CN110254239B - 一种电动汽车再生制动瞬态响应过程中的力矩分配方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电动汽车再生制动瞬态响应过程中的力矩分配方法，针对再生制动瞬态响应过程，首先，若当前电机力矩与需求电机制动力矩相差过大时，根据实际与需求电机力矩差值以及需求电机力矩变化率，采用模糊控制将电机实际力矩以不同斜率过渡到需求制动力矩，以减少瞬态响应过程中加速度突变对传动轴的冲击与振荡，增加制动的舒适性与传动轴的耐久性。其次考虑到优化后的实际电机力矩会达不到需求电机力矩，通过机械制动力矩进行补偿，使瞬态响应过程中总制动力矩跟随驾驶员需求总制动力矩，满足制动平顺性。

Description

一种电动汽车再生制动瞬态响应过程中的力矩分配方法

技术领域

本发明涉及电动汽车制动控制领域，特别是一种电动汽车再生制动瞬态响应过程中的力矩分配方法。

背景技术

电动汽车可以通过再生制动技术增加车辆的续驶里程，现有的再生制动策略有串联分配策略和并联分配策略，这些策略的制定与实施中，将传动系考虑成刚性连接，忽略了电机力矩瞬态响应过程，分配好的目标制动力矩命令直接送入制动执行机构。而且对制动转矩的控制是开环的，导致的目标制动力矩与实际制动力矩不相等会影响驾驶员制动感觉平顺性。

而实际上电机输出力矩要经过输出轴、减速器、差速器、半轴最终到达车轮，可将传动系简化为多自由度的扭转振动模型，模型中包括各个集中质量的转动惯量、扭转刚度、等效阻尼。因此由于传动系的扭振特性，在电机力矩瞬态响应过程中，尤其是在紧急制动或由电机驱动状态变为制动状态时，过大的制动力矩突变或由驱动变为制动时扭矩方向的突变，会给传动轴造成一定的冲击与振荡，影响舒适性与传动轴使用寿命。另外瞬态响应时过大的电机制动力矩意味着过大电机电流，因此在电机换向过程中会有电流冲击，也会影响电机的寿命。

就电动汽车制动瞬态响应过程中力矩分配与优化的方法，现有的专利中：中国专利公布号为CN107225979 A，公开日为2017.10.03，该专利考虑到再生制动力矩突变时，传动系齿轮啮合的间隙会造成冲击与振荡,故根据齿轮啮合处的齿隙状态，进行齿隙补偿控制，然后在齿轮啮合状态时根据半轴转矩实际值和预设电机制动转矩目标值对电机力矩进行弹性补偿控制。该方法需要精确测出齿隙间距、补偿所用的时间、半轴转矩等，计算所需参数较多，在齿轮啮合的瞬态过程中，参数测量困难且容易有误差。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提出一种电动汽车再生制动瞬态响应过程中的力矩分配方法，旨在解决制动力矩突变造成的冲击与振荡，且对制动力矩进行闭环控制，满足制动平顺性。

本发明采用以下方案实现：一种电动汽车再生制动瞬态响应过程中的力矩分配方法，在原有的车辆再生制动控制系统中，加入电机力矩瞬态响应分配策略与机械制动力矩瞬态补偿策略，具体包括以下步骤：

步骤S1：在驾驶员发出制动命令后，得到所需制动力矩大小；

步骤S2：根据最大化制动力分配策略进行电机制动力矩与机械制动力矩的分配；

步骤S3：将分配后的需求电机制动力矩进行电机力矩瞬态响应分配策略的优化，并将优化后的电机制动力矩送入电机驱动系统；同时将分配后的需求机械制动力矩进行机械制动力矩瞬态补偿，对不足的电机制动力矩进行补偿，将补偿后的机械需求制动力矩送入机械制动执行系统；

