CN110758358A - 一种履带车辆机电联合制动控制方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种履带车辆机电联合制动控制方法及装置，首先计算地面最大制动力矩；然后获取由制动踏板行程计算得到的第一制动力矩，并通过比较所述地面最大制动力矩和所述第一制动力矩确定地面附着力是否饱和；依据地面附着力是否饱和，确定目标制动力矩；计算当前车速下两个电机所能提供的总电机制动力矩；根据所述目标制动力矩和所述总电机制动力矩，计算机械制动力矩；最后基于所述总电机制动力矩和所述机械制动力矩对履带车辆进行机电联合制动控制，保证了整车制动的安全性。

Description

一种履带车辆机电联合制动控制方法及装置

技术领域

本发明涉及履带车辆制动技术领域，更具体的，涉及一种履带车辆机电联合制动控制方法及装置。

背景技术

随着军事技术的进步和标准的提高，军队迫切需要新型的陆战平台。传统燃油履带车辆逐渐遭遇瓶颈，而混合动力电传动履带车辆由于可提高其机动性、经济性、防护性等原因，正逐渐被重视起来。

双电机混联式混合动力履带车辆是我国重要的陆战平台之一，相比于传统内燃机动力履带车辆，混合动力履带车辆在制动时可以将一部分制动能量以再生制动的形式回收到储能设备，具有很好的节能效果，对延长整车续航里程具有重要意义。

目前，针对轮式车辆机电联合制动控制策略有大量研究，大部分研究人员集中精力于机电联合制动力矩的分配，而忽视路面的实时附着系数过小导致的地面制动力饱和问题，而当地面制动力饱和时车辆处于不稳定制动状态，车辆行驶存在安全隐患。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种履带车辆机电联合制动控制方法及装置，保证整车制动的安全性。

为了实现上述发明目的，本发明提供的具体技术方案如下：

一种履带车辆机电联合制动控制方法，包括：

计算地面最大制动力矩；

获取由制动踏板行程计算得到的第一制动力矩，并通过比较所述地面最大制动力矩和所述第一制动力矩确定地面附着力是否饱和；

依据地面附着力是否饱和，确定目标制动力矩；

计算当前车速下两个电机所能提供的总电机制动力矩；

根据所述目标制动力矩和所述总电机制动力矩，计算机械制动力矩；

基于所述总电机制动力矩和所述机械制动力矩对履带车辆进行机电联合制动控制。

可选的，所述计算地面最大制动力矩，包括：

获取地面峰值附着系数和履带车辆的车体总重力；

依据所述地面峰值附着系数和所述车体总重力，计算所述地面最大制动力矩。

可选的，所述依据地面附着力是否饱和，确定目标制动力矩，包括：

当地面附着力未饱和，将所述第一制动力矩确定为所述目标制动力矩；

当地面附着力饱和，依据目标滑移率和实际滑移率确定第二制动力矩，并将所述地面最大制动力矩、所述第一制动力矩和所述第二制动力矩中的最小值确定为所述目标制动力矩。

可选的，所述计算当前车速下两个电机所能提供的总电机制动力矩，包括：

将当前制动强度、当前电池SOC和当前车速输入预先设定的模糊集规则表中，输出与所述当前制动强度、所述当前电池SOC和所述当前车速相对应的电机制动能力系数；

根据当前第一电机的转速、当前第二电机的转速以及耦合机构特性，计算所述第一电机的最大制动力矩和所述第二电机的最大制动力矩；

依据所述电机制动能力系数、所述第一电机的最大制动力矩和所述第二电机的最大制动力矩，计算两个电机所能提供的所述总电机制动力矩。

可选的，所述方法还包括：

基于制动强度与电机制动能力的关系、电池SOC与电机制动能力的关系以及车速与电机制动能力的关系，设定模糊控制策略；

将制动强度分割为第一预设数量的语言变量，将电池SOC分割为第二预设数量的语言变量，将车速分割为第三预设数量的语言变量，将所述电机制动能力系数分割为第四预设数量的语言变量，并分别设置制动强度、电池SOC、车速和所述电机制动能力系数的论域，得到模糊集合表；

