CN108025651B - 具有制动系统的车辆以及用于制动系统的方法和控制器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于车辆(10)的制动系统的控制器(27)。该制动系统在相应的前轮轴和后轮轴(16，18)上具有独立发电机(20，22)。控制器(27)包括输入端(44)，该输入端(44)被布置成监测车辆状况和发电机(20，22)的运行状况。控制器(27)还包括处理装置(46)，该处理装置(46)被布置成：基于车辆状况来确定前轮轴与后轮轴(16，18)之间的制动力分配范围，并且响应于制动需求和发电机(20，22)的运行状况来计算制动力分配范围内的制动力分配。另外，控制器(27)包括输出端(50)，该输出端(50)被布置成根据所计算的制动力分配来控制发电机。

Description

具有制动系统的车辆以及用于制动系统的方法和控制器

技术领域

本发明涉及再生制动系统，并且更具体地但并非排他地涉及每个轮轴上具有独立发电机的电动车辆或混合动力电动车辆的那些再生制动系统。本发明的各方面涉及用于制动系统的控制器、制动系统、车辆以及操作车辆的制动系统的方法。

背景技术

可以使用制动系统使车辆减速或降速。通常，制动系统包括液压制动系统。在最近，制动系统还包含了再生制动系统。

液压制动系统通常包括用于使车辆的每个车轮减速的盘式制动器。这些盘式制动器包括安装至车辆的侧轴的制动盘或转子以及一对制动衬垫，该对制动衬垫用卡钳支承以将制动衬垫定位在制动盘的任一侧。液压回路被设置成响应于来自车辆的驾驶员的制动命令而向每个制动衬垫施加压力。

典型的再生制动系统包括连结至一个或两个车轴的电机。更具体地，存在车辆的每个轮轴上包括独立电机的再生制动系统。在正常行驶中，电机形成电动机，该电动机被布置成将电能转换为用于使轮轴的轴转动的机械能。然而，在再生制动期间，该过程是相反的，并且在将电机用作发电机以将轴转动的机械能转换为电能中通过阻力使轴减速。该电能可以存储在车辆电池中以随后供应给电动机。这样的再生制动系统允许延长车辆可行驶里程(range)。

典型的制动系统在前轮轴和后轮轴之间施加固定的制动力分配。以这种方式，再生制动期间回收的能量未被优化，原因是：在车辆的使用寿命期间，各种部件如电机可能变得临时降额，从而导致非最优能量生成。例如，前发电机降额时前偏的制动力分配将导致低效的能量生成。然而，改变前轮轴与后轮轴之间的制动力分配可以引起关于车辆稳定性的问题。

本发明的目的是解决与现有技术相关联的缺点。

发明内容

本发明的各方面和实施方式提供了如在所附权利要求书中要求保护的用于车辆的制动系统的控制器、制动系统、车辆以及使车辆减速的方法。

根据本发明的方面，提供了一种用于车辆的制动系统的控制器，该制动系统在相应的前轮轴和后轮轴上具有独立发电机，并且控制器包括：输入端，被布置成监测车辆状况以及所述发电机或每个发电机的运行状况；处理装置，被布置成基于车辆状况来确定前轮轴与后轮轴之间的制动力分配范围，并且响应于制动需求和发电机的运行状况来计算制动力分配范围内的制动力分配；以及输出端，被布置成根据制动力分配来控制发电机。

以这种方式，可以改变制动分配以适应发电机状况以及车辆稳定性的改变，而不是仅仅施加固定分配，以提高能量生成。以这种方式提高能量生成最终提高了车辆的可行驶里程，由于可行驶里程和充电时间是非常重要的因素，因此这对电动车辆是非常有利的。在混合动力车辆的情况下，提高能量生成还减少排放。

