CN103991442A - 一种电动车辆的复合制动系统及其复合制动方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电动车辆行车制动领域。为确保电动车辆制动稳定，本发明提出一种电动车辆的复合制动系统，包括整车控制器、驱动电机、驱动电机控制器、液压制动控制器和液压制动器，整车控制器中设置有包括顶层控制模块和底层控制模块的分层控制器，分层控制器用于控制驱动电机的工作模式及驱动电机和液压制动器的输出扭矩；顶层控制模块选择轴间滑模控制策略或单轴滑模控制策略进行顶层控制；底层控制模块对总制动扭矩进行再分配；驱动电机中的第一驱动电机和第二驱动电机分别根据所述分层控制器发出的控制指令驱动车轴转动或向车轴施加电机制动扭矩。采用该复合制动系统对电动车辆进行制动，制动稳定性高，实现再生制动能量回收。

Description

一种电动车辆的复合制动系统及其复合制动方法

技术领域

本发明涉及电动车辆的行车制动领域，尤其涉及采用双电机驱动的电动车辆的复合制动系统以及采用该复合制动系统对该电动车辆进行制动的方法。

背景技术

复合制动技术是电动车辆的核心技术之一。采用复合制动系统对电动车辆进行复合制动，具备如下两个优点：第一，在电动车辆刹车制动的过程中，复合制动系统能够对该电动车辆中的驱动电机制动产生的能量进行回收，进而可提高电动车辆的经济性；第二，针对电动车辆的复合制动系统设计可靠的制动控制策略，可使该电动车辆获得优异的制动稳定性。

目前，关于复合制动系统，国内外的技术人员进行了许多研究。在进行研究时，主要针对的是如下两种制动工况：其一是最普遍的制动工况，即本领域技术人员常说的一般制动工况，约占总制动工况的95％以上；其二是紧急制动工况。

对于电动车辆在一般制动工况下进行的制动，由于电动车辆所处路面的峰值附着系数大，车轮不会抱死，故如何在该电动车辆的前、后轮之间分配制动力(制动扭矩)以获得更好的制动稳定性以及如何提升再生制动能量的回收效率成为研究热点问题。针对该问题，本领域的技术人员提出了许多制动控制策略，大多都是使电动车辆的前、后轮制动力根据理想制动力分配曲线(即I曲线)进行分配，从而使电动车辆能够较好地利用其所处路面的附着系数达到最佳的制动稳定性。这样的制动控制策略虽然能够方便地实现工程应用，但是，在实施该制动控制策略时，必需对其应用过程中的关键参数如电动车辆所处路面的峰值附着系数和轴荷分配进行精确地估计，当路面的峰值附着系数及轴荷分配的估计值远离其实际值时，则会导致电动车辆的制动稳定性受到严重影响。

对于电动车辆在紧急制动工况下进行的制动，电动车辆不仅要根据I曲线对施加到其前、后轮上的制动力进行分配，同时还要开启其前、后轮上的制动防抱死系统(Anti-lock Braking System，即ABS)，以在增强电动车辆的制动强度的同时保证其制动稳定性。因此，电动车辆在进行紧急制动时，也存在因路面的峰值附着系数及轴荷分配的估计值远离其实际值而导致电动车辆的紧急制动不稳定的问题。

综上可见，电动车辆无论是在一般制动工况下进行制动，还是在紧急制动工况下进行制动，均存在因该电动车辆所在路面的峰值附着系数及轴荷分配的估计值远离其实际值而导致该电动车辆制动不稳定的问题。

另外，随着电动车辆的负载质量的变化，该电动车辆的整车质心位置会随之发生变化，从而导致I曲线发生改变。这样，当电动车辆的制动控制策略不能够适应变化着的I曲线时，亦会导致电动车辆出现制动不稳定的问题。

发明内容

为确保电动车辆制动稳定，本发明提出一种电动车辆的复合制动系统，该复合制动系统包括整车控制器、驱动电机、驱动电机控制器、液压制动控制器和液压制动器，

所述整车控制器中设置有分层控制器，该分层控制器通过CAN总线与所述驱动电机控制器连通，并通过所述驱动电机控制器控制所述驱动电机的工作模式及所述驱动电机的输出扭矩；所述分层控制器通过所述CAN总线与所述液压制动控制器连通，并通过所述液压制动控制器控制所述液压制动器的输出扭矩；

所述分层控制器包括顶层控制模块和底层控制模块，所述顶层控制模块用于选择轴间滑模控制策略或单轴滑模控制策略作为所述电动车辆的顶层制动控制策略，并基于该顶层制动控制策略分配给所述电动车辆总制动扭矩，并将该总制动扭矩输入到所述底层控制模块中；所述底层控制模块用于对所述总制动扭矩进行再分配，并将所述总制动扭矩再分配为电机制动扭矩或者再分配为电机制动扭矩和液压制动扭矩；

所述驱动电机包括第一驱动电机和第二驱动电机，所述第一驱动电机与所述电动车辆的前轴连接，并根据所述分层控制器发出的控制指令驱动所述前轴转动或向所述前轴施加电机制动扭矩；所述第二驱动电机与所述电动车辆的后轴连接，并根据所述分层控制器发出的控制指令驱动所述后轴转动或向所述后轴施加电机制动扭矩。

该复合制动系统对电动车辆的制动采用分层制动，其中，顶层制动模块根据制动强度选用合适的顶层制动控制策略来对该电动车辆进行制动，提高该电动车辆的制动稳定性；底层制动模块根据电动车辆的最大充电扭矩对其总制动扭矩进行再分配，实现再生制动能量回收效率最大化。

优选地，在所述液压制动控制器与所述液压制动器之间设置有调节器，该调节器用于对所述液压制动控制器分配到所述前轴和所述后轴上的液压制动扭矩进行调节。这样，该复合制动系统中的底层控制模块在将该电动车辆的总制动扭矩再分配为电机制动扭矩和液压制动扭矩后，可利用液压制动控制器通过调节器对施加到电动车辆前轴和后轴上的液压制动扭矩进行调节。

本发明还提出一种用于上述任一种电动车辆的复合制动系统的复合制动方法，该复合制动方法包括如下步骤：

步骤一，所述分层控制器根据制动踏板传感器输入的制动信号对所述电动车辆的制动强度进行解析得出该制动强度的值，并采用一般初始制动策略对所述电动车辆进行制动；

步骤二，所述分层控制器根据所述电动车辆的车轮转速和车速计算出该电动车辆的前轮滑移率S_f和后轮滑移率S_r；

步骤三，所述顶层控制模块根据策略切换条件对所述顶层制动控制策略进行切换，

所述策略切换条件为： $\left\{\begin{array}{c}{S}_f>S_{\mathrm{shift}}\left|\right|S_r>S_{\mathrm{shift}}\\ S_{\mathrm{shift}}=S_{\mathrm{opt}}-{\mathrm{\δ}}_S\end{array}\right.$

其中，

S_shift为所述电动车辆的滑移率的切换逻辑门限，

“||”为逻辑“或”的运算符号，

S_opt为路面的峰值附着系数对应的滑移率，

δ_S为松弛因子；

当S_f＜S_shift且S_r＜S_shift时，所述顶层制动控制策略切换成所述轴间滑模控制策略，该轴间滑模控制策略分配到所述前轴上的制动扭矩为T_f，且

$T_f=\frac{-\stackrel{\·}{s}I-F_{r}r+F_{f}r+\mathrm{\δmgzr}+\mathrm{cI}({\mathrm{\ω}}_f-{\mathrm{\ω}}_r)}{2},$

分配到所述后轴上的制动扭矩为T_r，且

$T_f=\frac{\stackrel{\·}{s}I+F_{r}r-F_{f}r+\mathrm{\δmgzr}-\mathrm{cI}({\mathrm{\ω}}_f-{\mathrm{\ω}}_r)}{2},$

其中，

为轴间滑模控制策略的切换函数，且s'采用指数趋近律方法计算得到，ε和k都是大于零的常数，定义一阶积分型开关面 $s={\mathrm{\ω}}_f-{\mathrm{\ω}}_r+c{\∫}_0^t({\mathrm{\ω}}_f-{\mathrm{\ω}}_r)\mathrm{dt},$ 当s＞0时， $s^{\′}\left(t\right)=\frac{\mathrm{\ϵ}}{k}+(s_0-\frac{\mathrm{\ϵ}}{k})e^{-\mathrm{kt}},$ 当s＜0时， $s^{\′}\left(t\right)=\frac{-\mathrm{\ϵ}}{k}+(s_0+\frac{\mathrm{\ϵ}}{k})e^{-\mathrm{kt}},$ t为时间，s₀为s的初值，