依据所述模糊控制策略与所述模糊集合表，生成模糊集规则表。

一种履带车辆机电联合制动控制装置，包括：

地面最大制动力矩计算单元，用于计算地面最大制动力矩；

地面附着力饱和判断单元，用于获取由制动踏板行程计算得到的第一制动力矩，并通过比较所述地面最大制动力矩和所述第一制动力矩确定地面附着力是否饱和；

目标制动力矩确定单元，用于依据地面附着力是否饱和，确定目标制动力矩；

总电机制动力矩计算单元，用于计算当前车速下两个电机所能提供的总电机制动力矩；

机械制动力矩计算单元，用于根据所述目标制动力矩和所述总电机制动力矩，计算机械制动力矩；

机电联合制动控制单元，用于基于所述总电机制动力矩和所述机械制动力矩对履带车辆进行机电联合制动控制。

可选的，所述地面最大制动力矩计算单元，具体用于：

获取地面峰值附着系数和履带车辆的车体总重力；

依据所述地面峰值附着系数和所述车体总重力，计算所述地面最大制动力矩。

可选的，所述目标制动力矩确定单元，具体用于：

当地面附着力未饱和，将所述第一制动力矩确定为所述目标制动力矩；

当地面附着力饱和，依据目标滑移率和实际滑移率确定第二制动力矩，并将所述地面最大制动力矩、所述第一制动力矩和所述第二制动力矩中的最小值确定为所述目标制动力矩。

可选的，所述总电机制动力矩计算单元，具体用于：

将当前制动强度、当前电池SOC和当前车速输入预先设定的模糊集规则表中，输出与所述当前制动强度、所述当前电池SOC和所述当前车速相对应的电机制动能力系数；

根据当前第一电机的转速、当前第二电机的转速以及耦合机构特性，计算所述第一电机的最大制动力矩和所述第二电机的最大制动力矩；

依据所述电机制动能力系数、所述第一电机的最大制动力矩和所述第二电机的最大制动力矩，计算两个电机所能提供的所述总电机制动力矩。

可选的，所述装置还包括：

模糊集规则表生成单元，用于基于制动强度与电机制动能力的关系、电池SOC与电机制动能力的关系以及车速与电机制动能力的关系，设定模糊控制策略；将制动强度分割为第一预设数量的语言变量，将电池SOC分割为第二预设数量的语言变量，将车速分割为第三预设数量的语言变量，将所述电机制动能力系数分割为第四预设数量的语言变量，并分别设置制动强度、电池SOC、车速和所述电机制动能力系数的论域，得到模糊集合表；依据所述模糊控制策略与所述模糊集合表，生成模糊集规则表。

相对于现有技术，本发明的有益效果如下：

本发明公开的一种履带车辆机电联合制动控制方法，通过比较地面最大制动力矩和由制动踏板行程计算得到的第一制动力矩，判定地面附着力是否饱和，依据地面附着力是否饱和确定目标制动力矩，避免由于地面附着力饱和导致车辆处于不稳定制动状态的安全隐患问题，在确定目标制动力矩的基础上，通过计算当前车速下两个电机所能提供的总电机制动力矩，确定机械制动力矩，充分发挥电机制动，在保证整车制动的安全性的同时提高机械制动器的使用寿命。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例公开的一种履带车辆机电联合制动控制方法的流程示意图；

