CN103287410B - 用于混合动力车辆或电动车辆的制动系统和制动控制方法 - Google Patents

Abstract

提供了一种用于混合动力车辆或电动车辆的制动系统，包括液压制动系统、再生制动系统以及控制液压制动系统和再生制动系统操作的制动控制器，其中，所述制动控制器中包含液压模型，所述液压模型包含基于车轮或车辆的动力学方程建立的反映车辆制动过程中液压制动系统向车轮施加的液压制动力矩与再生制动系统向车轮施加的再生制动力矩之间关系的函数，所述制动控制器在车辆制动过程中基于检测到的再生制动力矩确定由液压制动系统向各车轮施加的目标液压制动力矩。还提供了相应的制动控制方法。本发明的制动系统和制动控制方法能够提高车辆的制动性能。

Description

用于混合动力车辆或电动车辆的制动系统和制动控制方法

技术领域

本发明涉及用于混合动力车辆或电动车辆、尤其是具有防抱死制动系统(ABS)的车辆的制动系统和制动控制方法。

背景技术

对于具有ABS的车辆，其制动系统通常配备有四个轮速传感器，用于检测四个车轮的转速。为了降低系统成本，没有额外的传感器(例如压力传感器、横向加速度传感器、转向角度传感器或横摆角速度传感器)被使用。

对于混合动力或电动车辆，其制动系统常包括液压制动系统和再生制动系统。当驾驶员踏下制动踏板时，液压制动系统的制动主缸向各制动轮缸传输制动液，以便驱动机械制动元件，从而产生制动作用。与此同时，车轮的转动使再生制动系统的发电机运转产生电力，从而车辆的动能被转换成电能。

在具有液压制动系统的混合动力或电动车辆中，车辆制动时的制动液压力(轮缸制动液压力和主缸制动液压力)对于制动性能(例如刹停距离、刹车舒适性等)而言是非常重要的因素。因此，希望制动系统能够提供适宜的制动液压力。在具有再生制动系统的混合动力或电动车辆中，由于再生制动系统和液压制动系统提供组合制动作用，因此难以估算确定制动液压力。在制动系统中的液压模型存在较大公差/误差的情况下，车辆可能会出现制动液压力不足，从而刹停时间和距离增加甚至制动踏板变硬；此外，也可能出现制动液压力过大，此时制动泵的电动机的运转速度会大于所需的速度，这会引起车辆急停、刹车噪音和差的踏板感觉。

因此，在具有液压制动系统和再生制动系统的混合动力车辆或电动车辆中，希望能够准确地确定适宜的制动液压力。

发明内容

本发明旨在解决现有技术中存在的上述技术问题，即能够更加准确地确定适宜的制动液压力，以提高车辆的制动性能。

根据本发明的一个方面，提供了一种用于混合动力车辆或电动车辆的制动系统，包括液压制动系统、再生制动系统以及控制液压制动系统和再生制动系统操作的制动控制器，其中，所述制动控制器中包含液压模型，所述液压模型包含基于车轮或车辆的动力学方程建立的反映车辆制动过程中液压制动系统向车轮施加的液压制动力矩与再生制动系统向车轮施加的再生制动力矩之间关系的函数，所述制动控制器在车辆制动过程中基于检测到的再生制动力矩确定由液压制动系统向各车轮施加的目标液压制动力矩。

根据本发明的制动系统的一个优选实施方式，所述液压制动系统包括制动主缸以及配备给各车轮并且分别与制动主缸相连的制动轮缸，所述制动控制器在车辆制动过程中基于检测到的再生制动力矩确定由所述制动主缸输送到各制动轮缸中的制动液的目标轮缸制动液压力。

根据本发明的制动系统的一个优选实施方式，每个制动轮缸通过相应的进液阀与主缸相连，所述制动控制器通过控制所述进液阀的开度而使得制动轮缸中的制动液的压力达到或接近所述目标轮缸制动液压力。

根据本发明的制动系统的一个优选实施方式，还包括防抱死制动系统，其中，在车辆制动时出现车轮滑移的情况下，所述制动控制器启动所述防抱死制动系统并且调节各制动轮缸中的制动液压力。

