CN105644536A - 制动能量回收系统及基于该系统的控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种制动能量回收系统，包括ABS控制器、电机控制器及电机，所述的制动能量回收系统设有路面识别模块，所述的路面识别模块的信号输入端与ABS控制器中的轮速信号输出单元连接；所述的路面识别模块的信号输出端与电机控制器连接。本发明还公开该系统的控制方法。采用上述技术方案，通过增加一个路面识别算法程序模块，在识别紧急制动时，直接让制动能量回收功能退出；在常规制动时，在优先保证车辆行驶安全性的前提下，根据不同附着系数的路面，提供相对最大的电机制动力，从而保证相对最大的制动能量回收率；本发明的上述技术方案的成本很低。

Description

制动能量回收系统及基于该系统的控制方法

技术领域

本发明属于纯电动汽车和混合动力汽车的技术领域，涉及其制动系统，更具体地说，本发明涉及上述汽车的制动能量回收系统。另外，本发明还涉及该系统的控制方法。

背景技术

目前，制动能量回收系统已经广泛应用于纯电动汽车和混合动力汽车等新能源车辆上，成为其提高续航里程的重要方法。其工作原理是：在车辆制动过程中，驱动电机作为发电机，将车辆的动能转化为电能存储到动力电池中，同时将电机的力矩转化为制动力，实现电机制动。制动能量回收的能量大小和施加的制动力大小成正比。

现阶段各大汽车厂商都在推出带有制动能量回馈功能的新能源车型，且要求在综合路况中制动能量回收率≥15％。基于对制动能量回收率的要求，需施加相对较大的电机制动力才能满足。现阶段绝大部分的策略是将电机制动力和基础的气压、液压制动力直接叠加，但较大的电机制动力叠加在基础制动力上会导致以下两个问题：

一、始终存在的电机制动力会干扰基于气压、液压制动系统的ABS的正常工作：在紧急制动ABS工作时，驱动轮电机制动力和基础制动力叠加，会导致ABS控制紊乱，造成驱动轮抱死程度较深甚至全抱死，影响紧急制动效果，降低了行驶安全性；其影响程度是随着路面附着系数f_z的降低而增大，车辆行驶在低附路面上尤为严重；

二、经过理论计算和实车试验表明，行驶在冰雪、湿滑等f_z较小的中、低附路面上的车辆，叠加的制动力或甚至单独的电机制动力就会导致驱动轮抱死，从而导致出现前轮抱死失去转向能力或后轮抱死甩尾等危险工况。

对于以上存在的问题，现在各大汽车厂商普遍的做法及存在的问题是：

一、增加制动能量回收功能开关，提醒驾驶人员在冰雪、湿滑等特殊路面上人工关闭该功能；这种做法的缺点是：因为是人工操作，如遇到驾驶人员忘记了或未能及时关闭该功能，将会存在极大的行驶安全隐患；

二、降低电机制动力，减小其不良影响的程度；对于新能源车辆技术竞争的日益激烈，续航里程是其尤为重要的技术指标，这种做法的缺点显而易见，降低了制动能量回收率，将直接影响整车综合路况的行驶里程。

发明内容

本发明提供一种制动能量回收系统，其目的是解决其在紧急制动和常规制动不同附着系数f_z的路面上影响制动性能和整车稳定性的问题。

为了实现上述目的，本发明采取的技术方案为：

本发明的制动能量回收系统，包括ABS控制器、电机控制器及电机，所述的制动能量回收系统设有路面识别模块，所述的路面识别模块的信号输入端与ABS控制器中的轮速信号输出单元连接；所述的路面识别模块的信号输出端与电机控制器连接。

在所述的路面识别模块的信号输出端与电机控制器连接线路上，设置计数器。

为了实现与上述技术方案相同的发明目的，本发明还提供了与以上所述的制动能量回收系统采用的控制方法，其技术方案是：

所述的路面识别模块存储路面识别程序，利用ABS控制器提供的四个轮子轮速，通过分析车辆的非驱动轮和驱动轮轮速特性，识别高附路面、中附路面、中低附路面、低附路面的四种不同附着系数f_z的路面；针对不同路面施加相对应大小的电机制动力。

