CN111645651B - 车辆制动系统的制动力矩分配方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种车辆制动系统的制动力矩分配方法，可以设定电池的荷电状态信息以判断电池的上限值，从而判断车辆是否执行制动能量回收工况。且在车辆执行制动能量回收工况时，根据前车轮总需求制动力和电机固有扭矩参数进行判断得到输出扭矩，从而基于输出扭矩得到车辆的减速度，以便于根据车辆减速度得到制动扭矩的分配模式，以明确在制动能量回收模式下电机的输出扭矩以及机械制动的扭矩分配范围，从而更好地保证制动稳定性的前提下更多地进行能量回收。

Description

车辆制动系统的制动力矩分配方法

技术领域

本发明涉及制动力分配控制技术领域，特别涉及一种车辆制动系统的制动力矩分配方法。

背景技术

目前制动能量回收在延长电动汽车续航里程领域起着举足轻重的作用，本发明陈列了一种新型控制逻辑应用于前置前驱的电动车，在整个制动能量回收过程中详细的说明了前置电机与制动系统相互配合的逻辑关系，

制动能量回收功能能够实现电机辅助制动，将制动中产生的机械能转化为电能储存在动力电池中。进而增加电动汽车的续航里程。

目前，普遍存在的问题在于在保证整车制动性能情况下，

1.制动能量回收模式下电池荷电状态的上限门槛值未明确；

2.制动能量回收模式下电机输出电机扭矩的范围未明确；

3.在保证整车制动性能情况下，电机加载在前制动器端的制动力矩与制动系统自身加载在前后制动器的制动力矩其分配关系未明确。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术中在保证整车制动性能的前提下电机输出扭矩的范围不明确的问题。

为解决上述技术问题，本发明实施方式公开了一种车辆制动系统的制动力矩分配方法，S1：根据车辆的制动踏板位移获得车辆的前车轮总需求制动力；

S2：获取车辆电池的荷电状态信息，根据荷电状态信息判断是否执行制动能量回收以及车辆制动的分配模式；

S3：若判断车辆需要执行制动能量回收，根据前车轮总需求制动力与车辆的电机固有扭矩参数计算获得输出扭矩，其中，电机固有扭矩参数包括电机峰值扭矩和电机持续扭矩；

S4：根据输出扭矩获得车辆减速度，并根据车辆减速度确定前车轮总需求制动力的分配模式，其中分配模式包括机械制动、电机制动和机械电机混合制动。

采用上述技术方案，本发明提供的制动力矩分配方法，可以设定荷电状态信息以判断电池的上限值，从而判断车辆是否执行制动能量回收工况。且在车辆执行制动能量回收工况时，根据前车轮总需求制动力和电机固有扭矩参数进行判断得到输出扭矩，从而基于输出扭矩得到车辆的减速度，以便于根据车辆减速度得到制动扭矩的分配模式，以明确在制动能量回收模式下电机的输出扭矩以及机械制动的扭矩分配范围，从而更好地保证制动稳定性的前提下更多地进行能量回收。

根据本发明的另一具体实施方式，本发明的另一具体实施方式公开的制动力矩分配方法，在步骤S4中：

当车辆减速度小于第一减速度阈值，仅通过电机制动向车辆的前制动器输出前车轮总需求制动力；

当车辆减速度大于第二减速度阈值，停止电机制动，仅通过机械制动向车辆的前制动器输出前车轮总需求制动力；并且

当车辆减速度介于第一减速度阈值和第二减速度阈值之间时，根据预设的理想制动力分配曲线获取车辆的前车轮理想制动力，并根据前车轮理想制动力与前车轮总需求制动力的对比结果确定分配模式。

根据本发明的另一具体实施方式，本发明的另一具体实施方式公开的制动力矩分配方法，若前车轮总需求制动力大于等于前车轮理想制动力，通过电机制动向车辆的前制动器输出前车轮总需求制动力；