根据本发明的制动系统的一个优选实施方式，所述制动控制器对各制动轮缸中的制动液压力彼此独立地进行调节。

根据本发明的制动系统的一个优选实施方式，所述制动控制器中包含以不同的制动系统性能为优化目标设置的相应制动控制方案，所述制动系统性能包括下述一组中的一个或多个：车辆刹停时间或距离，车轮制动舒适性，车轮制动安全性，由再生制动系统转化为电能的车辆动能转化率。

根据本发明的另一个方面，提供了一种用于混合动力车辆或电动车辆的制动控制方法，包括：基于车轮或车辆的动力学方程建立反映车辆制动过程中车辆的液压制动系统向车轮施加的液压制动力矩与车辆的再生制动系统向车轮施加的再生制动力矩之间关系的函数；以及在车辆制动过程中基于检测到的再生制动力矩确定由液压制动系统向各车轮施加的目标液压制动力矩。

根据本发明的制动控制方法的一个优选实施方式，所述液压制动系统包括制动主缸以及配备给各车轮并且分别与制动主缸相连的制动轮缸，所述确定由液压制动系统向各车轮施加的目标液压制动力矩包括：基于检测到的再生制动力矩确定由所述制动主缸输送到各制动轮缸中的制动液的目标轮缸制动液压力。

根据本发明的制动控制方法的一个优选实施方式，每个制动轮缸通过相应的进液阀与主缸相连，并且，所述制动控制方法还包括通过控制所述进液阀的开度而使得制动轮缸中的制动液的压力达到或接近所述目标轮缸制动液压力。

根据本发明的制动控制方法的一个优选实施方式，还包括：在车辆制动时出现车轮滑移的情况下，启动防抱死制动控制并且调节各制动轮缸中的制动液压力。

根据本发明的制动控制方法的一个优选实施方式，各制动轮缸中的制动液压力被彼此独立地进行调节。

根据本发明的制动控制方法的一个优选实施方式，以不同的制动系统性能为优化目标设置相应的制动控制方案，所述制动系统性能包括下述一组中的一个或多个：车辆刹停时间或距离，车轮制动舒适性，车轮制动安全性，由再生制动系统转化为电能的车辆动能转化率。

根据本发明，在混合动力或电动车辆的制动系统的液压模型计算中计入了再生制动因素，改进了液压模型，而不需要添加复杂且昂贵的额外传感器，并且能够提高车辆的制动性能，尤其是ABS性能。通过在ABS控制中加入再生控制的因素，本发明能够提高车辆动能的再生率，甚至可能将车辆动能完全转化成再生能量。

附图说明

图1是用于解释本发明原理的车辆制动系统的示意图。

图2是用于解释本发明原理的一个车轮的制动状态的示意图。

具体实施方式

下面首先解释本发明的基本原理。

本发明适用于混合动力车辆或电动车辆。混合动力车辆具有燃油发动机和电动机两个动力源，电动车辆则以电动机为动力源。这两种车辆的共同点是可利用电动机驱动车轮。

图1中显示了可以采用本发明的一种混合动力车辆或电动车辆。该车辆具有多个车轮10，例如图中所示的四个车轮。车辆的每个车轮可以都带有驱动电动机12，即所有车轮都是驱动轮。或者，车辆只有前轮或只有后轮为驱动轮。电动机可以是图中示意显示的轮毂式电动机，也可以是轮轴式电动机。

车辆具有制动系统，该制动系统首先包括传统的液压制动系统。该液压制动系统主要包括制动主缸2、制动轮缸6、机械制动元件8。每个车轮10分别配备制动轮缸6，该制动轮缸6具有进液阀4和排液阀(未示出)。进液阀4通过油管与制动主缸2相连，排液阀与机械制动元件8相连。当驾驶员踏下制动踏板(未示出)时，制动主缸2中的活塞向前移动，使制动主缸2内的制动液产生压力并经油管压入各制动轮缸6。制动轮缸6中的活塞移动而驱动机械制动元件8，从而对车轮10产生机械制动作用。

此外，车辆的制动系统还包括再生制动系统，其主要包括可连接到车轮的发电机以及与发电机相连的电能存储元件。当驾驶员踏下制动踏板以使车辆减速时，车轮的转动使发电机运转产生电力，从而车辆的部分动能被转换成电能。同时，发电机产生对车轮具有附加制动作用的再生制动力矩，以使车辆减速。再生制动系统中的发电机可以由车轮的驱动电动机12本身构成，如图1所示。或者，发电机也可以单独提供。