所述的高附路面的f_z≥0.75；中附路面：0.75＞f_z≥0.5；中低附路面：0.5＞f_z＞0.25；低附路面的f_z≤0.25。

所述的电机控制器与ABS控制器保持通讯，监测ABS功能激活与否；如ABS功能激活工作，则立刻禁止制动能量回收功能并在其整个工作过程中保持禁止状态，即电机制动力F_m＝0。

所述的ABS控制器实时监测ABS状态，如ABS功能激活，则发ABS_Active为TRUE的信号给电机控制器，反之ABS功能非激活，则发ABS_Active为FLASE的信号；如果ABS_Active为TRUE，则识别为紧急制动，电机控制器会立即将电机制动力F_m降为0，即禁止制动能量回收功能，并在整个ABS工作过程中保持禁止状态；这样就去除了电机制动力对ABS工作的干扰，保证了紧急制动时的整车安全性。

所述的ABS控制器提供车辆的轮速信号；

所述的路面识别模块为PID控制器，利用非驱动轮速V_ud和驱动轮速V_d差值，使用PID控制器原理计算得到控制变量X，作为判断电机制动力导致驱动轮抱死的条件；

所述的PID控制器控制变量X分为三个部分：

比例单元P项、积分单元I项和微分单元D项；

将PID控制变量X的P项值定为非驱动轮和驱动轮的轮速差(V_ud－V_d)；I项值定为轮速差的积分∫(V_ud-V_d)dt；P项值为轮速差的微分

所以，控制变量为：

$X=k_p(V_{ud}-V_d)+k_i\∫(V_{ud}-V_d)dt+k_d\·\frac{d(V_{ud}-V_d)}{dt}$

其中：

V_d———驱动轮轮速；

V_ud——非驱动轮轮速；

k_p、k_i、k_d分别为各项系数。

所述的路面识别在一个点火循环开始时，默认为高附路面，电机制动力默认为F_max；

除此之外根据不同f_z路面，分为另外三种路面：中附路面、中低附路面、低附路面；

路面识别包括以下三个步骤：

(1)、当车辆行驶过程中，驾驶人员踩刹车触发制动能量回收功能，电机制动导致驱动轮有抱死趋势，且满足控制变量X大于标定参数门限值X_thr要求，此时计数器Count记为1，路面识别为中附路面；为了避免驱动轮进一步抱死，同时路面识别控制程序向电机控制器发送RBC_forbid信号为TRUE，电机制动立即退出，电机制动力F_m降为0；

RBC_forbid为TRUE状态维持时间t_m确保轮速恢复之后变为FALSE，制动能量回收功能恢复，但电机制动力F_m的值降为70％·F_max，即中附路面模式的电机制动力F_m为默认电机最大制动力的70％；如实际路面即为中附路面，则不会再出现电机制动力导致驱动轮抱死的情况，反之，进入以下的步骤；

(2)、当制动能量回收功能导致第二次出现X＞X_thr时，此时计数器Count记为2，路面识别为中低附路面；RBC_forbid为TRUE，电机制动立即退出，电机制动力F_m降为0；

RBC_forbid为TRUE状态维持时间t_m之后变为FALSE，制动能量回收功能恢复，但电机制动力F_m的值降为40％·F_max，即中低附路面模式的电机制动力F_m为默认电机最大制动力的40％；如实际路面即为中低附路面，则不会再出现电机制动力导致驱动轮抱死的情况，反之，进入以下的步骤；

(3)、当制动能量回收功能导致第三次出现X＞X_thr时，此时计数器Count记为3，路面识别为低附路面；RBC_forbid为TRUE，电机制动立即退出，电机制动力F_m降为0；

RBC_forbid为TRUE状态维持时间t_m之后变为FALSE，制动能量回收功能恢复，但电机制动力F_m的值仍为0，即低附路面模式禁止制动能量回收功能。

本发明采用上述技术方案，通过增加一个路面识别算法程序模块，在识别紧急制动时，直接让制动能量回收功能退出；在常规制动时，在优先保证车辆行驶安全性的前提下，根据不同附着系数的路面，提供相对最大的电机制动力，从而保证相对最大的制动能量回收率；本发明的上述技术方案的成本很低。

