CN106926711A - 一种再生制动控制系统及方法 - Google Patents

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Abstract

一种再生制动控制系统，基于车辆稳定性控制系统ESC的执行结构，包括：制动控制器、整车控制器；所述整车控制器通过数据总线连接ESC电子控制单元、电池管理单元及电机控制单元；其特征在于：所述再生制动控制系统在满足制动规程条件下，遵循总制动力尽可能多的分配在前轮的准则。在进行制动能量回收时根据电机回馈制动力和驾驶员制动需求对液压制动力进行调节，保证总的制动力与驾驶员的制动需求相符，此策略能量回馈效率较高。

Description

一种再生制动控制系统及方法
技术领域
本发明涉及一种电动汽车的再生制动控制策略，具体涉及一种再生制动控制系统及方法。
背景技术
电动汽车(EV)采用电动机为牵引装置，并应用化学蓄电池组、燃料电池组、超级电容器组等为相应的能源回收存储装置，再由能源回收存储装置在汽车驱动时提供相应的动能。
如图1所示，电动车的电动机有如下的外特性：电动机转速高于基速时，以恒功率方式工作，电动机转速低于基速时，以恒转矩方式工作，在电动和发电两种情况下，其外特性曲线具有对称性。
目前制动能量回馈控制策略主要分为两类：一类是“并联式”，即对原车摩擦制动力不做调节，将回馈制动力直接叠加，其实现简单，对原有制动系统不做改造，但制动能量回馈效率低，制动感觉较差；另一类是“串联式”，即对电机回馈制动力与摩擦制动力进行协调控制，使二者之和满足驾驶员总制动力需求，此策略能量回馈效率较高，但需要对原有制动系统进行改造，控制相对复杂。
发明内容
针对以上现有技术问题，本发明的目的是基于纯电动轿车液压制动系统设计制动能量回收系统，研究一种串联式混合制动系统的控制策略，发明一种再生制动控制系统及方法。
具体技术方案如下：
一种再生制动控制系统，基于车辆稳定性控制系统ESC的执行结构，包括：制动控制器、整车控制器；所述整车控制器通过数据总线连接ESC电子控制单元、电池管理单元及电机控制单元；其特征在于：所述再生制动控制系统在满足制动规程条件下，遵循总制动力尽可能多的分配在前轮的准则。
进一步地，制动力的分配在满足ECE规程的条件下，制动力分配系数为：
其中，L为轮距；Lb是从车辆重心至后轴的距离。
进一步地，所述ESC的执行结构的降压过程为：进油阀关闭，出油阀开启；保压过程为进油阀关闭，出油阀关闭；加压过程为：进油阀关闭，出油阀开启，柱塞泵工作。
进一步地，所述制动控制器输出：9路PWM输出，用于控制四个进油阀、四个出油阀以及泵油电机；4路开关驱动用于驱动ESC阀块中的两个主阀，两个旁阀；和/或，
所述制动控制器的输入：4路轮速信号采集；3路开关信号采集，用于采集回馈制动开关、ABS开关、制动开关等信号；6路4-20mA电流信号采集，用于采集轮缸和主缸的制动压力。
进一步地，所述数据总线的通讯接口：CAN接口，用于与整车控制器、电机控制器和电池管理系统通讯；BDM接口，用于下载和调试程序；和/或，
所述制动控制器的硬件系统架构包括：信号采集电路、驱动电路；故障诊断电路、过载保护电路；通讯电路。
进一步地，包括如下步骤：判断原车ESP系统判断是否在正常制动，若是正常制动，则可进入再生制动模式；若是非正常制动则放弃再生制动。
进一步地，所述再生制动分为两个阶段：第一阶段为松开加速踏板未踩制动踏板时；第二阶段为松开加速踏板且踩制动踏板时；将第一阶段松开加速踏板回馈的电机制动力平滑地过渡到第二阶段协调控制施加的电机制动力，之后进入协调控制部分。
进一步地，制动控制器根据前轮轮缸压力、后轮轮缸压力和βhb-max计算出前轮所需制动力矩值M1,后轮所需制动力矩值M2，将该值通过数据总线发送到整车控制器；整车控制器将驱动电机实际回馈制动力矩值M3发送到制动控制器，制动控制器对M1、M2和M3进行比较：
当M1＝M3时，即电机实际回馈制动力矩值正好等于前轮所需制动力矩值，制动控制器对压力调节器发出前轮保压指令；
当M1>M3时，即前轮所需制动力矩大于电机实际回馈制动力矩值，前轮所需液压制动力的补充，制动控制器对压力调节器发出前轮液压制动力增压指令；