车辆状况可以是与车辆稳定性有关的参数，其中随着与车辆稳定性有关的参数降低，可能的制动力分配范围减小。

制动力分配范围可以被布置成逐渐减小并收敛于安装的液压制动力分配。

所安装的液压制动力分配可以按总制动力的大约70％分配给前轮轴并且总制动力的大约30％分配给后轮轴来分配。

输出端可以被布置成：响应于车辆状况与稳定性事件相关联，将制动系统配置成通过液压制动使车辆降速。稳定性事件意指稳定性受到损害 (如其中表面粘附力已经被超过)的任何事件。在这些情况下使用液压制动从稳定性角度来看更可靠，可以利用例如防抱死制动。

车辆状况因此用于确定制动力分配范围，该制动力分配范围限定与该轮轴或每个轮轴相关联的最大制动分配阈值。最大制动分配阈值意指在其之上超过表面粘附力的制动分配。以这种方式，相应轮轴的制动力将不会超过与车辆的稳定性相关联的最大力，从而不会过度转向或转向不足。

在实施方式中，输出端可以被布置成：响应于可用再生制动不足以满足当前制动需求，发送信号以将制动系统配置成至少部分地通过液压制动使车辆降速。以这种方式，即使再生制动的制动能力不足以满足制动需求，车辆仍然可以按照要求减速。在同时施加液压制动和再生制动的情况下，通过利用再生制动的最大可用能力连同被液压处理的剩余制动力，可以使能量生成最大化。

在实施方式中，所安装的液压制动力分配可以按总制动力的大约70％分配给前轮轴并且总制动力的大约30％分配给后轮轴来分配。就标称路面上的最小制动距离和时间而言，这种分配对于液压制动是最优的。

在实施方式中，车辆状况可以基于从包括纵向加速度、横向加速度、偏航率、驾驶表面梯度、重量分布、轮胎表面摩擦系数和驾驶员制动请求的列表中选择的一个或更多个参数。纵向加速度可以用于根据加速度的方向将制动分配偏置到轮轴。例如，在制动事件中，重量转移到前轮轴。发电机在较高容量下效率最高。因此，在这种情况下，制动分配可以更多地转移到前轮轴以使能量回收最大化。在可能发生重量转移的转弯期间，可以以类似方式使用横向加速度。但是对于除了加速事件以外的情况，如恒速巡航，可以类似地使用重量分配。偏航率可以以类似的方式使用。可以通过几种方式如通过使用轮胎压力传感器来估计重量分配。可以分别使用车辆的辅助部件(如雷达系统和地形检测系统)来估计表面梯度和轮胎表面摩擦系数。对这些参数的了解将有助于预测车辆对操纵的响应。例如，上升正梯度的车辆将使重量转移到后轮轴，因此在制动事件发生时，制动分配会偏向后轮轴。下降负梯度的车辆可能需要制动，因此可以相应地使用发电机，并且适当地向前偏置。类似地，可以使用制动事件中的制动量。

在实施方式中，发电机运行状况可以从包括发电机效率、发电机温度和发电机的健康状态的列表中选择。发电机效率可以与预期水平相比较来计算，并且发电机效率是重要的，原因是具有低效率的发电机不会收获最大可能能量，因此可以选择制动分配以偏向最有效的发电机。温度和健康状态可以用于产生发电机的效率数据，以产生类似的结果。

