CN107225979B - 一种用于电动汽车的制动控制装置及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于电动汽车的制动控制装置及控制方法，通过调节电机的回馈制动力和液压控制系统的液压制动力对传动系特性进行补偿，其特征在于，包括电机转矩传感器、电机转速传感器、车轮转速传感器和车载制动控制系统，其中，所述车载制动控制系统包括半轴转矩确定模块、齿隙状态确定模块、齿隙补偿控制模块、弹性补偿控制模块和控制时间检测模块；通过齿隙状态确定模块确定齿隙状态，并根据传动系中齿轮啮合处的齿隙状态通过齿隙补偿控制模块或弹性补偿控制模块对传动系进行齿隙补偿控制或弹性补偿控制，能够减小由于传动系的齿隙和弹性而引起相应车轮处回馈制动转矩冲击和振荡的风险，可以广泛应用于电动车辆技术领域中。

Description

一种用于电动汽车的制动控制装置及控制方法

技术领域

本发明是关于一种用于电动汽车的制动控制装置及控制方法，属于电动车辆技术领域。

背景技术

在纯电动汽车、混合动力电动汽车和燃料电池电动汽车等电动汽车中，可以通过电机回馈制动功能将部分车辆动能转化为电能以提升整车能量经济性，还可以利用电机转矩控制具有快速准确的特性对电动汽车以较高频率进行动态调节，实现改善车辆防抱死制动的效果。现有技术中，当通过电机进行回馈制动时默认传动系是刚性的，并且对电机回馈制动转矩的控制是开环的，在利用电机回馈制动转矩实现防抱死制动时，通过控制电机的回馈制动转矩实现相应车轮处的目标滑移率。

实际上由于传动系中包含半轴等具有弹性的部件，传动系在传递转矩时能够表现出一定的弹性，当传动系中包含齿轮副时还有可能引入齿隙。研究人员发现在利用电机转矩进行电动汽车制动的过程中，传动系所表现出的弹性使得转矩经传动系传递前后的幅值及相位的对应性发生改变。且当车辆由驱动转为制动时，传动系中齿轮接触面反向，传动系穿过齿隙会引起齿轮重新接触时的冲击，导致车轮处转矩的振荡。当电机回馈制动力矩以较高频率进行动态调节时，尤其是在利用电机实现的防抱死制动过程中，传动系的弹性和齿隙的负面影响加剧，导致滑移率控制效果和驾乘舒适性进一步恶化。

现有技术中针对内燃机汽车的驱动过程提出了传动系特性补偿方法，然而该补偿方法仅涉及在传统内燃机汽车的驱动过程中对传动系特性进行补偿，并没有针对电动汽车、尤其是在电动汽车制动过程中对传动系特性进行补偿。由于电动汽车的电机转矩响应更快，并且制动过程中可能存在回馈制动力与液压制动力的耦合，因而对于电机回馈制动时传动系特性的补偿控制更加复杂。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种能够在电动汽车回馈制动时对传动系特性进行补偿的用于电动汽车的制动控制装置及控制方法。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种用于电动汽车的制动控制装置，通过调节电机的回馈制动力和液压控制系统的液压制动力对传动系特性进行补偿，其特征在于，包括电机转矩传感器、电机转速传感器、车轮转速传感器和车载制动控制系统，其中，所述车载制动控制系统包括半轴转矩确定模块、齿隙状态确定模块、齿隙补偿控制模块、弹性补偿控制模块和控制时间检测模块；所述电机转矩传感器用于采集所述电机的转矩并发送到所述半轴转矩确定模块；所述电机转速传感器用于采集所述电机的转速分别发送到所述半轴转矩确定模块和齿隙状态确定模块；所述车轮转速传感器用于采集所述电动汽车车轮的转速分别发送到所述半轴转矩确定模块和齿隙状态确定模块；所述半轴转矩确定模块用于根据接收的所述电机转矩、电机转速和车轮转速计算所述传动系的半轴转矩值并发送到所述齿隙状态确定模块；所述齿隙状态确定模块用于根据所述电机转速、车轮转速和传动系半轴转矩值确定所述传动系中齿轮啮合处的齿隙状态，其中，齿隙状态包括穿越状态和啮合状态，将确定的齿隙状态发送到所述齿隙补偿控制模块，同时将确定的齿隙状态和所述传动系半轴转矩值发送到所述弹性补偿控制模块；所述传动系齿隙补偿控制模块用于根据所述传动系中齿隙两侧齿轮的转速差对齿隙状态为穿越状态时所述电机的回馈制动力和所述液压控制系统的液压制动力进行调节，完成对所述传动系的齿隙补偿控制；所述弹性补偿控制模块用于预先设定所述电机的回馈制动转矩目标值，并根据所述传动系的半轴转矩值和预设的所述电机回馈制动转矩目标值对齿隙状态为啮合状态时所述电机的回馈制动力进行调节，完成对所述传动系的弹性补偿控制；所述控制时间检测模块用于预先设定控制时间阈值，当检测到进行齿隙补偿控制所用的控制时间超过预设的控制时间阈值时发送停止信号到所述齿隙补偿控制模块，所述齿隙补偿控制模块根据停止信号停止对所述传动系的齿隙补偿控制。