若前车轮总需求制动力小于前车轮理想制动力，通过机械电机混合制动向车辆的前制动器输出前车轮总需求制动力。

根据本发明的另一具体实施方式，本发明的另一具体实施方式公开的制动力矩分配方法，第一减速度阈值为0.1g，第二减速度阈值为0.8g，其中，g＝9.8m/s^2。

根据本发明的另一具体实施方式，本发明的另一具体实施方式公开的制动力矩分配方法，在步骤S2中，根据荷电状态信息判断是否执行制动能量回收以及分配模式包括：

若电池荷电状态信息小于电池荷电阈值时，车辆执行制动能量回收，车辆采用电机制动；

若电池荷电状态信息大于或等于电池荷电阈值时，车辆不执行制动能量回收，并且车辆仅采用机械制动；

其中，电池荷电阈值为电池总荷电的80％。

根据本发明的另一具体实施方式，本发明的另一具体实施方式公开的制动力矩分配方法，在步骤S3中，输出扭矩的获取方法为：

若前车轮总需求制动力大于或等于电机峰值扭矩时：

当车辆的制动时间大于或等于制动时间阈值时，输出扭矩为电机持续扭矩；

当制动时间小于制动时间阈值时，输出扭矩为电机峰值扭矩；以及

若前车轮总需求制动力小于电机峰值扭矩时：

当前车轮总需求制动力小于电机持续扭矩时，输出扭矩为前车轮总需求制动力；并且

当前车轮总需求制动力大于或等于电机持续扭矩时：

如果制动时间大于或等于制动时间阈值，输出扭矩为电机持续扭矩；或

如果若制动时间小于制动时间阈值，输出扭矩为前车轮总需求制动力。

根据本发明的另一具体实施方式，本发明的另一具体实施方式公开的制动力矩分配方法，制动时间阈值为30秒。

根据本发明的另一具体实施方式，本发明的另一具体实施方式公开的制动力矩分配方法，计算获得车辆减速度的方法为：

其中，J为车辆减速度(g)，g＝9.8m/s^2；T为输出扭矩(Nm)；I为电机传动比；R为车轮半径(m)；M为整车重量(Kg)。

根据本发明的另一具体实施方式，本发明的另一具体实施方式公开的制动力矩分配方法，还进一步包括步骤S5：根据车辆的前车轮与后车轮是否同时处于抱死状态，以及前车轮总需求制动力，计算车辆的后车轮总需求制动力，其中包括：

判断车辆的前车轮和后车轮是否同时处于抱死状态；以及

若前车轮和后车轮同时处于抱死状态，根据以下公式计算通过机械制动向车辆的后制动器输出的后车轮总需求制动力：

其中，F_u2为后车轮总需求制动力；F_u1为前车轮总需求制动力；G为车辆的重力；h_g为车辆的质心高度；b为车辆的质心到后轴距离；L为车辆的轴距。

根据本发明的另一具体实施方式，本发明的另一具体实施方式公开的制动力矩分配方法，判断前车轮和后车轮是否同时处于抱死状态包括：

根据理想制动力分配曲线获取前车轮理想制动力和后车轮理想制动力；并且

如果前车轮理想制动力、后车轮理想制动力之和等于车辆的总附着力，并且前车轮理想制动力等于前车轮附着力，后车轮理想制动力等于后车轮的附着力，则判定前车轮和后车轮同时处于抱死状态。

本发明的有益效果是：

本发明提供了一种车辆制动系统的制动力矩分配方法，可以设定电池的荷电状态信息以判断电池的上限值，从而判断车辆是否执行制动能量回收工况。且在车辆执行制动能量回收工况时，根据前车轮总需求制动力和电机固有扭矩参数进行判断得到输出扭矩，从而基于输出扭矩得到车辆的减速度，以便于根据车辆减速度得到制动扭矩的分配模式，以明确在制动能量回收模式下电机的输出扭矩以及机械制动的扭矩分配范围，从而更好地保证制动稳定性的前提下更多地进行能量回收。

