k₁*T_{PM_max}。 

本发明技术方案具有的有益效果是：本发明基于混合动力汽车下坡行驶安全性、经济性和舒适性提高的目的，提出了并联式辅助制动控制方法，尤其是提出了电机和液压制动系统的协调制动方法，既弥补了液压制动系统启动延时的缺陷，又能够在液压系统启动后，使电机制动系统的制动能量回馈最大化，两者互相取长补短，实现辅助制动的最优化。 

附图说明

图1是EVB液压制动系统启动延时特性图； 

图2是电机的响应特性图，其中局部放大图中两条曲线的横坐标方向坐标值相差0.01秒（延时0.01秒），纵坐标方向坐标值相差0.35Nm。 

具体实施方式

众所周知，混合动力汽车下坡辅助制动力矩组成如下： 

T,_sum0=T,_PM1+T,_eng+T,_hyd    （1） 

其中，T,_sum0表示整车制动系统发出的总辅助制动力矩，T,_PM1表示系统分配给电机自身的辅助制动力矩，T,_eng表示系统分配给发动机的辅助制动力矩，T,_hyd表示系统分配给液压制动系统的辅助制动力矩。 

由于发动机辅助制动力矩T,_eng在发动机未喷油的状态下只与车速相关，当车速稳定时T,_eng基本不变，而下坡辅助的目标就是滑行时车辆由控制器控制保持车速不增加（维持车速稳定），因此在液压参与的下坡辅助制动的过程中，当车速趋于稳定时T,_eng基本为一常数，我们可以不予考虑对它的分配问题，只需要考虑整车制动器向电机和液压制动系统发出的力矩分配，即： 

T,_sum=T,_PM1+T,_hyd    （2） 

T,_sum表示整车制动系统向电机和液压制动系统发出的总辅助制动力矩。 

根据现有技术的分析可知，车辆系统参与辅助制动的过程中，优先引入的是电机制动，其次是发动机制动，最后是液压制动；而退出时却是优先退出液压制动。因此，当总辅助制动力矩T,_sum大于电机与发动机所能承担的最大制动力矩之和时，启动液压制动；而当总制动力矩小于一定比例的电机所能承担的最大制动力矩时，才可以退出液压辅助制动，以防止液压制动系统的频繁进入及退出。 

在液压制动系统参与制动的过程中，总制动力矩是随着速度增加量的变化而动态变化的，在总制动力矩变化过程中，其向电机和液压制动系统的分配也是动态调整的，这一过程的调整原则是： 

1）当分给电机和液压的总制动力矩T,_sum小于电机所能承担的最大制动力矩T_{PM_max}与液压系统能够响应的最小制动力矩T_{hyd_min}之和时，即T,_sum＜T_{PM_max}＋T_{hyd_min}，总制动力矩首先分给液压制动系统，且分配的液压制动力矩等于液压系统能启动的最小响应 制动力矩，即T,_hyd=T_{hyd_min}，余下的分给电机，此时，电机自身制动力矩T,_PM1取值应为： 

T,_PM1=T,_sum-T_{hyd_min}    （3） 

以实现液压系统能够正常工作，保证总制动力矩。 

2）当分给电机和液压的总制动力矩T,_sum大于等于电机所能承担的最大制动力矩T_{PM_max}与液压系统能够响应的最小制动力矩T_{hyd_min}之和时，即T,_sum≥T_{PM_max}＋T_{hyd_min}，总制动力矩应首先分给电机制动系统，此时分配给电机的制动力矩T,_PM1应为： 

T,_PM1=T_{PM_max}*f(ΔV,)    （4） 

其余的分配给液压制动系统，即T,_hyd=T,_sum-T,_PM1，以实现制动能量回馈的最大化。 

这里，f(ΔV,)是与单位时间车速增量的变化dΔV/dt成反比例关系的一个函数，我们可用如下关系表述： 

$f\left(\mathrm{\Δ}{V}^{\′}\right)=\frac{k}{\mathrm{d\ΔV}/\mathrm{dt}}+b---\left(5\right)$

dΔV/dt表示单位时间车速增量的变化，k与b为调整系数，是根据不同的车辆配置，通过不断的实验标定得到的，其取值可以方法是：系统设定一T,_PM1门限值，比如设定为不超过T,_sum的某个百分比（如T,_PM1≤30%*T,_sum），在这个门限值内，取不同的dΔV/dt，观察k、b值的变化范围，分别取k、b值出现概率较集中的值，就是k、b的取值。 