步骤S4：通过电机驱动系统与机械制动执行系统，分别执行优化后的电机转矩控制指令与机械转矩控制指令，实现电动汽车制动瞬态响应过程中的舒适性与平顺性。

进一步地，步骤S1中，所述所需制动力矩大小的计算采用下式：

式中，T_{all_req}为驾驶员总需求制动力矩，brk为制动踏板开度，α为踏板位移与制动力矩对应的比例因子，β为考虑到制动紧急大小的修正系数。

进一步地，步骤S2具体为：

步骤S21：根据下式进行前后制动力的分配：

前轴：

后轴：

式中，F_{f_req}为采用最大化分配策略后的前轴总需求制动力；F_{r_req}为后轴需求制动力；G为整车重力、R为轮胎半径、z为制动强度、φ为路面附着系数、L_b为车辆质心至后轴距离、h_g为质心高度、L为轴距、T_{b_max}为最大化分配策略对应的整车制动力；

步骤S22：分配前轴的电机制动力矩与机械制动力矩，为了最大化回收能量，在电机能力允许的范围内，增大电机所占的制动比例，即电机制动力矩分配公式为：

|T_{m_req}|＝min{|F_{f_req}×R|，|T_{m_max}|}；

式中，T_{m_req}为分配后的电机需求制动力矩，T_{m_max}为电机外特性决定的电机最大制动力矩。

进一步地，步骤S3中，将分配后的需求电机制动力矩进行电机力矩瞬态响应分配策略的优化具体包括以下步骤：

步骤S311：记步骤S2分配后的电机需求制动力矩T_{m_req}与实际电机力矩T_{m_act}的差值为T_{m_e}，即：

T_{m_e}＝T_{m_req}-T_{m_act}；

且设置不影响制动系统舒适性的电机力矩突变最小门限阈值T_min；当T_{m_e}小于T_min时，将分配后的电机需求制动力矩T_{m_req}信号直接送入电机驱动系统，否则进入步骤S312；

步骤S312：记当前需求电机制动力矩T_{m_req(n)}与上一刻需求电机制动力矩T_{m_req(n-1)}差值为T_{m_de}，即：

T_{m_de}＝T_{m_req}(n)-T_{m_req}(n-1)；

当T_{m_e}大于T_min时，为了不使力矩发生突变，将T_{m_e}与T_{m_de}作为输入送入模糊控制器，模糊控制器输出不同的电机力矩增长斜率值k，根据如下公式求出T_{m_send}，并将T_{m_send}送入电机驱动执行系统：

T_{m_send}＝k×Δt+T_{m_act}(n-1)；

式中，Δt为控制器计算步长，T_{m_send}为优化后的电机制动力矩。

进一步地，步骤S3中，将分配后的需求机械制动力矩进行机械制动力矩瞬态补偿，对不足的电机制动力矩进行补偿具体为：

记前轮总需求制动力矩为T_{f_req}，记前轮实际总制动力矩为T_{f_act}，记T_{f_e}为：

T_{f_e}＝T_{f_req}-T_{f_act}；

将T_{f_e}送入PID控制器，输出补偿后的机械需求制动力矩T_{h_send}。

较佳的，经过步骤S1至步骤S3后最终送入电机驱动执行系统的力矩信号为T_{m_send}，最终送入机械制动执行系统的力矩信号为T_{h_send}，经执行系统执行后的前轮实际总制动力矩值为：

T_{f_act}＝T_{m_act}+T_{h_act}；

式中，T_{h_act}为前轮实际机械制动力矩。

较佳的，上述计算方法以前驱动型的汽车为例，后驱动型的电动汽车按照同样的原理进行计算即可。

与现有技术相比，本发明有以下有益效果：本发明在车辆再生制动系统的基础上，增加了电机力矩瞬态响应分配与机械制动力矩瞬态补偿的步骤，能够减少加速度突变对传动轴的冲击与振荡，增加制动的舒适性与平顺性。

附图说明

图1为本发明实施例的电动汽车再生制动基本结构框图。

图2为本发明实施例的最大化再生制动力分配策略示意图。

图3为本发明实施例的基于再生制动系统的电机力矩瞬态分配模块与机械制动力矩瞬态补偿模块结构示意图。

图4为本发明实施例的图3中电机力矩瞬态分配模块与机械制动力矩瞬态补偿模块内部控制策略示意图。

图5为本发明实施例的工作流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明做进一步说明。

应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

如图5所示，本实施例提供了一种电动汽车再生制动瞬态响应过程中的力矩分配方法，在原有的车辆再生制动控制系统中，加入电机力矩瞬态响应分配策略与机械制动力矩瞬态补偿策略，具体包括以下步骤：

