CN110979023A - 基于能量回收和电控制动的车辆紧急制动控制系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于能量回收和电控制动的车辆紧急制动控制系统及方法，该方法具体是：系统进入待机状态后通过紧急制动控制系统（1）监控油门踏板行程和释放速度状态，满足条件后进入紧急制动控制模式，油门踏板释放后紧急制动控制系统发送紧急制动控制信号至电动驱动系统（2）和电控制动系统（3）；电动驱动系统输出拖滞扭矩使车辆减速，同时电控制动系统主动增加制动液压力。系统在满足条件后退出紧急制动控制模式并进入静默状态。本发明能在驾驶员紧急制动动作前进入紧急制动控制模式，主动控制能量回收系统进行较大强度的能量回收，同时控制电控制动系统进行主动增压，从而在车辆紧急制动过程中缩短制动系统的刹车距离，有效预防碰撞。

Description

基于能量回收和电控制动的车辆紧急制动控制系统及方法

技术领域

本发明涉及一种车辆紧急制动的控制系统和方法，尤其涉及一种基于能量回收和电控制动的车辆紧急制动控制系统及方法。

背景技术

目前，现有技术中新能源汽车的能量回收系统主要作用是：新能源汽车在滑行和制动时将车辆的动能转化为电能储存在电池中，以达到提高车辆电池续航的效果。但现有技术的能量回收系统为了平衡正常驾驶时的舒适性，通常定义为：在制动踏板释放一段时间后再进入能量回收控制模式，制动踏板释放时间一般要在2s以上。在进入能量回收控制时，回收强度缓慢增加，初期的能量回收的制动减速度强度一般小于0.08g；另外在车辆电池电量较高时，制动能量回收功能不起作用，能量回收控制策略限制能量回收功能，对制动性能帮助不大。

中国发明专利申请CN 201611083482.7公开了一种车辆制动的方法及装置，该方法在车辆的液压制动辅助HBA功能被激活的情况下，确定车辆的发电机为车辆的蓄电池充电能产生的最大理论力矩；利用发电机能产生的最大理论力矩，确定发电机产生的实际力矩和车辆的电子稳定控制器ESC增压力矩；利用车辆的液压制动力矩、发电机产生的实际力矩和ESC增压力矩，控制车辆制动，车辆的液压制动力矩为车辆的制动踏板被踩下时所生成的液压力矩。但该方法存在以下不足之处：

1、该方法通过车辆的发电机执行能量回收，功率较低，能提供的车辆减速度也较低，对车辆减速的需求支持十分有限。

2、HBA功能要在制动踏板踩下以后被触发，触发时机较晚，主动制动的响应慢，无法辅助车辆提前减速。

中国发明专利申请CN 201710080990.8公开了一种用于缩短紧急制动距离的辅助制动装置及其控制方法，该辅助制动装置包括双侧辅助制动单元、辅助制动控制单元、制动减速度传感器、车身横摆角速度传感器、左前轮载荷传感器、右前轮载荷传感器，辅助制动控制单元基于接收到的左侧载荷信号和/或右侧载荷信号分别产生启动信号或复位信号并分别发送至左侧辅助制动单元和/或右侧辅助制动单元，左侧辅助制动单元和/或右侧辅助制动单元基于启动信号启动辅助制动或基于复位信号解除辅助制动。但该控制方法的紧急制动辅助实现需要额外增加较多的辅助装置，这些辅助装置较复杂，不仅成本较高，且增加了整车的重量和布置空间，不利于推广使用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于能量回收和电控制动的车辆紧急制动控制系统及方法，能在驾驶员紧急制动动作前进入紧急制动控制模式，主动控制能量回收系统进行较大强度的能量回收，同时控制电控制动系统进行主动增压，从而在车辆紧急制动过程中缩短制动系统的刹车距离，有效预防碰撞。

