CN110758371B - 一种混合动力重型牵引车辅助制动系统及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

一种混合动力重型牵引车辅助制动系统及其控制方法，系统包括整车控制器和驾驶员制动模式开关，整车控制器包括制动模式选择模块、制动功率需求分析模块、制动扭矩分配模块、制动能力估算模块和制动执行控制模块。方法为：若为自动模式进行制动，则计算稳定车速需要的制动功率需求，估算电机制动功率及制动扭矩、发动机制动扭矩，确定以电机制动优先、电机制动扭矩不足由发动机排气制动和发动机缸内制动补偿的原则，制动执行控制模块对电机、发动机进行控制实现制动目的；若为手动模式则确定Ⅰ档、Ⅱ档、Ⅲ档档位选择，确定该模式下电机制动扭矩、发动机制动扭矩，对电机、发动机进行控制实现制动目的。对车辆进行辅助制动，达到稳定车速的要求。

Description

一种混合动力重型牵引车辅助制动系统及其控制方法
技术领域
本发明涉及一种车辆辅助制动系统，更具体的说涉及一种混合动力重型牵引车辅助制动系统及其控制方法，属于汽车辅助制动技术领域。
背景技术
商用车辅助制动系统是行车制动系统和驻车制动系统之外的一个重要的不可替代的制动系统。特别是在山区道路连续下坡行驶时，商用汽车的传统制动系统的热负荷非常大，当温度过高时，制动器将失去或部分失去制动效能，无法实现持续制动，很可能造成交通事故风险；此时需要加装辅助制动系统，实现持续制动，以保证商用车在山区道路连续下长坡时的车辆安全。
传统车的辅助制动系统包括发动机制动、排气制动和缓速器制动。由于各辅助制动装置单独作用时存在着一定的缺陷，所以，一般采用发动机制动、排气制动与缓速器联合作用的分级制动方式，来满足汽车在各种不同坡度的坡道上下坡稳定行驶的要求；驾驶员不断根据坡度和要求的车速判断发动机制动或排气制动，以及缓速器的分级制动挡位，再进行相应操作，实现车辆下长坡持续制动的需求。该传统的辅助制动系统存在的问题如下：1、需要驾驶员不断根据坡度和要求的车速判断发动机制动、或排气制动，以及缓速器的分级制动挡位，再进行相应操作，效率低，耗费劳力；2、依靠人工判断制动档位需求，主观性及经验依赖性太强，很难保证汽车在各种不同的坡道上以希望的稳定车速下坡行驶；3、发动机制动、或排气制动，以及缓速器的分级制动挡位之间不是连续的，无法根据不同坡道的制动功率需求、匹配出连续制动功率变化的制动档位，是实现稳定车速下坡行驶又一个难题。4、缓速器成本较高、降低了用户选装的主观意愿，降低了复杂连续下坡工况下车辆的制动安全性。
中国发明专利《车辆辅助制动联动控制系统及控制方法》(专利号：201510173161.5，申请公布号：CN 106143473 A)公开了一种车辆辅助制动联动控制系统及控制方法，其将缓速器、排气制动、发动机辅助制动进行联动，辅助制动联动模块根据辅助制动开关的输入指令，通过信号硬件电路及总线通讯收发模块收发信号，以执行启动一个或任意组合联动的辅助制动系统；将不同的开关输入，统一成一种模拟量输入，通过标定不同的参数值，按照一定的控制逻辑和控制策略，对传动系缓速器及发动机辅助制动采用总线控制，排气制动采用负载输出控制，并将控制模式通过总线在组合仪表上显示，此控制模式显著提高了辅助制动效果。但是，该专利方案不能够对制动系统进行线性调控、稳定车速以及进行制动能量回收，造成不同制动档位下的制动感受相差大、无法稳定车速、无法回收能量。
发明内容
本发明的目的在于针对现有的混合动力牵引车辅助制动系统及控制存在的上述问题，提供一种混合动力重型牵引车辅助制动系统及其控制方法。