附图说明

图1为本发明实施例提供的车辆制动系统的制动力矩分配方法的方法流程图；

图2为本发明实施例提供的车辆制动系统的制动力矩分配方法中，理想制动力分配曲线的示意图。

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。虽然本发明的描述将结合较佳实施例一起介绍，但这并不代表此发明的特征仅限于该实施方式。恰恰相反，结合实施方式作发明介绍的目的是为了覆盖基于本发明的权利要求而有可能延伸出的其它选择或改造。为了提供对本发明的深度了解，以下描述中将包含许多具体的细节。本发明也可以不使用这些细节实施。此外，为了避免混乱或模糊本发明的重点，有些具体细节将在描述中被省略。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

应注意的是，在本说明书中，相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本实施例的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本实施例的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实施例中的具体含义。

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的实施方式作进一步地详细描述。

实施例

为解决现有技术中在保证整车制动性能的前提下电机输出扭矩的范围不明确的问题，如图1-图2所示，本实施例的实施方式公开了一种车辆制动系统的制动力矩分配方法，包括以下步骤：

S1：根据车辆的制动踏板位移获得车辆的前车轮总需求制动力。对于前置前驱的电动车，由于电机设置在车辆前驱位置，因此采用电机制动时电机的输出扭矩仅作用于前制动器，因此对于进入制动能量回收工况的车辆，需要计算前车轮总需求制动力，进而确认电机输出的输出扭矩范围，具体的分配原则将在下文作详尽描述。制动能量回收工况能够实现电机辅助制动，将电机制动中产生的机械能转化为电能储存在动力电池中。进而增加电动汽车的续航里程。具体的，根据制动踏板位移获得车辆的前车轮总需求制动力的方法为常用方法，因此本实施例对此不做具体限定。

其中，获得车辆的前车轮总需求制动力的计算公式如下：前车轮总需求制动力＝P×D_fc^2/4×Pi×μf×ηf×2×R_fs/Df；其中，P：制动主缸工作压强；D_fc：前制动卡钳活塞直径；Pi：圆周率；μf：前轴制动效率；ηf：前卡钳摩擦片效率；R_fs：前制动盘有效摩擦半径；D_f：前轮滚动半径；其中，P(制动主缸工作压强)＝主缸压强x主缸位移；其中，主缸位移＝制动踏板位移x杠杆比。

S2：获取车辆电池的荷电状态信息，根据荷电状态信息判断是否执行制动能量回收以及车辆制动的分配模式。具体的，在本实施例中，若电池荷电状态信息小于电池荷电阈值时，车辆执行制动能量回收，从而可以使得车辆仅采用电机制动，即不采用机械制动就可以提供足够的制动力于前制动器，同时还可以将电机制动中产生的机械能转化为电能储存在动力电池中。进而增加电动汽车的续航里程。若电池荷电状态信息大于或等于电池荷电阈值时，车辆不执行制动能量回收，此时电机不进行制动，同时也不进行电池的电能储存操作，并且车辆仅采用机械制动。

在本实施例中，电池荷电阈值为电池总荷电的80％，电池总荷电根据电池的型号和规格而定，本实施例对此不做具体限定。另外，由于电池荷电状态信息大于80％时，此时电池充电功率较低，这样将使得动能回收的发电功率受限，因此，电池荷电状态信息大于80％时，车辆不执行制动能量回收，此时电机不进行制动，同时也不进行电池的电能储存操作，并且车辆仅采用机械制动。而电池荷电状态信息小于80％时，充电功率较高，所以选择80％作为制动能量回收的电池荷电状态信息的上限门槛值。

