CN103707866B - 用于混合动力车辆的制动系统及其控制方法 - Google Patents

用于混合动力车辆的制动系统及其控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于混合动力车辆的制动系统及其控制方法，所述制动系统可以包括制动踏板、检测所述制动踏板的行程并输出相应的信号的踏板行程传感器、接收所述踏板行程传感器的信号的制动控制单元、根据所述制动控制单元的控制来制动主动轮的主动轮制动钳、包括在所述主动轮的制动中根据所述制动控制单元的控制而产生电能的电动机/发电机的再生制动单元、与所述制动踏板连接并且通过所述制动踏板操作的主缸和根据所述主缸的操作来制动从动轮的从动轮制动钳。

Description

用于混合动力车辆的制动系统及其控制方法
相关申请的交叉引用
本申请要求2012年10月5日提交的韩国专利申请No.10-2012-0110932的优先权，该申请的全部内容结合于此，以用于通过该引用的所有目的。
技术领域
本发明涉及一种用于混合动力车辆的制动系统及其控制方法。更具体地，本发明涉及一种用于混合动力车辆的制动系统及其控制方法，所述制动系统可以实现再生制动并且在不需要踏板模拟器的情况下保持制动感觉。
背景技术
针对用于混合动力车辆的再生制动系统的协同控制包括用于产生驾驶员踏板操作的信号并补偿操作感觉的模拟器(BAU；制动执行单元)，和用于控制制动器的制动动力的控制元件(HPU；液压动力单元)。
当驾驶员推动制动踏板时，产生行程传感器的信号并将所述行程传感器的信号传递至HPU，所述HPU根据所述行程传感器的信号产生制动液压压力。然后通过车轮控制单元将所述制动液压压力同时施加至前轮和后轮的每一个制动器。所述车轮控制单元是指ABS(防抱死制动系统)、TCS(牵引力控制系统)、ESC(电动控制悬架)、ESP(电子稳定性控制)等等。
在车辆的制动中，HPU控制制动液压压力被关闭，用于使初始阶段的电动机/发电机的再生制动扭矩最大化，然后HPU控制制动液压压力被提供以停止再生制动或补偿制动力。
然而，现有技术的再生系统较复杂并且用于制动的反应速度会有延迟。另外，在具有踏板模拟器的情况下，驾驶员不能满足于制动感觉(踏板操作感觉)。
另外，在该系统中，因为通过所述HPU放大的压力被平等地提供至前轮和后轮的每一个制动器，而且后轮制动器(例如，从动轮制动器)可能不会用在协同再生制动控制中。所以制动效率会变差并且在制动中再生制动负载总被施加至前轮(例如，主动轮)。因此，前轮可能发生制动抱死，以至于使制动性能变差，并且前轮制动器和轮胎的耐久性会变差。
另外，该系统需要用于再生制动的BAU、HPU等等，所以重量和成本可能会增加。
公开于本发明背景部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
发明内容
本发明的各个方面旨在提供一种用于混合动力车辆的制动系统及其控制方法，所述制动系统可以实现再生制动并且在不含踏板模拟器的情况下保持制动感觉。
在本发明的一个方面中，用于混合动力车辆的制动系统可以包括制动踏板、检测所述制动踏板的行程并输出相应的信号的踏板行程传感器、接收所述踏板行程传感器的信号的制动控制单元、根据所述制动控制单元的控制来制动主动轮的主动轮制动钳、包括在所述主动轮的制动中根据所述制动控制单元的控制而产生电能的电动机/发电机的再生制动单元、与所述制动踏板连接并且通过所述制动踏板操作的主缸和根据所述主缸的操作来制动从动轮的从动轮制动钳。
所述制动控制单元基于所述踏板行程传感器的信号来确定所需的制动力，其中，所述制动控制单元通过从所需的制动力中减去从动轮的制动力来确定主动轮所需的主动轮的制动力，并且所述制动控制单元基于确定的所需的主动轮的制动力来控制所述主动轮制动钳和所述再生制动单元的操作。
所述制动控制单元基于下列情况来控制所述主动轮制动钳的操作，在所述情况中从所述主动轮的制动力中减去所述再生制动单元的再生制动力。
所述制动控制单元根据当前的电动机/发电机的扭矩与挡位的传动比的乘积来确定再生制动力。
所述制动控制单元通过推定所述电动机/发电机的扭矩来确定电动机/发电机的效率，并且所述制动控制单元比较电动机/发电机的效率与用于再生制动的标准电动机/发电机的预定效率，以便确定所述挡位。