图2为本发明实施例公开的模糊集合表示意图；

图3为本发明实施例公开的制动强度隶属度函数参数化示意图；

图4为本发明实施例公开的电池SOC隶属度函数参数化示意图；

图5为本发明实施例公开的车速隶属度函数参数化示意图；

图6为本发明实施例公开的模糊集规则表示意图；

图7为本发明实施例公开的一种履带车辆机电联合制动控制装置的结构示意图。

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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。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前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本实施例公开了一种履带车辆机电联合制动控制方法，应用于整车综合控制器，实现对双电机混联式混合动力履带车辆进行机电联合制动控制，该履带车辆具有多种工作模式，包括纯电驱动、机械驱动、机电混合驱动、行车发电、停车发电等模式，主要工作模式为机电混合驱动。机电混合驱动又可以分为高速和低速两种模式，分别适用于低速大转矩工况和高速小转矩工况。通过整车综合控制器产生功率需求，进而通过发动机控制器、电机控制器和机械制动控制器分别控制发动机、第一电机和第二电机的运行以及机械制动器，实现上述各种工作模式之间的切换。请参阅图1，本实施例公开的履带车辆机电联合制动控制方法具体包括以下步骤：

S101：计算地面最大制动力矩；

地面最大制动力矩为地面峰值附着系数与车体总重力的乘积值，具体的，地面最大制动力矩

其中，G为车体总重力，

为地面峰值附着系数。车体总重力可以由重力传感器得到，地面峰值附着系数来自于滑移率-附着系数曲线，滑移率-附着系数曲线可以通过构建扩张型状态观测器观测得到。

S102：获取由制动踏板行程计算得到的第一制动力矩，并通过比较所述地面最大制动力矩和所述第一制动力矩确定地面附着力是否饱和；

若地面最大制动力矩大于第一制动力矩，则地面附着力未饱和，若地面最大制动力矩不大于第一制动力矩，则地面附着力饱和。

S103：依据地面附着力是否饱和，确定目标制动力矩；

当地面附着力未饱和，车辆处于稳定制动状态，将第一制动力矩确定为目标制动力矩。

当地面附着力饱和，车辆处于不稳定制动状态，为保证车辆行驶安全，车辆运行制动防滑模式，依据目标滑移率和实际滑移率确定第二制动力矩，并将所述地面最大制动力矩、所述第一制动力矩和所述第二制动力矩中的最小值确定为所述目标制动力矩，通过制动控制使车辆处于稳定制动状态。

其中，履带车辆滑移率控制中，目标滑移率可以为0.27，实际滑移率可以通过主动轮转速、主动轮直径和车体在前进方向上的移动速度计算得到，具体计算公式如下：

其中，λ为实际滑移率，v为车体在前进方向上的移动速度，w为主动轮转速，r为主动轮直径。

依据目标滑移率和实际滑移率确定第二制动力矩的计算公式如下：

其中，v和a分别为车体在前进方向上的速度和加速度，二者都可以由传感器测得；

G为车辆总重力；

J为车辆总转动惯量；

r为主动轮半径；

μ为地面附着系数；

λ为实际滑移率；

λ_obj为目标滑移率；

ε、α和k是算法系数，为定值；

sgn为数学中的取符号函数。

S104：计算当前车速下两个电机所能提供的总电机制动力矩；

两个电机分别为第一电机和第二电机，首先将当前制动强度、当前电池SOC和当前车速输入预先设定的模糊集规则表中，输出与所述当前制动强度、所述当前电池SOC和所述当前车速相对应的电机制动能力系数；

然后根据当前第一电机的转速、当前第二电机的转速以及耦合机构特性，计算所述第一电机的最大制动力矩和所述第二电机的最大制动力矩；

具体的，第一电机的最大制动力矩T_Amax的计算公式如下：

T_Amax＝k_a·v+g_a·N_in+C_a

第二电机的最大制动力矩T_Bmax的计算公式如下：

T_Bmax＝k_b·v+C_b

其中，v为车体在前进方向上的速度；

N_in为耦合机构输入轴转速；

k_a为第一电机车速系数；

g_a为第一电机耦合系数；

C_a为第一电机力矩常数；

k_b为第二电机车速系数；

C_b为第二电机力矩常数；

k_a、k_b、g_a、C_a、C_b都为定值。

最后依据所述电机制动能力系数、所述第一电机的最大制动力矩和所述第二电机的最大制动力矩，计算两个电机所能提供的所述总电机制动力矩，具体的，总电机制动力矩T_m＝(T_Amax+T_Bmax)·k，其中，T_Amax为第一电机的最大制动力矩，T_Bmax为第二电机的最大制动力矩，k为电机制动能力系数。

