CN108819726A - 基于制动效能一致性的制动能量回收控制方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种基于制动效能一致性的制动能量回收控制方法，包括：制动开始前，对当前道路附着系数进行识别；确定当前道路附着系数下的制动效能参考样本函数；制动开始时，接收来自制动踏板开度传感器的制动踏板位置信息，并且判定当前制动踏板开度以及当前车速；判断是否进入下一步启用制动能量回收，若判断结果为否，则采取常规液压制动措施；进行制动能量回收。本发明还公开了一种基于制动效能一致性的制动能量回收控制系统。本发明通过路面识别比较模块，判断并匹配出当前处于何种附着系数的路面，有利于对ABS控制的优化；通过制动踏板开度传感器识别驾驶员的制动意图，在保证汽车主动安全性的前提下，进行制动能量回收。

Description

基于制动效能一致性的制动能量回收控制方法及系统
技术领域
本发明涉及电动车能量回收技术领域，尤其是一种基于制动效能一致性的制动能量回收控制方法及系统。
背景技术
随着能源问题和环境污染问题的加剧，电动车辆的研究与应用具有重要意义。在现今的能量回收控制方法中往往存在回收效率和制动舒适性的矛盾，这主要体现在当开启与关闭制动能量回收系统时，二者所产生的制动感觉和制动效能存在较大差异，造成驾驶员无法很好的适应这两种不同的制动工况，造成此种现象的根本原因是，电机的外特性曲线在某一转速区间，回收扭矩和转速存在严重的非线性，而传统的液压制动力矩是随着制动踏板开度而线性增加的。二者同时作用时，便出现制动效能不一致的情况。
目前制动防抱死系统(ABS)已广泛应用于各种车辆当中，市面上主流的ABS系统是基于逻辑门限法，该方法并无法完全保证在低附着系数路面下完全有效。汽车在积水或冰雪等低附着系数路面遇到突发状况进行紧急制动时,无法充分利用其制动系统提供的制动力,前后车轮极易发生抱死,从而造成制动效能下降。因此，对于不同附着系数的路面应当采取灵活采取不同的制动策略。提高附着系数利用率，充分发挥ABS系统的性能，保证汽车的主动安全性。
发明内容
本发明的首要目的在于提供一种既能解决驾驶员在开启和关闭制动能量回收系统时，这两种制动工况存在的制动效能不一致的问题，又能在不同附着系数的路面下，保证相对稳定的制动效能，充分发挥ABS的性能，提高附着系数利用率，保证汽车的主动安全性的基于制动效能一致性的制动能量回收控制方法。
为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：一种基于制动效能一致性的制动能量回收控制方法，该方法包括下列顺序的步骤：
(1)制动过程开始前，对当前道路附着系数进行识别；
(2)确定当前道路附着系数下的制动效能参考样本函数；
(3)制动过程开始时，接收来自制动踏板开度传感器的制动踏板位置信息，并且判定当前制动踏板开度以及当前车速；
(4)根据当前电池荷电状态，以及制动踏板开度，判断是否进入下一步启用制动能量回收，若判断结果为否，则采取常规液压制动措施；
(5)进行制动能量回收。
所述步骤(1)具体是指：
(1a)由ABS系统中实时读取前轮滑移率信息λ，前轮角速度ωf，前轮角加速度后轮角速度ωr，后轮角加速度同时由后轮轮速推出当前车速V，由电机控制器中读取电机驱动扭矩Td；
(1b)对上一步得到的数据进行如下运算，得出当前所处道路是归属于哪一种附着系数路面，附着系数路面有以下三种：高附着系数路面，中附着系数路面和低附着系数路面；
表1
在上式中，为前轮理论角加速度，i为汽车主减速器比值，Fz为地面对轮胎的支持力，r为车轮滚动半径，三者均为常数；Cn1、Cn2、Cn3为路面识别参数，具体详见上表表1；
(1c)将上一步中的所有与相减，取差值最小的一组识别为当前路面附着系数，即：