控制器可以被操作成确定制动力分配以使得制动期间的能量回收最大化。

根据本发明的另一方面，提供了一种制动系统，该制动系统包括：在相应的前轮轴和后轮轴上的用于再生制动的独立发电机，以及前述控制器。

在实施方式中，制动系统可以包括用于液压制动的装置。

根据本发明的另一方面，提供了一种包括前述制动系统的车辆。

根据本发明的另一方面，提供了一种对车辆的制动系统进行操作的方法，所述方法包括：

监测车辆状况以及该发电机或每个发电机的运行状况；

基于车辆状况来确定前轮轴与后轮轴之间的可能的制动力分配范围；以及

响应于制动需求和发电机的运行状况，

计算制动力分配范围内的最优再生制动力分配；以及根据该分配来控制发电机。

根据本发明的另一方面，提供了一种计算机存储介质，该计算机存储介质包括用于使计算机执行前述方法的计算机可读指令。

根据本发明的另一方面，提供了一种非暂态计算机可读存储介质，该非暂态计算机可读存储介质存储用于实现前述方法的可执行计算机程序指令。

在本申请的范围内，明确意图是在前面段落、权利要求书和/或以下描述和附图中阐述的各种方面、实施方式、示例和替选方案，尤其是其各个特征，可以独立地或以任何组合来取用。也就是说，除非这些特征不兼容，否则可以以任何方式和/或组合来组合所有实施方式和/或任何实施方式的特征。尽管原来并未以下面这种方式要求保护，但是申请人保留更改任何原始提交的权利要求或相应地提交任何新的权利要求的权利，包括修改任何原始提交的权利要求以从属任何其他权利要求和/或合并任何其他权利要求的任何特征的权利。

附图说明

现在将参照附图仅以示例的方式描述本发明的一个或更多个实施方式，其中：

图1示出了根据本发明的实施方式的包括制动系统的车辆的示意图；

图2示出了来自图1的车辆的驾驶员部分的示意图；

图3示出了如图1中的制动系统中所示的控制器；

图4示出了操作中的控制器的流程图；

图5示出了用于来自图1的制动系统的操作的操作包络；

图6示出了以高轮胎表面摩擦系数操作的制动系统的与图5相似的操作包络；

图7示出了在转弯期间以高轮胎表面摩擦系数操作的制动系统的与图6相似的操作包络；以及

图8示出了以低轮胎表面摩擦系数操作的制动系统的与图6相似的操作包络。

具体实施方式

参照图1，车辆10包括由一组车轮14驱动的车身12。车轮14将车身支承在相应的前轮轴16和后轮轴18上。

尽管本发明也适用于混合动力电动车辆，但该实施方式中的车辆是电动车辆。电动车辆10包括在前轮轴16上的前机器20和在后轮轴18上的后机器22。可替选地，车辆10可以在每个轮轴16、18上包括多于一个的机器，例如在每个侧轴上包括一个机器，或以不同方式表达，每个车轮一个机器。每个机器可操作成用作用于将电能转换为用于为相应的轮轴提供动力的动能的电动机。另外，每个机器可操作成用作用于将在制动事件期间回收的动能转换成电能的发电机。电能被存储在电池24中。

车辆10还包括被液压式操作的盘式制动器26形式的液压制动装置。在该实施方式中有四个盘式制动器，每个盘式制动器被附接至轮轴中的一个轮轴的侧轴。

车辆10还包括用于控制电机20、22作为电动机或作为发电机的第一控制器27a。另外，车辆10包括用于配置用于液压制动的盘式制动器26 以及执行诸如防抱死制动系统(ABS)的功能的第二控制器27。尽管这些控制器27、27a被图示为分离的实体，但也可以利用单个控制器而执行两个功能，即特定于上面指定的各个控制器27、27a中的每一个的那些功能。因此，在本说明书中术语“控制器”可以以其单数形式或复数形式使用，而不将描述限制为任何特定配置。

提供各种传感器并将其用作去往控制器27的输入。这些传感器允许控制器监测各种车辆状况。这些传感器包括驾驶控制传感器28、轮速传感器(每个车轮一个)30、全球定位系统(GPS)32、三轴加速度计34 和偏航率传感器36。

参照示出驾驶员座位38的图2，驾驶控制传感器28被示出为耦接至加速踏板40和制动踏板42。驾驶控制传感器通过使用例如霍尔效应传感器监测每个踏板的角位移来工作。以这种方式，可以通过分别测量角位移和角位置变化率来监测制动和加速需求的大小。当然，每个踏板都将由独立的传感器进行监测，但为了简洁起见，图2中仅示出了一个。

回到图1，轮速传感器30是被布置成测量侧轴的旋转速度的电感式传感器。车辆速度和纵向加速度可以以这种方式被确定。轮速传感器也可以用于帮助确定用于估计轮胎表面摩擦系数的车轮滑移率。