附图说明

附图内容及图中标记简要说明如下：

图1为本发明的控制原理图；

图2为本发明的轮速判断原理图；

图3为本发明的识别路面原理图。

具体实施方式

下面对照附图，通过对实施例的描述，对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明，以帮助本领域的技术人员对本发明的发明构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解。

如图1所示的本发明的结构，为一种制动能量回收系统，包括ABS控制器、电机控制器及电机。本发明还涉及该制动能量回收系统的路面识别控制算法。

为了解决现有技术存在的问题并克服其缺陷，实现解决其在紧急制动和常规制动不同附着系数的路面上影响制动性能和整车稳定性的问题的发明目的，本发明采取的技术方案为：

如图1所示，本发明的制动能量回收系统，所述的制动能量回收系统设有路面识别模块，所述的路面识别模块的信号输入端与ABS控制器中的轮速信号输出单元连接；所述的路面识别模块的信号输出端与电机控制器连接。

本发明是在新能源车辆原有的系统基础上，在原有的电机控制器或ABS控制器中增加控制程序功能模块，没有增加任何硬件成本。

在所述的路面识别模块的信号输出端与电机控制器连接线路上，设置计数器。

具体效果是：通过增加一个路面识别算法程序模块，在识别紧急制动时，直接让制动能量回收功能退出；在常规制动时，在优先保证车辆行驶安全性的前提下，根据不同路面附着系数，提供相对最大的电机制动力，从而保证相对最大的制动能量回收率。

图1为本发明的控制原理图，制动能量回收功能会在整车行驶过程中，驾驶人员松开油门踏板，触发制动踏板信号，制动能量回收功能激活，电机制动力就会形成，并以一定斜率增加，其传递到驱动轮上的制动力也随之增加。即使轻触制动踏板，基础制动系统还未建立起制动压力时，也会有制动踏板信号，此时制动力全部由电机提供。

为了实现与上述技术方案相同的发明目的，本发明还提供了与以上所述的制动能量回收系统采用的控制方法。本发明提供一种智能控制算法，针对带有制动能量回收功能的新能源车辆，解决其在紧急制动和常规制动不同路面附着系数上影响制动性能和整车稳定性的问题。

所述附着系数，是附着力与车轮法向(与路面垂直的方向)压力的比值。它可以看成是轮胎和路面之间的静摩擦系数。这个系数越大，可利用的附着力就越大，汽车就越不容易打滑。

其技术方案是：

所述的路面识别模块存储路面识别程序，利用ABS控制器提供的四个轮子轮速，通过分析车辆的非驱动轮和驱动轮轮速特性，识别高附路面、中附路面、中低附路面、低附路面的四种不同附着系数f_z的路面；针对不同路面施加相对应大小的电机制动力。

所述的高附路面的f_z≥0.75；中附路面：0.75＞f_z≥0.5；中低附路面：0.5＞f_z＞0.25；低附路面的f_z≤0.25。

本发明在原有的制动能量回收控制程序中加入路面识别模块，该模块的主要原理是：利用ABS控制器提供的四个轮子轮速，通过分析有制动能量回收功能车辆的非驱动轮和驱动轮轮速特性，撰写路面识别程序，识别高附路面(f_z≥0.75)、中附路面(0.75＞f_z≥0.5)、中低附路面(0.5＞f_z＞0.25)、低附路面(f_z≤0.25)四种不同f_z的路面。针对不同路面施加相对应大小的电机制动力。

所述的电机控制器与ABS控制器保持通讯，监测ABS功能激活与否；如ABS功能激活工作，则立刻禁止制动能量回收功能并在其整个工作过程中保持禁止状态，即电机制动力F_m＝0。

所述的ABS控制器实时监测ABS状态，如ABS功能激活，则发ABS_Active(ABS激活)为TRUE的信号给电机控制器，反之ABS功能非激活，则发ABS_Active为FLASE的信号；如果ABS_Active为TRUE，则识别为紧急制动，电机控制器会立即将电机制动力F_m降为0，即禁止制动能量回收功能，并在整个ABS工作过程中保持禁止状态；这样就去除了电机制动力对ABS工作的干扰，保证了紧急制动时的整车安全性。