此外，混合动力车辆或电动车辆的制动系统包括制动控制器(未示出)，用于控制液压制动系统和再生制动系统的操作，例如控制制动主缸2和/或制动轮缸6的制动液压力，将电动机切换为发电机等等。此外，制动控制器还检测液压制动系统和再生制动系统的操作参数。

此外，混合动力车辆或电动车辆的制动系统可配备有防抱死制动系统(ABS)，用于在车辆制动时防滑、防锁死等。在这种情况下，制动控制器包含ABS控制模块，其利用脉冲宽度调制(PWM)信号控制液压制动系统中的进液阀4，而该进液阀4控制向制动轮缸6输送的制动液。进液阀4的开度基于进液阀压降以及所要求的增压梯度而确定。如果因再生制动的附加制动作用导致进液阀压降被过高估算，则制动控制器计算出的阀开度太小，这导致增压减慢且车辆被欠制动。在强再生制动的极端情况下，则会发生踏板变硬的情况。同时，轮缸制动液压力也会被过高估算，这会导致排液阀的流量被过高估算且制动泵的电动机速度过高，从而引起高泵电动机噪音和差的踏板感觉。

为了应对上述情况，目前的一般措施是，当ABS被启动或者车轮趋向于不稳定时，再生制动被禁用。但这对于制动控制器中的液压模型计算来说通常都太晚了。而且，这也会减少能量的再生程度。

对于典型内燃机车辆中的常规ABS，主要基于车辆/车轮动力学来计算制动控制器中的液压模型，例如，由车轮减速度得到施加在每个车轮上的总力矩的信息，由车辆减速度得到施加在车辆的各车轮上的总力矩的信息。

对于具有再生制动系统的混合动力或电动车辆，其制动控制器中的液压模型应不同于典型内燃机车辆中的液压模型。根据本发明的基本思想，要在混合动力或电动车辆的制动控制器中的液压模型计算中计入再生制动力矩的因素。

具体地讲，当车辆制动时，再生制动系统中的发电机(例如车轮的驱动电动机)的电枢转动并产生再生电流，以将车辆动能变为电能。

再生制动力矩基本上与再生电流成正比，因此可以基于再生电流而计算出来。

然后，再生制动力矩由再生控制器经控制器局域网(CAN)发送，然后在ABS控制模块中被用于液压模型计算。

假定制动过程中车辆总的减速度为A，如果由再生制动力矩获得车辆减速度A1，则剩余减速度部分(A-A1)由制动力矩获得。从(A-A1)可以反向计算出车轮制动力矩。出于同样原因，如果由再生制动力矩获得车辆减速度A1，则剩余减速度部分(A-A1)由各车轮的总制动力矩获得。从(A-A1)可以反向计算各车轮的制动力矩，并且由此可以计算出各车轮的制动轮缸的制动液压力。

这里所说的车辆总的减速度，可以是制动过程中实际测量出的车辆真实减速度。在这种情况下，可计算出的各车轮的制动轮缸所需的适宜的制动液压力，从而ABS控制模块可以适宜地控制进液阀开度，以提高ABS的性能。

此外，这里所说的车辆总的减速度也可以是期望的车辆减速度。例如，可由制动踏板的动作(例如踩下距离、速度等)来判断驾驶员的制动意图(减速、一般刹停、紧急刹车等)，由此确定期望的车辆减速度。在这种情况下，可计算出的各车轮的制动轮缸所需的适宜的制动液压力，从而车辆的制动过程符合驾驶员的制动意图。

下面解释根据本发明计算制动轮缸的适宜制动液压力的过程。

图2示出了一个正在路面上经受液压制动和再生制动的车轮10。该车轮的主要参数包括：

ω-车轮转速；

R-车轮半径；

Vx-车轮水平移动速度；

Fwi-车轮负荷，包括车轮自身重量，由车轮10的中心O沿向下方向；

Tbi-液压制动力矩，由液压制动系统的机械制动元件(例如摩擦刹车元件等)施加于车轮，与车轮旋转方向相反；

Tri-再生制动力矩，由再生制动系统的发电机施加于车轮，与车轮旋转方向相反；

Fxbi-路面施加于车轮的摩擦力，由路面与车轮10之间的接触点C沿向后方向；

Fzi-路面施加于车轮的法向力，由路面与车轮10之间的接触点C沿向上方向。

其中，i＝1至n，n为车辆中电机驱动的车轮的数量。

根据本发明的一个方面，可以为车辆的每个车轮建立动力学模型，例如，图2所示的车轮10满足：

Fxbi×R-(Tbi+Tri)＝Ii×(dω/dt) (1)