需要说明的是，需要预先生成模糊集规则表，首先，基于制动强度与电机制动能力的关系、电池SOC与电机制动能力的关系以及车速与电机制动能力的关系，设定模糊控制策略。

其中，制动强度z为制动减速度与重力加速度比的绝对值，本实施例中的履带车辆最大制动强度为0.61，按照制动强度大小可将制动划分为以下模式：紧急制动(z＞＝0.5)、中度制动(0.1＜z＜0.5)、轻度制动(z＜＝0.1)。紧急制动时，目标制动力矩大，因此采用机电复合制动，尽可能多的提供制动力矩；中度制动时，电机制动能力系数应稍大，来充分回收制动能量；轻度制动时，因目标制动力矩较小，因此可单独采用电机制动。

当电池SOC较低时，应尽量采用电机制动，补充电能；当电池SOC较高时，应减少或停止电机制动。

当车速较高时，制动时机械制动器摩擦剧烈，从减轻机械制动器使用压力、减小热衰退出现可能性出发，要求电机制动能力系数高；当车速较低时，总的发电功率较小，回收制动能量有限，从保证制动可靠性出发，应降低电机制动能力系数。

在设定上述模糊控制策略之后，将制动强度分割为第一预设数量的语言变量，将电池SOC分割为第二预设数量的语言变量，将车速分割为第三预设数量的语言变量，将所述电机制动能力系数分割为第四预设数量的语言变量，并分别设置制动强度、电池SOC、车速和所述电机制动能力系数的论域，得到模糊集合表。具体的，模糊控制的精细化程度取决于模糊分割的个数，模糊分割太细，则需要确定较多的模糊规则；模糊分割太大将会导致控制粗疏，难以调整控制性能。模糊分割时，不必严格遵循论域的正则化，模糊语言变量可以为非对称或者非均匀分布。如将制动强度z分割为3个语言变量z＝{零，正小，正大}，论域为[0,1]；将车速v分割为5个语言变量v＝{零，正小，正中，正大，正极大}，尺度变换后论域为[0,1]；将电池SOC分割为4个语言变量SOC＝{零，正小，正中，正大}，论域为[0,1]；模糊输出为电机制动能力系数k，分割为5个语言变量k＝{零，正小，正中，正大，正极大}，论域为[0,1]。用ZE，PS，PM，PB，PMAX分别表示表示零，正小，正中，正大，正极大，得到模糊集合表如图2所示。

根据模糊语言，采用均匀划分的方式，请参阅图3，将制动强度z隶属度参数化后有a1、b1、c1、d1、e1、f1、g1共7个待优化参数；请参阅图4，将电池SOC隶属度参数化后有a3、b3、c3、d3、e3、f3共6个待优化参数；请参阅图5，将车速v隶属度参数化后有a2、b2、c2、d2、e2、f2、g2、h2、i2共9个待优化参数。

对于输出电机制动能力系数k的隶属度函数采用高斯型函数。

最后，依据上述模糊控制策略，不同模式下第一电机和第二电机的复合制动特性分析，结合双电机混联式混合动力履带车辆特性，优先保证制动性能，在保证制动性能的前提下根据当前情况尽可能多的减少机械制动器使用，回收制动能量，制定模糊规则3×5×4＝60条，如图6所示。

S105：根据所述目标制动力矩和所述总电机制动力矩，计算机械制动力矩；

具体的，目标制动力矩与总电机制动力矩的差值为机械制动力矩。

S106：基于所述总电机制动力矩和所述机械制动力矩对履带车辆进行机电联合制动控制。

可见，本实施例公开的履带车辆几点联合制动控制方法，综合考虑了各种工况下的制动强度、车辆运行条件和电池状态下的电机制动能力，在保证整车制动安全的同时提高了机械制动器的使用寿命。