F_f为路面对所述电动车辆的前轮产生的制动力，

F_r为路面对所述电动车辆的后轮产生的制动力，

δ为所述电动车辆的回转质量系数，

m为所述电动车辆的整车质量，

g为重力加速度，

z为所述电动车辆的制动强度，

r为所述电动车辆的车轮滚动半径，

I为所述电动车辆的车轮转动惯量，

c为滑模曲线斜率的权重系数，

ω_f为所述电动车辆的前轮转速，

ω_r为所述电动车辆的后轮转速；

当S_f＞S_shift或S_r＞S_shift时，所述顶层制动控制策略切换成所述单轴滑模控制策略，该单轴滑模控制策略分配到所述前轴上的制动扭矩为T_f，且

$T_f=\frac{\mathrm{Iv}\stackrel{\·}{s_{\mathrm{fi}}}}{r}+F_{f}r-\frac{I(1-S_f)\stackrel{\·}{v}}{r},$

其中，

为单轴滑模控制策略的切换函数，且s'_fi采用指数趋近律方法计算得到，ε和k都是大于零的常数，定义开关面s_fi＝S_f-S_opt，当s_fi＞0时， $s_{\mathrm{fi}}^{\′}\left(t\right)=\frac{\mathrm{\ϵ}}{k}+(s_{{\mathrm{fi}}_0}-\frac{\mathrm{\ϵ}}{k})e^{-\mathrm{kt}};$ 当s_fi＜0时， $s_{\mathrm{fi}}^{\′}\left(t\right)=\frac{-\mathrm{\ϵ}}{k}+(s_{\mathrm{fi}0}+\frac{\mathrm{\ϵ}}{k})e^{-\mathrm{kt}},$ t为时间，s_fi0为s_fi的初值，

为所述电动车辆的车速v的导数；

分配到所述后轴上的制动扭矩为T_r，且

$T_r=\frac{\mathrm{Iv}\stackrel{\·}{s_{\mathrm{ri}}}}{r}+F_{r}r-\frac{I(1-S_r)\stackrel{\·}{v}}{r},$

其中，

为轴间滑模控制策略的切换函数，且s_ri采用指数趋近律方法计算得到，ε和k都是大于零的常数，定义开关面s_ri＝S_r-S_opt，当s_ri＞0时， $s_{\mathrm{ri}}^{\′}\left(t\right)=\frac{\mathrm{\ϵ}}{k}+(s_{\mathrm{ri}0}-\frac{\mathrm{\ϵ}}{k})e^{-\mathrm{kt}};$ 当s_ri＜0时， $s_{\mathrm{ri}}^{\′}\left(t\right)=\frac{-\mathrm{\ϵ}}{k}+(s_{\mathrm{ri}0}+\frac{\mathrm{\ϵ}}{k})e^{-\mathrm{kt}},$ t为时间，s_ri0为s_ri的初值；

步骤四，所述顶层控制模块将分配到所述电动车辆上的总制动扭矩输入到所述底层控制模块中，且该底层控制模块对所述电动车辆的最大充电扭矩T_charging进行计算，并对所述电动车辆的最大充电扭矩T_charging与所述顶层制动控制策略分配到所述前轴上的制动扭矩T_f和分配到所述后轴上的制动扭矩T_r进行比较，根据比较结果对所述总制动扭矩再分配，且

当 $\left\{\begin{array}{c}\frac{T_{\mathrm{ch}\arg \mathrm{ing}}}{2}>T_f\\ \frac{T_{\mathrm{ch}\arg \mathrm{ing}}}{2}>T_r\end{array}\right.$ 时， $\left\{\begin{array}{c}{T}_{\mathrm{generator}1}=T_f,T_{\mathrm{hf}}=0\\ T_{\mathrm{generator}2}=T_r,T_{\mathrm{hr}}=0\end{array}\right.,$

其中，

T_generator1为分配给所述第一驱动电机的回馈制动扭矩，

T_generator2为分配给所述第二驱动电机的回馈制动扭矩，

T_hf为分配给所述前轴的液压制动扭矩，

T_hr为分配给所述后轴的液压制动扭矩；

当 $\left\{\begin{array}{c}\frac{T_{\mathrm{ch}\arg \mathrm{ing}}}{2}>T_f\\ \frac{T_{\mathrm{ch}\arg \mathrm{ing}}}{2}\≤T_r\end{array}\right.$ 时， $\left\{\begin{array}{c}{T}_{\mathrm{generator}1}=T_f,T_{\mathrm{hf}}=0\\ T_{\mathrm{generator}2}=\frac{T_{\mathrm{ch}\arg \mathrm{ing}}}{2},T_{\mathrm{hr}}=T_r-T_{\mathrm{generator}2}\end{array}\right.;$

当 $\left\{\begin{array}{c}\frac{T_{\mathrm{ch}\arg \mathrm{ing}}}{2}\≤T_f\\ \frac{T_{\mathrm{ch}\arg \mathrm{ing}}}{2}>T_r\end{array}\right.$ 时， $\left\{\begin{array}{c}{T}_{\mathrm{generator}1}=\frac{T_{\mathrm{ch}\arg \mathrm{in}}}{2},T_{\mathrm{hf}}=T_f-T_{\mathrm{generator}1}\\ T_{\mathrm{generator}1}=T_r,T_{\mathrm{hr}}=0\end{array}\right.;$

当 $\left\{\begin{array}{c}\frac{T_{\mathrm{ch}\arg \mathrm{ing}}}{2}\≤T_f\\ \frac{T_{\mathrm{ch}\arg \mathrm{ing}}}{2}\≤T_r\end{array}\right.$ 时， $\left\{\begin{array}{c}{T}_{\mathrm{generator}1}=\frac{T_{\mathrm{ch}\arg \mathrm{in}}}{2},T_{\mathrm{hf}}=T_f-T_{\mathrm{generator}1}\\ T_{\mathrm{generator}1}=\frac{T_{\mathrm{ch}\arg \mathrm{ing}}}{2},T_{\mathrm{hr}}=T_r-T_{\mathrm{generator}2}\end{array}\right.;$

步骤五，根据制动强度z的值判断所述电动车辆的制动是否结束，当制动强度z＝0时，该复合制动方法结束；当制动强度z＞0时，返回所述步骤二，重新对所述电动车辆的前轮滑移率S_f和后轮滑移率S_r进行计算，并根据计算结果实施所述步骤三和所述步骤四，直至制动结束。

采用该复合制动方法对行驶的电动车辆进行制动时，顶层控制模块根据该电动车辆的前轮滑移率及后轮滑移率与其切换逻辑门限之间的比较结果选用轴间滑模控制策略或单轴滑模控制策略，以使该电动车辆根据I曲线对其前、后轮的制动扭矩进行分配，进而使该电动车辆的制动稳定性达到最佳效果；底层控制模块根据该电动车辆的最大充电扭矩对顶层控制模块分配给该电动车辆前、后轴的总制动扭矩进行再分配，使该电动车辆的能量回馈效率最大，进而使该电动车辆能够尽可能多地回收其驱动电机在制动过程中产生的再生制动能量，节省油耗，提高该电动车辆的经济性。

优选地，在所述步骤二中，所述车轮转速由所述分层控制器根据所述驱动电机的转速计算得出，所述车速由GPS获得。这样，便于计算得出该电动车辆的前轮滑移率和后轮滑移率，且准确度较高。

优选地，在所述步骤三中，所述路面的峰值附着系数对应的滑移率S_opt的取值范围为15％-20％，所述松弛因子δ_S的取值为5％。

优选地，在所述步骤四中，所述底层控制模块对所述电动车辆的最大充电扭矩值进行实时计算。

进一步地，所述最大充电扭矩为T_charging，T_charging＝min{T_generating,T_recharging}，且

$\left\{\begin{array}{c}{T}_{\mathrm{generating}}=T_{\mathrm{generating}1}+T_{\mathrm{generating}2}\\ T_{\mathrm{generating}1}=f_{T1}\left(n_1\right)\\ T_{\mathrm{generating}2}=f_{T2}\left(n_2\right)\end{array}\right.$

其中，

T_generating为所述驱动电机的最大制动扭矩，

T_recharging为所述电动车辆的电池的最大充电扭矩，

T_generating1为所述第一驱动电机的最大制动扭矩，

T_generating2为所述第二驱动电机的最大制动扭矩，

n₁为所述第一驱动电机的转速，

n₂为所述第二驱动电机的转速，

f_T1(n₁)为利用插值法从驱动电机峰值回馈扭矩-转速曲线中得出的所述第一驱动电机的最大制动扭矩值，

f_T2(n₂)为利用插值法从驱动电机峰值回馈扭矩-转速曲线中得出的所述第二驱动电机的最大制动扭矩值。

进一步优选地， $T_{\mathrm{rech}\arg \mathrm{ing}}=\frac{9550P_{\mathrm{rech}\arg \mathrm{ing}}}{\mathrm{n\η}(n,P_{\mathrm{rech}\arg \mathrm{ing}})},$