所述制动系统还可以包括车轮控制单元，所述车轮控制单元通过主缸的液压压力被操作并且通过液压压力来控制从动轮制动钳的操作。
所述制动踏板可以具有预定的无效行程，并且在所述制动踏板的无效行程中，所述从动轮的制动力为“0”。
在本发明的另一个方面中，一种用于混合动力车辆的控制方法可以包括当制动踏板被操作时，确定从动轮的第一制动力；当所述制动踏板被操作时，确定所需的制动力；通过从所需的制动力中减去所述从动轮的第一制动力来确定主动轮所需的主动轮的第二制动力；和根据其中从所述主动轮所需的制动力中减去再生制动单元的第三制动力的值来控制所述主动轮的制动。
当其中从所述主动轮所需的制动力中减去所述再生制动单元的第三制动力的值小于“0”时，所述主动轮的制动通过操作所述再生制动单元来执行。
当其中从所述主动轮所需的制动力中减去所述再生制动单元的制动力的值等于或大于“0”时，所述主动轮的制动通过操作所述再生制动单元和所述主动轮制动钳两者来执行。
所述制动踏板可以具有预定的无效行程，并且在所述制动踏板的无效行程中，所述从动轮的第一制动力为“0”。
通过当前的电动机/发电机的扭矩与挡位的传动比的乘积来确定再生制动力。
通过推定所述电动机/发电机的扭矩来确定电动机/发电机的效率，并且比较电动机/发电机的确定效率与用于再生制动的标准电动机/发电机的预定效率，以便确定所述挡位。
当电动机/发电机的确定效率等于或大于用于再生制动的标准电动机/发电机的预定效率时，保持当前的挡位，当电动机/发电机的确定效率小于用于再生制动的标准电动机/发电机的预定效率时，降低当前的挡位。
根据本发明的示例性实施方案的用于混合动力车辆的制动系统及其控制方法可以实现再生制动并且在不含踏板模拟器的情况下保持制动感觉。
根据本发明的示例性实施方案的用于混合动力车辆的制动系统及其控制方法，制动力被适当地分布，以至于避免主动轮发生制动抱死，可以稳定地实现制动性能，以及主动轮的制动器和轮胎的耐久性。
本发明的方法和装置具有其他的特性和优点，这些特性和优点从并入本文中的附图和随后的具体实施方式中将是显而易见的，或者将在并入本文中的附图和随后的具体实施方式中进行详细陈述，这些附图和具体实施方式共同用于解释本发明的特定原理。
附图说明
图1是显示根据本发明的示例性实施方案的用于混合动力车辆的制动系统的图。
图2是根据本发明的示例性实施方案的用于混合动力车辆的控制方法的流程图。
图3是显示根据本发明的示例性实施方案中用于混合动力车辆的制动系统的减速扭矩和减速感觉的关系的曲线图。
图4是显示根据本发明的示例性实施方案中用于混合动力车辆的制动系统的主动轮和从动轮之间的制动力关系的曲线图。
应当了解，附图并不必须是按比例绘制的，其示出了某种程度上经过简化了的本发明的基本原理的各个特征。在此所公开的本发明的特定的设计特征，包括例如特定的尺寸、定向、定位和外形，将部分地由特定目的的应用和使用环境所确定。
在这些附图中，在贯穿附图的多幅图形中，附图标记指代本发明的相同或等效的部分。
具体实施方式
现在将具体参考本发明的各个实施方案，在附图中和以下的描述中示出了这些实施方案的实例。虽然本发明与示例性实施方案相结合进行描述，但是应当了解，本说明书并非旨在将本发明限制为那些示例性实施方案。相反，本发明旨在不但覆盖这些示例性实施方案，而且覆盖可以被包括在由所附权利要求所限定的本发明的精神和范围之内的各种替换、修改、等效形式以及其它实施方案。
在下面的详细描述中，简单地通过说明的方式，仅仅显示和描述本发明的某些示例性实施方案。
正如本领域技术人员将会认识到的，所描述的实施方案可以以各种不同的方式被修改，所有修改均未超出本发明的精神或范围。
附图和描述在本质上将被视为说明性的，而不是限制性的。整个说明书中以同样的标号表示同样的元件。
在整个说明书中，除非明确地描述相反的意思，词语“包括(include)”以及诸如“包括(includes)”或“包括(including)”的变化，将被理解为暗示包括所陈述的元件但不排除任何其它的元件。
在下文中，将参照附图来详细描述本发明的示例性实施方案。
图1是显示根据本发明的示例性实施方案的用于混合动力车辆的制动系统的图。