基于上述实施例公开的一种履带车辆机电联合制动控制方法，本实施例对应公开了一种履带车辆机电联合制动控制装置，请参阅图7，该装置包括：

地面最大制动力矩计算单元701，用于计算地面最大制动力矩；

地面附着力饱和判断单元702，用于获取由制动踏板行程计算得到的第一制动力矩，并通过比较所述地面最大制动力矩和所述第一制动力矩确定地面附着力是否饱和；

目标制动力矩确定单元703，用于依据地面附着力是否饱和，确定目标制动力矩；

总电机制动力矩计算单元704，用于计算当前车速下两个电机所能提供的总电机制动力矩；

机械制动力矩计算单元705，用于根据所述目标制动力矩和所述总电机制动力矩，计算机械制动力矩；

机电联合制动控制单元706，用于基于所述总电机制动力矩和所述机械制动力矩对履带车辆进行机电联合制动控制。

可选的，所述地面最大制动力矩计算单元，具体用于：

获取地面峰值附着系数和履带车辆的车体总重力；

依据所述地面峰值附着系数和所述车体总重力，计算所述地面最大制动力矩。

可选的，所述目标制动力矩确定单元，具体用于：

当地面附着力未饱和，将所述第一制动力矩确定为所述目标制动力矩；

当地面附着力饱和，依据目标滑移率和实际滑移率确定第二制动力矩，并将所述地面最大制动力矩、所述第一制动力矩和所述第二制动力矩中的最小值确定为所述目标制动力矩。

可选的，所述总电机制动力矩计算单元，具体用于：

将当前制动强度、当前电池SOC和当前车速输入预先设定的模糊集规则表中，输出与所述当前制动强度、所述当前电池SOC和所述当前车速相对应的电机制动能力系数；

根据当前第一电机的转速、当前第二电机的转速以及耦合机构特性，计算所述第一电机的最大制动力矩和所述第二电机的最大制动力矩；

依据所述电机制动能力系数、所述第一电机的最大制动力矩和所述第二电机的最大制动力矩，计算两个电机所能提供的所述总电机制动力矩。

可选的，所述装置还包括：

模糊集规则表生成单元，用于基于制动强度与电机制动能力的关系、电池SOC与电机制动能力的关系以及车速与电机制动能力的关系，设定模糊控制策略；将制动强度分割为第一预设数量的语言变量，将电池SOC分割为第二预设数量的语言变量，将车速分割为第三预设数量的语言变量，将所述电机制动能力系数分割为第四预设数量的语言变量，并分别设置制动强度、电池SOC、车速和所述电机制动能力系数的论域，得到模糊集合表；依据所述模糊控制策略与所述模糊集合表，生成模糊集规则表。

本实施例公开的一种履带车辆机电联合制动控制装置，通过比较地面最大制动力矩和由制动踏板行程计算得到的第一制动力矩，判定地面附着力是否饱和，依据地面附着力是否饱和确定目标制动力矩，避免由于地面附着力饱和导致车辆处于不稳定制动状态的安全隐患问题，在确定目标制动力矩的基础上，通过计算当前车速下两个电机所能提供的总电机制动力矩，确定机械制动力矩，充分发挥电机制动，在保证整车制动的安全性的同时提高机械制动器的使用寿命。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种履带车辆机电联合制动控制方法，其特征在于，包括：

计算地面最大制动力矩；

获取由制动踏板行程计算得到的第一制动力矩，并通过比较所述地面最大制动力矩和所述第一制动力矩确定地面附着力是否饱和；

依据地面附着力是否饱和，确定目标制动力矩；

计算当前车速下两个电机所能提供的总电机制动力矩；

根据所述目标制动力矩和所述总电机制动力矩，计算机械制动力矩；

基于所述总电机制动力矩和所述机械制动力矩对履带车辆进行机电联合制动控制。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述计算地面最大制动力矩，包括：

获取地面峰值附着系数和履带车辆的车体总重力；

依据所述地面峰值附着系数和所述车体总重力，计算所述地面最大制动力矩。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述依据地面附着力是否饱和，确定目标制动力矩，包括：