其中，

P_recharging为所述电池处于特定SoC水平下时的最大充电功率，且

$P_{\mathrm{rech}\arg \mathrm{ing}}=\left\{\begin{array}{cc}{P}_{\mathrm{rech}\arg \mathrm{ing}\_\max }& \mathrm{SoC}\&le;0.3\\ \frac{0.8-\mathrm{SoC}}{0.5}{P}_{\mathrm{rech}\arg \mathrm{ing}\_\max }& 0.3<\mathrm{SoC}<0.8\\ 0& \mathrm{SoC}\&GreaterEqual;0.8\end{array}\right.,$

P_{recharging_max}为所述电池的最大充电功率，

n为所述驱动电机的转速，

η(n,P_recharging)为所述驱动电机的发电效率。

这样，便于该电动车辆在实施该复合制动方法时方便快速地计算出该电动车辆的最大充电扭矩，缩短电动车辆采用该复合制动方法产生的制动延迟，进而提高该电动车辆的制动稳定性和再生制动能量的回收效率。

优选地，当所述驱动电机的转速小于500转/分钟时，T_generating＝0。

附图说明

图1为电动车辆的复合制动系统的结构示意图；

图2为电动车辆整车制动的动力学模型示意图；

图3为本发明电动车辆的复合制动方法的流程图；

图4为本发明中电动车辆的驱动电机的峰值回馈扭矩-转速曲线示意图；

图5为本发明中电动车辆的驱动电机能量回馈效率map图；

图6为电动车辆采用本发明的复合制动方法在高附着均一路面上进行一般制动的仿真结果示意图，且制动强度为0.15，其中，图6(A)为该电动车辆在负载情况1时的制动仿真结果示意图，图6(B)为该电动车辆在负载情况2时的制动仿真结果示意图；

图7为电动车辆采用本发明的复合制动方法在高附着均一路面上进行一般制动时的仿真结果示意图，且制动强度为0.3，其中，图7(A)为该电动车辆在负载情况1时的制动仿真结果示意图，图7(B)为该电动车辆在负载情况2时的制动仿真结果示意图；

图8为电动车辆采用本发明的复合制动方法在低附着均一路面上进行紧急制动的仿真结果示意图，且制动强度为0.3；其中，图8(A)为该电动车辆在负载情况1时的制动仿真结果示意图，图8(B)为该电动车辆在负载情况2时的制动仿真结果示意图；

图9为电动车辆采用本发明的复合制动方法在对接路面上紧急制动的仿真结果示意图，且制动强度为0.3，其中，图9(A)为该电动车辆在负载情况1时的制动仿真结果示意图，图9(B)为该电动车辆在负载情况2时的制动仿真结果示意图；

图10为电动车辆在负载情况1时采用本发明中的复合制动方法在复合路面上进行复合制动的仿真结果示意图。

具体实施方式

下面，结合附图1-10对本发明电动车辆的复合制动系统及采用该复合制动系统进行复合制动的方法进行详细说明。

如图1所示，电动车辆的复合制动系统包括分层控制器1，制动踏板传感器2、驱动电机、变速箱耦合器4、驱动电机控制器5、液压制动控制器6和电池能量管理系统10。

分层控制器1设置在该电动车辆的整车控制器中，并通过CAN总线(Controller Area Network，即控制器局域网，其中，CANH为高电平信号传输线，CANL为低电平信号传输线)与制动踏板传感器2、驱动电机、驱动电机控制器5和液压制动控制器6连接。

制动踏板传感器2用于检测电动车辆上的制动踏板产生的制动信号，并将该制动信号送入到分层控制器1中。

分层控制器1根据该制动踏板传感器2送入的制动信号对电动车辆的制动强度进行解析，得出该电动车辆的制动强度的值；根据检测到的驱动电机的转速计算出该电动车辆的车轮转速，并根据该电动车辆的车轮转速和该电动车辆的行驶车速计算出该电动车辆的滑移率。分层控制器1包括顶层控制模块11和底层控制模块12。其中，顶层控制模块11对电动车辆的滑移率和该滑移率的切换逻辑门限进行比较，根据比较结果选择轴间制动控制策略或单轴制动控制策略作为该电动车辆在进行制动时的顶层制动控制策略，以便于使该电动车辆在制动过程中具有良好的制动稳定性，并将该顶层制动控制策略分配到电动车辆上的总制动扭矩输入到底层控制模块12中。底层控制模块12用于计算该电动车辆的最大充电扭矩，并根据计算结果对顶层制动控制策略分配到电动车辆上的总制动扭矩进行再分配，并将该总制动扭矩再分配为电机制动扭矩或者电机制动扭矩和液压制动扭矩，以便于通过电机制动扭矩回馈实现再生制动能量的回收。

驱动电机包括第一驱动电机3a和第二驱动电机3b，其中，第一驱动电机3a通过变速箱耦合器4与电动车辆的前轴7a连接，该第一驱动电机3a在工作过程中根据分层控制器1发出的控制指令驱动该电动车辆的前轴7a转动或者向该电动车辆的前轴7a施加电机制动扭矩；第二驱动电机3b通过变速箱耦合器4与该电动车辆的后轴7b连接，该第二驱动电机3b在工作过程中根据分层控制器1发出的控制指令驱动该电动车辆的后轴7b转动或者向该电动车辆的后轴7b施加电机制动扭矩。

驱动电机控制器5通过CAN总线与驱动电机连接，用于控制驱动电机的工作模式，根据分层控制器1发出的控制指令使该驱动电机向电动车辆的前轴7a和后轴7b施加驱动扭矩或制动扭矩，并控制驱动电机的输出扭矩。

液压制动控制器6通过CAN总线和调节器8与分别位于电动车辆前轴7a和后轴7b上的前轴液压制动器9a、后轴液压制动器9b连接，并通过该调节器8对分配到前轴液压制动器9a和后轴液压制动器9b上的液压制动扭矩进行调节，即对施加到该电动车辆的前轴7a和后轴7b上的液压制动扭矩进行调节。

电池能量管理系统10用于对电动车辆的电池进行管理，并记录电池充、放电状态数据。

结合图1、2和3，详细说明本发明电动车辆的复合制动方法的具体实施步骤：

步骤一，电动车辆处行驶状态，当驾驶员踩踏电动车辆的制动踏板时，该制动踏板产生的制动信号由制动踏板传感器2采集并送入到该电动车辆的复合制动系统中的分层控制器1中。该分层控制器1根据制动踏板产生的制动信号对驾驶员的制动意图进行解析，即对电动车辆的制动强度进行解析并得出该制动强度的值，并使电动车辆在驾驶员踩踏制动踏板时开始实施一般初始制动策略进行制动。该处所说的一般初始制动策略可以是采用纯液压制动力对电动车辆进行制动，且纯液压制动力按静态轴荷比例分配到该电动车辆的前轴和后轴上。

步骤二，分层控制器1根据电动车辆的复合制动系统中的第一驱动电机3a的转速计算得出该电动车辆的前轮转速ω_f，根据电动车辆的复合制动系统中的第二驱动电机3b的转速计算得出该电动车辆的后轮转速ω_r，并采用GPS(GlobalPositioning System，即全球定位系统)获得该电动车辆的车速v，进而由分层控制器1根据公式(1)计算出该电动车辆的前轮滑移率S_f和后轮滑移率S_r，

$\left\{\begin{array}{c}{S}_f=\frac{v-{\mathrm{\&omega;}}_{f}r}{v}\\ S_r=\frac{v-{\mathrm{\&omega;}}_{r}r}{v}\end{array}\right.---\left(1\right)$

其中，r为电动车辆的车轮滚动半径。

步骤三，分层控制器1中的顶层控制模块11根据公式(2)所示的顶层制动控制策略切换条件对顶层控制模块11实施的顶层制动控制策略进行切换，

$\left\{\begin{array}{c}{S}_f>S_{\mathrm{shift}}\left|\right|S_r>S_{\mathrm{shift}}\\ S_{\mathrm{shift}}=S_{\mathrm{opt}}-{\mathrm{\&delta;}}_S\end{array}\right.---\left(2\right)$