步骤S1：在驾驶员发出制动命令后，得到所需制动力矩大小；

步骤S2：根据最大化制动力分配策略进行电机制动力矩与机械制动力矩的分配；

步骤S3：将分配后的需求电机制动力矩进行电机力矩瞬态响应分配策略的优化，并将优化后的电机制动力矩送入电机驱动系统；同时将分配后的需求机械制动力矩进行机械制动力矩瞬态补偿，对不足的电机制动力矩进行补偿，将补偿后的机械需求制动力矩送入机械制动执行系统；

步骤S4：通过电机驱动系统与机械制动执行系统，分别执行优化后的电机转矩控制指令与机械转矩控制指令，实现电动汽车制动瞬态响应过程中的舒适性与平顺性。

在本实施例中，步骤S1中，所述所需制动力矩大小的计算采用下式：

式中，T_{all_req}为驾驶员总需求制动力矩，brk为制动踏板开度，α为踏板位移与制动力矩对应的比例因子，β为考虑到制动紧急大小的修正系数。

在本实施例中，步骤S2具体为：

步骤S21：根据图2中的最大化制动力分配策略示意图，随着制动强度的增加，前后力矩分配沿着曲线O-A-B-C-D进行分配，每段的前后轴制动力大小计算如下式：

前轴：

后轴：

式中，F_{f_req}为采用最大化分配策略后的前轴总需求制动力；F_{r_req}为后轴需求制动力；G为整车重力、R为轮胎半径、z为制动强度、φ为路面附着系数、L_b为车辆质心至后轴距离、h_g为质心高度、L为轴距、T_{b_max}为最大化分配策略对应的整车制动力；

步骤S22：分配前轴的电机制动力矩与机械制动力矩，为了最大化回收能量，在电机能力允许的范围内，增大电机所占的制动比例，即电机制动力矩分配公式为：

|T_{m_req}|＝min{|F_{f_req}×R|，|T_{m_max}|}；

式中，T_{m_req}为分配后的电机需求制动力矩，T_{m_max}为电机外特性决定的电机最大制动力矩。

在本实施例中，步骤S3中，将分配后的需求电机制动力矩进行电机力矩瞬态响应分配策略的优化具体包括以下步骤：

步骤S311：记步骤S2分配后的电机需求制动力矩T_{m_req}与实际电机力矩T_{m_act}的差值为T_{m_e}，即：

T_{m_e}＝T_{m_req}-T_{m_act}；

且设置不影响制动系统舒适性的电机力矩突变最小门限阈值T_min；当T_{m_e}小于T_min时，将分配后的电机需求制动力矩T_{m_req}信号直接送入电机驱动系统，否则进入步骤S312；

步骤S312：记当前需求电机制动力矩T_{m_req(n)}与上一刻需求电机制动力矩T_{m_req(n-1)}差值为T_{m_de}，即：

T_{m_de}＝T_{m_req}(n)-T_{m_req}(n-1)；

当T_{m_e}大于T_min时，为了不使力矩发生突变，将T_{m_e}与T_{m_de}作为输入送入模糊控制器，模糊控制器输出不同的电机力矩增长斜率值k，根据如下公式求出T_{m_send}，并将T_{m_send}送入电机驱动执行系统：

T_{m_send}＝k×Δt+T_{m_act}(n-1)；

式中，Δt为控制器计算步长，T_{m_send}为优化后的电机制动力矩。

在本实施例中，步骤S3中，将分配后的需求机械制动力矩进行机械制动力矩瞬态补偿，对不足的电机制动力矩进行补偿具体为：

记前轮总需求制动力矩为T_{f_req}，记前轮实际总制动力矩为T_{f_act}，记T_{f_e}为：

T_{f_e}＝T_{f_req}-T_{f_act}；

将T_{f_e}送入PID控制器，输出补偿后的机械需求制动力矩T_{h_send}。

较佳的，经过步骤S1至步骤S3后最终送入电机驱动执行系统的力矩信号为T_{m_send}，最终送入机械制动执行系统的力矩信号为T_{h_send}，经执行系统执行后的前轮实际总制动力矩值为：