参照图1，根据本发明的示例性实施方案的用于混合动力车辆的制动系统10包括：制动踏板20、检测制动踏板20的行程并输出相应的信号的踏板行程传感器30、接收踏板行程传感器30的信号的制动控制单元50、根据制动控制单元50的控制来制动主动轮的主动轮制动钳60、包括电动机/发电机90的再生制动单元(电动机/发电机90在主动轮的制动中根据制动控制单元50的控制产生电能)、与制动踏板20连接并且通过制动踏板20操作的主缸40以及根据主缸40的操作来制动从动轮的从动轮制动钳80。
主动轮制动钳60和从动轮制动钳80分别被用来制动主动轮和从动轮，并且其功能和方法对于本领域技术人员来说是显而易见的。因此，详细的描述将被省略。
用于混合动力车辆的制动系统10还可以包括车轮控制单元70，车轮控制单元70通过主缸40的液压压力来操作并且控制从动轮制动钳80的操作。
再生制动单元可以包括通过减少或增加电动机/发电机90的旋转来驱动主动轮的传动装置100，并且再生制动单元还可以包括控制电动机/发电机90、传动装置100和发动机的操作以及制动中再生制动的操作的HCU(混合动力控制单元，110)。
在这种情况下，制动控制单元50和HCU 110的功能和方法被单独进行和提供，或者所述功能和方法可以形成为一个控制系统，例如一个集成系统可以实现制动控制、速度/扭矩控制、再生控制等等。在整个说明书和权利要求书中，除非另有特别的说明，否则HCU 110将被描述为控制电动机/发电机(再生制动)和传动装置的操作。
电动机/发电机90(作为应用于混合动力车辆的普通电动机/发电机)可以被独立地操作，或者与用于驱动所述车辆的发动机一起操作，并且可以利用车辆减速时的车辆动能来再生电能。电动机/发电机90的方法和操作对于本领域技术人员来说是显而易见的，因此详细的说明将被省略。
通常，所述主动轮和所述从动轮是前轮和后轮，但是其并不限制于此。所述主动轮和从动轮也可以分别是后轮和前轮。
主动轮制动钳60是电动式制动钳并且安装至主动轮，并且电动机/发电机90通过传动装置100而连接至主动轮。
当制动踏板20操作主缸40以在操作中产生液压压力时，车轮控制单元70可以利用主缸40的液压压力来控制从动轮制动钳80的操作。从动轮制动钳80可以是液压压力式制动钳。例如，车轮控制单元70可以是ABS(防抱死制动系统)、TCS(牵引力控制系统)、ESC(电动控制悬架)、ESP(电子稳定性控制)等等。
在普通的车辆制动系统中，利用助压器的负压来操作主缸。然而，在本发明的示例性实施方案中，用于混合动力车辆的制动系统10仅仅利用液压压力来操作从动轮制动钳80。所以不需要普通的助压器，因此，整个系统可以被简化。另外，由于车轮控制单元70仅仅控制从动轮的操作，因此，液压回路可以被简化。
制动控制单元50基于来自踏板行程传感器30的信号来计算所需的制动力，通过从所需的制动力中减去从动轮的制动力来计算主动轮的制动力，并且基于计算出的主动轮的制动力来控制主动轮制动钳60和再生制动单元的操作。
制动踏板20具有预定的无效行程，并且在制动踏板20的无效行程中，从动轮的制动力为“0”。因此，在制动踏板20的无效行程中，所需的制动力是主动轮的制动力。
制动控制单元50基于从计算出的主动轮的制动力中减去再生制动单元的再生制动力的值来控制主动轮制动钳60的操作。
通过当前的电动机/发电机90的扭矩与挡位的传动比的乘积来确定再生制动力。
HCU 110估计电动机/发电机的扭矩并计算电动机/发电机90的效率，然后通过比较电动机/发电机90的效率与用于再生制动的标准电动机/发电机的预定效率来确定当前的挡位。
图2是根据本发明的示例性实施方案的用于混合动力车辆的控制方法的流程图。
参照图1和图2，将讨论根据本发明的示例性实施方案的用于混合车辆的制动系统的控制方法。
参照图1和图2，根据本发明的示例性实施方案的用于混合车辆的制动系统的控制方法包括：在步骤S10中确定制动踏板20是否被操作；当制动踏板20被操作时，在步骤S40中计算从动轮的制动力；当制动踏板20被操作时，在步骤S20中计算所需的制动力；在步骤S50中，通过从计算出的所需的制动力中减去计算出的从动轮的制动力来计算主动轮所需的主动轮的制动力；并且根据从计算出的主动轮所需的制动力中减去再生制动单元的制动力的值来控制主动轮的制动。
当制动踏板20被操作时，在步骤S30中操作主缸40，将感测主缸40的操作的压力传感器、踏板行程传感器30或者被安装至从动轮制动钳80的制动传感器的信号输入至制动控制单元50。然后，制动控制单元50确定从动轮制动钳80是否被实际地操作，并且在步骤S40中从动轮制动钳80被实际地操作之前，确定从动轮制动钳80在无效行程区域中被操作。