其中，

S_shift为电动车辆滑移率的切换逻辑门限，

“||”为逻辑“或”的运算符号，

S_opt为电动车辆所处路面的峰值附着系数对应的滑移率，优选地，15％≤S_opt≤20％，

δ_S为松弛因子，且其取值优选5％。

具体切换方法如下：

当该顶层制动控制策略切换条件不成立时，即当S_f＜S_shift且S_r＜S_shift时，顶层控制模块11选用轴间滑模控制策略作为顶层制动控制策略，此时，顶层控制模块11通过前轴液压制动器9a和驱动电机分配到电动车辆的前轴7a上的制动扭矩为T_f，顶层控制模块11通过后轴液压制动器9b和驱动电机分配到电动车辆的后轴7b上的制动扭矩为T_r。

定义一阶积分型开关面如公式(3)所示，

$s={\mathrm{\&omega;}}_f-{\mathrm{\&omega;}}_r+c{\&Integral;}_0^t({\mathrm{\&omega;}}_f-{\mathrm{\&omega;}}_r)\mathrm{dt}---\left(3\right)$

其中，c为表示滑模曲线斜率的权重系数，

对该一阶积分型开关面进行求导可得该轴间滑模控制策略的切换函数：

$\stackrel{\&CenterDot;}{s}={\stackrel{\&CenterDot;}{\mathrm{\&omega;}}}_f-{\stackrel{\&CenterDot;}{\mathrm{\&omega;}}}_r+c({\mathrm{\&omega;}}_f-{\mathrm{\&omega;}}_r)---\left(4\right)$

根据电动车辆的动态方程可得：

$\left\{\begin{array}{c}{\stackrel{\&CenterDot;}{\mathrm{\&omega;}}}_f=\frac{F_{f}r-T_f}{I}\\ {\stackrel{\&CenterDot;}{\mathrm{\&omega;}}}_r=\frac{F_{r}r-T_r}{I}\end{array}\right.---\left(5\right)$

其中，

F_f为路面对电动车辆的前轮产生的制动力，

F_r为路面对电动车辆的后轮产生的制动力，

I为电动车辆的车轮转动惯量。

将公式(5)带入公式(4)可得：

$T_r-T_f=\stackrel{\&CenterDot;}{s}I+F_{r}r-F_{f}r-\mathrm{cI}({\mathrm{\&omega;}}_f-{\mathrm{\&omega;}}_r)---\left(6\right)$

设定电动车辆的总制动扭矩为T_require，故

$\left\{\begin{array}{c}{T}_{\mathrm{require}}=\mathrm{\&delta;mgzr}\\ T_{\mathrm{require}}=T_f+T_r\end{array}\right.---\left(7\right)$

其中，

δ为电动车辆的回转质量系数，

m为电动车辆的整车质量，

g为重力加速度，

z为电动车辆的制动强度。

由公式(6)和(7)可得：

$\left\{\begin{array}{c}{T}_f=\frac{-\stackrel{\&CenterDot;}{s}I-F_{r}r+F_{f}r+\mathrm{\&delta;mgzr}+\mathrm{cI}({\mathrm{\&omega;}}_f-{\mathrm{\&omega;}}_r)}{2}\\ T_r=\frac{\stackrel{\&CenterDot;}{s}I+F_{r}r-F_{f}r+\mathrm{\&delta;mgzr}-\mathrm{cI}({\mathrm{\&omega;}}_f-{\mathrm{\&omega;}}_r)}{2}\end{array}\right.---\left(8\right)$

为该轴间滑模控制策略的切换函数，且s'采用指数趋近律方法计算得到，ε和k都是大于零的常数。当s＞0时，当s＜0时，t为时间，s₀为s的初值。

当该顶层制动控制策略切换条件成立时，即当S_f＞S_shift或S_r＞S_shift时，顶层控制模块11采用的顶层制动控制策略切换成单轴滑模控制策略，此时，顶层控制模块11通过前轴液压制动器9a和驱动电机分配到电动车辆的前轴7a上的制动扭矩为T_f，顶层控制模块11通过后轴液压制动器9b和驱动电机分配到所电动车辆的后轴7b上的制动扭矩为T_r。

针对电动车辆的前轴：

定义开关面如公式(9)所示：

s_fi＝S_f-S_opt      (9)

结合公式(1)和(9)可得该单轴滑模控制策略的切换函数：

${\stackrel{\&CenterDot;}{s}}_{\mathrm{fi}}={\stackrel{\&CenterDot;}{S}}_f=\frac{-{\stackrel{\&CenterDot;}{\mathrm{\&omega;}}}_{f}r+(1-S_f)\stackrel{\&CenterDot;}{v}}{v}---\left(10\right)$

其中，为所述电动车辆的车速v的导数。

结合公式(5)和(10)可得：

$T_f=\frac{\mathrm{Iv}{\stackrel{\&CenterDot;}{s}}_{\mathrm{fi}}}{r}+F_{f}r-\frac{I(1-s_f)\stackrel{\&CenterDot;}{v}}{r}---\left(11\right)$

为单轴滑模控制策略的切换函数，且s'_fi采用指数趋近律方法计算得到，ε和k都是大于零的常数。当s_fi＞0时， $s_{\mathrm{fi}}^{\&prime;}\left(t\right)=\frac{\mathrm{\&epsiv;}}{k}+(s_{{\mathrm{fi}}_0}-\frac{\mathrm{\&epsiv;}}{k})e^{-\mathrm{kt}};$ 当s_fi＜0时， $s_{\mathrm{fi}}^{\&prime;}\left(t\right)=\frac{-\mathrm{\&epsiv;}}{k}+(s_{\mathrm{fi}0}+\frac{\mathrm{\&epsiv;}}{k})e^{-\mathrm{kt}},$ t为时间，s_fi0为s_fi的初值。

同理可得：

$T_r=\frac{\mathrm{Iv}{\stackrel{\&CenterDot;}{s}}_{\mathrm{ri}}}{r}+F_{r}r-\frac{I(1-s_r)\stackrel{\&CenterDot;}{v}}{r}---\left(12\right)$

其中，

为轴间滑模控制策略的切换函数，s_ri采用指数趋近律方法计算得到，ε和k都是大于零的常数。定义开关面s_ri＝S_r-S_opt，当s_ri＞0时， $s_{\mathrm{ri}}^{\&prime;}\left(t\right)=\frac{\mathrm{\&epsiv;}}{k}+(s_{\mathrm{ri}0}-\frac{\mathrm{\&epsiv;}}{k})e^{-\mathrm{kt}};$ 当s_ri＜0时， $s_{\mathrm{ri}}^{\&prime;}\left(t\right)=\frac{-\mathrm{\&epsiv;}}{k}+(s_{\mathrm{ri}0}+\frac{\mathrm{\&epsiv;}}{k})e^{-\mathrm{kt}},$ t为时间，s_ri0为s_ri的初值。

步骤四，顶层控制模块11将其分配到电动车辆上的总制动扭矩传输到底层控制模块12中，并由该底层控制模块12对总制动扭矩进行再分配。

底层控制模块12对总制动扭矩进行再分配时，先分别对电动车辆中驱动电机的最大制动扭矩T_generating和电池的最大充电扭矩T_recharging进行计算，并由此计算结果得出该电动车辆的最大充电扭矩T_charging。具体计算方法如下：

由于驱动电机由第一驱动电机3a和第二驱动电机3b构成，故电动车辆的驱动电机的最大制动扭矩T_generating可由下式(13)得出，

$\left\{\begin{array}{c}{T}_{\mathrm{generating}}=T_{\mathrm{generating}1}+T_{\mathrm{generating}2}\\ T_{\mathrm{generating}1}=f_{T1}\left(n_1\right)\\ T_{\mathrm{generating}2}=f_{T2}\left(n_2\right)\end{array}\right.---\left(13\right)$

其中，

T_generating1为第一驱动电机的最大制动扭矩，

T_generating2为第二驱动电机的最大制动扭矩，

n₁为第一驱动电机的转速，

n₂为第二驱动电机的转速，

f_T1(n₁)为利用插值法从如图4所示的驱动电机峰值回馈扭矩-转速曲线中得出的第一驱动电机的最大制动扭矩值，

f_T2(n₂)为利用插值法从如图4所示的驱动电机峰值回馈扭矩-转速曲线中得出的第二驱动电机的最大制动扭矩。

此外，当驱动电机的转速低于500rpm时，驱动电机的效率及其控制精度都会受到限制，故本专利定义：当n<500rpm时，T_generating＝0，即当电动车辆的驱动电机的转速低于500rpm时，其最大充电扭矩T_charging为零。

由于电池的最大充电扭矩T_recharging与电池的充电功率P_recharging有关，故在计算电池的最大充电扭矩T_recharging时，需先计算出电池的充电功率P_recharging。