当M1<M3时，即前轮所需制动力矩小于电机实际回馈制动力矩值，此时应减小前轮轮缸的制动压力，制动控制器对压力调节器发出前轮减压指令。
进一步地，当M1＝M3时，如果后轮实际制动力矩Mrf大于M2则制动控制器对压力调节器发出后轮减压指令；如果后轮实际制动力矩Mrf等于M2则制动控制器对压力调节器发出后轮保压指令；如果后轮实际制动力矩Mrf小于M2则制动控制器对压力调节器发出后轮增压指令；和/或，
当M1>M3时，如果后轮实际制动力矩Mrf大于M2则制动控制器对压力调节器发出后轮减压指令；如果后轮实际制动力矩Mrf等于M2则制动控制器对压力调节器发出后轮保压指令；如果后轮实际制动力矩Mrf小于M2则制动控制器对压力调节器发出后轮增压指令；和/或，
当M1<M3时，如果后轮实际制动力矩Mrf大于M2则制动控制器对压力调节器发出后轮减压指令；如果后轮实际制动力矩Mrf等于M2则制动控制器对压力调节器发出后轮保压指令；如果后轮实际制动力矩Mrf小于M2则制动控制器对压力调节器发出后轮增压指令。
进一步地，当M1<M3时，前腔主阀USV2，后腔主阀USV1上电关闭，使得两前轮制动轮缸与制动踏板解耦。
本发明与现有技术相比，具有如下优点和效果：在进行制动能量回收时根据电机回馈制动力和驾驶员制动需求对液压制动力进行调节，保证总的制动力与驾驶员的制动需求相符，此策略能量回馈效率较高。
附图说明
图1为电动车的电动机转速转矩特性图
图2为ESC液压调节阀块其管路结构
图3为控制系统结构
图4为前后轮制动力分配图
图5为动力分配策略示意图
图6为制动控制器的硬件系统架构
图7制动压力调节算法流程图
具体实施方式
下面根据附图对本发明进行详细描述，通过例证的方式来示出和描述发明的某些方面，附图和说明应被认为在本质上是例证性的而不是限制性的。
本发明针对纯电动轿车液压制动系统设计制动能量回收系统，基于ESC执行机构，重新设计控制软件架构实现制动能量回收功能和制动防抱死功能。车辆稳定性控制系统(ESC)是目前应用于传统车辆的主动安全系统，设计的制动能量回收系统在ESC的基础上进行改进，对原车制动系统改造较小且便于实施。在满足制动规程(此处应用ECE规程)条件下，设计和控制原理讲遵循总制动力尽可能多的分配在前轮的准则。
ESC液压调节阀块其管路结构见图二，虚线框内是ESC执行机构部分，其实物为整体阀块结构。
常态下，各电磁阀的开闭状态如下表：
电磁阀 复位状态
前腔主阀USV2、后腔主阀USV1 开启
前腔旁阀HSV2、后腔旁阀HSV1 关闭
各油路制动轮缸进油阀EV 开启
各油路制动轮缸出油阀AV 关闭
降压(目标为各轮缸)过程为：进油阀EV关闭，出油阀AV开启；保压过程为进油阀EV关闭，出油阀AV关闭；加压过程为：进油阀EV关闭，出油阀AV开启，柱塞泵SRP工作。
制动控制器输出：9路PWM输出，用于控制四个进油阀、四个出油阀以及泵油电机。4路开关驱动用于驱动ESC阀块中的两个主阀，两个旁阀。
制动控制器的输入：4路轮速信号采集。3路开关信号采集，用于采集回馈制动开关、ABS开关、制动开关等信号。6路4-20mA电流信号采集，用于采集轮缸和主缸的制动压力。
通讯接口：CAN接口，用于与整车控制器、电机控制器和电池管理系统通讯；BDM接口，用于下载和调试程序
制动控制器的硬件系统架构如图六
车辆在进行制动能量回收时需要实时调节液压制动力以保证总之动力与驾驶员需求相符，若液压制动力的调节不够准确则会导致驾驶感觉变差。制动压力调节算法流程如图七。其中pm为制动主缸压力，pw_act为轮缸压力实际值，pw_tgt为轮缸压力目标值。PWM_ref为前轮进油阀和出油阀PWM占空比参考值。PWM_cmd为四个进油阀和前轮两个出油阀PWM占空比命令值。USV_cmd为主阀开关命令值，pump_cmd为泵油电机PWM占空比命令值。四个进油阀PWM频率为200Hz，出油阀和泵油电机PWM频率为100Hz，主阀为开关控制。其中查表函数的输出主要根据液压制动系统的实际测试结果确定，目的是在不同的轮缸压力下获得合适的减压或增压速率基准值。