GPS 32包括电子地图功能和用于将车辆的坐标映射到电子地图上的定位功能。以这种方式，车辆的速度、横向和纵向加速度以及位置可以被确定。GPS还包括信息例如用于确定车辆是否上坡或下坡的驾驶表面倾斜度。然而，该信息可以替选地或另外地由车辆的雷达或其他系统提供。

加速度计34可以用作上述传感器的替选或除了上述传感器之外还使用加速度计34，以根据其取向监测车辆的纵向和横向加速度。尽管在此出于说明目的使用压电传感器，但加速度计的类型并不是非常重要。

偏航率传感器36检测例如在转弯期间的车辆绕竖直轴的偏航或旋转。此外，偏航率传感器的具体类型并不是非常重要，尽管出于说明目的在此引用了音叉型传感器。

传感器43还被提供用于检测每个机器20、22的健康状态。健康状态可以是部件健康的形式，在这种情况下，传感器43将采用内置在测试设备的形式。另外，传感器43可以采用温度传感器的形式，因为发电机的温度会影响其效率。

参照图3，为了简洁起见，示出单个控制器27表示控制器27和27a 两者。控制器27包括用于监测上述传感器的输入端44。控制器27还包括处理装置46和用于以电子数据的形式存储控制器的功能的数据存储器 48。数据存储器48是非易失性存储器部件。还对存储在数据存储器48上的电子数据进行由传感器感测的各种参数的周期性更新。控制器27还包括输出端50，所述输出端50被布置成将电子信号发送至前机器20和后机器22(图1)和液压制动系统。尽管为了简化起见将处理装置(46)示为单个元件，但处理装置可以包括不同的处理器，例如控制器27、27a的不同处理器，其处理确定制动力分配范围并分别控制机器(20，22)。

参照图4所示的流程图来最佳地描述控制器的操作。第一控制器27 通过在步骤100监测各种车辆状况来操作。车辆状况包括前述参数，其包括纵向加速度、横向加速度、偏航率、驾驶表面梯度、重量分布、轮胎表面摩擦系数和驾驶员制动请求。另外，在步骤102，还通过第二控制器27a 监测前机器和后机器的各种运行状况。这些状况为估计的效率、部件的健康状态和温度。

接下来，在步骤104中，将车辆稳定性估计为归一化参数。车辆稳定性是基于监测的车辆状况。尽管范围并不重要，但稳定性值被归一化成在 0与1之间，并且也可以是百分比值。

参照图4和图5二者，在步骤106中，确定制动力分配的可能范围。在确定范围时，首先确定轮轴的最大制动力分配范围(X)，即可以在每个轮轴上施加的制动力的比例。例如，控制器使用车辆状况来确定在不可接受的车轮滑移发生之前轮轴可以支撑的制动能力。类似地，控制器确定轮轴的最小制动力分配(N)。例如，通过确定轮轴上的最小制动力来再次使用车辆状态，低于该最小制动力可以将太高的负担放置在其他轮轴上以获得可接受的车轮滑移率。

从图5可以看出，再生制动力分配的范围随着车辆稳定性的增加而增加。换句话说，对于具有归一化稳定性值1的车辆，范围为100％。有意思的是，这种情况在好天气下在坚固的驾驶表面上以低速发生。控制器将范围配置成逐渐减小并收敛于安装的液压制动力分配(H)，这在图5中以虚线示出。液压制动力分配发生在零车辆稳定性处。

参照图6和图7可以看出各种车辆状况对制动分配的范围的影响。

参照图6，示出了平均轮胎表面摩擦系数情况(mu～0.8)，其中该范围具有与图5中所示相同的轮廓。然而，与给定范围相关联的制动力被列出并且相对较低。

参照图7，控制器已经检测到相同的平均轮胎表面摩擦系数，尽管此外控制器已经检测到高偏航程度，即车辆在转弯。因此，控制器按照箭头 (A)所示减小最小和最大阈值。因此，由于车辆在转弯期间更不稳定，所以与车辆在转弯的情况相比，检测到的以直线和0.4g的制动需求驾驶的车辆具有更高的用于选择最优制动力分配的范围。