虽然制动踏板20在无效行程区域中被操作，然而制动控制单元50确定从动轮的制动力为“0”。然后，在步骤S40中，当发生从动轮的制动力时，制动控制单元50计算从动轮的制动力。因此，在制动踏板20的无效行程区域中，所需的制动力为主动轮的制动力。
在步骤S20中，制动控制单元50基于相应的踏板行程传感器30的信号来计算驾驶员所需的制动力(总制动力)。
在步骤S50中，制动控制单元50通过从所需的制动力中减去从动轮的制动力(不处于无效行程中)来计算主动轮的制动力。
如果在步骤S60中，从主动轮的制动力中减去再生制动力的值小于“0”，那么在步骤S70中仅仅通过操作再生制动单元来实现主动轮的制动。换言之，仅仅将再生制动力施加至主动轮。
如果在步骤S80中，从主动轮的制动力中减去再生制动力的值大于“0”，那么在步骤S90中通过操作再生制动单元以及主动轮制动钳60来实现主动轮的制动。换言之，将再生制动力和主动轮制动钳60的制动力施加至主动轮。
在这种情况下，通过主动轮制动钳60施加从主动轮的制动力中减去再生制动力的值。
通过当前的电动机/发电机90的扭矩与挡位的传动比的乘积来确定再生制动力(S140、S160和S170)。
可以通过HCU 110或者由制动控制单元50和HCU 110组合而成的控制部分来确定再生制动力。
在步骤S100、S110和S120中，基于电动机/发电机的效率来确定当前的挡位，所述电动机/发电机的效率通过借助于HCU 100推定电动机/发电机90的扭矩来计算，并且比较电动机/发电机90的计算效率与用于再生制动的标准电动机/发电机的预定效率，以便确定挡位。
基于车辆的速度、电动机/发电机90的旋转速度、车辆的加速度等等可以实现电动机/发电机90的扭矩的推定。所述推定可能对于本领域技术人员来说是显而易见的，因此，详细的描述将被省略。
电动机/发电机90的效率可以基于电动机/发电机90的旋转速度、电池的充电状态等等来确定，并且这对于本领域技术人员来说是显而易见的，因此，详细的描述将被省略。
预定的标准电动机效率可以被定义为用于再生制动的最低效率，并且它可以在实验或设计过程中被确定。所述用于再生制动的最低效率对于本领域技术人员来说是显而易见的，因此，详细的描述将被省略。
在步骤S130和S150中，如果计算出的电动机/发电机90的效率等于或大于预定的用于再生制动的标准电动机/发电机的效率，那么HCU 110保持当前的挡位，而如果计算出的电动机/发电机90的效率小于预定的用于再生制动的标准电动机/发电机的效率，那么HCU 110降低当前的挡位。换言之，在步骤S130和S150中，如果当前的挡位适合于实现再生制动，那么保持当前的挡位。但是，如果当前的挡位不适合于实现再生制动，那么传动装置100被控制为降低当前的挡位。
图3是显示根据本发明的示例性实施方案中用于混合动力车辆的制动系统的减速扭矩和减速感觉的关系的曲线图，并且图4是显示根据本发明的示例性实施方案中用于混合动力车辆的制动系统的主动轮和从动轮之间的制动力关系的曲线图。
图3中A表示由于再生制动而导致的制动扭矩，B表示由于主动轮制动钳60而导致的制动扭矩，而C表示由于从动轮制动钳80而导致的制动扭矩。
如图3和图4所示，根据本发明的示例性实施方案的用于混合车辆的制动系统可以利用制动力为“0”的无效行程，直至通过由踏板操作引发的主缸40的液压压力而产生了从动轮制动钳80的制动扭矩为止。因此，安装至主动轮的电动机/发电机90的再生制动力和电动制动钳60的制动力的组合控制可以实现制动并且同时提取电能。
在根据本发明的示例性实施方案的用于混合动力车辆的制动系统中，由于把主动轮制动器(其实现再生制动)与从动轮制动器分离开来进行控制，因此可以在不需要单独的模拟器的情况下实现再生制动组合控制。由于制动踏板、主缸和从动轮制动器在不需要踏板模拟器的情况下被直接连接，所以驾驶员可以感觉到与普通车辆所可以提供的制动感觉类似的制动感觉。
为了方便解释和精确限定所附权利要求，术语“上”、“下”、“内”和“外”是用于参考图中显示的这些特征的位置来描述示例性实施方式的特征。