进一步地，所述齿隙补偿控制模块采用滑模控制方法，所述齿隙补偿控制模块的输入量为所述传动系中齿隙两侧齿轮的转速差，所述齿隙补偿控制模块的输出量为所述电机和液压控制系统的制动转矩值。

进一步地，所述弹性补偿控制模块采用PID控制方法，所述弹性补偿控制模块的输入量为所述传动系的半轴转矩值和所述电机的回馈制动转矩目标值，所述弹性补偿控制模块的输出量为所述电机的转矩补偿值。

进一步地，所述半轴转矩确定模块采用卡尔曼滤波器。

一种用于电动汽车的制动控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)将传动系中各组齿轮之间的齿隙简化为传动系的单个齿隙转角，并将单个齿隙转角的变化范围定义为2α；将当电机处于驱动模式且传动系中齿隙两侧齿轮为啮合状态时定义为正向，单个齿隙转角为α；将当电机处于制动模式且传动系中齿隙两侧齿轮为穿越状态时定义为负向，单个齿隙转角为-α：当电机从驱动模式切换为制动模式时需要穿越传动系齿隙，单个齿隙转角从α过渡到-α，当电机从制动模式切换为驱动模式时需要穿过传动系齿隙，单个齿隙转角从-α过渡到α；

2)在电机由驱动模式到制动模式的穿越过程中，通过半轴转矩确定模块根据电机转矩传感器采集的电机转矩、电机转速传感器采集的电机转速、车轮转速传感器采集的车轮转速计算传动系的半轴转矩值；

3)通过齿隙状态确定模块根据电机转速、车轮转速和传动系的半轴转矩值确定传动系中齿隙两侧齿轮的齿隙状态，如果是穿越状态则进入步骤4)，如果是啮合状态则进入步骤6)；

4)若确定的齿隙状态为穿越状态，即当传动系的单个齿隙转角从-α过渡到α时，则通过齿隙补偿控制模块根据传动系中齿隙两侧齿轮的转速差对电机的回馈制动力和液压控制系统的液压制动力进行调节，完成对传动系的齿隙补偿控制；

5)若控制时间检测模块检测到进行齿隙补偿控制所用控制时间没有超过预设的控制时间阈值时，则直接进入步骤3)；

若通过控制时间检测模块预设控制时间阈值并检测到进行齿隙补偿控制所用控制时间超过预设的控制时间阈值时，则通过控制时间检测模块发送停止信号到齿隙补偿控制模块，齿隙补偿控制模块根据停止信号停止对传动系进行齿隙补偿控制，则确定的齿隙状态为啮合状态，进入步骤6)通过弹性补偿控制模块对传动系进行弹性补偿控制；

6)若确定的齿隙状态为啮合状态，即当传动系的单个齿隙转角从α过渡到-α时，则直接通过弹性补偿控制模块根据传动系的半轴转矩值和预设的电机回馈制动转矩目标值对电机的回馈制动力进行调节，完成对传动系的弹性补偿控制。