取函数f(ΔV,)的理由是，总制动力矩和车速的变化有关，车速增加越多，系统需要的总制动力矩就越大，所以在车速增量变化较大（如：液压制动系统启动）时刻，我们力求让T,_PM1越小越好，有利于电机有足够的制动余量，去弥补液压系统响应迟滞所引起的需求制动力矩不足；而在车速增量变化不大时，总需求力矩变化不大，液压制动系统的响应基本保持稳定（响应迟滞及控制精度误差都较小），让T,_PM1所占分额更大些，以提高系统的制动能量回馈率。 

综上所述，液压系统的辅助制动力矩取值应为： 

T,_hyd=max((T_{hyd_min}),(T,_sum-T,_PM1))    （6） 

电机辅助制动力矩取值应为： 

$\left\{\begin{array}{c}{T}_{\mathrm{PM}1}^{\′}=\min (((T_{\mathrm{PM}\_\max }*f\left(\mathrm{\Δ}{V}^{\′}\right)),\left({T_{\mathrm{sum}}^{\′}-T}_{\mathrm{hyd}\_\min }\right))\\ f\left(\mathrm{\Δ}{V}^{\′}\right)=\frac{k}{\mathrm{d\ΔV}/\mathrm{dt}}+b\end{array}\right.---\left(7\right)$

然而，通过实验得知，液压制动系统的响应速度慢、精度差的缺点体现在液压力矩发生变化时，特别是液压系统启动过程中最为突出。例如：制动压力命令由0开始变化时刻到液压系统制动压力实际开始变化时刻有较大延时，并且延时时间与期望制动压力有关，以某款进口EVB为例，如图1所示，当期望制动压强P（通过制动压力换算得到）低于1Mpa时，期望制动压强越小，电子真空助力系统的延迟响应时间越长；当期望制动压强大于1Mpa以后，电子真空助力系统的延时时间可以基本稳定在0.2秒以内。 

我们还知道，电机具有响应快、控制精度高的优点，以国产某款驱动电机为例，如图2所示，响应延时小于0.01秒，且电机力矩小于0.5Nm时，电机就可响应。 

由以上分析可知，制动命令由0开始阶跃时，电机的响应时间较液压系统的响应时间小10倍以上，我们完全可以利用电机控制精准及快速响应的特性来弥补液压制动力矩响应慢、控制不准的不足。所以此时液压系统命令力矩与实际反馈力矩之差只能由电机来提供，用公式表示如下： 

T,_PM2=T,_hyd-T_{hyd_act}    （6） 

T,_PM2表示电机为补偿和校准液压制动力矩所承担的制动力矩，T_{hyd_act}表示液压制动系统实际反馈的力矩。所以为保证制动系统能提供足够的制动力矩，此时发给电机的制动力矩总值T,_PM应为： 

T,_PM=T,_PM1+T,_PM2    （7） 

综上所述，电、液压复合制动的综合动态协调策略应为： 

$\left\{\begin{array}{c}{T}_{\mathrm{PM}1}^{\′}=\min \left(((T_{\mathrm{PM}\_\max }*f\left(\mathrm{\Δ}{V}^{\′}\right)),(T_{\mathrm{sum}}^{\′}-T_{\mathrm{hyd}\_\min })\right)\\ T_{\mathrm{hyd}}^{\′}=\max ((T_{\mathrm{sum}}^{\′}-T_{\mathrm{PM}1}^{\′}),T_{\mathrm{hyd}\_\min })\\ T_{\mathrm{PM}2}^{\′}=T_{\mathrm{hyd}}^{\′}-T_{\mathrm{hyd}\_\mathrm{act}}\\ T_{\mathrm{PM}}^{\′}=T_{\mathrm{PM}1}^{\′}+T_{\mathrm{PM}2}^{\′}\\ f\left(\mathrm{\Δ}{V}^{\′}\right)=\frac{k}{\mathrm{d\ΔV}/\mathrm{dt}}+b\\ T_{\mathrm{sum}}^{\′}=T_{\mathrm{PM}1}^{\′}+T_{\mathrm{hyd}}^{\′}\end{array}\right.---\left(8\right)$

前面提到过，电控液压制动系统要想工作，就要有一个能够响应的最小制动力矩T_{hyd_mi}n，这是由电控液压系统特性决定的，为了保证液压系统不频繁启动，只有当总制动力矩小于一定比例的电机系统最大力矩时，即T,_sum＜k₁*T_{PM_max}时，才可以退出液压辅助制动，以防止液压制动系统的频繁进入及退出。 