图2为本发明的轮速判断原理图：

所述的ABS控制器会提供车辆的轮速信号；

带有制动能量回收功能的车辆在中、低附路面上制动时，驱动轮速V_d会小于非驱动轮速V_ud。根据这一特性，利用非驱动轮速V_ud和驱动轮速V_d差，使用PID控制器原理计算得到控制变量X，作为判断电机制动力导致驱动轮抱死的条件。

因此，所述的路面识别模块为PID控制器，利用非驱动轮速V_ud和驱动轮速V_d差值，使用PID控制器原理计算得到控制变量X，作为判断电机制动力导致驱动轮抱死的条件；

所述的PID控制器控制变量X分为三个部分：

比例单元P项、积分单元I项和微分单元D项；

将PID控制变量X的P项值定为非驱动轮和驱动轮的轮速差(V_ud－V_d)；I项值定为轮速差的积分∫(V_ud-V_d)dt；P项值为轮速差的微分

所以，控制变量为：

$X=k_p(V_{ud}-V_d)+k_i\∫(V_{ud}-V_d)dt+k_d\·\frac{d(V_{ud}-V_d)}{dt}$

其中：

V_d———驱动轮轮速；

V_ud——非驱动轮轮速；

k_p、k_i、k_d分别为各项系数。

图3为本发明的识别路面原理图，具体如下：

所述的路面识别在一个点火循环开始时，默认为高附路面，电机制动力默认为F_max；

除此之外根据不同路面的f_z，分为另外三种路面：中附路面、中低附路面、低附路面；

路面识别包括以下三个步骤：

(1)、当车辆行驶过程中，驾驶人员踩刹车触发制动能量回收功能，电机制动导致驱动轮有抱死趋势，且满足控制变量X大于标定参数门限值X_thr要求，此时计数器Count记为1，路面识别为中附路面；为了避免驱动轮进一步抱死，同时路面识别控制程序向电机控制器发送RBC_forbid信号为TRUE，电机制动立即退出，电机制动力F_m降为0；

RBC_forbid为TRUE状态维持时间t_m确保轮速恢复之后变为FALSE，制动能量回收功能恢复，但电机制动力F_m的值降为70％·F_max，即中附路面模式的电机制动力F_m为默认电机最大制动力的70％；如实际路面即为中附路面，则不会再出现电机制动力导致驱动轮抱死的情况，反之，进入以下的步骤；

(2)、当制动能量回收功能导致第二次出现X＞X_thr时，此时计数器Count记为2，路面识别为中低附路面；RBC_forbid为TRUE，电机制动立即退出，电机制动力F_m降为0；

RBC_forbid为TRUE状态维持时间t_m之后变为FALSE，制动能量回收功能恢复，但电机制动力F_m的值降为40％·F_max，即中低附路面模式的电机制动力F_m为默认电机最大制动力的40％；如实际路面即为中低附路面，则不会再出现电机制动力导致驱动轮抱死的情况，反之，进入以下的步骤；

(3)、当制动能量回收功能导致第三次出现X＞X_thr时，此时计数器Count记为3，路面识别为低附路面；RBC_forbid为TRUE，电机制动立即退出，电机制动力F_m降为0；

RBC_forbid为TRUE状态维持时间t_m之后变为FALSE，制动能量回收功能恢复，但电机制动力F_m的值仍为0，即低附路面模式禁止制动能量回收功能。

上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种制动能量回收系统，包括ABS控制器、电机控制器及电机，其特征在于：所述的制动能量回收系统设有路面识别模块，所述的路面识别模块的信号输入端与ABS控制器中的轮速信号输出单元连接；所述的路面识别模块的信号输出端与电机控制器连接。

2.按照权利要求1所述的制动能量回收系统，其特征在于：在所述的路面识别模块的信号输出端与电机控制器连接线路上，设置计数器。

3.权利要求1或2所述的制动能量回收系统采用的控制方法，其特征在于：所述的路面识别模块存储路面识别程序，利用ABS控制器提供的四个轮子轮速，通过分析车辆的非驱动轮和驱动轮轮速特性，识别高附路面、中附路面、中低附路面、低附路面的四种不同附着系数f_z的路面；针对不同路面施加相对应大小的电机制动力。