S3：若判断车辆需要执行制动能量回收，根据前车轮总需求制动力与车辆的电机固有扭矩参数计算获得输出扭矩，其中，电机固有扭矩参数包括电机峰值扭矩和电机持续扭矩。

具体的，输出扭矩的获取方法为：若前车轮总需求制动力大于或等于电机峰值扭矩时：当车辆的制动时间大于或等于制动时间阈值时，输出扭矩为电机持续扭矩；当制动时间小于制动时间阈值时，输出扭矩为电机峰值扭矩；以及若前车轮总需求制动力小于电机峰值扭矩时：当前车轮总需求制动力小于电机持续扭矩时，输出扭矩为前车轮总需求制动力；并且当前车轮总需求制动力大于或等于电机持续扭矩时：如果制动时间大于或等于制动时间阈值，输出扭矩为电机持续扭矩；或如果若制动时间小于制动时间阈值，输出扭矩为前车轮总需求制动力。需要理解的是，在本实施例中，制动时间阈值为30秒。

另外，电机固有扭矩参数：电机峰值扭矩和电机持续扭矩根据电机的型号和规格而定，具体可以查询所使用的电机型号以获得电机峰值扭矩和电机持续扭矩，本实施例对此不做具体限定。

S4：根据输出扭矩获得车辆减速度，并根据车辆减速度确定前车轮总需求制动力的分配模式，其中分配模式包括机械制动、电机制动和机械电机混合制动。

具体的，计算获得车辆减速度的方法为：

其中，J为车辆减速度(g)，g＝9.8m/s^2；T为输出扭矩(Nm)；I为电机传动比；R为车轮半径(m)；M为整车重量(Kg)，输出扭矩上一步骤已经计算得到，另外诸如电机传动比根据电机的型号选定，车轮半径、整车重量均根据车型而定，本实施例对此不做具体限定。

进一步地，获取车辆减速度后，确定分配模式的方法如下：

当车辆减速度小于第一减速度阈值，仅通过电机制动向车辆的前制动器输出前车轮总需求制动力，而不采用机械制动提供制动力于前制动器，此时可以进行电机制动的同时对电池进行充电；

当车辆减速度大于第二减速度阈值，停止电机制动，仅通过机械制动向车辆的前制动器输出前车轮总需求制动力；并且

当车辆减速度介于第一减速度阈值和第二减速度阈值之间时，根据预设的理想制动力分配曲线(比如，如图2所示的理想制动力分配曲线)获取车辆的前车轮理想制动力，并根据前车轮理想制动力与前车轮总需求制动力的对比结果确定分配模式：

若前车轮总需求制动力大于等于前车轮理想制动力，通过电机制动向车辆的前制动器输出前车轮总需求制动力；若前车轮总需求制动力小于前车轮理想制动力，通过机械电机混合制动向车辆的前制动器输出前车轮总需求制动力。

需要理解的是，在本实施例中，第一减速度阈值为0.1g，第二减速度阈值为0.8g，其中，g＝9.8m/s^2。

综上，本实施例提供的制动力矩分配方法，可以设定荷电状态信息以判断电池的上限值，从而判断车辆是否执行制动能量回收工况。且在车辆执行制动能量回收工况时，根据前车轮总需求制动力和电机固有扭矩参数进行判断得到输出扭矩，从而基于输出扭矩得到车辆的减速度，以便于根据车辆减速度得到制动扭矩的分配模式，以明确在制动能量回收模式下电机的输出扭矩以及机械制动的扭矩分配范围，从而更好地保证制动稳定性的前提下更多地进行能量回收。

需要理解的是，一般从乘用车制动性来讲前后车轮的制动力并不能相等，主要考虑的是车轮抱死抱死的判断条件上看，后车轮一定要晚于前车轮抱死，因为前车轮有转向系统，人可以主动的干预，但是后车轮一旦抱死整车将失去了控制，对于车辆稳定性十分危险。

理想制动力分配曲线是汽车制动系统的法规曲线，前车轮和后车轮的制动力分配的曲线不得低于此曲线，是制动系统最低的标准。

一般汽车在设计过程中，越是贴近理想制动力分配曲线说明车辆在制动过程中越稳定，我们所说的制动能量回收过程，其实也是电机的制动力来分担了机械制动系统的制动力，因此，前车轮总需求制动力和后车轮总需求制动力必须按照理想制动力分配曲线的规则分配。