在所述步骤(2)中，当前道路附着系数下的制动效能参考样本函数包括：制动加速度a、制动时刻初速度V0和制动踏板开度P％，在制动踏板开度P％为0～80％的区间段，制动加速度a随着制动踏板开度P％的增加而线性增加，在制动踏板开度P％处于0～80％区间由于线性增加最能体现制动的舒适性，同是也能接近于传统制动系的制动感觉；在制动踏板开度P％为80％～100％区间段，制动加速度a保持不变，这个区间通常是处于紧急制动状态，汽车制动力已经达到地面附着极限，地面提供的制动力无法继续增加，故制动加速度不在增加；在同一制动踏板开度P％，制动加速度a不随制动时刻初速度V0的变化而变化。
所述步骤(4)包括如下步骤：
(4a)判断此时踏板开度是否小于80％，如果判断结果为是，则进入步骤(4b)，否则，进入步骤(4c)；
(4b)判断此时电池荷电状态是否小于95％，如果判断结果为是，则进入步骤(5)，否则，进入步骤(4c)；
(4c)采取常规制动措施，动力全部由液压制动力提供。
所述步骤(5)包括如下步骤：
(5a)根据步骤(3)所得的制动踏板开度P％和制动初速度V确定在制动效能参考样本函数中的制动加速度a；
(5b)根据车辆动力学模型计算出达到目标制动加速度a时所需的总制动转矩Ta；
(5c)获取当前电机转速S，若当前电机转速S小于等于额定转速SN则电机最大回收转矩Tr为额定转矩Tn，若当前电机转速S大于额定转速SN，由公式判断电机最大回收转矩Tr经过主减速器放大后是否能满足总制动转矩Ta需求，即判断Tr*i是否大于Ta，若判断结果为是，则进入步骤(5d)，否则，进入步骤(5e)；其中，P为电机额定功率；
(5d)采用纯电机回收制动模式：制动力全部由电机回收力矩提供，液压制动装置不工作，Tr＝Ta/i；
(5e)采用电液联合制动模式：制动力矩由两部分组成，一部分为电机当前最大回收力矩Tr，剩余部分由液压制动力矩补足即液压制动力矩为总制动转矩Ta减去电机当前最大回收力矩Tr；对于液压制动力矩，前轴液压制动力矩与后轴液压制动力分配按照固定比例β分配，即前轴制动器制动力：后轴制动器制动力＝β：(1-β)，此时液压制动装置与回收系统协调工作。
本发明的另一目的在于提供一种基于制动效能一致性的制动能量回收控制方法的系统，包括：
路面识别比较模块，根据ABS控制器中得到的实时前轮滑移率信息λ，前轮角速度ωf，实时前轮角加速度后轮角速度ωr后轮角加速度同时由后轮轮速推出当前车速V，电机控制器中读取电机驱动扭矩Td，根据以上参数通过识别出当前道路附着系数；
制动效能确定模块，根据当前的道路附着系数选取出相应的制动效能参考样本函数，在此基础上，结合制动过程中，汽车制动时的初速度V和制动踏板开度P％，确定出目标制动加速度；
电池分析模块，根据电池电压、电池容量、能量、功率、放电速率、充电速率、电池初始荷电状态值、电量计算分析出工况仿真电池端电压、内阻特性、充放电电流、充放电功率特性曲线；
电机控制模块，根据额定功率、额定转速、额定转矩、最高转速、工作效率图谱分析确定电机所能提供的最大制动能量回收转矩；
电子式液压制动模块，根据整车控制器发出的制动力需求指令，通过液压控制单元精确的实现液压压力的控制。
所述路面识别比较模块包括整车控制器VCU、ABS控制器、轮速传感器和电机控制器；所述制动效能确定模块包括整车控制器VCU、ABS控制器、电机控制器、电池管理系统BMS、制动踏板和制动踏板开度传感器；所述电池分析模块包括动力电池和电池管理系统BMS；所述电机控制模块包括电机和电机控制器；所述电子式液压制动模块包括制动踏板、制动总泵、制动踏板开度传感器、液压控制单元HCU和制动分泵；所述动力电池通过电池管理系统BMS向整车控制器VCU供电，所述轮速传感器的输出端与ABS控制器的输入端相连，ABS控制器的输出端与整车控制器VCU的第一输入端相连，制动踏板开度传感器与整车控制器VCU的第二输入端相连，整车控制器VCU的输出端与液压控制单元HCU的输入端相连，整车控制器VCU与电机控制器双向通讯，电机控制器的输出端与电机的输入端相连。
由上述技术方案可知，本发明的优点在于：第一，通过路面识别比较模块，判断并匹配出当前处于何种附着系数的路面，有利于对ABS控制的优化；第二，通过制动踏板开度传感器识别驾驶员的制动意图，在保证汽车主动安全性的前提下，进行制动能量回收；第三，根据电池分析模块提供的信息，决定是否启用能量回收系统，保证了汽车电气设备的安全。