进一步参照图4，在步骤107中，确定机器20、22两者可以在步骤106计算出的制动力分配范围内实现的最大制动力(可用窗口)。然后，在步骤109中，如果存在足够的能力仅使用再生制动根据制动需求来使车辆降速，则处理继续到步骤114。然而，如果没有足够的能力来仅使用再生制动使车辆降速，则控制器继续到步骤112。

步骤111也进入步骤112以通过液压制动进行减速。在步骤111，稳定性事件被检测到，意味着应当使用液压制动，例如使用ABS。例如，稳定性事件可以是不可接受的车轮滑移情况。这种情况可以使用安装在每个车轮上的传感器被检测到。在预期轮速为例如10m/s并且传感器中的三个检测到10m/s但一个传感器检测到2m/s的情况下，异常可能是由于不可接受的量的车轮滑移引起。以这种方式，处理继续到步骤112，其中制动系统被配置成通过液压制动或通过液压制动和再生制动的混合组合来使车辆降速。

液压制动力分配通常为前轮轴上约70％并且后轮轴上约30％。随着车辆稳定性降低，制动力分配范围收敛于该比率，使得随着车辆稳定性降低，可以实现纯液压与全部或部分再生制动之间的平稳过渡。这例如在车辆稳定性事件期间是有利的，其中给定70:30制动力分配的车辆行为被充分表征并且车辆中可以提供标准防抱死制动系统和牵引力控制系统，并且在从使用再生制动到液压制动转移时制动力分配没有阶跃变化。

在步骤114，控制器基于相应机器的运行状况和制动需求计算在范围内的实际制动力分配。通常情况下，控制器可以尝试对前轮轴施加最大制动力，因为发电机提高了对于增加的能力的效率。然而，如果控制器确定前机器有故障或被机器的健康状态危及，则控制器可以选择更偏向后轮轴的制动力分配，使得后机器从使车辆减速产生更多的电能。其他因素也可以考虑在内，例如机器的温度，因为热机器可能比冷机器效率相对要低。此外，热机器不太能够产生功率，因而增加了损坏其部件的风险。因此，控制器可以根据在先前计算的制动力分配范围内的机器的状况来选择在前轮轴与后轮轴之间的适当的制动力分配。控制器可以设法例如使制动期间回收的能量最大化。

各种车辆状况可以影响所选的实际分配。例如，在检测到车辆下坡时，重量分配将转移到前轮轴，在这种情况下，再生制动分配将偏向前轮轴，增加的利用率可以被前机器利用。相反，如果检测到上坡，制动力分配将偏向后机器，增加的利用率可以被后机器利用。

因此，使用前轮轴与后轮轴之间的再生制动来保持车辆稳定性和确定合适的制动分配的功能可以被分离。可选地，确定制动力分配范围的步骤可以由ABS控制器执行并且可用于单独的发电机控制器。响应于制动请求，期望制动的大小和制动力分配范围可用于发电机控制器，然后基于发电机的状况自由计算制动力分配范围内的理想制动力分配。例如，在制动力分配范围内，发电机控制器可以寻求能量再生被最大化的最优分配。

进一步参照图4，控制器在步骤114确定例如对于上述那些说明性情况在该范围内的最优制动力分配。图8示出了低摩擦系数的最优点。在这种情况下，后轮轴的最优制动力分配由点划线(O)示出。圆圈突出显示了以下情况：从后轮轴机器提供大约45％的制动力以及从前轮轴机器提供大约55％的制动力的大约0.2g的制动输入。该分配是所有四个车轮将同时锁定在该特定的表面/轮胎组合，即所有四个轮胎接触片都同样努力工作。在同一表面上，安装的制动力分配会引起前轮首先锁定，引起制动性能下降。通过以这种方式组合电动和液压系统以有意改变制动力分配，车辆停止性能被最大化并且ABS干预的风险被最小化。液压制动力分配处于安装的分配(在该示例中从前到后70:30)，并且来自发电机的制动力分配被选择为使得来自安装的液压制动器和再生制动的组合的制动力分配保持在制动力分配范围内。