其中，Ii为该车轮的转动惯量，t指时间。

式(1)可以看作车轮的动力学方程。

该车轮上的液压制动力矩Tbi可由下式求出：

Tbi＝Ci×Pwi (2)

其中，Pwi为该车轮的制动轮缸6中的制动液压力，Ci为制动作用系数，该制动作用系数取决于机械制动元件的形式和材料、车轮转速等。

由式(1)和(2)可以得出：

Pwi＝[Fxbi×R-Tri-Ii×(dω/dt)]/Ci (3)

通过式(3)，可以求出每个制动轮缸6的轮缸制动液压力Pwi。

根据本发明，为整个车辆建立动力学模型，可以得到：

Fxb＝m×(dVx/dt) (4)

其中，m为整车质量(含载重)；

Fxb＝∑Fxbi，是路面施加于全部车轮的摩擦力。

式(4)可以看作车辆的动力学方程。

此外，在构建制动控制器中的液压模型时，还需要考虑到因再生制动力矩导致的车辆和车轮减速度：

aVeh＝Tr×Gr/R/m (5)

aWhl＝Tri×Gr×R/Ii (6)

其中，aVeh为因再生制动力矩导致的车辆减速度，aWhl为因再生制动力矩导致的车轮减速度，Gr为电动机到车轮的传动比。

在构建出的制动控制器中的液压模型中，由(3)～(6)计算出的轮缸制动液压力Pwi可以作为目标轮缸制动液压力。基于该目标轮缸制动液压力，液压制动系统可向车轮施加目标液压制动力矩。

式(3)～(6)可以作为制动控制器中液压模型计算中所用的基本公式，从而液压模型计算中计入了再生制动作用，以便优化各种制动性能。

下面描述根据本发明的一些计入了再生制动作用的可行方式制动控制方法。

根据本发明的制动控制方法的一个可行实施例，以实现预期的刹停时间或距离为目标，在制动系统对车辆进行制动的过程中，制动控制器基于驾驶员对制动踏板的踩下动作判断出驾驶员的制动意图，并且因此而根据预定的制动方案控制再生制动系统操作，以使再生制动系统的发电机运转，例如将车轮的驱动电动机转变为发电机运转。制动控制器由发电机产生的再生电流确定再生制动力矩。对于预期的刹停距离或时间，制动过程中每个时刻的减速度可以确定，因此，利用前面的式(3)～(6)可计算出目标轮缸制动液压力。制动控制器控制液压制动系统以使其各制动轮缸中的压力达到或接近于目标轮缸制动液压力(例如通过调节制动主缸的泵电动机的转速、制动轮缸的进液阀的开度等)，以确保在预期的刹停时间或距离使行驶的车辆停止，而不会过快或过慢刹停。

根据本发明的制动控制方法的另一个可行实施例，以实现行驶中舒适的减速为目标，制动控制器根据预定的制动方案以与前一实施例中类似的方式计算出目标轮缸制动液压力，以使得车辆受到的总制动力矩(液压制动力矩和再生制动力矩)均匀地减小，以避免车辆急停和产生刹车噪音。

根据本发明的制动控制方法的又一个可行实施例，在具有ABS的制动系统中，以提高ABS性能为目标，制动控制器在ABS判断出某个车轮滑移时，调节向各车轮提供的轮缸制动液压力，例如，减小或解除该滑移车轮的轮缸制动液压力，增大或减小其它车轮的轮缸制动液压力等等，以使得车辆的安全性提高。

本领域技术人员基于前面的描述可以理解，根据本发明的制动控制方法还可以对其它各种制动性能进行优化，并且不同的制动性能指标可以组合考虑。

还可以理解，根据本发明的制动控制方法除了能够优化制动性能以外，由于能够确定适宜的轮缸制动液压力，还能使得再生控制系统在各种制动状况下充分发挥作用，以便更多地将车辆本身的动能转化为电能。

根据本发明的用于混合动力车辆或电动车辆的制动系统和制动控制方法，通过在液压模型计算中计入再生制动力矩，轮缸制动液压力和主缸制动液压力可被正确估算。然后，可以根据所要求的增加/减小梯度来实现增压/减压。制动主缸的泵电动机可以常规运转。制动性能可最优化，刹停距离可减小，泵电动机噪音降低，且踏板感觉更好。通过在ABS控制中引入再生控制，再生能量可被更充分地利用。