这里，k₁*T_{PM_max}是设定的T,_sum的一个当液压制动系统退出时的门限值，由实验标定得到。门限值的取值方法是：根据车辆特性，在必须保证有液压制动参与的坡路辅助制动过程中，在同一下坡路段，坡度有一定起伏情况下，坡度减小至退出辅助制动时，液压制动系统只有一次进入及退出辅助制动，在液压制动系统退出时候的T,_sum值就是此门限值，用k₁*T_{PM_max}表示。 

Claims (6)

1.一种混合动力汽车下坡辅助电、液复合制动控制方法，其特征在于，包括如下策略：

在整车控制器中，预置一辅助制动协调控制程序，在车辆下坡过程中，当加速踏板和制动踏板均未起作用，车辆处于滑行情况下，整车控制器就启动程序，并通过车速的增加量计算出相应的总辅助制动力矩，并将得到总辅助制动力矩按如下情况处理：

1)制动力矩优先分配给电机，其次是发动机，当电机和发动机所能承担的最大制动力矩之和都无法满足制动需求时，系统向液压制动控制器发出制动命令，驱动液压制动系统进行制动，在液压制动系统参与制动的过程中，力矩分配方法是：

a.当分给电机和液压的总制动力矩T’_sum小于电机所能承担的最大制动力矩T_{PM_max}与液压系统能够响应的最小制动力矩T_{hyd_min}之和时，总制动力矩首先分给液压制动系统，且分配的液压制动力矩T’_hyd等于液压系统能启动的最小响应制动力矩T_{hyd_min}，其余的分给电机制动；

b.当分给电机和液压的总制动力矩T’_sum大于等于电机所能承担的最大制动力矩T_{PM_max}与液压系统能够响应的最小制动力矩T_{hyd_min}之和时，总制动力矩首先分给电机制动系统，此时分配给电机的制动力矩T’_PM1应为：T’_PM1＝T_{PM_max}*f(ΔV’)，其余的分配给液压制动系统，这里，f(ΔV’)是与单位时间车速增量的变化dΔV/dt成反比例关系的一个函数，由标定得到；

结合a、b所述方法，液压系统的辅助制动力矩取值为：

T’_hyd＝max((T_{hyd_min}),(T’_sum-T’_PM1))，

电机辅助制动力矩取值为：

T’_PM1＝min(((T_{PM_max}*f(ΔV’)),(T’_sum-T_{hyd_min}))；

2)当分给电机和液压的总制动力矩T’_sum小于系统规定的一定比例的电机最大制动力矩时，才允许退出液压辅助制动。

2.根据权利要求1所述的混合动力汽车下坡辅助电、液复合制动控制方法，其特征在于，在液压制动系统启动过程中，分配给液压制动系统的力矩与液压制动系统实

际反馈力矩之差由电机来提供，表示如下：

T’_PM2＝T’_hyd-T_{hyd_act}

T’_PM2表示电机为补偿和校准液压制动力矩所承担的制动力矩，T_{hyd_act}表示液压制动系统实际反馈的力矩；

此时分配给电机的制动力矩总值T’_PM应为：

T’_PM＝T’_PM1+T’_PM2。

3.根据权利要求1或2所述的混合动力汽车下坡辅助电、液复合制动控制方法，其特征在于，所述函数f(ΔV’)用下式表示：

$f\left(\mathrm{\Δ}{V}^{,}\right)=\frac{k}{\mathrm{d\ΔV}/\mathrm{dt}}+b,$

dΔV/dt表示单位时间车速增量的变化，k与b为调整系数，是根据不同的车辆配置，通过不断的实验标定得到。

4.根据权利要求3所述的混合动力汽车下坡辅助电、液复合制动控制方法，其特征在于，k与b的标定方法是：系统设定一T’_PM1门限值，这个门限值小于T’_sum的某个百分比，在这个门限值内，取不同的dΔV/dt，观察k、b值的变化，分别取k、b值出现概率较集中的值，就是所要标定的k、b值。

5.根据权利要求1所述的混合动力汽车下坡辅助电、液复合制动控制方法，其特征在于，所述情况2)中，所述一定比例的电机最大制动力矩，用k₁*T_{PM_max}表示，是由系统标定得到。

6.根据权利要求5所述的混合动力汽车下坡辅助电、液复合制动控制方法，其特征在于，k₁*T_{PM_max}的标定方法是：在有液压制动参与的坡路辅助制动过程中，在同一下坡路段液压制动系统只有一次进入及退出辅助制动的情况下，当液压制动系统退出时对应的T’_sum值，就是k₁*T_{PM_max}。