本发明是这样实现的：

一种基于能量回收和电控制动的车辆紧急制动控制系统，包括紧急制动控制系统、电动驱动系统、电控制动系统和系统控制器；系统控制器的输入端与整车控制器通信并采集车辆信号，系统控制器的输出端与紧急制动控制系统的输入端连接，紧急制动控制系统的输出端与电动驱动系统和电控制动系统连接，紧急制动控制系统向电动驱动系统和电控制动系统发送紧急制动控制信号和退出紧急制动控制信号。

一种基于能量回收和电控制动的车辆紧急制动控制方法，包括以下步骤：

步骤1：系统控制器采集车辆信号并发送至紧急制动控制系统；

步骤2：紧急制动控制系统根据车速信号判断是否进入待机状态，若是，则电动驱动系统和电控制动系统与紧急制动控制系统同步进入待机状态，并执行步骤3，若否，则返回步骤1；

步骤3：紧急制动控制系统监控油门踏板行程和释放速度状态，并判断是否进入紧急制动控制模式，若是，则执行步骤4，若否，则返回步骤1；

步骤4：在油门踏板释放后，紧急制动控制系统立即发送紧急制动控制信号至电动驱动系统和电控制动系统；

步骤5：电动驱动系统根据拖滞扭矩阈值输出拖滞扭矩使车辆减速，同时，电控制动系统根据主动增压阈值主动增加制动液压力进行制动；

步骤6：紧急制动控制系统判断是否退出紧急制动控制模式，若是，则退出紧急制动控制模式，并返回步骤1，若否，则维持紧急制动控制模式，并执行步骤7；

步骤7：紧急制动控制系统根据车速信号判断是否进入静默状态；若是，则紧急制动控制系统、电动驱动系统和电控制动系统由待机状态切换至静默状态，并返回步骤1；若否，则紧急制动控制系统、电动驱动系统和电控制动系统保持待机状态，并返回步骤3。

在所述的步骤1中，车辆信号包括车速信号、油门踏板行程信号、油门踏板释放速度信号、制动踏板行程信号。

在所述的步骤2中，当车速≤7km/h时，紧急制动控制系统、电动驱动系统和电控制动系统处于静默状态；当车速＞7km/h时，紧急制动控制系统、电动驱动系统和电控制动系统进入待机状态。

在所述的步骤3中，进入紧急制动控制模式的条件是：油门踏板行程大于油门踏板行程阈值，且油门踏板释放速度大于油门踏板释放速度阈值。

所述的油门踏板行程阈值的取值范围为[15%，80%]，油门踏板释放速度阈值的取值范围为[150%/s，600%/s]。

在所述的步骤5中，拖滞扭矩阈值的取值范围为[45Nm，120Nm]，主动增压阈值的取值范围为[3bar，6bar]。

在所述的步骤6中，退出紧急制动控制模式的条件为：系统控制器采集到制动踏板行程信号并发送至紧急制动控制系统，且制动踏板行程大于制动踏板行程阈值；制动踏板行程阈值的取值范围为[20%，65%]。

在所述的步骤6中，退出紧急制动控制模式的条件为：进入紧急制动控制模式后，驾驶员一直未实施制动动作，且车速下降至≤7km/h，紧急制动控制系统、电动驱动系统和电控制动系统由待机状态切换至静默状态。

在所述的步骤7中，紧急制动控制系统判断进入静默状态的条件是：车速由＞7km/h降至≤7km/h。

本发明与现有技术相比，具有如下有益效果：

1、本发明的方法能根据油门踏板行程及其释放速度来判定需要紧急制动的可能性，从而在驾驶员执行制动动作前通过能量回收和主动增压辅助制动，有效缩短紧急制动距离，防止车辆碰撞。

2、本发明的方法由于采用了能量回收系统大强度回收能量和电控制动系统主动增压同时执行的策略，能有效提高紧急制动工况下车辆制动系统的响应速度，提高车辆制动的可靠性，防止车辆碰撞。