附图说明
图1是本发明的系统组成框图；
图2是本发明的电路原理图；
图3是不同路面附着系数下的制动效能参考样本函数三维坐标示意图；
图4是制动能量回收的方法流程图。
具体实施方式
如图4所示，一种基于制动效能一致性的制动能量回收控制方法，该方法包括下列顺序的步骤：
(1)制动过程开始前，对当前道路附着系数进行识别；
(2)确定当前道路附着系数下的制动效能参考样本函数；
(3)制动过程开始时，接收来自制动踏板开度传感器的制动踏板位置信息，并且判定当前制动踏板开度以及当前车速；
(4)根据当前电池荷电状态，以及制动踏板开度，判断是否进入下一步启用制动能量回收，若判断结果为否，则采取常规液压制动措施；
(5)进行制动能量回收。
如图3所示，所述步骤(1)具体是指：
(1a)由ABS系统中实时读取前轮滑移率信息λ，前轮角速度ωf，前轮角加速度后轮角速度ωr，后轮角加速度同时由后轮轮速推出当前车速V，由电机控制器中读取电机驱动扭矩Td；
(1b)对上一步得到的数据进行如下运算，得出当前所处道路是归属于哪一种附着系数路面，附着系数路面有以下三种：高附着系数路面，中附着系数路面和低附着系数路面；
表1
在上式中，为前轮理论角加速度，i为汽车主减速器比值，Fz为地面对轮胎的支持力，r为车轮滚动半径，三者均为常数；Cn1、Cn2、Cn3为路面识别参数，具体详见上表表1；
(1c)将上一步中的所有与相减，取差值最小的一组识别为当前路面附着系数，即：
在所述步骤(2)中，如图3所示，当前道路附着系数下的制动效能参考样本函数包括：制动加速度a、制动时刻初速度V0和制动踏板开度P％，在制动踏板开度P％为0～80％的区间段，制动加速度a随着制动踏板开度P％的增加而线性增加；在制动踏板开度P％为80％～100％区间段，制动加速度a保持不变；在同一制动踏板开度P％，制动加速度a不随制动时刻初速度V0的变化而变化。
所述步骤(4)包括如下步骤：
(4a)判断此时踏板开度是否小于80％，如果判断结果为是，则进入步骤(4b)，否则，进入步骤(4c)；
(4b)判断此时电池荷电状态是否小于95％，如果判断结果为是，则进入步骤(5)，否则，进入步骤(4c)；
(4c)采取常规制动措施，动力全部由液压制动力提供。
所述步骤(5)包括如下步骤：
(5a)根据步骤(3)所得的制动踏板开度P％和制动初速度V确定在制动效能参考样本函数中的制动加速度a；
(5b)根据车辆动力学模型计算出达到目标制动加速度a时所需的总制动转矩Ta；
(5c)获取当前电机转速S，若当前电机转速S小于等于额定转速SN则电机最大回收转矩Tr为额定转矩Tn，若当前电机转速S大于额定转速SN，由公式判断电机最大回收转矩Tr经过主减速器放大后是否能满足总制动转矩Ta需求，即判断Tr*i是否大于Ta，若判断结果为是，则进入步骤(5d)，否则，进入步骤(5e)；其中，P为电机额定功率；
(5d)采用纯电机回收制动模式：制动力全部由电机回收力矩提供，液压制动装置不工作，Tr＝Ta/i；
(5e)采用电液联合制动模式：制动力矩由两部分组成，一部分为电机当前最大回收力矩Tr，剩余部分由液压制动力矩补足即液压制动力矩为总制动转矩Ta减去电机当前最大回收力矩Tr；对于液压制动力矩，前轴液压制动力矩与后轴液压制动力分配按照固定比例β分配，即前轴制动器制动力：后轴制动器制动力＝β：(1-β)，此时液压制动装置与回收系统协调工作，β一般是由实际汽车质心高度、前轮轴距和后轮轴距来确定的。
如图1所示，本系统包括：路面识别比较模块，根据ABS控制器中得到的实时前轮滑移率信息λ，前轮角速度ωf，实时前轮角加速度后轮角速度ωr后轮角加速度同时由后轮轮速推出当前车速V，电机控制器中读取电机驱动扭矩Td，根据以上参数通过识别出当前道路附着系数；制动效能确定模块，根据当前的道路附着系数选取出相应的制动效能参考样本函数，在此基础上，结合制动过程中，汽车制动时的初速度V和制动踏板开度P％，确定出目标制动加速度；电池分析模块，根据电池电压、电池容量、能量、功率、放电速率、充电速率、电池初始荷电状态值、电量计算分析出工况仿真电池端电压、内阻特性、充放电电流、充放电功率特性曲线；电机控制模块，根据额定功率、额定转速、额定转矩、最高转速、工作效率图谱分析确定电机所能提供的最大制动能量回收转矩；电子式液压制动模块，根据整车控制器发出的制动力需求指令，通过液压控制单元精确的实现液压压力的控制。