T_{f_act}＝T_{m_act}+T_{h_act}；

式中，T_{h_act}为前轮实际机械制动力矩。

较佳的，上述计算方法以前驱动型的汽车为例，后驱动型的电动汽车按照同样的原理进行计算即可。

特别的，如图1所示，本实施例的电动汽车再生制动瞬态响应过程中的力矩分配方法中，所涉及到的控制系统与执行系统包括再生制动系统、电机控制器，机械制动控制器、电机、机械制动执行系统、传动系。其中传动系包括变速器、差速器、半轴。本实施例的电动汽车再生制动瞬态响应过程中的力矩分配方法，集成在图1的再生制动系统中，其中采用最大化再生制动力分配策略分配前后轴的制动力示意图如图2所示；其中电机力矩瞬态分配策略与机械制动力矩瞬态补偿策略在再生制动系统中的结构示意图如图3所示，图3中的电机力矩瞬态分配模块与机械制动力矩瞬态补偿模块内部控制策略及流程如图4所示。

较佳的，图4中的电机力矩瞬态响应分配模块可以采用模糊控制方法对电机力矩瞬态响应进行优化，其中模糊控制中逻辑规则的制定可由如下思路进行考虑：

记需求电机制动力矩T_{m_req}与实际电机力矩T_{m_act}差值为T_{m_e}，记当前需求电机制动力矩T_{m_req(n)}与上一刻需求电机制动力矩T_{m_req(n-1)}差值为T_{m_de}，当T_{m_e}为负大时表明T_{m_req}与T_{m_act}相差大，为了不使力矩突变同时满足力矩的快速过渡，应当给一个负大的斜率使得T_{m_act}快速向T_{m_req}过渡；当T_{m_de}为负大时表明驾驶员需求电机制动力矩变化较快，意味着T_{m_act}需快速过渡到T_{m_req}，同样应当给一个负大的斜率。

同理，当T_{m_e}为负小时表明T_{m_req}与T_{m_act}相差小，可以给一个负小的斜率使得T_{m_act}向T_{m_req}过渡；当T_{m_de}为负小时表明驾驶员需求电机制动力矩变化较慢，意味着T_{m_act}不需要快速过渡到T_{m_req}，应当给一个负小的斜率。

较佳的，图4中的机械制动力矩瞬态补偿模块采用PID控制算法，将前轮总需求制动力矩T_{f_req}与前轮总实际制动力矩T_{f_act}的差值作为输入，经PID控制算法输出机械制动力矩T_{h_send}给机械制动执行系统。

本实施例针对再生制动瞬态响应过程，首先，若当前电机力矩与需求电机制动力矩相差过大时，根据实际与需求电机力矩差值以及需求电机力矩变化率，采用模糊控制将电机实际力矩以不同斜率过渡到需求制动力矩，以减少瞬态响应过程中加速度突变对传动轴的冲击与振荡，增加制动的舒适性与传动轴的耐久性。其次考虑到优化后的实际电机力矩会达不到需求电机力矩，通过机械制动力矩进行补偿，使瞬态响应过程中总制动力矩跟随驾驶员需求总制动力矩，满足制动平顺性。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容,依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (5)

1.一种电动汽车再生制动瞬态响应过程中的力矩分配方法，其特征在于，在原有的车辆再生制动控制系统中，加入电机力矩瞬态响应分配策略与机械需求制动力矩瞬态补偿策略，具体包括以下步骤：