当电池的荷电状态(State of Charge即SoC)处于不同水平下时，充电功率P_recharging的表达式如下：

$P_{\mathrm{rech}\arg \mathrm{ing}}=\left\{\begin{array}{cc}{P}_{\mathrm{rech}\arg \mathrm{ing}\_\max }& \mathrm{SoC}\&le;0.3\\ \frac{0.8-\mathrm{SoC}}{0.5}{P}_{\mathrm{rech}\arg \mathrm{ing}\_\max }& 0.3<\mathrm{SoC}<0.8\\ 0& \mathrm{SoC}\&GreaterEqual;0.8\end{array}\right.---\left(14\right)$

其中，P_{recharging_max}为电池的最大充电功率；

进而可得出：

$T_{\mathrm{rech}\arg \mathrm{ing}}=\frac{9550P_{\mathrm{rech}\arg \mathrm{ing}}}{\mathrm{n\&eta;}(n,P_{\mathrm{rech}\arg \mathrm{ing}})}---\left(15\right)$

其中，

P_recharging为电动车辆的电池在特定SoC水平下的最大充电功率；

n为驱动电机的转速；

η(n,P_recharging)为驱动电机的发电效率，可以表示成驱动电机的转速n和发电功率的二维函数，如图5所示。

电动车辆的最大充电扭矩可由式(16)得出，

T_charging＝min{T_generating,T_recharging}      (16)

即：

当T_generating＞T_recharging时，T_charging＝T_recharging；

当T_generating＜T_recharging时，T_charging＝T_generating。

然后，根据电动车辆的最大充电扭矩将总制动扭矩再分配为电机制动扭矩或者电机制动扭矩和液压制动扭矩，即：

当 $\left\{\begin{array}{c}\frac{T_{\mathrm{ch}\arg \mathrm{ing}}}{2}>T_f\\ \frac{T_{\mathrm{ch}\arg \mathrm{ing}}}{2}>T_r\end{array}\right.$ 时， $\left\{\begin{array}{c}{T}_{\mathrm{generator}1}=T_f,T_{\mathrm{hf}}=0\\ T_{\mathrm{generator}2}=T_r,T_{\mathrm{hr}}=0\end{array}\right.,$

其中，

T_generator1为分配给所述第一驱动电机的回馈制动扭矩，

T_generator2为分配给所述第二驱动电机的回馈制动扭矩，

T_hf为分配给所述前轴的液压制动扭矩，

T_hr为分配给所述后轴的液压制动扭矩；

当 $\left\{\begin{array}{c}\frac{T_{\mathrm{ch}\arg \mathrm{ing}}}{2}>T_f\\ \frac{T_{\mathrm{ch}\arg \mathrm{ing}}}{2}\&le;T_r\end{array}\right.$ 时， $\left\{\begin{array}{c}{T}_{\mathrm{generator}1}=T_f,T_{\mathrm{hf}}=0\\ T_{\mathrm{generator}2}=\frac{T_{\mathrm{ch}\arg \mathrm{ing}}}{2},T_{\mathrm{hr}}=T_r-T_{\mathrm{generator}2}\end{array}\right.;$

当 $\left\{\begin{array}{c}\frac{T_{\mathrm{ch}\arg \mathrm{ing}}}{2}\&le;T_f\\ \frac{T_{\mathrm{ch}\arg \mathrm{ing}}}{2}>T_r\end{array}\right.$ 时， $\left\{\begin{array}{c}{T}_{\mathrm{generator}1}=\frac{T_{\mathrm{ch}\arg \mathrm{in}}}{2},T_{\mathrm{hf}}=T_f-T_{\mathrm{generator}1}\\ T_{\mathrm{generator}1}=T_r,T_{\mathrm{hr}}=0\end{array}\right.;$

当 $\left\{\begin{array}{c}\frac{T_{\mathrm{ch}\arg \mathrm{ing}}}{2}\&le;T_f\\ \frac{T_{\mathrm{ch}\arg \mathrm{ing}}}{2}\&le;T_r\end{array}\right.$ 时， $\left\{\begin{array}{c}{T}_{\mathrm{generator}1}=\frac{T_{\mathrm{ch}\arg \mathrm{in}}}{2},T_{\mathrm{hf}}=T_f-T_{\mathrm{generator}1}\\ T_{\mathrm{generator}1}=\frac{T_{\mathrm{ch}\arg \mathrm{ing}}}{2},T_{\mathrm{hr}}=T_r-T_{\mathrm{generator}2}\end{array}\right..$

这样，可以使该电动车辆的能量回馈效率最大，从而提高该电动车辆的经济性。优选地，底层控制模块12分别对电动车辆中的驱动电机的最大制动扭矩和电池的最大充电扭矩进行实时计算，进而得到该电动车辆的最大充电扭矩的实时数据，以便于确保该电动车辆在制动过程中其能量回馈效率一直处于最大状态。

步骤五，根据分层控制器1解析出的制动强度的值判断制动是否结束。当该制动强度z＝0时，制动结束；当该制动强度z>0时，返回步骤二，重新对电动车辆的前轮滑移率S_f和后轮滑移率S_r进行计算，并根据计算结果实施步骤三和步骤四，直至该电动车辆制动结束。

下面，通过动力学仿真实验对本发明中的电动车辆的复合制动方法的制动效果进行验证：

基于MATLAB/Simulink软件建立前、后轴由双电机驱动的电动车辆的复合制动系统的仿真模型，将该电动车辆的初始车速设定为64.8km/h，电池的SoC初始值设定为0.5，并将路面的峰值附着系数对应的滑移率S_opt设定为20％，松弛因子δ_S设定为5％，此时，电动车辆滑移率的切换逻辑门限S_shift＝20％-5％＝15％。

首先，验证该复合制动方法在一般制动工况下对电动车辆的参数的变化是否能够适应。其中，表1为同一电动车辆处于两种不同负载情况时的参数表。

表1

具体验证方法如下：

首先，设定该电动车辆所处路面为干路面，且该路面的峰值附着系数为0.8，由于电动车辆在路面上的滑移率趋近于0，即电动车辆的前轮滑移率和后轮滑移率均趋近于0，均小于该电动车辆滑移率的切换逻辑门限15％，故将电动车辆的顶层控制模块采用的顶层制动控制策略切换成轴间滑模控制策略。然后，将电动车辆在负载情况1时的参数输入到所建立的仿真模型中，并分别输入制动强度0.15和0.3进行一般制动仿真，得出仿真结果；将电动车辆在负载情况2时的参数输入到所建立的仿真模型中，并分别输入制动强度0.15和0.3进行一般制动仿真，得到仿真结果。仿真完成。

当制动强度为0.15时，仿真结果如图6所示，对比图6(A)和图6(B)可知：

当该电动车辆在负载情况1时，其制动耗时为13s(秒)，电池的SoC增至0.50021，前轮滑移率和后轮滑移率的最大值均未超出3％；当该电动车辆在负载情况2时，其制动耗时为9.7s，电池的SoC增至0.50017，前轮滑移率和后轮滑移率的最大值均未超出4％。由此可见，当电动车辆的质量越大时，其制动耗时越长，其电池的SoC的上升终值越大，且在上述两种负载情况下，电动车辆的前轮滑移率和后轮滑移率均小于该电动车辆滑移率的切换逻辑门限15％，即该电动车辆在制动过程中一直采用轴间滑模控制策略进行制动。

当该电动车辆的制动车速大于25km/h时，该电动车辆在上述两种负载情况下，其前轮滑移率和后轮滑移率非常接近，这表明顶层控制模块此时所采用的轴间滑模控制策略能够使该电动车辆的制动力分配保持在理想制动力分配模式下，即该电动车辆的制动性保持稳定，制动安全；当该电动车辆的制动车速小于25km/h时，该电动车辆在上述两种负载情况下，其前轮滑移率和后轮滑移率的差距均开始变大，但二者之间的差距较小，其前轮滑移率大于后轮滑移率，这表明该电动车辆在上述两种负载情况下即使在制动过程中发生不可避免的抱死现象，由于其前轮滑移率大于后轮滑移率，仍能够保证制动安全。在制动末期，该电动车辆的前轮滑移率和后轮滑移率的波动均很显著，这表明轴间滑模控制策略对处于制动末期的电动车辆的控制已不明显。但是，由于处于制动末期的电动车辆的车速处于低速区域，即使轴间滑模控制策略对电动车辆的控制不明显，该电动车辆仍能够保持其制动稳定性。

当该电动车辆的制动车速小于12.5km/h即其驱动电机的转速小于500时，电动车辆的电池的SoC停止上升。由此可见，当电动车辆的制动车速小于12.5km/h时，该电动车辆的回馈制动扭矩为0，即该电动车辆的底层控制模块分配到驱动电机上的电机制动扭矩为零，也就是说，该电动车辆此时的最大充电扭矩为零。

