CN109910849A

CN109910849A - 一种基于ehb系统的分布式驱动电动车复合制动控制方法

Info

Publication number: CN109910849A
Application number: CN201910193741.9A
Authority: CN
Inventors: 冷搏; 熊璐; 史彪飞; 余卓平; 杨兴
Original assignee: Tongji University
Current assignee: Tongji University
Priority date: 2019-03-14
Filing date: 2019-03-14
Publication date: 2019-06-21

Abstract

本发明涉及一种基于EHB系统的分布式驱动电动车复合制动控制方法，该方法针对搭载了集成式电子液压制动系统和前后轴分布式驱动电机的电动汽车，利用电子液压制动系统实现液压制动和电机再生制动解耦，利用分布式电机实现制动力矩矢量控制，灵活分配整车电、液制动力和前后轴电机再生制动力，在满足制动法规的同时，能根据不同车速下的制动力需求充分利用电机高效区。与现有技术相比，本发明可提高分布式驱动电动汽车的能量回收率和续驶里程。本发明提出的控制方法合理可行，具有典型性和通用性。

Description

一种基于EHB系统的分布式驱动电动车复合制动控制方法

技术领域

本发明涉及电动汽车复合制动技术领域，尤其是涉及一种基于EHB系统的分布式驱动电动车复合制动控制方法。

背景技术

能源危机和环境污染使得大力发展电能参与驱动的汽车成为时代的需求。而分布式驱动电动汽车在动力性，经济性，和操稳性方面都有集中式驱动系统无可比拟的优势。电动汽车依靠再生制动系统能进行制动能量回收，在电池技术不能取得突破性进展的情况下，能量回收是提高车辆续驶里程的重要途径。根据有关研究，一辆常年在城市行驶的车辆大约有30％到50％的能量在制动过程中以热的形式耗散掉。如果能利用这部分能量，就能极大地改善车辆的能量经济性。而电动汽车依靠其配备的复合制动系统可以大幅回收动能。

复合制动系统一般包括电机制动子系统和液压制动子系统，电动汽车的制动需求由驱动电机的再生制动力和液压制动系统的液压制动力共同完成。复合制动策略根据制动系统的不同分为并联式和串联式，并联式是指电机制动力直接按比例叠加到液压制动力之上，适用于传统制动系统，易于实现，成本低，但能量回收率较低；而串联式策略依靠制动踏板与制动液压力解耦，可以优先使用电机力进行制动，电机力达到上限后再施加液压制动力，这种策略能量回收率较高，但需要对制动系统重新设计，成本高，代表车型有普锐斯。

电子液压制动系统(Electro-hydraulic Brake System，EHB)是一种新型的具有解耦功能和主动增压功能的线控制动系统，是汽车液压制动系统的发展趋势。

分布式驱动电动汽车，相比于传统内燃机汽车，其具有可获得信息多，各个车轮转矩精确可知可控，转矩响应迅速等特点。前后轴均搭载驱动电机的分布式驱动电动汽车可实现总电机力在前后轴的分配。

有关复合制动策略文献，主要研究在一定制动需求下，如何分配前后制动力以及进一步的如何分配液压制动力与电机制动力，而很少考虑在一定的电机制动力需求下，如何分配前后电机制动力(对于分布式驱动车辆)。另一方面，制动电机的发电效率与其当前的转速和转矩有关，因此，如何根据电机的工作状态实时调整前后电机制动力的分配以获得最高的整体发电效率具有科研价值和实际意义。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于EHB系统的分布式驱动电动车复合制动控制方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种基于EHB系统的分布式驱动电动车复合制动控制方法，包括以下步骤：

步骤1：分布式驱动电动车的电液制动力分配模块结合制动需求及车辆状态信息获取总电机制动力和目标液压力，车辆状态信息包括车辆信息、电池信息等；

步骤2：定义确定总电机效率，总电机效率，其定义形式和名称不限，但其核心是为了反映出总的电机效率；

步骤3：获取最优后轴电机力矩分配系数，最优后轴电机力矩分配系数，其定义形式和名称不限，但其核心是为了反映出前后电机制动力占总电机制动力的比重；

步骤4：在限定约束下根据最优后轴电机力矩分配系数确定前电机力和后电机力；

步骤5：将获取的目标液压力、前电机力和后电机力分别作用到电子液压制动系统、前电机和后电机，使车辆制动。

优选地，所述的电子液压制动系统设置有制动踏板，其具备与实际施加在车辆上的液压制动力的解耦能力，即驾驶员对制动踏板操作只表征驾驶意图，总电机制动力和目标液压力根据所述步骤1获取确定。