4.按照权利要求3所述的制动能量回收系统的控制方法，其特征在于：所述的高附路面的f_z≥0.75；中附路面：0.75＞f_z≥0.5；中低附路面：0.5＞f_z＞0.25；低附路面的f_z≤0.25。

5.按照权利要求3所述的制动能量回收系统的控制方法，其特征在于：所述的电机控制器与ABS控制器保持通讯，监测ABS功能激活与否；如ABS功能激活工作，则立刻禁止制动能量回收功能并在其整个工作过程中保持禁止状态，即电机制动力F_m＝0。

6.按照权利要求5所述的制动能量回收系统的控制方法，其特征在于：所述的ABS控制器实时监测ABS状态，如ABS功能激活，则发ABS_Active为TRUE的信号给电机控制器，反之ABS功能非激活，则发ABS_Active为FLASE的信号；如果ABS_Active为TRUE，则识别为紧急制动，电机控制器会立即将电机制动力F_m降为0，即禁止制动能量回收功能，并在整个ABS工作过程中保持禁止状态；这样就去除了电机制动力对ABS工作的干扰，保证了紧急制动时的整车安全性。

7.按照权利要求3所述的制动能量回收系统的控制方法，其特征在于：

所述的ABS控制器提供车辆的轮速信号；

所述的路面识别模块为PID控制器，利用非驱动轮速V_ud和驱动轮速V_d差值，使用PID控制器原理计算得到控制变量X，作为判断电机制动力导致驱动轮抱死的条件；

所述的PID控制器控制变量X分为三个部分：

比例单元P项、积分单元I项和微分单元D项；

将PID控制变量X的P项值定为非驱动轮和驱动轮的轮速差(V_ud－V_d)；I项值定为轮速差的积分∫(V_ud-V_d)dt；P项值为轮速差的微分

所以，控制变量为：

$X=k_p(V_{ud}-V_d)+k_i\∫(V_{ud}-V_d)dt+k_d\·\frac{d(V_{ud}-V_d)}{dt}$

其中：

V_d———驱动轮轮速；

V_ud——非驱动轮轮速；

k_p、k_i、k_d分别为各项系数。

8.按照权利要求7所述的制动能量回收系统的控制方法，其特征在于：

所述的路面识别在一个点火循环开始时，默认为高附路面，电机制动力默认为F_max；

除此之外根据不同路面的f_z，分为另外三种路面：中附路面、中低附路面、低附路面；

路面识别包括以下三个步骤：

(1)、当车辆行驶过程中，驾驶人员踩刹车触发制动能量回收功能，电机制动导致驱动轮有抱死趋势，且满足控制变量X大于标定参数门限值X_thr要求，此时计数器Count记为1，路面识别为中附路面；为了避免驱动轮进一步抱死，同时路面识别控制程序向电机控制器发送RBC_forbid信号为TRUE，电机制动立即退出，电机制动力F_m降为0；

RBC_forbid为TRUE状态维持时间t_m确保轮速恢复之后变为FALSE，制动能量回收功能恢复，但电机制动力F_m的值降为70％·F_max，即中附路面模式的电机制动力F_m为默认电机最大制动力的70％；如实际路面即为中附路面，则不会再出现电机制动力导致驱动轮抱死的情况，反之，进入以下的步骤；

(2)、当制动能量回收功能导致第二次出现X＞X_thr时，此时计数器Count记为2，路面识别为中低附路面；RBC_forbid为TRUE，电机制动立即退出，电机制动力F_m降为0；

RBC_forbid为TRUE状态维持时间t_m之后变为FALSE，制动能量回收功能恢复，但电机制动力F_m的值降为40％·F_max，即中低附路面模式的电机制动力F_m为默认电机最大制动力的40％；如实际路面即为中低附路面，则不会再出现电机制动力导致驱动轮抱死的情况，反之，进入以下的步骤；

(3)、当制动能量回收功能导致第三次出现X＞X_thr时，此时计数器Count记为3，路面识别为低附路面；RBC_forbid为TRUE，电机制动立即退出，电机制动力F_m降为0；

RBC_forbid为TRUE状态维持时间t_m之后变为FALSE，制动能量回收功能恢复，但电机制动力F_m的值仍为0，即低附路面模式禁止制动能量回收功能。