3、本发明的装置通过能量回收系统进行迅速的拖滞扭矩输出响应，能提供额外、有效的制动减速度，辅助车辆紧急制动，有利于提高车辆的制动性能。

4、本发明的装置通过电控制动系统进行主动增压，消除了车辆制动系统的空行程，提高了紧急制动工况下制动系统的响应速度，从而提高车辆制动性能。

本发明能通过油门踏板行程及其释放速度来识别需要紧急制动的可能性，进入紧急制动控制模式时，在油门踏板释放后马上调动主动控制能量回收系统进行较大强度的能量回收，同时控制电控制动系统进行主动增压，提高紧急制动工况下的车辆制动响应性能，从而在车辆紧急制动过程中缩短制动系统的刹车距离，有效预防碰撞。

附图说明

图1是本发明基于能量回收和电控制动的车辆紧急制动控制系统的模块图；

图2是本发明基于能量回收和电控制动的车辆紧急制动控制方法的流程图。

图中，1紧急制动控制系统，2电动驱动系统，3电控制动系统，4系统控制器。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。

请参见附图1，一种基于能量回收和电控制动的车辆紧急制动控制系统，包括紧急制动控制系统1、电动驱动系统2、电控制动系统3和系统控制器4；系统控制器4通过CAN总线与整车控制器通信，并通过CAN总线采集油门踏板行程信号、油门踏板释放速度信号、制动踏板行程信号等车辆信号，同时通过CAN FD总线和硬线采集车速信号；系统控制器4的输出端通过CAN FD总线与紧急制动控制系统1的输入端连接，紧急制动控制系统1的输出端通过CAN FD总线与电动驱动系统2和电控制动系统3连接，紧急制动控制系统1向电动驱动系统2和电控制动系统3发送紧急制动控制信号和退出紧急制动控制信号。

紧急制动控制系统1用于车辆紧急制动控制系统的总控。

电动驱动系统2在车辆滑行或制动工况下作为能量回收系统，由驱动电机通过驱动系统为车辆提供拖滞力矩，从而降低车速。电动驱动系统2可采用较大强度的能量回收策略，以达到快速响应制动的目的。

电控制动系统3用于执行紧急制动工况下的主动增压制动。

系统控制器4可采用车辆上的整车控制器，并植入相应的控制程序，也可另外安装系统控制器4，用于车辆信号的采集和传输。

由于紧急制动对系统响应时间的要求较高，一般响应周期在5ms之内，因此各系统间采用CAN FD总线进行通讯，能降低系统间的通信控制延迟。由于整车车速信号为安全性要求较高的相关信号，因此车速信号使用CAN FD和硬线双重信号传输，而系统控制器4与整车控制器之间其他通讯信号为CAN总线通信。

请参见附图2，一种基于能量回收和电控制动的车辆紧急制动控制方法，包括以下步骤：

步骤1：系统控制器4采集车辆信号，并将车辆信号通过CAN FD总线发送至紧急制动控制系统1。

在所述的步骤1中，车辆信号包括车速信号、油门踏板行程信号、油门踏板释放速度信号、制动踏板行程信号等。

步骤2：紧急制动控制系统1根据车速信号判断是否进入待机状态，若是，则电动驱动系统2和电控制动系统3与紧急制动控制系统1同步进入待机状态，并执行步骤3，若否，则返回步骤1。

在所述的步骤2中，当车速≤7km/h时，紧急制动控制系统1、电动驱动系统2和电控制动系统3处于静默状态；当车速＞7km/h时，紧急制动控制系统1、电动驱动系统2和电控制动系统3进入待机状态。

步骤3：紧急制动控制系统1监控油门踏板行程和释放速度状态，并判断是否进入紧急制动控制模式，若是，则执行步骤4，若否，则返回步骤1。

在所述的步骤3中，进入紧急制动控制模式的条件是：油门踏板行程大于油门踏板行程阈值，且油门踏板释放速度大于油门踏板释放速度阈值。

优选的，所述的油门踏板行程阈值的取值范围为[15%，80%]，油门踏板释放速度阈值的取值范围为[150%/s，600%/s]。

步骤4：在油门踏板释放后，紧急制动控制系统1立即发送紧急制动控制信号至电动驱动系统2和电控制动系统3。

步骤5：电动驱动系统2控制驱动电机根据预设的拖滞扭矩阈值输出拖滞扭矩使车辆减速，电动驱动系统2作为能量回收系统能迅速提供有效的车辆减速度；同时，电控制动系统3控制内部的主动增压马达和油泵快速工作并根据预设的主动增压阈值主动增加制动液压力，消除车辆制动系统的空行程，缩短紧急制动时的系统响应时间。