优选地，所述总电机制动力由前后轴的驱动电机共同产生，所述前后轴的驱动电机的制动力的比例按照需求设置，以安全性和经济性为目标，根据所述步骤2-步骤5获取确定后轴电机力矩分配系数。

优选地，所述限定约束为ECE法规和I曲线。

优选地，所述ECE法规采用联合国欧洲经济委员会制定的ECE R13法规，其包括对双轴汽车前、后轮制动器制动力提出的要求：对于路面附着系数之间的各种车辆，要求制动强度且车辆在各种装载质量时，前轴利用附着系数曲线应在后轴利用附着系数曲线之上。

优选地，所述后轴电机力矩分配系数的取值范围为0～1，当其为0时表示全部电机轴动力分配给前轴电机，当其为1时表示全部电机轴动力分配给后轴电机。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

一、本发明基于具有解耦功能的电子液压制动系统系统设计了复合制动控制方法，实现制动踏板与实际施加在车辆上的制动力的解耦，即驾驶员对制动踏板操作只表征驾驶意图，可实现总电机制动力和目标液压力按需分配，提高了经济性；同时避免了液压力快速变化时带来的制动踏板抖动，提升了舒适性。

二、本发明基于前后轴均搭载驱动电机的分布式驱动电动汽车设计了复合制动控制方法，前后轴电机制动力的比例可根据不同需求灵活设计，可充分利用电机高效区，提高经济性。

三、本发明考虑了前后电机发电效率不一致而设计了复合制动控制方法，使总发电效率最高，最大限度地提升能量回收效果。

四、本发明控制方法合理可行，具有较强的典型性和通用性。

附图说明

图1为本发明实施例控制方法框图；

图2为本发明实施例中前、后电机的效率场变化示意图，其中图2(a)为前电机效率场变化示意图，图2(b)为后电机的效率场变化示意图；

图3为本发明实施例总电机效率的定义解释示意图；

图4为本发明实施例所采用的集成式电子液压系统(IEHB)主要结构示意图，

图中，1、电控单元，2、永磁同步电机，3、减速传动机构，4、储液罐，5、常开电磁阀，6、液压力传感器，7、制动轮缸，8、制动主缸，9、解耦缸，10、踏板模拟器，11、踏板位移传感器，12、制动踏板；

图5为本发明实施例中前后电机的制动力分配结果示意图；

图6为本发明实施例中常规控制方法的仿真结果示意图，其中，图6(a)为SOC结果示意图，图6(b)为车速结果示意图，图6(c)为续驶里程结果示意图；

图7为本发明实施例中本发明所提出的控制方法的仿真结果示意图，其中，图7(a)为SOC结果示意图，图7(b)为车速结果示意图，图7(c)为续驶里程结果示意图；

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本发明保护的范围。

实施例

如图1所示为本发明涉及一种基于电子液压制动系统的分布式驱动电动车复合制动控制方法，该方法包括以下步骤：

一、电液制动力分配模块结合制动需求及车辆状态(包括车辆信息、电池信息等)获取确定总电机制动力和目标液压力。

二、定义总电机效率。

定义当前的三个电机的效率之和为总电机效率，如图3所示。通过车速获取确定前后电机转速；通过总电机制动力和后轴电机力矩分配系数获取确定前后电机转矩；根据各电机的转速、转矩和效率场获取确定各个电机的效率；将各个电机效率相加即为总电机效率。其中K_rear表示后轴电机力矩分配系数，取值范围0～1之间，K_rear＝0表示全部电机轴动力分配给前轴电机，K_rear＝1表示全部电机轴动力分配给后轴电机。

三、获取确定最优后轴电机力矩分配系数。

在变化的车速，以及变化的总电机制动需求下，逐次获取确定不同的后轴电机力分配系数时的总电机效率，寻找出在某一车速和总电机制动力下，使总电机效率最大的后轴电机力分配系数。

四、在ECE法规和I曲线约束下，根据最优的后轴制动力分配系数获取确定前电机力和后电机力。

为了保证制动时汽车的方向稳定性和有足够的制动效率，联合国欧洲经济委员会制定的ECE R13法规对双轴汽车前、后轮制动器制动力提出了明确的要求。对于路面附着系数之间的各种车辆，要求制动强度且车辆在各种装载质量时，前轴利用附着系数曲线应在后轴利用附着系数曲线之上。根据整车参数绘制前后制动力分配曲线如图5所示。其中，I曲线，横轴与ECE法规线所包络的区域即为ECE法规所要求的制动力分配范围。