系统策略分为两个阶段的再生制动：第一阶段为松开加速踏板未踩制动踏板时；第二阶段为松开加速踏板且踩制动踏板时。将一阶段松开加速踏板回馈的电机制动力平滑地过渡到第二阶段协调控制施加的电机制动力。力矩为正表示驱动力矩，力矩为负表示制动力矩。系统结构如图三所示。
在满足ECE规程的条件下，制动力尽可能多的分配在前轮上。总之动力分布将遵循由ECE规程约定的最大前制动力曲线(最小后制动力)，如图四曲线0-a-b-c所描述。
由图四可见，ECE规程展现了呈非线性的制动力分布曲线。这一非线性可导致复杂的设计和控制，可应用单纯的直线(图四中的βhb-max)代替ECE规程，βhb-max线的生成如下所述：
当前轮制动住时，由ECE规程约定的后轮最小制动力(最大制动力在前轮上)可表示为Fbf/Wf≤(q+0.07)/0.85
Fbf为前轮上总制动力；Wf为前轮上铅垂方向的载荷，q为制动强度，前轮制动力Fbf＝βhbFb,其中Fb为车辆的总制动力，Fb＝Mj＝Mgq。
制动强度q和前轮上铅垂方向的载荷Wf之间的关联式为Wf＝(Mg/L)(Lb+qhg)。M为车辆的质量；L为轮距；Lb是从车辆重心至后轴的距离
可得Fbf/Wf＝βhbqL/(Lb+qhg)应有
βhb≤(q+0.07)(Lb+qhg)/0.85qL
由此可得βhb的最大值对应的
从而得到
表明制动力分布比仅取决与车辆参数，在βhb-max的情况下，前后轮上制动力分布描绘于图四中。这一直线可以替代ECE规程曲线。且制动系统的设计和控制可得以简化。
整个系统运行周期为10ms，保证系统的实时性(举例但不受此限制)。
判断原车ESP系统判断是否在正常制动(无抱死，无侧滑状态)，若是正常制动，则可进入再生制动模式；若是非正常制动则放弃再生制动。
系统策略分为两个阶段的再生制动：第一阶段为松开加速踏板未踩制动踏板时；第二阶段为松开加速踏板且踩制动踏板时。
为兼顾踏板感觉在踩制动踏板的初期，不是将电机回馈制动力减为零，而是将一阶段收加速踏板回馈的电机制动力平滑地过渡到第二阶段协调控制施加的电机制动力。之后进入协调控制部分。动力分配策略见图五。
制动控制器BCU根据前轮轮缸压力、后轮轮缸压力和βhb-max计算出前轮所需制动力矩值M1,后轮所需制动力矩值M2将该值通过CAN总线发送到整车控制器VMS。整车控制器VMS将驱动电机实际回馈制动力矩值M3发送到制动控制器BCU，制动控制器BCU对M1、M2和M3进行比较。
M1＝M3时，即电机实际回馈制动力矩值正好等于前轮所需制动力矩值，制动控制器BCU对压力调节器发出前轮保压指令。如果后轮实际制动力矩Mrf大于M2则制动控制器BCU对压力调节器发出后轮减压指令。如果后轮实际制动力矩Mrf等于M2则制动控制器BCU对压力调节器发出后轮保压指令。如果后轮实际制动力矩Mrf小于M2则制动控制器BCU对压力调节器发出后轮增压指令。
当M1>M3时，即前轮所需制动力矩大于电机实际回馈制动力矩值，前轮所需液压制动力的补充，BCU对压力调节器发出前轮液压制动力增压指令。如果后轮实际制动力矩Mrf大于M2则制动控制器BCU对压力调节器发出后轮减压指令。如果后轮实际制动力矩Mrf等于M2则制动控制器BCU对压力调节器发出后轮保压指令。如果后轮实际制动力矩Mrf小于M2则制动控制器BCU对压力调节器发出后轮增压指令。
当M1<M3时，即前轮所需制动力矩小于电机实际回馈制动力矩值，此时应减小前轮轮缸的制动压力。为保证踏板感觉，防止产生顶脚的感觉，前腔主阀USV2，后腔主阀USV1上电关闭，使得两前轮制动轮缸与制动踏板解耦。制动控制器BCU对压力调节器发出前轮减压指令。如果后轮实际制动力矩Mrf大于M2则制动控制器BCU对压力调节器发出后轮减压指令。如果后轮实际制动力矩Mrf等于M2则制动控制器BCU对压力调节器发出后轮保压指令。如果后轮实际制动力矩Mrf小于M2则制动控制器BCU对压力调节器发出后轮增压指令。
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改进，或未经改进直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种再生制动控制系统，基于车辆稳定性控制系统ESC的执行结构，包括：制动控制器、整车控制器；所述整车控制器通过数据总线连接ESC电子控制单元、电池管理单元及电机控制单元；其特征在于：所述再生制动控制系统在满足制动规程条件下，遵循总制动力尽可能多的分配在前轮的准则。