在所述的步骤5中，拖滞扭矩阈值的取值范围为[45Nm，120Nm]。

在所述的步骤5中，主动增压阈值的取值范围为[3bar，6bar]。

步骤6：紧急制动控制系统1判断是否退出紧急制动控制模式，若是，则退出紧急制动控制模式，并返回步骤1，若否，则维持紧急制动控制模式，并执行步骤7。

在所述的步骤6中，退出紧急制动控制模式的条件为：系统控制器4采集到制动踏板行程信号并发送至紧急制动控制系统1，且制动踏板行程大于预设的制动踏板行程阈值。

优选的，制动踏板行程阈值的取值范围为[20%，65%]。

在所述的步骤6中，退出紧急制动控制模式的条件为：进入紧急制动控制模式后，驾驶员一直未实施制动动作，且车速下降至≤7km/h，紧急制动控制系统1、电动驱动系统2和电控制动系统3由待机状态切换至静默状态。

步骤7：紧急制动控制系统1根据车速信号判断是否进入静默状态；若是，则紧急制动控制系统1、电动驱动系统2和电控制动系统3由待机状态切换至静默状态，并返回步骤1；若否，则紧急制动控制系统1、电动驱动系统2和电控制动系统3保持待机状态，并返回步骤3。

在所述的步骤7中，紧急制动控制系统1判断进入静默状态的条件是：车速由＞7km/h降至≤7km/h。

在本发明的车辆紧急制动控制方法中，油门踏板行程阈值、油门踏板释放速度阈值、拖滞扭矩阈值、主动增压阈值、制动踏板行程阈值为标定值，可根据前期车辆开发进行标定验证来预设。

实施例1：

当车辆在路上以车速45km/h行驶时，跟前车的距离保持在30m以上，紧急制动控制系统1、电动驱动系统2和电控制动系统3各自处于待机状态，紧急制动控制系统1监控油门踏板行程和油门踏板释放速度状态。在此实施例中，设定：拖滞扭矩阈值为60Nm，主动增压阈值为3bar，油门踏板行程阈值为25%，油门踏板释放速度阈值为180%/s，制动踏板行程阈值为35%。

当前车遇到堵车进行紧急制动时，两车距离快速降低。本车驾驶员发现此状态后欲快速释放油门踏板并进行紧急制动，此时，紧急制动控制系统1监控到油门踏板行程为35%（大于油门踏板行程阈值25%）且油门踏板快速释放，油门踏板释放速度达到230%/s（大于油门踏板释放速度阈值180%/s），紧急制动控制系统1发送紧急制动控制信号给电动驱动系统2和电控制动系统3。

电动驱动系统2即能量回收系统收到控制信号后在0.1s内提供60Nm的拖滞力矩，由于各系统间采用CAN FD总线进行通讯，紧急制动控制系统1判断需要紧急制动控制时，紧急制动控制系统1能在15ms内将紧急制动控制信号发送给电动驱动系统2即能量回收系统，能量回收系统接收到紧急制动控制信号后，经过内部控制逻辑在30ms内开始进行电机能量回收控制，电机在50ms内将拖滞力矩提高至60Nm。与此同时，电控制动系统3收到控制信号后在0.08s内将制动系统压力提高至3bar，消除了制动系统空行程，由于各系统间采用CANFD总线进行通讯，紧急制动控制系统1能在15ms内将紧急制动控制信号发送给电控制动系统3，电控制动系统3接收到紧急制动控制信号后，经过内部控制逻辑在20ms内通过电机推动液压泵/柱塞泵工作，将制动液由制动主缸推入制动轮缸，制动轮缸在40ms内制动液压力提升至3bar，推动制动轮缸行程移动0.26mm。