由图6可知，电动车辆采用轴间滑模控制策略对该电动车辆进行一般制动时，从制动开始，直至该电动车辆的车速减至12.5km/h，该电动车辆的电池的SoC一直处于增长状态。由此可见，电动车辆采用轴间滑模控制策略对电动车辆进行一般制动时，可实现再生制动能量的回收。

当制动强度为0.3时，仿真结果如图7所示，对比图7(A)和图7(B)可知：

当该电动车辆在负载情况1时，其制动耗时为6.6s，电池的SoC增至0.50008，前轮滑移率和后轮滑移率的最大值均未超出5％；当该电动车辆在负载情况2时，其制动耗时为4.8s，电池的SoC增至0.500071，前轮滑移率和后轮滑移率的最大值均未超出8％。由此可见，当电动车辆的质量越大时，其制动耗时越长，且在上述两种负载情况下，电动车辆的前轮滑移率和后轮滑移率均小于该电动车辆滑移率的切换逻辑门限15％，即该电动车辆在制动过程中一直采用轴间滑模控制策略进行制动。

当该电动车辆在负载情况1且其制动车速大于10km/h时，该电动车辆的前轮滑移率和后轮滑移率基本一致，这表明采用的轴间滑模控制策略能够使该电动车辆的制动力分配保持在理想制动力分配模式下，该电动车辆的制动性保持稳定，制动安全；当该电动车辆制动车速低于10km/h时，该电动车辆的前轮滑移率和后轮滑移率虽然开始产生差距，但差距非常小，二者依然非常接近。在该电动车辆在负载情况2时，该电动车辆的前轮滑移率和后轮滑移率非常接近，且只在制动末期有一个小波动。由此可见，电动车辆采用轴间滑模控制策略对该电动车辆进行一般制动时，制动稳定性好，且在制动末期时，由于车速较低，尽管该电动车辆的滑移率出现波动，也不会影响该电动车辆的制动稳定性。

当该电动车辆的制动车速小于12.5km/h时，其电池的SoC停止上升。由此可见，当电动车辆的制动车速小于12.5km/h时，该电动车辆的回馈制动扭矩为零，即该电动车辆的底层控制模块分配到驱动电机上的电机制动扭矩为零，也就是说，该电动车辆此时的最大充电扭矩为零。

比较图6和图7可知：当电动车辆的质量不变时，制动强度越大，制动耗时越短，电动车辆的前轮滑移率和后轮滑移率越接近。由此可见，当电动车辆的制动强度越大时，其顶层控制模块所采用的轴间滑模控制策略的控制效率越高，控制效果越好，且电池的SoC的增长率越小，上升终值越小。

综上可见，当采用轴间滑模控制策略的电动车辆处于不同的制动强度和负载情况时，尤其是处于不同的制动强度时，都能够对该电动车辆的前、后轴车轮制动力进行理想分配，使电动车辆具有良好的制动稳定性，并能够使电动车辆的电池的SoC增长，实现了再生制动能量的回收，故采用轴间滑模控制策略的电动车辆对不同的制动强度和负载情况都有良好的适应性。

接着，验证该复合制动方法在紧急制动工况下对电动车辆的参数的变化是否能够适应。其中，表2为两种典型路面的参数。

表2

由表2可见，该表提供的两种典型路面均采用电动车辆的前轮和后轮在该两种典型路面上的峰值附着系数表征，其中，附着对接路面是指由高附着均一路面和低附着均一路面对接形成的路面。也就是说，电动车辆从高附着均一路面过渡到低附着均一路面上的过程中，从该电动车辆的前轮进入到低附着均一路面开始，直到其后轮也进入到低附着均一路面上为止，该电动车辆行驶过的路面即为附着对接路面，且在制动过程中，该电动车辆在附着对接路面上的行驶距离最多为该电动车辆的一个轴距(电动车辆的前轴与后轴之间的间距)。

具体验证方法如下：

首先，由表2可知，该电动车辆在开始制动前所处的路面为高附着均一路面，且该路面的峰值附着系数为0.8，在制动过程中电动车辆从高附着均一路面上跃变到达低附着均一路面上，且低附着均一路面的峰值附着系数为0.2，此时，电动车辆的前轮因其所处路面的峰值附着系数降低而打滑，且当路面的峰值附着系数为0.2时其滑移率大于20％，即该电动车辆的滑移率大于其切换逻辑门限15％，故将该电动车辆的顶层控制模块采用的顶层制动控制策略切换为单轴滑模控制策略，且该电动车辆的初始速度为64.8km/h，电池的SoC的初始值为0.5，制动强度为0.3。然后，将电动车辆在负载情况1时的参数输入到所建立的仿真模型中，并对该电动车辆在低附着均一路面上进行紧急制动仿真，得出仿真结果；将电动车辆在负载情况2时的参数输入到所建立的仿真模型中，并对该电动车辆在附着对接路面上进行紧急制动仿真，得出仿真结果。仿真完成。

电动车辆位于低附着均一路面上进行紧急制动时，其紧急制动仿真结果如图8所示：

当该电动车辆处于负载情况1时，其制动耗时为13.5s，且制动过程中未出现车轮抱死现象，该电动车辆的电池的SoC增至0.500203；前轮滑移率和后轮滑移率一直保持在20％左右，均大于其切换逻辑门限15％，直至制动末期才急剧下降，表明该电动车辆在制动过程中一直采用单轴滑模控制策略进行制动。

在该电动车辆的制动减速阶段，其前轮滑移率和后轮滑移率均被调整至S_opt的最大取值点，即使该电动车辆的前轮滑移率和后轮滑移率约为20％，实现了单轴滑模控制模式的制动目标，根据车辆的轮胎特性可知，此时，该电动车辆的纵向制动力达到峰值，并具有足够大小的横向附着力，从而使该电动车辆具有良好的制动稳定性；在该电动车辆的制动末期，该电动车辆的前轮滑移率和后轮滑移率均急剧下降，且二者依然非常接近，使电动车辆在制动末期依然能够保持制动稳定。

当该电动车辆处于负载情况2时，其制动耗时为11.3s，且制动过程中也未出现车轮抱死现象，该电动车辆的电池的SoC增至0.500166，前轮滑移率和后轮滑移率一直保持在20％左右，均大于其切换逻辑门限15％，直至制动末期才急剧下降，表明该电动车辆在制动过程中一直采用单轴滑模控制策略进行制动。

在该电动车辆的制动减速阶段，该电动车辆的前轮滑移率和后轮滑移率均被调整至S_opt的最大取值点，即使该电动车辆的前轮滑移率和后轮滑移率约为20％，达到单轴滑模控制模式的制动目标，根据电动车辆的轮胎特性可知，此时，该电动车辆的纵向制动力达到峰值，并具有足够大小的横向附着力，从而使该电动车辆具有良好的制动稳定性；在该电动车辆的制动末期，该电动车辆的前轮滑移率和后轮滑移率均急剧下降，且二者依然非常接近，使电动车辆在制动末期依然能够保持制动稳定。

由此可见，在不同的负载情况下，电动车辆在低附着均一路面上采用单轴滑模控制策略进行紧急制动，均能够保证其制动稳定性，且在制动过程中，电池的SoC增大，即该电动车辆实现了再生制动能量回馈。故，采用单轴滑模控制策略进行紧急制动的电动车辆在低附着均一路面上能够较好地适应不同的负载情况。

电动车辆在位于附着对接路面上进行紧急制动时，其紧急制动仿真结果如图9所示：

当电动车辆处于负载情况1时，其制动耗时为5.4s，且该电动车辆在制动过程中未出现抱死现象，该电动车辆的电池的SoC增至0.50008；该电动车辆的前轮滑移率和后轮滑移率一直保持接近20％，均大于其切换逻辑门限15％，直至制动末期才急剧下降，表明该电动车辆在制动过程中一直采用单轴滑模控制策略进行制动，且使该电动车辆的前轮滑移率和后轮滑移率非常接近，控制效果较好，保证了该电动车辆的制动稳定性，且在制动过程中其电池的SoC增大，实现了再生制动能量回馈。

当电动车辆处于负载情况2时，其制动耗时为4.6s，且该电动车辆在制动过程中未出现抱死现象，该电动车辆的电池的SoC增至0.500066；该电动车辆的前轮滑移率和后轮滑移率均保持接近20％，均大于其切换逻辑门限15％，表明该电动车辆在制动过程中一直采用单轴滑模控制策略进行制动，且使该电动的前轮滑移率和后轮滑移率非常接近，控制效果较好，保证了该电动车辆的制动稳定性，且在制动过程中其电池的SoC增大，实现了再生制动能量回馈。

由此可见，在不同负载情况下，电动车辆在附着对接路面上采用单轴滑模控制策略进行紧急制动，均能够保证其制动稳定性，且能够实现再生制动能量回馈，故采用单轴滑模控制策略进行紧急制动的电动车辆在附着对接路面上也能够较好地适应不同的负载情况。