如图2所示，所述路面识别比较模块包括整车控制器VCU、ABS控制器、轮速传感器和电机控制器；所述制动效能确定模块包括整车控制器VCU、ABS控制器、电机控制器、电池管理系统BMS、制动踏板和制动踏板开度传感器；所述电池分析模块包括动力电池和电池管理系统BMS；所述电机控制模块包括电机和电机控制器；所述电子式液压制动模块包括制动踏板、制动总泵、制动踏板开度传感器、液压控制单元HCU和制动分泵；所述动力电池通过电池管理系统BMS向整车控制器VCU供电，所述轮速传感器的输出端与ABS控制器的输入端相连，ABS控制器的输出端与整车控制器VCU的第一输入端相连，制动踏板开度传感器与整车控制器VCU的第二输入端相连，整车控制器VCU的输出端与液压控制单元HCU的输入端相连，整车控制器VCU与电机控制器双向通讯，电机控制器的输出端与电机的输入端相连。
ABS控制器负责接收四个轮速传感器的当前轮速，并计算出角加速度和当前车速，并将当前车速提交给整车控制器VCU；整车控制器VCU集成了路面识别流程、制动效能参考样本函数和制动能量回收流程；电池管理系统BMS计算出当前动力电池的SOC，并提交给整车控制器VCU做出决策；电机控制器负责接收来自整车控制器VCU的控制命令，控制电机驱动转矩、制动转矩和转速，同时将当前的电机转速反馈给整车控制器VCU；制动踏板开度传感器测量制动踏板开度，并将开度信息反馈给整车控制器VCU，整车控制器VCU得知制动踏板开度信息后，根据当前策略，发出指令至液压控制单元HCU，液压控制单元HCU产生对应的液压制动压力送至各个制动分泵。
综上所述，本发明通过路面识别比较模块，判断并匹配出当前处于何种附着系数的路面，有利于对ABS控制的优化；通过制动踏板开度传感器识别驾驶员的制动意图，在保证汽车主动安全性的前提下，进行制动能量回收；根据电池分析模块提供的信息，决定是否启用能量回收系统，保证了汽车电气设备的安全。

Claims (7)

1.一种基于制动效能一致性的制动能量回收控制方法，其特征在于：该方法包括下列顺序的步骤：
(1)制动过程开始前，对当前道路附着系数进行识别；
(2)确定当前道路附着系数下的制动效能参考样本函数；
(3)制动过程开始时，接收来自制动踏板开度传感器的制动踏板位置信息，并且判定当前制动踏板开度以及当前车速；
(4)根据当前电池荷电状态，以及制动踏板开度，判断是否进入下一步启用制动能量回收，若判断结果为否，则采取常规液压制动措施；
(5)进行制动能量回收。
2.根据权利要求1所述的基于制动效能一致性的制动能量回收控制方法，其特征在于：所述步骤(1)具体是指：
(1a)由ABS系统中实时读取前轮滑移率信息λ，前轮角速度ωf，前轮角加速度后轮角速度ωr，后轮角加速度同时由后轮轮速推出当前车速V，由电机控制器中读取电机驱动扭矩Td；
(1b)对上一步得到的数据进行如下运算，得出当前所处道路是归属于哪一种附着系数路面，附着系数路面有以下三种：高附着系数路面，中附着系数路面和低附着系数路面；
表1
在上式中，为前轮理论角加速度，i为汽车主减速器比值，Fz为地面对轮胎的支持力，r为车轮滚动半径，三者均为常数；Cn1、Cn2、Cn3为路面识别参数，具体详见上表表1；
(1c)将上一步中的所有与相减，取差值最小的一组识别为当前路面附着系数，即：
3.根据权利要求1所述的基于制动效能一致性的制动能量回收控制方法，其特征在于：在所述步骤(2)中，当前道路附着系数下的制动效能参考样本函数包括：制动加速度a、制动时刻初速度V0和制动踏板开度P％，在制动踏板开度P％为0～80％的区间段，制动加速度a随着制动踏板开度P％的增加而线性增加；在制动踏板开度P％为80％～100％区间段，制动加速度a保持不变；在同一制动踏板开度P％，制动加速度a不随制动时刻初速度V0的变化而变化。