五、将获取确定出的目标液压力、前电机力和后电机力分别作用到电子液压制动系统、前电机和后电机，使车辆制动。

本实施例所采用的集成式电子液压系统(IEHB)主要结构示意图如图4所示，其包括：

制动踏板单元：包括制动踏板12总成，体现驾驶员的驾驶意图；

主动建压单元：包括电机(本实施例中为永磁同步电机2)、涡轮蜗杆和齿条(本实施例中为减速传动机构3)，用以将电机的转动力矩转化为齿条上的平动推力，从而推动主缸产生相应的制动液压力；

制动执行单元：包括制动主缸8、制动轮缸7、电磁阀(本实施例中为常开电磁阀5)、储液罐4和液压管路，用以将主动建压单元齿条上的推力转化为各轮轮缸液压力，最后通过制动轮缸端的摩擦衬块作用在制动盘上产生相应的制动力矩；

控制单元：包括整车控制器(本实施例中为电控单元1)、加速度传感器、轮速传感器、液压力传感器、液压力传感器6、踏板位移传感器11、踏板力传感器(本实施例中为踏板模拟器10)以及相关的线路，用以在整车控制器获取踏板力及踏板行程信号后解算出驾驶员驾驶意图，与整车其他系统协调后得出目标制动压力，并通过压力传感器的反馈信号实现压力闭环控制；

集成式电子液压制动系统的制动轮缸压力与制动踏板行程解耦(本实施例中为解耦缸9)，即驾驶员对制动踏板操作只表征驾驶意图，轮缸的液压力值由控制器来得到，避免了液压力快速变化时带来的制动踏板抖动，提升舒适性。

具体验证实施如下：

本实施例车辆的前后电机效率场如图2(a)和图2(b)对应所示。

仿真工况采用GB/T 18386-2017《电动汽车能量消耗率和续驶里程试验方法》中的工况法，电池初始SOC为100％，SOC降到10％时仿真结束。

为体现本发明的先进性，与常规控制方法(电机制动力分配模块直接按β分配前后电机制动力，即图5中A点)做仿真对比。复合制动能量回收率采用续驶里程贡献率表示。

仿真结果如图6(a)～图6(c)及表1所示。

表1常规控制方法工况法仿真结果

	无制动能量回收	有制动能量回收	续驶里程增加
				续驶里程	228.5km	260.9km	14.2％

仿真结果表明，常规控制方法的续驶里程贡献率为14.2％。

在同样仿真工况下，采用本发明所提出的控制方法，仿真结果如图7(a)～图7(c)及表2所示。

表2本发明方法工况法仿真结果

	无制动能量回收	有制动能量回收	续驶里程增加
				续驶里程	228.5km	263.8km	15.4％

仿真结果表明，本发明的控制方法的续驶里程贡献率为15.4％.

与常规控制方法相比，本发明的控制方法将续驶里程贡献率由14.2％提升至

15.4％。因此，本发明方法可提升电动汽车的续驶里程贡献率。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims

1.一种基于EHB系统的分布式驱动电动车复合制动控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：分布式驱动电动车的电液制动力分配模块结合制动需求及车辆状态信息获取总电机制动力和目标液压力；

步骤2：定义确定总电机效率；

步骤3：获取最优后轴电机力矩分配系数；

2.根据权利要求1所述的一种基于EHB系统的分布式驱动电动车复合制动控制方法，其特征在于，所述的电子液压制动系统设置有制动踏板，其具备与实际施加在车辆上的制动力的解耦能力。

3.根据权利要求1所述的一种基于EHB系统的分布式驱动电动车复合制动控制方法，其特征在于，所述总电机制动力由前后轴的驱动电机共同产生，所述前后轴的驱动电机的液压制动力的比例按照需求设置。

4.根据权利要求1所述的一种基于EHB系统的分布式驱动电动车复合制动控制方法，其特征在于，所述限定约束为ECE法规和I曲线。

5.根据权利要求4所述的一种基于EHB系统的分布式驱动电动车复合制动控制方法，所述ECE法规采用联合国欧洲经济委员会制定的ECE R13法规，其包括对双轴汽车前、后轮制动器制动力提出的要求：对于路面附着系数之间的各种车辆，要求制动强度且车辆在各种装载质量时，前轴利用附着系数曲线应在后轴利用附着系数曲线之上。

6.根据权利要求1所述的一种基于EHB系统的分布式驱动电动车复合制动控制方法，其特征在于，所述后轴电机力矩分配系数的取值范围为0～1，当其为0时表示全部电机轴动力分配给前轴电机，当其为1时表示全部电机轴动力分配给后轴电机。