步骤S1：在驾驶员发出制动命令后，得到所需制动力矩大小；

步骤S2：根据最大化制动力分配策略进行电机需求制动力矩与机械需求制动力矩的分配；

步骤S3：将分配后的电机需求制动力矩进行电机力矩瞬态响应分配策略的优化，并将优化后的电机需求制动力矩送入电机驱动系统；同时将分配后的机械需求制动力矩进行机械需求制动力矩瞬态补偿，对不足的电机需求制动力矩进行补偿，将补偿后的机械需求制动力矩送入机械制动执行系统；

步骤S4：通过电机驱动系统与机械制动执行系统，分别执行优化后的电机转矩控制指令与机械转矩控制指令，实现电动汽车制动瞬态响应过程中的舒适性与平顺性。

2.根据权利要求1所述的一种电动汽车再生制动瞬态响应过程中的力矩分配方法，其特征在于，步骤S1中，所述所需制动力矩大小的计算采用下式：

式中，T_{all_req}为驾驶员总需求制动力矩，brk为制动踏板开度，α为踏板位移与制动力矩对应的比例因子，β为考虑到制动紧急大小的修正系数，t表示时间。

3.根据权利要求1所述的一种电动汽车再生制动瞬态响应过程中的力矩分配方法，其特征在于，步骤S2具体为：

步骤S21：根据下式进行前后制动力的分配：

前轴：

后轴：

式中，F_{f_req}为采用最大化制动力分配策略后的前轴总需求制动力；F_{r_req}为后轴需求制动力；G为整车重力、R为轮胎半径、z为制动强度、φ为路面附着系数、L_b为车辆质心至后轴距离、h_g为质心高度、L为轴距、T_{b_max}为最大化制动力分配策略对应的整车制动力；

步骤S22：分配前轴的电机需求制动力矩与机械需求制动力矩，为了最大化回收能量，在电机能力允许的范围内，增大电机所占的制动比例，即电机需求制动力矩分配公式为：

|T_{m_req}|＝min{|F_{f_req}×R|，|T_{m_max}|}；

式中，T_{m_req}为分配后的电机需求制动力矩，T_{m_max}为电机外特性决定的电机最大制动力矩。

4.根据权利要求1所述的一种电动汽车再生制动瞬态响应过程中的力矩分配方法，其特征在于，步骤S3中，将分配后的电机需求制动力矩进行电机力矩瞬态响应分配策略的优化具体包括以下步骤：

步骤S311：记步骤S2分配后的电机需求制动力矩T_{m_req}与实际电机力矩T_{m_act}的差值为T_{m_e}，即：

T_{m_e}＝T_{m_req}-T_{m_act}；

且设置不影响制动系统舒适性的电机力矩突变最小门限阈值T_min；当T_{m_e}小于T_min时，将分配后的电机需求制动力矩T_{m_req}信号直接送入电机驱动系统，否则进入步骤S312；

步骤S312：记当前电机需求制动力矩T_{m_req}(n)与上一刻电机需求制动力矩T_{m_req}(n-1)差值为T_{m_de}，即：

T_{m_de}＝T_{m_req}(n)-T_{m_req}(n-1)；

当T_{m_e}大于T_min时，为了不使力矩发生突变，将T_{m_e}与T_{m_de}作为输入送入模糊控制器，模糊控制器输出不同的电机力矩增长斜率值k，根据如下公式求出T_{m_send}，并将T_{m_send}送入电机驱动系统：

T_{m_send}＝k×Δt+T_{m_act}(n-1)；

式中，Δt为控制器计算步长，T_{m_send}为优化后的电机需求制动力矩，T_{m_act}(n-1)表示上一刻实际电机力矩。

5.根据权利要求1所述的一种电动汽车再生制动瞬态响应过程中的力矩分配方法，其特征在于，步骤S3中，将分配后的机械需求制动力矩进行机械需求制动力矩瞬态补偿，对不足的电机需求制动力矩进行补偿具体为：

记前轮总需求制动力矩为T_{f_req}，记前轮实际总制动力矩为T_{f_act}，记T_{f_e}为：

T_{f_e}＝T_{f_req}-T_{f_act}；

将T_{f_e}送入PID控制器，输出补偿后的机械需求制动力矩T_{h_send}。

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