进一步参照图4，控制器在步骤118将机器配置成在选择的制动力分配下使车辆减速。在步骤120，将在制动事件期间产生的电能存储在电池中。通过以这种方式控制可用的制动力分配，制动期间恢复的能量可以被最大化而不会损害车辆的稳定性。以这种方式，存在许多后续的益处，例如在电动车辆的情况下增加车辆可行驶里程或在混合动力车辆的情况下减少排放。

Claims (13)

1.一种用于车辆的制动系统的控制器，所述制动系统在相应的前轮轴和后轮轴上具有独立发电机，并且所述控制器包括：输入端，被布置成监测车辆状况和所述发电机的运行状况；处理装置，被布置成：基于所述车辆状况来确定所述前轮轴和所述后轮轴之间的制动力分配范围，并且响应于制动需求和所述发电机的所述运行状况来计算所述制动力分配范围内的制动力分配；以及输出端，被布置成根据所述制动力分配来控制所述发电机；其中，所述车辆状况是与车辆稳定性有关的参数，其中，所述制动力分配范围随着与车辆稳定性有关的所述参数降低而减小，并且其中，所述制动力分配范围被布置成逐渐减小并收敛于安装的液压制动力分配。

2.根据权利要求1所述的控制器，其中，所安装的液压制动力分配按总制动力的70％分配给所述前轮轴并且所述总制动力的30％分配给所述后轮轴来分配。

3.根据权利要求1或2所述的控制器，其中，所述输出端被布置成：响应于所述车辆状况与稳定性事件相关联，将所述制动系统配置成通过液压制动使所述车辆降速。

4.根据权利要求1或2所述的控制器，其中，所述处理装置被布置成确定所述制动力分配范围内的可用再生制动，并且所述处理装置被布置成：响应于所述可用再生制动足以满足当前制动需求，发送信号以将所述制动系统配置成通过再生制动使所述车辆降速。

5.根据权利要求4所述的控制器，其中，所述输出端被布置成：响应于所述可用再生制动不足以满足所述当前制动需求，发送信号以将所述制动系统配置成至少部分地通过液压制动使所述车辆降速。

6.根据权利要求1或2所述的控制器，其中，所述车辆状况基于从包括纵向加速度、横向加速度、偏航率、驾驶表面梯度、重量分布、轮胎表面摩擦系数和驾驶员制动请求的列表中选择的一个或更多个参数。

7.根据权利要求1或2所述的控制器，其中，所述发电机运行状况是从包括发电机效率、发电机温度和所述发电机的健康状态的列表中选择的。

8.根据权利要求1或2所述的控制器，所述控制器能够操作成确定所述制动力分配以使得制动期间的能量回收最大化。

9.一种制动系统，所述制动系统包括：在相应的前轮轴和后轮轴上的用于再生制动的独立发电机，以及根据权利要求1至8中任一项所述的控制器。

10.一种车辆，所述车辆包括根据权利要求9所述的制动系统。

11.一种对车辆的制动系统进行操作的方法，所述制动系统在前轮轴和后轮轴上具有独立发电机，所述方法包括：

监测车辆状况以及所述发电机或每个发电机的运行状况；

基于所述车辆状况来确定所述前轮轴与所述后轮轴之间的制动力分配范围；以及

响应于制动需求和所述发电机的运行状况，计算所述制动力分配范围内的制动力分配；以及根据所述制动力分配来控制所述发电机；

其中，所述车辆状况是与车辆稳定性有关的参数，其中，所述制动力分配范围随着与车辆稳定性有关的参数降低而减小，并且其中，所述制动力分配范围被布置成逐渐减小并收敛于安装的液压制动力分配。

12.一种计算机存储介质，所述计算机存储介质包括用于使计算机执行根据权利要求11所述的方法的计算机可读指令。

13.一种非暂态计算机可读存储介质，所述非暂态计算机可读存储介质存储用于实现根据权利要求11所述的方法的可执行计算机程序指令。

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