本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本发明由于设置有齿隙状态确定模块、弹性补偿控制模块和齿隙补偿控制模块，通过齿隙状态确定模块确定齿隙状态，并根据传动系中齿轮啮合处的齿隙状态通过齿隙补偿控制模块或弹性补偿控制模块对传动系进行齿隙补偿控制或弹性补偿控制，能够减小由于传动系的齿隙和弹性而引起相应车轮处回馈制动转矩冲击和振荡的风险，有利于确保滑移率控制的准确度和实现防抱死制动，能改善制动控制效果和驾乘舒适性。2、本发明由于设置有控制时间检测模块，齿隙补偿控制模块进行齿隙补偿控制的控制时间通过控制时间检测模块进行检测，能够避免由于穿过齿隙用时过长而影响电机回馈制动力的动态响应特性，可以广泛应用于电动车辆技术领域中。

附图说明

图1是现有电动汽车中驱动和制动系统的结构示意图；

图2是本发明的结构示意图；

图3是本发明弹性补偿控制的原理示意图；

图4是本发明的流程示意图。

具体实施方式

以下结合附图来对本发明进行详细的描绘。然而应当理解，附图的提供仅为了更好地理解本发明，它们不应该理解成对本发明的限制。

如图1所示，本发明以电动汽车的驱动和制动系统包括传动系1和液压控制系统2，其中，传动系1包括变速箱11、差速器12和两半轴13，液压控制系统2包括制动压力调节模块21和液压制动管路22，电动汽车的电机3通过变速箱11和差速器12经两半轴13分别连接电动汽车的一车轮4，制动压力调节模块21分别通过一液压制动管路22连接一半轴13作为具体实施例进行详细说明，但是传动系1和液压控制系统2中的各部件及其连接不局限于此，可以根据具体情况进行相应改变。

如图2所示，本发明的用于电动汽车的制动控制装置包括电机转矩传感器5、电机转速传感器6、车轮转速传感器7和车载制动控制系统8，其中，车载制动控制系统8包括半轴转矩确定模块81、齿隙状态确定模块82、齿隙补偿控制模块83、弹性补偿控制模块84和控制时间检测模块85。

电机转矩传感器5用于采集电机3的转矩并发送到半轴转矩确定模块81。

电机转速传感器6用于采集电机3的转速分别发送到半轴转矩确定模块81和齿隙状态确定模块82。

车轮转速传感器7用于采集车轮4的转速分别发送到半轴转矩确定模块81和齿隙状态确定模块82。

半轴转矩确定模块81用于根据接收的电机3转矩、电机3转速和车轮4转速计算半轴13的半轴转矩值(经传动系1最终传递至车轮4的转矩)并发送到齿隙状态确定模块82。

齿隙状态确定模块82用于根据接收的电机3转速、车轮4转速和半轴13的半轴转矩值确定变速箱11和差速器12中齿轮啮合处的齿隙状态，其中，齿隙状态包括穿越状态和啮合状态，将确定的齿隙状态发送到齿隙补偿控制模块83，同时将确定的齿隙状态和半轴13的半轴转矩值发送到弹性补偿控制模块84。

齿隙补偿控制模块83用于根据变速箱11和差速器12中齿轮的转速差对齿隙状态为穿越状态时电机3的回馈制动力和制动压力调节模块21的液压制动力进行调节，完成对传动系1的齿隙补偿控制。

弹性补偿控制模块84用于预先设定电机3的回馈制动转矩目标值，并根据半轴13的半轴转矩值和预设的电机3回馈制动转矩目标值对齿隙状态为啮合状态时电机3的回馈制动力进行调节，完成对传动系1的弹性补偿控制。

控制时间检测模块85用于预先设定控制时间阈值，当检测到进行齿隙补偿控制所用的控制时间超过预设的控制时间阈值时发送停止信号到齿隙补偿控制模块83，齿隙补偿控制模块83根据停止信号停止对传动系1的齿隙补偿控制。

在一个优选的实施例中，齿隙补偿控制模块83可以采用滑模控制方法对传动系1进行齿隙补偿控制，齿隙补偿控制模块83的输入量为传动系1中齿隙两侧齿轮的转速差(即变速箱11和差速器12中齿轮的转速差)，齿隙补偿控制模块83的输出量为电机3和液压控制系统2的制动转矩值，通过降低变速箱11和差速器12中齿轮的齿隙重新处于啮合状态时的转速差以降低冲击，使电机3完成由驱动模式到制动模式的穿越过程。