当地面附着力未饱和，将所述第一制动力矩确定为所述目标制动力矩；

当地面附着力饱和，依据目标滑移率和实际滑移率确定第二制动力矩，并将所述地面最大制动力矩、所述第一制动力矩和所述第二制动力矩中的最小值确定为所述目标制动力矩。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述计算当前车速下两个电机所能提供的总电机制动力矩，包括：

将当前制动强度、当前电池SOC和当前车速输入预先设定的模糊集规则表中，输出与所述当前制动强度、所述当前电池SOC和所述当前车速相对应的电机制动能力系数；

根据当前第一电机的转速、当前第二电机的转速以及耦合机构特性，计算所述第一电机的最大制动力矩和所述第二电机的最大制动力矩；

依据所述电机制动能力系数、所述第一电机的最大制动力矩和所述第二电机的最大制动力矩，计算两个电机所能提供的所述总电机制动力矩。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

基于制动强度与电机制动能力的关系、电池SOC与电机制动能力的关系以及车速与电机制动能力的关系，设定模糊控制策略；

将制动强度分割为第一预设数量的语言变量，将电池SOC分割为第二预设数量的语言变量，将车速分割为第三预设数量的语言变量，将所述电机制动能力系数分割为第四预设数量的语言变量，并分别设置制动强度、电池SOC、车速和所述电机制动能力系数的论域，得到模糊集合表；

依据所述模糊控制策略与所述模糊集合表，生成模糊集规则表。

6.一种履带车辆机电联合制动控制装置，其特征在于，包括：

地面最大制动力矩计算单元，用于计算地面最大制动力矩；

地面附着力饱和判断单元，用于获取由制动踏板行程计算得到的第一制动力矩，并通过比较所述地面最大制动力矩和所述第一制动力矩确定地面附着力是否饱和；

目标制动力矩确定单元，用于依据地面附着力是否饱和，确定目标制动力矩；

总电机制动力矩计算单元，用于计算当前车速下两个电机所能提供的总电机制动力矩；

机械制动力矩计算单元，用于根据所述目标制动力矩和所述总电机制动力矩，计算机械制动力矩；

机电联合制动控制单元，用于基于所述总电机制动力矩和所述机械制动力矩对履带车辆进行机电联合制动控制。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述地面最大制动力矩计算单元，具体用于：

获取地面峰值附着系数和履带车辆的车体总重力；

依据所述地面峰值附着系数和所述车体总重力，计算所述地面最大制动力矩。

8.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述目标制动力矩确定单元，具体用于：

当地面附着力未饱和，将所述第一制动力矩确定为所述目标制动力矩；

当地面附着力饱和，依据目标滑移率和实际滑移率确定第二制动力矩，并将所述地面最大制动力矩、所述第一制动力矩和所述第二制动力矩中的最小值确定为所述目标制动力矩。

9.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述总电机制动力矩计算单元，具体用于：

将当前制动强度、当前电池SOC和当前车速输入预先设定的模糊集规则表中，输出与所述当前制动强度、所述当前电池SOC和所述当前车速相对应的电机制动能力系数；

根据当前第一电机的转速、当前第二电机的转速以及耦合机构特性，计算所述第一电机的最大制动力矩和所述第二电机的最大制动力矩；

依据所述电机制动能力系数、所述第一电机的最大制动力矩和所述第二电机的最大制动力矩，计算两个电机所能提供的所述总电机制动力矩。

10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：

模糊集规则表生成单元，用于基于制动强度与电机制动能力的关系、电池SOC与电机制动能力的关系以及车速与电机制动能力的关系，设定模糊控制策略；将制动强度分割为第一预设数量的语言变量，将电池SOC分割为第二预设数量的语言变量，将车速分割为第三预设数量的语言变量，将所述电机制动能力系数分割为第四预设数量的语言变量，并分别设置制动强度、电池SOC、车速和所述电机制动能力系数的论域，得到模糊集合表；依据所述模糊控制策略与所述模糊集合表，生成模糊集规则表。

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