具体的，在制动时需要车辆的前车轮和后车轮都处于抱死状态，同时在处于抱死状态时，可以根据分配公式获得后车轮总需求制动力，在保证整车制动性能情况下，获得电机加载在前制动器端的制动力矩与机械制动自身加载在前后制动器的制动力矩的分配关系，以进一步防止前车轮或者后车轮的任一个发生侧倾导致安全隐患。因此，本实施例提供的制动力矩分配方法，还进一步包括步骤S5：根据车辆的前车轮与后车轮是否同时处于抱死状态，以及前车轮总需求制动力，计算车辆的后车轮总需求制动力，其中包括：

判断车辆的前车轮和后车轮是否同时处于抱死状态；以及

若前车轮和后车轮同时处于抱死状态，根据以下公式计算通过机械制动向车辆的后制动器输出的后车轮总需求制动力：

其中，F_u2为后车轮总需求制动力；F_u1为前车轮总需求制动力；G为车辆的重力；h_g为车辆的质心高度；b为车辆的质心到后轴距离；L为车辆的轴距。

需要理解的是，前述步骤已经获得了前车轮总需求制动力，此时可以通过前车轮总需求制动力以及车辆的固有参数根据上述分配公式计算得到精确的后车轮总需求制动力。具体的，车辆的固有参数包括车辆的重力、车辆的质心高度、车辆的质心到后轴距离、车辆的轴距，且该类参数为车辆的固有的已知参数，根据车辆的型号而定，本实施例对此不做具体限定。

进一步地，判断前车轮和后车轮是否同时处于抱死状态包括：根据理想制动力分配曲线获取前车轮理想制动力和后车轮理想制动力；并且如果前车轮理想制动力、后车轮理想制动力之和等于车辆的总附着力，并且前车轮理想制动力等于前车轮附着力，后车轮理想制动力等于后车轮的附着力，则判定前车轮和后车轮同时处于抱死状态。

需要理解的是，车辆的总附着力根据前车轮的附着力和后车轮的附着力的总和而定。另外，前车轮的附着力、后车轮的附着力根据轮胎的材质、车辆的重量以及路面而定，本实施例对此不做具体限定。

虽然通过参照本发明的某些优选实施方式，已经对本发明进行了图示和描述，但本领域的普通技术人员应该明白，以上内容是结合具体的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。本领域技术人员可以在形式上和细节上对其作各种改变，包括做出若干简单推演或替换，而不偏离本发明的精神和范围。

Claims (8)

1.一种车辆制动系统的制动力矩分配方法，其特征在于，

S1：根据车辆的制动踏板位移获得所述车辆的前车轮总需求制动力：

S2：获取车辆电池的荷电状态信息，根据所述荷电状态信息判断是否执行制动能量回收以及车辆制动的分配模式；

S3：若判断所述车辆需要执行所述制动能量回收，根据所述前车轮总需求制动力与所述车辆的电机固有扭矩参数计算获得输出扭矩，其中，所述电机固有扭矩参数包括电机峰值扭矩和电机持续扭矩；

S4：根据所述输出扭矩获得车辆减速度，并根据所述车辆减速度确定所述前车轮总需求制动力的所述分配模式，其中所述分配模式包括机械制动、电机制动和机械电机混合制动；其中

当所述车辆减速度小于第一减速度阈值，仅通过所述电机制动向所述车辆的前制动器输出所述前车轮总需求制动力；

当所述车辆减速度大于第二减速度阈值，停止所述电机制动，仅通过所述机械制动向所述车辆的前制动器输出所述前车轮总需求制动力；并且

当所述车辆减速度介于所述第一减速度阈值和所述第二减速度阈值之间时，根据预设的理想制动力分配曲线获取所述车辆的前车轮理想制动力，并根据所述前车轮理想制动力与所述前车轮总需求制动力的对比结果确定所述分配模式；其中