如图3所示，弹性补偿控制模块84可以采用PID控制方法对传动系1进行弹性补偿控制，弹性补偿控制模块84的输入量为半轴13的半轴转矩值和电机3的回馈制动转矩目标值，弹性补偿控制模块84的输出量为电机3的转矩补偿值。通过弹性补偿控制模块84输出转矩补偿值至电机3，电机3根据接收的转矩补偿值驱动传动系1运动后，半轴13的半轴转矩值又反馈至弹性补偿控制模块84，通过该闭环方式的弹性补偿控制能够减小半轴转矩值和电机3回馈制动转矩目标值之间的误差。

在一个优选的实施例中，半轴转矩确定模块81可以采用卡尔曼滤波器。

如图4所示，下面通过具体实施例详细说明本发明用于电动汽车的制动控制方法：

1)将变速箱11和差速器12中各组齿轮之间的齿隙简化为传动系1的单个齿隙转角，并将单个齿隙转角的变化范围定义为2α；将当电机3处于驱动模式且传动系1中齿隙两侧齿轮为啮合状态时定义为正向，单个齿隙转角为α；将当电机3处于制动模式且传动系1中齿隙两侧齿轮为穿越状态时定义为负向，单个齿隙转角为-α：当电机3从驱动模式切换为制动模式时需要穿越传动系1齿隙，单个齿隙转角从α过渡到-α；当电机3从制动模式切换为驱动模式时需要穿过传动系1齿隙，单个齿隙转角从-α过渡到α。

2)在电机3由驱动模式到制动模式的穿越过程中，通过半轴转矩确定模块81根据电机转矩传感器5采集的电机3转矩、电机转速传感器6采集的电机3转速、车轮转速传感器7采集的车轮4转速计算传动系1的半轴转矩值。

3)通过齿隙状态确定模块82根据电机3转速、车轮4转速和传动系1的半轴转矩值确定传动系1中齿隙两侧齿轮的齿隙状态，如果是穿越状态则进入步骤4)，如果是啮合状态则进入步骤6)。

4)若确定的齿隙状态为穿越状态，即当传动系1的单个齿隙转角从-α过渡到α时，则通过齿隙补偿控制模块83根据传动系1中齿隙两侧齿轮的转速差对电机3的回馈制动力和液压控制系统2的液压制动力进行调节，完成对传动系1的齿隙补偿控制。

5)若控制时间检测模块85检测到进行齿隙补偿控制所用控制时间没有超过预设的控制时间阈值时，则进入步骤3)。

若通过控制时间检测模块85预设控制时间阈值并检测到进行齿隙补偿控制所用控制时间超过预设的控制时间阈值时，则通过控制时间检测模块85发送停止信号到齿隙补偿控制模块83，齿隙补偿控制模块83根据停止信号停止对传动系1进行齿隙补偿控制，则确定的齿隙状态为啮合状态，进入步骤6)通过弹性补偿控制模块84对传动系1进行弹性补偿控制。

6)若确定的齿隙状态为啮合状态，即当传动系1的单个齿隙转角从α过渡到-α时，则直接通过弹性补偿控制模块84根据传动系1的半轴转矩值和预设的电机3回馈制动转矩目标值对电机3的回馈制动力进行调节，完成对传动系1的弹性补偿控制。

上述各实施例仅用于说明本发明，其中各部件的结构、连接方式和制作工艺等都是可以有所变化的，凡是在本发明技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本发明的保护范围之外。

Claims (5)

1.一种用于电动汽车的制动控制装置，通过调节电机的回馈制动力和液压控制系统的液压制动力对传动系特性进行补偿，其特征在于，包括电机转矩传感器、电机转速传感器、车轮转速传感器和车载制动控制系统，其中，所述车载制动控制系统包括半轴转矩确定模块、齿隙状态确定模块、齿隙补偿控制模块、弹性补偿控制模块和控制时间检测模块；

所述电机转矩传感器用于采集所述电机的转矩并发送到所述半轴转矩确定模块；

所述电机转速传感器用于采集所述电机的转速分别发送到所述半轴转矩确定模块和齿隙状态确定模块；

所述车轮转速传感器用于采集所述电动汽车车轮的转速分别发送到所述半轴转矩确定模块和齿隙状态确定模块；

所述半轴转矩确定模块用于根据接收的所述电机转矩、电机转速和车轮转速计算所述传动系的半轴转矩值并发送到所述齿隙状态确定模块；

所述齿隙状态确定模块用于根据所述电机转速、车轮转速和传动系半轴转矩值确定所述传动系中齿轮啮合处的齿隙状态，其中，齿隙状态包括穿越状态和啮合状态，将确定的齿隙状态发送到所述齿隙补偿控制模块，同时将确定的齿隙状态和所述传动系半轴转矩值发送到所述弹性补偿控制模块；