虽然这里参考具体的实施方式描述了本发明，但是本发明的范围并不局限于所示的细节。在不偏离本发明的基本原理的情况下，可针对这些细节做出各种修改。

Claims (12)

1.一种用于混合动力车辆或电动车辆的制动系统，包括液压制动系统、再生制动系统以及控制液压制动系统和再生制动系统操作的制动控制器，其中，所述制动控制器中包含用于确定目标液压制动力矩的液压模型，所述液压模型包含基于车轮或车辆的动力学方程建立的反映车辆制动过程中液压制动系统向车轮施加的液压制动力矩与再生制动系统向车轮施加的再生制动力矩之间关系的函数，在所述函数中，因再生制动力矩导致的车辆减速度和车轮减速度均被考虑，所述制动控制器在车辆制动过程中基于检测到的再生制动力矩根据所述液压模型确定由液压制动系统向各车轮施加的目标液压制动力矩。

2.根据权利要求1所述的制动系统，其中，所述液压制动系统包括制动主缸以及配备给各车轮并且分别与制动主缸相连的制动轮缸，所述制动控制器在车辆制动过程中基于检测到的再生制动力矩确定由所述制动主缸输送到各制动轮缸中的制动液的目标轮缸制动液压力。

3.根据权利要求2所述的制动系统，其中，每个制动轮缸通过相应的进液阀与主缸相连，所述制动控制器通过控制所述进液阀的开度而使得制动轮缸中的制动液的压力达到或接近所述目标轮缸制动液压力。

4.根据权利要求2所述的制动系统，还包括防抱死制动系统，其中，在车辆制动时出现车轮滑移的情况下，所述制动控制器启动所述防抱死制动系统并且调节各制动轮缸中的制动液压力。

5.根据权利要求2至4中任一项所述的制动系统，其中，所述制动控制器对各制动轮缸中的制动液压力彼此独立地进行调节。

6.根据权利要求1至4中任一项所述的制动系统，其中，所述制动控制器中包含以不同的制动系统性能为优化目标设置的相应制动控制方案，所述制动系统性能包括下述一组中的一个或多个：车辆刹停时间或距离，车轮制动舒适性，车轮制动安全性，由再生制动系统转化为电能的车辆动能转化率。

7.一种用于混合动力车辆或电动车辆的制动控制方法，包括：

建立用于确定目标液压制动力矩的液压模型，所述液压模型包含基于车轮或车辆的动力学方程建立的反映车辆制动过程中车辆的液压制动系统向车轮施加的液压制动力矩与车辆的再生制动系统向车轮施加的再生制动力矩之间关系的函数，在所述函数中，因再生制动力矩导致的车辆减速度和车轮减速度均被考虑；以及

在车辆制动过程中根据所述液压模型基于检测到的再生制动力矩确定由液压制动系统向各车轮施加的目标液压制动力矩。

8.根据权利要求7所述的制动控制方法，其中，所述液压制动系统包括制动主缸以及配备给各车轮并且分别与制动主缸相连的制动轮缸，所述确定由液压制动系统向各车轮施加的目标液压制动力矩包括：基于检测到的再生制动力矩确定由所述制动主缸输送到各制动轮缸中的制动液的目标轮缸制动液压力。

9.根据权利要求8所述的制动控制方法，其中，每个制动轮缸通过相应的进液阀与主缸相连，并且，所述制动控制方法还包括通过控制所述进液阀的开度而使得制动轮缸中的制动液的压力达到或接近所述目标轮缸制动液压力。

10.根据权利要求8所述的制动控制方法，还包括：

在车辆制动时出现车轮滑移的情况下，启动防抱死制动控制并且调节各制动轮缸中的制动液压力。

11.根据权利要求7至10中任一项所述的制动控制方法，其中，各制动轮缸中的制动液压力被彼此独立地进行调节。

12.根据权利要求7至10中任一项所述的制动控制方法，其中，以不同的制动系统性能为优化目标设置相应的制动控制方案，所述制动系统性能包括下述一组中的一个或多个：车辆刹停时间或距离，车轮制动舒适性，车轮制动安全性，由再生制动系统转化为电能的车辆动能转化率。