4.根据权利要求1所述的基于制动效能一致性的制动能量回收控制方法，其特征在于：所述步骤(4)包括如下步骤：
(4a)判断此时制动踏板开度P％是否小于80％，如果判断结果为是，则进入步骤(4b)，否则，进入步骤(4c)；
(4b)判断此时电池荷电状态是否小于95％，如果判断结果为是，则进入步骤(5)，否则，进入步骤(4c)；
(4c)采取常规制动措施，动力全部由液压制动力提供。
5.根据权利要求1所述的基于制动效能一致性的制动能量回收控制方法，其特征在于：所述步骤(5)包括如下步骤：
(5a)根据步骤(3)所得的制动踏板开度P％和制动时刻初速度V0确定在制动效能参考样本函数中的制动加速度a；
(5b)根据车辆动力学模型计算出达到目标制动加速度a时所需的总制动转矩Ta；
(5c)获取当前电机转速S，若当前电机转速S小于等于额定转速SN则电机最大回收转矩Tr为额定转矩Tn；若当前电机转速S大于额定转速SN，则判断电机最大回收转矩Tr经过主减速器放大后是否能满足总制动转矩Ta的需求，即判断Tr*i是否大于Ta，若判断结果为是，则进入步骤(5d)，否则，进入步骤(5e)；其中，P为电机额定功率；
(5d)采用纯电机回收制动模式：制动力全部由电机回收力矩提供，液压制动装置不工作，Tr＝Ta/i；
(5e)采用电液联合制动模式：制动力矩由两部分组成，一部分为电机当前最大回收力矩Tr，剩余部分由液压制动力矩补足即液压制动力矩为总制动转矩Ta减去电机当前最大回收力矩Tr；对于液压制动力矩，前轴液压制动力矩与后轴液压制动力分配按照固定比例β分配，即前轴制动器制动力：后轴制动器制动力＝β：(1-β)，此时液压制动装置与回收系统协调工作。
6.实施如权利要求1至5中任一项所述的基于制动效能一致性的制动能量回收控制方法的系统，其特征在于：包括：
路面识别比较模块，根据ABS控制器中得到的实时前轮滑移率信息λ，前轮角速度ωf，实时前轮角加速度后轮角速度ωr后轮角加速度同时由后轮轮速推出当前车速V，电机控制器中读取电机驱动扭矩Td，根据以上参数通过识别出当前道路附着系数；
制动效能确定模块，根据当前的道路附着系数选取出相应的制动效能参考样本函数，在此基础上，结合制动过程中，汽车制动时的初速度V和制动踏板开度P％，确定出目标制动加速度；
电池分析模块，根据电池电压、电池容量、能量、功率、放电速率、充电速率、电池初始荷电状态值、电量计算分析出工况仿真电池端电压、内阻特性、充放电电流、充放电功率特性曲线；
电机控制模块，根据额定功率、额定转速、额定转矩、最高转速、工作效率图谱分析确定电机所能提供的最大制动能量回收转矩；
电子式液压制动模块，根据整车控制器发出的制动力需求指令，通过液压控制单元精确的实现液压压力的控制。
7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于：所述路面识别比较模块包括整车控制器VCU、ABS控制器、轮速传感器和电机控制器；所述制动效能确定模块包括整车控制器VCU、ABS控制器、电机控制器、电池管理系统BMS、制动踏板和制动踏板开度传感器；所述电池分析模块包括动力电池和电池管理系统BMS；所述电机控制模块包括电机和电机控制器；所述电子式液压制动模块包括制动踏板、制动总泵、制动踏板开度传感器、液压控制单元HCU和制动分泵；所述动力电池通过电池管理系统BMS向整车控制器VCU供电，所述轮速传感器的输出端与ABS控制器的输入端相连，ABS控制器的输出端与整车控制器VCU的第一输入端相连，制动踏板开度传感器与整车控制器VCU的第二输入端相连，整车控制器VCU的输出端与液压控制单元HCU的输入端相连，整车控制器VCU与电机控制器双向通讯，电机控制器的输出端与电机的输入端相连。
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