为实现上述目的，本发明的技术解决方案是：一种混合动力重型牵引车辅助制动系统，包括整车控制器和驾驶员制动模式开关，所述的整车控制器与驾驶员制动模式开关连接，整车控制器通过CAN总线分别与电机控制器、电池管理系统、发动机控制器、ABS/EBS控制器和AMT控制器通信连接，整车控制器包括制动模式选择模块、制动功率需求分析模块、制动扭矩分配模块、制动能力估算模块和制动执行控制模块，所述的驾驶员制动模式开关与制动模式选择模块连接，所述的制动模式选择模块与制动功率需求分析模块连接，所述的制动功率需求分析模块与制动扭矩分配模块连接，所述的制动扭矩分配模块分别与制动能力估算模块和制动执行控制模块连接；所述的制动模式选择模块用于接收驾驶员制动模式开关发来的信号，判断制动请求工作模式；所述的制动功率需求分析模块用于实时监测车辆的当前实时车速Vt，计算当前实时车速Vt相对于目标设定车速Vset的偏差值，当偏差值大于一定阈值时，计算稳定车速需要的制动功率需求；所述的制动能力估算模块用于根据电机的允许峰值制动扭矩及连续制动扭矩、电机温度、电机控制器温度信息，以及电池的允许峰值充电电流、连续充电电流、SOC状态实时估算电机制动功率及制动扭矩；所述的制动扭矩分配模块用于根据制动请求的目前车速进行PID稳定车速调节、确定整车制动扭矩，并根据上面电机制动扭矩确定以电机制动优先、电机制动扭矩不足由发动机排气制动和发动机缸内制动补偿的原则；当电量充满后发动机制动优先，电机制动补偿；所述的制动执行控制模块用于根据电机制动扭矩、发动机制动扭矩对电机、发动机进行控制实现制动目的。
一种混合动力重型牵引车辅助制动系统控制方法，包括下面的步骤：步骤一，所述的制动模式选择模块接收驾驶员制动模式开关发来的信号，判断制动请求工作模式，若为自动模式则进行下面的步骤二至五，若为手动模式则进行下面的步骤六；
步骤二，自动模式激活后，制动功率需求分析模块实时监测车辆的当前实时车速Vt，计算当前实时车速Vt相对于目标设定车速Vset的偏差值，当偏差值大于一定阈值时，根据下面的式(1)和式(2)计算稳定车速需要的制动功率需求，
Figure BDA0002209574120000021
ΔP＝ΔF*Vt 式(2)
其中，ΔF为制动力需求，Vset为设定车速，Vt为当前实时车速，Vt-1为前一时刻车速，Δt为时间间隔，ΔP为制动功率需求；
步骤三，制动能力估算模块根据电机的允许峰值制动扭矩及连续制动扭矩、电机温度、电机控制器温度信息，以及电池的峰值充电电流、连续充电电流、SOC状态实时估算电机制动功率及制动扭矩、发动机制动扭矩；
步骤四，制动扭矩分配模块根据制动请求的目前车速进行PID稳定车速调节、确定整车制动扭矩，并根据上面步骤三求得的电机制动扭矩确定以电机制动优先，电机制动扭矩不足由发动机排气制动和发动机缸内制动补偿的原则；当电量充满后发动机制动优先，电机制动补偿；
步骤五，制动执行控制模块根据步骤四计算的电机制动扭矩、发动机制动扭矩对电机、发动机进行控制实现制动目的；
步骤六，驾驶员选择辅助制动手动模式，制动模式选择模块确定Ⅰ档、Ⅱ档、Ⅲ档档位选择，制动扭矩分配模块确定该模式下电机制动扭矩、发动机制动扭矩，制动执行控制模块根据确定的电机制动扭矩、发动机制动扭矩对电机、发动机进行控制实现制动目的。
与现有技术相比较，本发明的有益效果是：
1、本发明制动系统能够根据车辆状态识别制动功率需求，自动控制辅助制动档位，对车辆进行辅助制动，达到稳定车速的要求。
2、本发明将电机制动引入到辅助制动中，和发动机制动、或排气制动以及缓速器进行制动档位匹配分级，实现制动过程的能量回收优先，提高制动能量回收效率的同时可实现档位之间的连续功率控制，从而实现根据不同坡道的制动功率需求的连续制动稳速控制要求。
附图说明
图1是本发明中制动系统结构框图。
图2是本发明中制动系统控制信号流。
图3是本发明中控制方法流程图。
具体实施方式
以下结合附图说明和具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。
具体实施例一
参见图1至图2，一种混合动力重型牵引车辅助制动系统，其利用电机制动、并结合排气制动、发动机制动、制动电阻(提高特殊工况下电机制动工作时长)来实现辅助制动系统的连续可调及车速调节、最大化电能量回收；具体包括整车控制器和驾驶员制动模式开关，所述的整车控制器与驾驶员制动模式开关连接，整车控制器通过CAN总线分别与电机控制器、电池管理系统、发动机控制器、ABS/EBS控制器和AMT控制器通信连接。所述的整车控制器(HCU)作为本发明辅助制动系统的中央控制单元，接收驾驶员辅助制动请求，并通过CAN总线与发动机控制器、电池管理系统、AMT控制器、电机控制器、ABS/EBS控制器进行实时通讯，获取需要的反馈信号以及控制各总成的制动控制执行。