2.如权利要求1所述的智能车线控集成制动系统，其特征在于：制动力的分配在满足ECE规程的条件下，制动力分配系数为：
&beta; h b = 2 0.07 L b / h g + L b + 0.07 h g / 0.85 L
其中，L为轮距；Lb是从车辆重心至后轴的距离。
3.如权利要求1所述的智能车线控集成制动系统，其特征在于：所述ESC的执行结构的降压过程为：进油阀关闭，出油阀开启；保压过程为进油阀关闭，出油阀关闭；加压过程为：进油阀关闭，出油阀开启，柱塞泵工作。
4.如权利要求1所述的智能车线控集成制动系统，其特征在于：所述制动控制器输出：9路PWM输出，用于控制四个进油阀、四个出油阀以及泵油电机；4路开关驱动用于驱动ESC阀块中的两个主阀，两个旁阀；和/或，
所述制动控制器的输入：4路轮速信号采集；3路开关信号采集，用于采集回馈制动开关、ABS开关、制动开关等信号；6路4-20mA电流信号采集，用于采集轮缸和主缸的制动压力。
5.如权利要求1所述的智能车线控集成制动系统，其特征在于：所述数据总线的通讯接口：CAN接口，用于与整车控制器、电机控制器和电池管理系统通讯；BDM接口，用于下载和调试程序；和/或，
所述制动控制器的硬件系统架构包括：信号采集电路、驱动电路；故障诊断电路、过载保护电路；通讯电路。
6.一种如上述权利要求任一所述的再生制动控制系统的控制方法，其特征在于，包括如下步骤：判断原车ESP系统判断是否在正常制动，若是正常制动，则可进入再生制动模式；若是非正常制动则放弃再生制动。
7.如权利要求6所述的再生制动控制系统的控制方法，其特征在于：
所述再生制动分为两个阶段：第一阶段为松开加速踏板未踩制动踏板时；第二阶段为松开加速踏板且踩制动踏板时；将第一阶段松开加速踏板回馈的电机制动力平滑地过渡到第二阶段协调控制施加的电机制动力，之后进入协调控制部分。
8.如权利要求6或7所述的再生制动控制系统的控制方法，其特征在于：
制动控制器根据前轮轮缸压力、后轮轮缸压力和βhb-max计算出前轮所需制动力矩值M1,后轮所需制动力矩值M2，将该值通过数据总线发送到整车控制器；整车控制器将驱动电机实际回馈制动力矩值M3发送到制动控制器，制动控制器对M1、M2和M3进行比较：
当M1＝M3时，即电机实际回馈制动力矩值正好等于前轮所需制动力矩值，制动控制器对压力调节器发出前轮保压指令；
当M1>M3时，即前轮所需制动力矩大于电机实际回馈制动力矩值，前轮所需液压制动力的补充，制动控制器对压力调节器发出前轮液压制动力增压指令；
当M1<M3时，即前轮所需制动力矩小于电机实际回馈制动力矩值，此时应减小前轮轮缸的制动压力，制动控制器对压力调节器发出前轮减压指令。
9.如权利要求8所述的再生制动控制系统的控制方法，其特征在于：
当M1＝M3时，如果后轮实际制动力矩Mrf大于M2则制动控制器对压力调节器发出后轮减压指令；如果后轮实际制动力矩Mrf等于M2则制动控制器对压力调节器发出后轮保压指令；如果后轮实际制动力矩Mrf小于M2则制动控制器对压力调节器发出后轮增压指令；和/或，
当M1>M3时，如果后轮实际制动力矩Mrf大于M2则制动控制器对压力调节器发出后轮减压指令；如果后轮实际制动力矩Mrf等于M2则制动控制器对压力调节器发出后轮保压指令；如果后轮实际制动力矩Mrf小于M2则制动控制器对压力调节器发出后轮增压指令；和/或，
当M1<M3时，如果后轮实际制动力矩Mrf大于M2则制动控制器对压力调节器发出后轮减压指令；如果后轮实际制动力矩Mrf等于M2则制动控制器对压力调节器发出后轮保压指令；如果后轮实际制动力矩Mrf小于M2则制动控制器对压力调节器发出后轮增压指令。
10.如权利要求8或9所述的再生制动控制系统的控制方法，其特征在于：
当M1<M3时，前腔主阀USV2，后腔主阀USV1上电关闭，使得两前轮制动轮缸与制动踏板解耦。
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