若所述前车轮总需求制动力大于等于所述前车轮理想制动力，通过所述电机制动向所述车辆的前制动器输出所述前车轮总需求制动力；

若所述前车轮总需求制动力小于所述前车轮理想制动力，通过所述机械电机混合制动向所述车辆的前制动器输出所述前车轮总需求制动力。

2.根据权利要求1所述的制动力矩分配方法，其特征在于，所述第一减速度阈值为0.1g，所述第二减速度阈值为0.8g，其中，g＝9.8m/s^2。

3.根据权利要求1所述的制动力矩分配方法，其特征在于，在所述步骤S2中，根据所述荷电状态信息判断是否执行所述制动能量回收以及所述分配模式包括：

若所述电池荷电状态信息小于电池荷电阈值时，所述车辆执行所述制动能量回收，所述车辆采用所述电机制动；

若所述电池荷电状态信息大于或等于所述电池荷电阈值时，所述车辆不执行所述制动能量回收，并且所述车辆仅采用所述机械制动；

其中，所述电池荷电阈值为电池总荷电的80％。

4.根据权利要求1所述的制动力矩分配方法，其特征在于，在所述步骤S3中，所述输出扭矩的获取方法为：

若所述前车轮总需求制动力大于或等于所述电机峰值扭矩时：

当所述车辆的制动时间大于或等于制动时间阈值时，所述输出扭矩为所述电机持续扭矩；

当所述制动时间小于所述制动时间阈值时，所述输出扭矩为所述电机峰值扭矩；以及

若所述前车轮总需求制动力小于所述电机峰值扭矩时：

当所述前车轮总需求制动力小于所述电机持续扭矩时，所述输出扭矩为所述前车轮总需求制动力；并且

当所述前车轮总需求制动力大于或等于所述电机持续扭矩时：

如果所述制动时间大于或等于所述制动时间阈值，所述输出扭矩为所述电机持续扭矩；或

如果若所述制动时间小于所述制动时间阈值，所述输出扭矩为所述前车轮总需求制动力。

5.根据权利要求4所述的制动力矩分配方法，其特征在于，所述制动时间阈值为30秒。

6.根据权利要求1所述的制动力矩分配方法，其特征在于，计算获得所述车辆减速度的方法为：

其中，J为所述车辆减速度(g)，g＝9.8m/s^2；T为所述输出扭矩(Nm)；I为电机传动比；R为车轮半径(m)；M为整车重量(Kg)。

7.根据权利要求1所述的制动力矩分配方法，其特征在于，还进一步包括步骤S5：根据所述车辆的前车轮与后车轮是否同时处于抱死状态，以及所述前车轮总需求制动力，计算所述车辆的后车轮总需求制动力，其中包括：

判断所述车辆的所述前车轮和所述后车轮是否同时处于所述抱死状态；以及

若所述前车轮和所述后车轮同时处于所述抱死状态，根据以下公式计算通过所述机械制动向所述车辆的后制动器输出的所述后车轮总需求制动力：

其中，F_u2为所述后车轮总需求制动力；F_u1为所述前车轮总需求制动力；G为所述车辆的重力；h_g为所述车辆的质心高度；b为所述车辆的质心到后轴距离；L为所述车辆的轴距。

8.根据权利要求7所述的制动力矩分配方法，其特征在于，判断所述前车轮和所述后车轮是否同时处于所述抱死状态包括：

根据所述理想制动力分配曲线获取前车轮理想制动力和后车轮理想制动力；并且

如果所述前车轮理想制动力、所述后车轮理想制动力之和等于所述车辆的总附着力，并且所述前车轮理想制动力等于前车轮附着力，所述后车轮理想制动力等于后车轮的附着力，则判定所述前车轮和所述后车轮同时处于所述抱死状态。

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