参见图1至图2，所述的整车控制器包括制动模式选择模块、制动功率需求分析模块、制动扭矩分配模块、制动能力估算模块和制动执行控制模块，所述的驾驶员制动模式开关与制动模式选择模块连接，所述的制动模式选择模块与制动功率需求分析模块连接，所述的制动功率需求分析模块与制动扭矩分配模块连接，所述的制动扭矩分配模块分别与制动能力估算模块和制动执行控制模块连接。
参见图1至图2，所述的制动模式选择模块用于接收驾驶员制动模式开关发来的信号，判断制动请求工作模式。所述的制动功率需求分析模块用于实时监测车辆的当前实时车速Vt，计算当前实时车速Vt相对于目标设定车速Vset的偏差值，当偏差值大于一定阈值时，计算稳定车速需要的制动功率需求。所述的制动能力估算模块用于根据电机的允许峰值制动扭矩及连续制动扭矩、电机温度、电机控制器温度信息，以及电池的允许峰值充电电流、连续充电电流、SOC状态实时估算电机制动功率及制动扭矩、发动机制动扭矩，此处SOC状态指的是电池荷电状态。所述的制动扭矩分配模块用于根据制动请求的目前车速进行PID稳定车速调节、确定整车制动扭矩，并根据电机制动扭矩确定以电机制动优先、电机制动扭矩不足由发动机排气制动和发动机缸内制动补偿的原则，此处的PID指的是比例积分微分控制；当电量充满后发动机制动优先，电机制动补偿。所述的制动执行控制模块用于根据电机制动扭矩、发动机制动扭矩对电机、发动机进行控制实现制动目的。
具体实施例二
参见图1，一种混合动力重型牵引车辅助制动系统控制方法，包括下面的步骤：
步骤一，所述的制动模式选择模块接收驾驶员制动模式开关发来的信号，判断制动请求工作模式，制动请求工作模式分为手动模式或自动模式，若为自动模式则进行下面的步骤二至五，手动模式是指驾驶员可以主动选择制动档位等级实现不同制动需求；若为手动模式则进行下面的步骤六，驾驶员制动模式开关打开时默认状态为自动模式，驾驶员可操作开关切换到手动模式。
步骤二，自动模式激活后，制动功率需求分析模块实时监测车辆的当前实时车速Vt，计算当前实时车速Vt相对于目标设定车速Vset的偏差值，当偏差值大于一定阈值时，此处的阈值设定为5km/h，根据下面的式(1)和式(2)计算稳定车速需要的制动功率需求，
Figure BDA0002209574120000041
ΔP＝ΔF*Vt 式(2)
其中，ΔF为制动力需求，Vset为设定车速，Vt为当前实时车速，Vt-1为前一时刻车速，Δt为时间间隔，ΔP为制动功率需求。
步骤三，制动能力估算模块根据电机的允许峰值制动扭矩及连续制动扭矩、电机温度、电机控制器温度等信息，以及电池的允许峰值充电电流、连续充电电流、SOC等状态实时估算电机制动能力(电机制动功率及制动扭矩)、以及发动机制动扭矩，保证电制动优先；此处SOC状态指的是电池荷电状态。
步骤四，制动扭矩分配模块根据制动请求的目前车速进行PID稳定车速调节、确定整车制动扭矩，并根据上面步骤三求得的电机制动扭矩确定以电机制动优先、电机制动扭矩不足由发动机排气制动和发动机缸内制动补偿的原则，此处的PID指的是比例积分微分控制；当电量充满后发动机制动优先，电机制动补偿(电量充满后采用制动电阻使电机制动产生的热量耗散掉)，电量充满可以选择SOC>85。
步骤五，制动执行控制模块根据步骤四计算的电机制动扭矩、发动机制动扭矩对电机、发动机进行控制实现制动目的。
步骤六，驾驶员选择辅助制动手动模式，制动模式选择模块确定Ⅰ档、Ⅱ档、Ⅲ档档位选择，制动扭矩分配模块确定该模式下电机制动扭矩、发动机制动扭矩，制动执行控制模块根据确定的电机制动扭矩、发动机制动扭矩对电机、发动机进行控制实现制动目的。
本制动档位分级如下表1所示，其中排气制动和发动机缸内制动通过发动机自定义通讯实现0～100％调节，实现分段的制动扭矩控制；电机制动补偿(电量充满后采用制动电阻使电机制动产生的热量耗散掉)。
表1一种典型辅助制动档位分级表
档位 制动方式
Ⅰ档 电机制动(电机制动能力衰退、发动机制动补偿)
Ⅱ档 电机制动+排气制动+发动机3缸制动(电机制动能力衰退、发动机制动补偿)
Ⅲ档 电机制动+排气制动+发动机6缸制动(电机制动能力衰退、发动机制动补偿)