综上可见，电动车辆采用单轴滑模控制策略在进行紧急制动时，即使该电动车辆处于不同的负载情况下或处于不同的路面上，均能够较好的实现其制动稳定性，并能够实现再生制动能量的回收，因此，采用单轴滑模控制策略的电动车辆能够适应不同的路面以及不同的负载情况。

最后，验证该复合制动方法能否对位于复合路面上的电动车辆进行综合制动。

具体验证方法如下：

首先，该电动车辆在开始制动前所处的路面为高附着均一路面，且该路面的峰值附着系数为0.8。然后，将该电动车辆在制动过程中依次要经过的路面的参数输入到仿真软件中，并将该电动车辆在负载情况1时的参数输入到所建立的仿真模型中，对该电动车辆在复合路面上进行复合制动仿真，并得到仿真结果如图10所示，仿真完成。

在仿真过程中，该电动车辆的行驶路况为从高附着均一路面跃变至低附着均一路面，且初始速度为64.8km/h，电池的SoC的初始值为0.5，制动强度为0.3，所处的负载情况为负载情况1。在该复合制动工况下，该电动车辆依次经过三种典型路面：高附着均一路面、附着对接路面和低附着均一路面，且高附着均一路面的峰值附着系数为0.8，低附着均一路面的峰值附着系数为0.2。

在制动时间0-3s内，该电动车辆处在峰值附着系数为0.8的高附着均一路面上，电动车辆的前轮滑移率和后轮滑移率的起始值均趋近于0，均小于该电动车辆滑移率的切换逻辑门限15％，此时，该电动车辆的顶层控制模块采用轴间滑模控制策略对该电动车辆进行制动控制，使得该电动车辆的前轮滑移率和后轮滑移率非常接近，且均小于0.1，根据车辆的轮胎特性可知，在该制动时间段内采用轴间滑模控制策略对电动车辆进行制动控制，可保证该电动车辆的制动稳定性；相应地，由于该电动车辆的前轮滑移率和后轮滑移率在该制动时间段内均较小，由其车轮转速换算得出的车速与其实际车速接近；该电动车辆的电池的SoC在该制动时间段内也随制动过程持续上升，即实现了再生制动能量的回收。紧接着，该电动车辆的前轮进入峰值附着系数为0.2的低附着均一路面，当该电动车辆的行驶距离小于该电动车辆的一个轴距时，该电动车辆的后轮仍处于峰值附着系数为0.8的高附着均一路面上，此时，该电动车辆的前轮滑移率S_f迅速上升，且当S_f>15％时，顶层控制模块将轴间滑模控制策略切换成单轴滑模控制策略，待该电动车辆完全处于低附着均一路面上时，将该电动车辆的前轮滑移率和后轮滑移率控制在20％左右，即将该电动车辆的前轮滑移率和后轮滑移率控制在S_opt左右，从而保证该电动车辆的制动稳定性。

该电动车辆的电池的SoC从起始制动，直至该电动车辆的驱动电机的转速低于其制动门限值，持续上升，由此可见，采用该复合制动方法在位于复合路面上的电动车辆进行复合制动时，实现了再生制动能量的回收。

由此可见，该复合制动方法可以对位于复合路面上的电动车辆进行复合制动，且在复合制动过程中，该电动车辆不仅能够保证其制动稳定性，还能够实现再生制动能量的回收，提高了电动车辆在复合路面上行驶的经济性。

Claims (9)

1.一种电动车辆的复合制动系统，该复合制动系统包括整车控制器、驱动电机、驱动电机控制器、液压制动控制器和液压制动器，其特征在于，

所述整车控制器中设置有分层控制器，该分层控制器通过CAN总线与所述驱动电机控制器连通，并通过所述驱动电机控制器控制所述驱动电机的工作模式及所述驱动电机的输出扭矩；所述分层控制器通过所述CAN总线与所述液压制动控制器连通，并通过所述液压制动控制器控制所述液压制动器的输出扭矩；

所述分层控制器包括顶层控制模块和底层控制模块，所述顶层控制模块用于选择轴间滑模控制策略或单轴滑模控制策略作为所述电动车辆的顶层制动控制策略，并基于该顶层制动控制策略分配给所述电动车辆总制动扭矩，并将该总制动扭矩输入到所述底层控制模块中；所述底层控制模块用于对所述总制动扭矩进行再分配，并将所述总制动扭矩再分配为电机制动扭矩或者再分配为电机制动扭矩和液压制动扭矩；

所述驱动电机包括第一驱动电机和第二驱动电机，所述第一驱动电机与所述电动车辆的前轴连接，并根据所述分层控制器发出的控制指令驱动所述前轴转动或向所述前轴施加电机制动扭矩；所述第二驱动电机与所述电动车辆的后轴连接，并根据所述分层控制器发出的控制指令驱动所述后轴转动或向所述后轴施加电机制动扭矩。

2.根据权利要求1所述的电动车辆的复合制动系统，其特征在于，在所述液压制动控制器与所述液压制动器之间设置有调节器，该调节器用于对所述液压制动控制器分配到所述前轴和所述后轴上的液压制动扭矩进行调节。

3.一种用于权利要求1或2所述的电动车辆的复合制动系统的复合制动方法，其特征在于，该复合制动方法包括如下步骤：

步骤一，所述分层控制器根据制动踏板传感器输入的制动信号对所述电动车辆的制动强度进行解析得出该制动强度的值，并采用一般初始制动策略对所述电动车辆进行制动；

步骤二，所述分层控制器根据所述电动车辆的车轮转速和车速计算出该电动车辆的前轮滑移率S_f和后轮滑移率S_r；

步骤三，所述顶层控制模块根据策略切换条件对所述顶层制动控制策略进行切换，

所述策略切换条件为： $\left\{\begin{array}{c}{S}_f>S_{\mathrm{shift}}\left|\right|S_r>S_{\mathrm{shift}}\\ S_{\mathrm{shift}}=S_{\mathrm{opt}}-{\mathrm{\&delta;}}_S\end{array}\right.$

其中，

S_shift为所述电动车辆的滑移率的切换逻辑门限，

“||”为逻辑“或”的运算符号，

S_opt为路面的峰值附着系数对应的滑移率，

δ_S为松弛因子；

当S_f＜S_shift且S_r＜S_shift时，采用的所述顶层制动控制策略为所述轴间滑模控制策略，该轴间滑模控制策略分配到所述前轴上的制动扭矩为T_f，且

$T_f=\frac{-\stackrel{\&CenterDot;}{s}I-F_{r}r+F_{f}r+\mathrm{\&delta;mgzr}+\mathrm{cI}({\mathrm{\&omega;}}_f-{\mathrm{\&omega;}}_r)}{2},$

分配到所述后轴上的制动扭矩为T_r，且

$T_f=\frac{\stackrel{\&CenterDot;}{s}I+F_{r}r-F_{f}r+\mathrm{\&delta;mgzr}-\mathrm{cI}({\mathrm{\&omega;}}_f-{\mathrm{\&omega;}}_r)}{2},$

其中，

为轴间滑模控制策略的切换函数，且s'采用指数趋近律方法计算得到，ε和k都是大于零的常数，定义一阶积分型开关面 $s={\mathrm{\&omega;}}_f-{\mathrm{\&omega;}}_r+c{\&Integral;}_0^t({\mathrm{\&omega;}}_f-{\mathrm{\&omega;}}_r)\mathrm{dt},$ 当s＞0时， $s^{\&prime;}\left(t\right)=\frac{\mathrm{\&epsiv;}}{k}+(s_0-\frac{\mathrm{\&epsiv;}}{k})e^{-\mathrm{kt}},$ 当s＜0时， $s^{\&prime;}\left(t\right)=\frac{-\mathrm{\&epsiv;}}{k}+(s_0+\frac{\mathrm{\&epsiv;}}{k})e^{-\mathrm{kt}},$ t为时间，s₀为s的初值，

F_f为路面对所述电动车辆的前轮产生的制动力，

F_r为路面对所述电动车辆的后轮产生的制动力，

δ为所述电动车辆的回转质量系数，

m为所述电动车辆的整车质量，

g为重力加速度，

z为所述电动车辆的制动强度，

r为所述电动车辆的车轮滚动半径，

I为所述电动车辆的车轮转动惯量，

c为滑模曲线斜率的权重系数，

ω_f为所述电动车辆的前轮转速，

ω_r为所述电动车辆的后轮转速；

当S_f＞S_shift或S_r＞S_shift时，采用的所述顶层制动控制策略为所述单轴滑模控制策略，该单轴滑模控制策略分配到所述前轴上的制动扭矩为T_f，且

$T_f=\frac{\mathrm{Iv}\stackrel{\&CenterDot;}{s_{\mathrm{fi}}}}{r}+F_{f}r-\frac{I(1-S_f)\stackrel{\&CenterDot;}{v}}{r},$