此后驾驶员进行紧急制动动作，直至车辆刹停，此时本车距前车距离为0.8m，避免了车辆碰撞。

采用了本发明的系统及方法后，在驾驶员进行紧急制动动作前进行能量回收，在此次紧急制动过程中降低本车制动距离0.8m，同时经过主动增压在紧急制动动作前消除制动系统空行程并降低本车制动距离0.5m，电动驱动系统2和电控制动系统3共同作用后共可降低制动距离1.3m。如果没有本发明的系统及方法作用，本车无法在碰撞前完全刹停，本车会追尾前车。

实施例2：

当车辆在路上以车速65km/h行驶时，跟前车的距离保持在40m以上，紧急制动控制系统1、电动驱动系统2和电控制动系统3各自处于待机状态，紧急制动控制系统1监控油门踏板行程和油门踏板释放速度状态。在此实施例中，设定：油门踏板行程阈值为35%、油门踏板释放速度阈值为220%/s、制动踏板行程阈值为30%，拖滞扭矩阈值为70Nm，主动增压阈值为3.5bar。

当前车遇到堵车进行紧急制动时，两车距离快速降低。本车驾驶员发现此状态后欲快速释放油门踏板并进行紧急制动，此时，紧急制动控制系统1监控到油门踏板行程为40%（大于油门踏板行程阈值35%）且油门踏板快速释放，油门踏板释放速度达到270%/s（大于油门踏板释放速度阈值220%/s），紧急制动控制系统1发送紧急制动控制信号给电动驱动系统2和电控制动系统3。

电动驱动系统2即能量回收系统收到控制信号后在0.12s内提供70Nm的拖滞力矩，由于各系统间采用CAN FD总线进行通讯，紧急制动控制系统1判断需要紧急制动控制时，紧急制动控制系统1能在10ms内将紧急制动控制信号发送给电动驱动系统2即能量回收系统，能量回收系统接收到紧急制动控制信号后，经过内部控制逻辑在20ms内开始进行电机能量回收控制，电机在55ms内将拖滞力矩提高至70Nm。与此同时，电控制动系统3收到控制信号后在0.1s内将制动系统压力提高至3.5bar，消除了制动系统空行程，由于各系统间采用CANFD总线进行通讯，紧急制动控制系统1能在10ms内将紧急制动控制信号发送给电控制动系统3，电控制动系统3接收到紧急制动控制信号后，经过内部控制逻辑在20ms内通过电机推动液压泵/柱塞泵工作，将制动液由制动主缸推入制动轮缸，制动轮缸在45ms内制动液压力提升至3.5bar，推动制动轮缸行程移动0.28mm。

此后驾驶员进行紧急制动动动作，车辆车速将至25km/h，此时本车距前车距离为1.5m。此时前车因前方拥堵程度缓解后车辆加速行驶，两车距离加大后无碰撞风险驾驶员释放制动踏板，紧急制动控制系统退出控制状态，并将控制信号发送至能量回收系统和电控制动系统，能量回收系统和电控制动系统接受到信号后也分别退出控制状态。

采用了本发明的控制系统及方法后，在驾驶员进行紧急制动动作前进行能量回收，在此次紧急制动过程中降低本车制动距离1.2m，同时经过主动增压在紧急制动动作前消除制动系统空行程并降低本车制动距离0.9m，电动驱动系统2和电控制动系统3共同作用后共可降低制动距离2.1m。如果没有本发明的控制系统及方法作用，本车无法在本车速度降低至25km/h过程中缩短足够的制动距离，本车会追尾前车。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围，因此，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于能量回收和电控制动的车辆紧急制动控制系统，其特征是：包括紧急制动控制系统（1）、电动驱动系统（2）、电控制动系统（3）和系统控制器（4）；系统控制器（4）的输入端与整车控制器通信并采集车辆信号，系统控制器（4）的输出端与紧急制动控制系统（1）的输入端连接，紧急制动控制系统（1）的输出端与电动驱动系统（2）和电控制动系统（3）连接，紧急制动控制系统（1）向电动驱动系统（2）和电控制动系统（3）发送紧急制动控制信号和退出紧急制动控制信号。