所述传动系齿隙补偿控制模块用于根据所述传动系中齿隙两侧齿轮的转速差对齿隙状态为穿越状态时所述电机的回馈制动力和所述液压控制系统的液压制动力进行调节，完成对所述传动系的齿隙补偿控制；

所述弹性补偿控制模块用于预先设定所述电机的回馈制动转矩目标值，并根据所述传动系的半轴转矩值和预设的所述电机回馈制动转矩目标值对齿隙状态为啮合状态时所述电机的回馈制动力进行调节，完成对所述传动系的弹性补偿控制；

所述控制时间检测模块用于预先设定控制时间阈值，当检测到进行齿隙补偿控制所用的控制时间超过预设的控制时间阈值时发送停止信号到所述齿隙补偿控制模块，所述齿隙补偿控制模块根据停止信号停止对所述传动系的齿隙补偿控制。

2.如权利要求1所述的一种用于电动汽车的制动控制装置，其特征在于，所述齿隙补偿控制模块采用滑模控制方法，所述齿隙补偿控制模块的输入量为所述传动系中齿隙两侧齿轮的转速差，所述齿隙补偿控制模块的输出量为所述电机和液压控制系统的制动转矩值。

3.如权利要求1所述的一种用于电动汽车的制动控制装置，其特征在于，所述弹性补偿控制模块采用PID控制方法，所述弹性补偿控制模块的输入量为所述传动系的半轴转矩值和所述电机的回馈制动转矩目标值，所述弹性补偿控制模块的输出量为所述电机的转矩补偿值。

4.如权利要求1到3任一项所述的一种用于电动汽车的制动控制装置，其特征在于，所述半轴转矩确定模块采用卡尔曼滤波器。

5.一种用于电动汽车的制动控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)将传动系中各组齿轮之间的齿隙简化为传动系的单个齿隙转角，并将单个齿隙转角的变化范围定义为2α；将当电机处于驱动模式且传动系中齿隙两侧齿轮为啮合状态时定义为正向，单个齿隙转角为α；将当电机处于制动模式且传动系中齿隙两侧齿轮为穿越状态时定义为负向，单个齿隙转角为-α：当电机从驱动模式切换为制动模式时需要穿越传动系齿隙，单个齿隙转角从α过渡到-α，当电机从制动模式切换为驱动模式时需要穿过传动系齿隙，单个齿隙转角从-α过渡到α；

2)在电机由驱动模式到制动模式的穿越过程中，通过半轴转矩确定模块根据电机转矩传感器采集的电机转矩、电机转速传感器采集的电机转速、车轮转速传感器采集的车轮转速计算传动系的半轴转矩值；

3)通过齿隙状态确定模块根据电机转速、车轮转速和传动系的半轴转矩值确定传动系中齿隙两侧齿轮的齿隙状态，如果是穿越状态则进入步骤4)，如果是啮合状态则进入步骤6)；

4)若确定的齿隙状态为穿越状态，即当传动系的单个齿隙转角从-α过渡到α时，则通过齿隙补偿控制模块根据传动系中齿隙两侧齿轮的转速差对电机的回馈制动力和液压控制系统的液压制动力进行调节，完成对传动系的齿隙补偿控制；

5)若控制时间检测模块检测到进行齿隙补偿控制所用控制时间没有超过预设的控制时间阈值时，则进入步骤3)；

若通过控制时间检测模块预设控制时间阈值并检测到进行齿隙补偿控制所用控制时间超过预设的控制时间阈值时，则通过控制时间检测模块发送停止信号到齿隙补偿控制模块，齿隙补偿控制模块根据停止信号停止对传动系进行齿隙补偿控制，则确定的齿隙状态为啮合状态，进入步骤6)通过弹性补偿控制模块对传动系进行弹性补偿控制；

6)若确定的齿隙状态为啮合状态，即当传动系的单个齿隙转角从α过渡到-α时，则直接通过弹性补偿控制模块根据传动系的半轴转矩值和预设的电机回馈制动转矩目标值对电机的回馈制动力进行调节，完成对传动系的弹性补偿控制。