前述对本发明的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想穷尽本发明，或者将本发明限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施方案进行选择和描述的目的在于解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的其它技术人员能够实现并利用本发明的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。本发明的范围意在由所附的权利要求书及其等同形式所限定。

Claims (14)

1.一种用于混合动力车辆的制动系统，其包括：
制动踏板；
踏板行程传感器，所述踏板行程传感器检测所述制动踏板的行程并输出相应的信号；
制动控制单元，所述制动控制单元接收所述踏板行程传感器的信号；
主动轮制动钳，所述主动轮制动钳根据所述制动控制单元的控制来制动主动轮；
再生制动单元，所述再生制动单元包括仅在所述主动轮的制动中根据所述制动控制单元的控制而产生电能的电动机/发电机；
主缸，所述主缸与所述制动踏板连接并且通过所述制动踏板操作；以及
从动轮制动钳，所述从动轮制动钳根据所述主缸的操作来制动从动轮，而无关于制动控制单元的操作。
2.根据权利要求1所述的用于混合动力车辆的制动系统，
其中，所述制动控制单元基于所述踏板行程传感器的信号来确定所需的制动力，
所述制动控制单元通过从所需的制动力中减去从动轮的制动力来确定主动轮所需的主动轮的制动力，
所述制动控制单元基于确定的所需的主动轮的制动力来控制所述主动轮制动钳和所述再生制动单元的操作。
3.根据权利要求2所述的用于混合动力车辆的制动系统，其中，所述制动控制单元基于下列情况来控制所述主动轮制动钳的操作，在所述情况中从所述主动轮的制动力中减去所述再生制动单元的再生制动力。
4.根据权利要求3所述的用于混合动力车辆的制动系统，其中，所述制动控制单元根据所述电动机/发电机当前的扭矩与挡位的传动比的乘积来确定再生制动力。
5.根据权利要求4所述的用于混合动力车辆的制动系统，其中，所述制动控制单元通过推定所述电动机/发电机的扭矩来确定电动机/发电机的效率，并且所述制动控制单元比较电动机/发电机的效率与用于再生制动的标准电动机/发电机的预定效率，以便确定所述挡位。
6.根据权利要求1所述的用于混合动力车辆的制动系统，其还包括：
车轮控制单元，所述车轮控制单元通过所述主缸的液压压力操作并且通过液压压力来控制所述从动轮制动钳的操作。
7.根据权利要求2所述的用于混合动力车辆的制动系统，其中，所述制动踏板具有预定的无效行程，并且在所述制动踏板的无效行程中，所述从动轮的制动力为“0”。
8.一种用于根据权利要求1所述的用于混合动力车辆的制动系统的控制方法，其包括：
当制动踏板操作时，确定从动轮的第一制动力；
当制动踏板操作时，确定所需的制动力；
通过从所需的制动力中减去所述从动轮的第一制动力来确定主动轮所需的主动轮的第二制动力；以及
根据从所述主动轮所需的制动力中减去再生制动单元的第三制动力的值来控制所述主动轮的制动。
9.根据权利要求8所述的控制方法，其中当从所述主动轮所需的制动力中减去所述再生制动单元的第三制动力的值小于“0”时，所述主动轮的制动通过操作所述再生制动单元来执行。
10.根据权利要求9所述的用于混合动力车辆的控制方法，其中当从所述主动轮所需的制动力中减去所述再生制动单元的制动力的值等于或大于“0”时，所述主动轮的制动通过操作所述再生制动单元和所述主动轮制动钳两者来执行。
11.根据权利要求8所述的控制方法，
其中，所述制动踏板具有预定的无效行程，
在所述制动踏板的无效行程中，所述从动轮的第一制动力为“0”。
12.根据权利要求8所述的控制方法，其中，通过电动机/发电机的当前的扭矩与挡位的传动比的乘积来确定再生制动力。
13.根据权利要求12所述的控制方法，
其中，通过推定所述电动机/发电机的扭矩来确定电动机/发电机的效率，
比较电动机/发电机的确定效率与用于再生制动的标准电动机/发电机的预定效率，以便确定挡位。
14.根据权利要求13所述的控制方法，
其中，当电动机/发电机的确定效率等于或大于用于再生制动的标准电动机/发电机的预定效率时，保持当前的挡位；
当电动机/发电机的确定效率小于用于再生制动的标准电动机/发电机的预定效率时，降低当前的挡位。
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