其中，

为单轴滑模控制策略的切换函数，且s'_fi采用指数趋近律方法计算得到，ε和k都是大于零的常数，定义开关面s_fi＝S_f-S_opt，当s_fi＞0时， $s_{\mathrm{fi}}^{\&prime;}\left(t\right)=\frac{\mathrm{\&epsiv;}}{k}+(s_{{\mathrm{fi}}_0}-\frac{\mathrm{\&epsiv;}}{k})e^{-\mathrm{kt}};$ 当s_fi＜0时， $s_{\mathrm{fi}}^{\&prime;}\left(t\right)=\frac{-\mathrm{\&epsiv;}}{k}+(s_{\mathrm{fi}0}+\frac{\mathrm{\&epsiv;}}{k})e^{-\mathrm{kt}},$ t为时间，s_fi0为s_fi的初值，

为所述电动车辆的车速v的导数；

分配到所述后轴上的制动扭矩为T_r，且

$T_r=\frac{\mathrm{Iv}\stackrel{\&CenterDot;}{s_{\mathrm{ri}}}}{r}+F_{r}r-\frac{I(1-S_r)\stackrel{\&CenterDot;}{v}}{r},$

其中，

为轴间滑模控制策略的切换函数，s_ri采用指数趋近律方法计算得到，ε和k都是大于零的常数，定义开关面s_ri＝S_r-S_opt，当s_ri＞0时， $s_{\mathrm{ri}}^{\&prime;}\left(t\right)=\frac{\mathrm{\&epsiv;}}{k}+(s_{\mathrm{ri}0}-\frac{\mathrm{\&epsiv;}}{k})e^{-\mathrm{kt}};$ 当s_ri＜0时， $s_{\mathrm{ri}}^{\&prime;}\left(t\right)=\frac{-\mathrm{\&epsiv;}}{k}+(s_{\mathrm{ri}0}+\frac{\mathrm{\&epsiv;}}{k})e^{-\mathrm{kt}},$ t为时间，s_ri0为s_ri的初值；

步骤四，所述顶层控制模块将分配到所述电动车辆上的总制动扭矩输入到所述底层控制模块中，且该底层控制模块对所述电动车辆的最大充电扭矩T_charging进行计算，并对所述电动车辆的最大充电扭矩T_charging与所述顶层制动控制策略分配到所述前轴上的制动扭矩T_f和分配到所述后轴上的制动扭矩T_r进行比较，根据比较结果对所述总制动扭矩再分配，且

当 $\left\{\begin{array}{c}\frac{T_{\mathrm{ch}\arg \mathrm{ing}}}{2}>T_f\\ \frac{T_{\mathrm{ch}\arg \mathrm{ing}}}{2}>T_r\end{array}\right.$ 时， $\left\{\begin{array}{c}{T}_{\mathrm{generator}1}=T_f,T_{\mathrm{hf}}=0\\ T_{\mathrm{generator}2}=T_r,T_{\mathrm{hr}}=0\end{array}\right.,$

其中，

T_generator1为分配给所述第一驱动电机的回馈制动扭矩，

T_generator2为分配给所述第二驱动电机的回馈制动扭矩，

T_hf为分配给所述前轴的液压制动扭矩，

T_hr为分配给所述后轴的液压制动扭矩；

当 $\left\{\begin{array}{c}\frac{T_{\mathrm{ch}\arg \mathrm{ing}}}{2}>T_f\\ \frac{T_{\mathrm{ch}\arg \mathrm{ing}}}{2}\&le;T_r\end{array}\right.$ 时， $\left\{\begin{array}{c}{T}_{\mathrm{generator}1}=T_f,T_{\mathrm{hf}}=0\\ T_{\mathrm{generator}2}=\frac{T_{\mathrm{ch}\arg \mathrm{ing}}}{2},T_{\mathrm{hr}}=T_r-T_{\mathrm{generator}2}\end{array}\right.;$

当 $\left\{\begin{array}{c}\frac{T_{\mathrm{ch}\arg \mathrm{ing}}}{2}\&le;T_f\\ \frac{T_{\mathrm{ch}\arg \mathrm{ing}}}{2}>T_r\end{array}\right.$ 时， $\left\{\begin{array}{c}{T}_{\mathrm{generator}1}=\frac{T_{\mathrm{ch}\arg \mathrm{in}}}{2},T_{\mathrm{hf}}=T_f-T_{\mathrm{generator}1}\\ T_{\mathrm{generator}1}=T_r,T_{\mathrm{hr}}=0\end{array}\right.;$

当 $\left\{\begin{array}{c}\frac{T_{\mathrm{ch}\arg \mathrm{ing}}}{2}\&le;T_f\\ \frac{T_{\mathrm{ch}\arg \mathrm{ing}}}{2}\&le;T_r\end{array}\right.$ $\left\{\begin{array}{c}{T}_{\mathrm{generator}1}=\frac{T_{\mathrm{ch}\arg \mathrm{in}}}{2},T_{\mathrm{hf}}=T_f-T_{\mathrm{generator}1}\\ T_{\mathrm{generator}1}=\frac{T_{\mathrm{ch}\arg \mathrm{ing}}}{2},T_{\mathrm{hr}}=T_r-T_{\mathrm{generator}2}\end{array}\right.;$

步骤五，根据制动强度z的值判断所述电动车辆的制动是否结束，当制动强度z＝0时，该复合制动方法结束；当制动强度z＞0时，返回所述步骤二，重新对所述电动车辆的前轮滑移率S_f和后轮滑移率S_r进行计算，并根据计算结果实施所述步骤三和所述步骤四，直至制动结束。

4.根据权利要求3所述的复合制动方法，其特征在于，在所述步骤二中，所述车轮转速由所述分层控制器根据所述驱动电机的转速计算得出，所述车速由GPS获得。

5.根据权利要求3或4所述的复合制动方法，其特征在于，在所述步骤三中，所述路面的峰值附着系数对应的滑移率S_opt的取值范围为15％-20％，所述松弛因子δ_S的取值为5％。

6.根据权利要求5所述的复合制动方法，其特征在于，在所述步骤四中，所述底层控制模块对所述电动车辆的最大充电扭矩值进行实时计算。

7.根据权利要求6所述的复合制动方法，其特征在于，所述最大充电扭矩为T_charging，T_charging＝min{T_generating,T_recharging}，且

$\left\{\begin{array}{c}{T}_{\mathrm{generating}}=T_{\mathrm{generating}1}+T_{\mathrm{generating}2}\\ T_{\mathrm{generating}1}=f_{T1}\left(n_1\right)\\ T_{\mathrm{generating}2}=f_{T2}\left(n_2\right)\end{array}\right.$

其中，

T_generating为所述驱动电机的最大制动扭矩，

T_recharging为所述电动车辆的电池的最大充电扭矩，

T_generating1为所述第一驱动电机的最大制动扭矩，

T_generating2为所述第二驱动电机的最大制动扭矩，

n₁为所述第一驱动电机的转速，

n₂为所述第二驱动电机的转速，

f_T1(n₁)为利用插值法从驱动电机峰值回馈扭矩-转速曲线中得出的所述第一驱动电机的最大制动扭矩值，

f_T2(n₂)为利用插值法从驱动电机峰值回馈扭矩-转速曲线中得出的所述第二驱动电机的最大制动扭矩值。

8.根据权利要求7所述的复合制动方法，其特征在于，

$T_{\mathrm{rech}\arg \mathrm{ing}}=\frac{9550P_{\mathrm{rech}\arg \mathrm{ing}}}{\mathrm{n\&eta;}(n,P_{\mathrm{rech}\arg \mathrm{ing}})},$

其中，

P_recharging为所述电池处于特定SoC水平下时的最大充电功率，且

$P_{\mathrm{rech}\arg \mathrm{ing}}=\left\{\begin{array}{cc}{P}_{\mathrm{rech}\arg \mathrm{ing}\_\max }& \mathrm{SoC}\&le;0.3\\ \frac{0.8-\mathrm{SoC}}{0.5}{P}_{\mathrm{rech}\arg \mathrm{ing}\_\max }& 0.3<\mathrm{SoC}<0.8\\ 0& \mathrm{SoC}\&GreaterEqual;0.8\end{array}\right.,$

P_{recharging_max}为所述电池的最大充电功率，

n为所述驱动电机的转速，

η(n,P_recharging)为所述驱动电机的发电效率。

9.根据权利要求8所述的复合制动方法，其特征在于，当所述驱动电机的转速小于500转/分钟时，T_generating＝0。