2.一种采用权利要求1所述的基于能量回收和电控制动的车辆紧急制动控制系统的控制方法，其特征是：包括以下步骤：

步骤1：系统控制器（4）采集车辆信号并发送至紧急制动控制系统（1）；

步骤2：紧急制动控制系统（1）根据车速信号判断是否进入待机状态，若是，则电动驱动系统（2）和电控制动系统（3）与紧急制动控制系统（1）同步进入待机状态，并执行步骤3，若否，则返回步骤1；

步骤3：紧急制动控制系统（1）监控油门踏板行程和释放速度状态，并判断是否进入紧急制动控制模式，若是，则执行步骤4，若否，则返回步骤1；

步骤4：在油门踏板释放后，紧急制动控制系统（1）立即发送紧急制动控制信号至电动驱动系统（2）和电控制动系统（3）；

步骤5：电动驱动系统（2）根据拖滞扭矩阈值输出拖滞扭矩使车辆减速，同时，电控制动系统（3）根据主动增压阈值主动增加制动液压力进行制动；

步骤6：紧急制动控制系统（1）判断是否退出紧急制动控制模式，若是，则退出紧急制动控制模式，并返回步骤1，若否，则维持紧急制动控制模式，并执行步骤7；

步骤7：紧急制动控制系统（1）根据车速信号判断是否进入静默状态；若是，则紧急制动控制系统（1）、电动驱动系统（2）和电控制动系统（3）由待机状态切换至静默状态，并返回步骤1；若否，则紧急制动控制系统（1）、电动驱动系统（2）和电控制动系统（3）保持待机状态，并返回步骤3。

3.根据权利要求2所述的基于能量回收和电控制动的车辆紧急制动控制方法，其特征是：在所述的步骤1中，车辆信号包括车速信号、油门踏板行程信号、油门踏板释放速度信号、制动踏板行程信号。

4.根据权利要求2所述的基于能量回收和电控制动的车辆紧急制动控制方法，其特征是：在所述的步骤2中，当车速≤7km/h时，紧急制动控制系统（1）、电动驱动系统（2）和电控制动系统（3）处于静默状态；当车速＞7km/h时，紧急制动控制系统（1）、电动驱动系统（2）和电控制动系统（3）进入待机状态。

5.根据权利要求2所述的基于能量回收和电控制动的车辆紧急制动控制方法，其特征是：在所述的步骤3中，进入紧急制动控制模式的条件是：油门踏板行程大于油门踏板行程阈值，且油门踏板释放速度大于油门踏板释放速度阈值。

6.根据权利要求5所述的基于能量回收和电控制动的车辆紧急制动控制方法，其特征是：所述的油门踏板行程阈值的取值范围为[15%，80%]，油门踏板释放速度阈值的取值范围为[150%/s，600%/s]。

7.根据权利要求2所述的基于能量回收和电控制动的车辆紧急制动控制方法，其特征是：在所述的步骤5中，拖滞扭矩阈值的取值范围为[45Nm，120Nm]，主动增压阈值的取值范围为[3bar，6bar]。

8.根据权利要求2所述的基于能量回收和电控制动的车辆紧急制动控制方法，其特征是：在所述的步骤6中，退出紧急制动控制模式的条件为：系统控制器（4）采集到制动踏板行程信号并发送至紧急制动控制系统（1），且制动踏板行程大于制动踏板行程阈值；制动踏板行程阈值的取值范围为[20%，65%]。

9.根据权利要求2所述的基于能量回收和电控制动的车辆紧急制动控制方法，其特征是：在所述的步骤6中，退出紧急制动控制模式的条件为：进入紧急制动控制模式后，驾驶员一直未实施制动动作，且车速下降至≤7km/h，紧急制动控制系统（1）、电动驱动系统（2）和电控制动系统（3）由待机状态切换至静默状态。

10.根据权利要求2所述的基于能量回收和电控制动的车辆紧急制动控制方法，其特征是：在所述的步骤7中，紧急制动控制系统（1）判断进入静默状态的条件是：车速由＞7km/h降至≤7km/h。

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