参见图1至图3，本制动系统及其控制方法在车辆下长坡时，能够实时监测车辆行驶状态，计算制动功率需求，根据车辆实际制动功率需求，控制辅助制动档位，对辅助制动装置实现智能控制，实现连续辅助制动稳速控制；且将电机制动引入到辅助制动中，由于电机的制动功率是可调节的，将电机制动和发动机制动、或排气制动以及缓速器进行制动档位匹配分级，可实现档位之间的连续功率控制，从而实现根据不同坡道的制动功率需求的连续制动稳速控制要求。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，上述结构都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种混合动力重型牵引车辅助制动系统，其特征在于：包括整车控制器和驾驶员制动模式开关，所述的整车控制器与驾驶员制动模式开关连接，整车控制器通过CAN总线分别与电机控制器、电池管理系统、发动机控制器、ABS/EBS控制器和AMT控制器通信连接，整车控制器包括制动模式选择模块、制动功率需求分析模块、制动扭矩分配模块、制动能力估算模块和制动执行控制模块，所述的驾驶员制动模式开关与制动模式选择模块连接，所述的制动模式选择模块与制动功率需求分析模块连接，所述的制动功率需求分析模块与制动扭矩分配模块连接，所述的制动扭矩分配模块分别与制动能力估算模块和制动执行控制模块连接；
所述的制动模式选择模块用于接收驾驶员制动模式开关发来的信号，判断制动请求工作模式；
所述的制动功率需求分析模块用于实时监测车辆的当前实时车速Vt，计算当前实时车速Vt相对于目标设定车速Vset的偏差值，当偏差值大于一定阈值时，计算稳定车速需要的制动功率需求；
所述的制动能力估算模块用于根据电机的允许峰值制动扭矩及连续制动扭矩、电机温度、电机控制器温度信息，以及电池的允许峰值充电电流、连续充电电流、SOC状态实时估算电机制动功率及电机制动扭矩、发动机制动扭矩；
所述的制动扭矩分配模块用于根据制动请求的目前车速进行PID稳定车速调节、确定整车制动扭矩，并根据上面电机制动扭矩确定以电机制动优先、电机制动扭矩不足由发动机排气制动和发动机缸内制动补偿的原则；当电量充满后发动机制动优先，电机制动补偿；
所述的制动执行控制模块用于根据电机制动扭矩、发动机制动扭矩对电机、发动机进行控制实现制动目的。
2.一种混合动力重型牵引车辅助制动系统控制方法，其特征在于，包括下面的步骤：
步骤一，所述的制动模式选择模块接收驾驶员制动模式开关发来的信号，判断制动请求工作模式，若为自动模式则进行下面的步骤二至五，若为手动模式则进行下面的步骤六；
步骤二，自动模式激活后，制动功率需求分析模块实时监测车辆的当前实时车速Vt，计算当前实时车速Vt相对于目标设定车速Vset的偏差值，当偏差值大于一定阈值时，根据下面的式(1)和式(2)计算稳定车速需要的制动功率需求，
Figure FDA0002897247700000011
ΔP＝ΔF*Vt 式(2)
其中，ΔF为制动力需求，Vset为设定车速，Vt为当前实时车速，Vt-1为前一时刻车速，Δt为时间间隔，ΔP为制动功率需求；
步骤三，制动能力估算模块根据电机的允许峰值制动扭矩及连续制动扭矩、电机温度、电机控制器温度信息，以及电池的峰值充电电流、连续充电电流、SOC状态实时估算电机制动功率及制动扭矩、发动机制动扭矩；
步骤四，制动扭矩分配模块根据制动请求的目前车速进行PID稳定车速调节、确定整车制动扭矩，并根据上面步骤三求得的电机制动扭矩确定以电机制动优先，电机制动扭矩不足由发动机排气制动和发动机缸内制动补偿的原则；当电量充满后发动机制动优先，电机制动补偿；
步骤五，制动执行控制模块根据步骤三计算的电机制动扭矩、发动机制动扭矩对电机、发动机进行控制实现制动目的；
步骤六，驾驶员选择辅助制动手动模式，制动模式选择模块确定I档、II档、III档档位选择，制动扭矩分配模块确定该模式下电机制动扭矩、发动机制动扭矩，制动执行控制模块根据确定的电机制动扭矩、发动机制动扭矩对电机、发动机进行控制实现制动目的。
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