CN111823881A - 一种电动汽车用制动系统及制动方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提出一种电动汽车用制动系统及制动方法，该系统及方法可以通过整车控制器对各功能模块进行自上而下的系统化管控，优化功能需求，合理分配利用资源。在优化功能的同时，取消不必要的模块，平衡各功能模块间的使用频度，增加综合使用寿命。此外，本发明提出的技术方案还可以进行能量回收，提高续航能力。本发明提出的技术方案还可以对各功能模块内部进行预设策略的控制，实现整车功能的有效传输和准确执行，减少了液压制动的使用次数和强度，降低液压制动的磨损和更换。

Description

一种电动汽车用制动系统及制动方法
技术领域
本发明属于电动汽车制动技术领域，尤其涉及一种电动汽车用制动系统及制动方法。
背景技术
现有电动汽车制动系统包含以下功能模块：制动助力器，ESC模块(ABS/TCS/ESC功能)，液压制动器，驱动电机，单轴或双轴驱动，制动能量回收功能。现有技术存在以下技术问题：制动响应时间长，延迟大，控制精度低；各模块独立控制，自成体系，协调难度较大；能量回收能力较低，小于3m/s2，续航提升20％以内。
此外，现有技术中，不同的供应商负责对各自功能模块进行管理和控制，现有传统整车厂缺乏自动驾驶及整车系统功能的系统化控制。现有传统整车厂不具备对各功能模块的直接控制，各模块的控制策略掌握在供应商手里。
发明内容
发明目的：针对以上现有技术存在的问题，本发明提出一种电动汽车用制动系统及制动方法，该系统可以通过整车控制器对各功能模块进行自上而下的系统化管控，优化功能需求，合理分配利用资源。在优化功能的同时，取消不必要的模块，平衡各功能模块间的使用频度，增加综合使用寿命。此外，本发明提出的技术方案还可以进行能量回收，提高续航能力。
技术方案：为实现本发明的目的，本发明所采用的技术方案是：一种电动汽车用制动系统，所述系统包括以下部件：
制动助力器：与脚踏板连接，对刹车助力和踏板力进行调节；
电子制动器：位于汽车四个车轮上，对车辆进行刹车、车轮防抱死控制；
驱动电机：位于汽车四个车轮上，对每个车轮进行独立驱动，以及防抱死控制和制动能量回收；
整车控制器：与制动助力器、电子制动器、驱动电机连接，通过制动助力器采集脚踏板的制动信号，以及根据车辆当前状态及驾驶模式，从制动助力器、电子制动器、驱动电机中选择一种或多种部件进行车辆制动控制；
液压管路:与制动助力器和电子制动器连接，车辆制动时，如果制动助力器、电子制动器、驱动电机全部电子制动操作失效，则通过液压管路对车辆进行机械制动控制。
本发明还提出一种由上述系统实现的一种人工驾驶模式制动方法，该方法包括如下步骤：
(1)制动助力器将采集的踏板信号传递到整车控制器中，整车控制器根据踏板行程计算当前车辆所需总制动力和驱动电机所能提供制动力；
(2)如果驱动电机所能提供制动力≥当前车辆所需总制动力，由驱动电机来实现刹车动作，并进行能量回收；
(3)如果驱动电机所能提供制动力＜当前车辆所需总制动力，由驱动电机和电子制动器共同来实现刹车，驱动电机制动力进行能量回收。
进一步的，该方法还包括如下步骤：整车控制器根据总的制动力，发送信号给制动助力器调整踏板力，如果驾驶员松开制动踏板，结束车辆制动过程。
进一步的，制动过程中，整车控制器计算当前车辆滑移率，如果滑移率大于设定阈值，车轮进入滑移状态，也即紧急制动状态，控制驱动电机进行车轮防抱死以控制车辆稳定。
进一步的，制动过程中，电子部件失效或整车异常下电时，液压制动生效，驾驶员踩下制动踏板，踏板力通过制动助力器、液压管路、电子制动器作用到车轮处，以预设的减速度制动。
进一步的，车辆制动过程，如果整车控制器检测到制动助力器、驱动电机、电子制动器任意两个失效，则通过另一个部件进行制动；车辆制动过程，如果整车控制器检测到制动助力器、驱动电机、电子制动器任意一个失效，则根据车辆所需要的制动力选择单一部件制动或者两种部件联合制动。
此外，本发明还提出一种由上述系统实现的一种自动驾驶模式制动方法，该方法包括如下步骤：
(1)自动驾驶状态下，系统自检是否有故障，若有故障，自动驾驶退出，若无故障，整车控制器根据车辆所需减速度计算当前车辆所需总制动力和驱动电机所能提供制动力；
(2)如果驱动电机所能提供制动力≥当前车辆所需总制动力，由驱动电机进行刹车动作并进行能量回收；
(3)如果驱动电机所能提供制动力＜当前车辆所需总制动力，由驱动电机和电子制动器共同来实现刹车，驱动电机对制动力进行能量回收。
进一步的，制动过程中，计算整车控制器计算当前车辆滑移率，如果滑移率大于设定阈值，车轮进入滑移状态，也即紧急制动状态，控制驱动电机执行车轮防抱死以控制车辆稳定。
进一步的，制动过程中，电子部件失效或整车异常下电时，液压制动生效，驾驶员踩下制动踏板，踏板力通过制动助力器、液压管路、电子制动器作用到车轮处，车辆以预设的减速度制动。
进一步的，车辆制动过程，如果整车控制器检测到制动助力器、驱动电机、电子制动器任意两个部件失效，则通过另一个部件进行制动；车辆制动过程，如果整车控制器检测到制动助力器、驱动电机、电子制动器任意一个部件失效，则根据车辆所需要的制动力选择单一部件制动或者两种部件联合制动。
有益效果：与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下有益技术效果：
(1)可以实现制动系统全电子控制，控制精度高，响应快；
(2)系统集成度高，性能分配合理，各模块协调工作，增加了零部件寿命及系统可靠性；
(3)四轮独立驱动电机提高了能量回收能力，降低了制动器磨损，提升续航里程40％以上；
(4)系统备份方案更多样、更可靠。
附图说明
图1：人工驾驶流程图；
图2：自动驾驶流程图；
图3：紧急刹车流程图；
图4：单部件失效下的安全备份模式流程图；
图5：双部件失效下的安全备份模式流程图；
图6：系统框架图；
图7：汽车的制动过程。
图中符号说明：1a/2b/2c/2d-电子制动器；2a/2b/2c/2d-驱动电机；3-整车控制器；4-制动助力器；5-制动踏板；6-整车网络；7-液压管路；8a/8b/8c/8d-车轮。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的技术方案作进一步的说明。
本发明提出一种电动汽车用制动系统，所述系统包括以下部件：
制动助力器：与脚踏板连接，对刹车助力和踏板力进行调节；
电子制动器：位于在汽车四个车轮上，对车辆进行刹车、车轮防抱死控制；
驱动电机：位于在汽车四个车轮上，对每个车轮进行独立驱动，以及防抱死控制和制动能量回收；
整车控制器：与制动助力器、电子制动器、驱动电机连接，通过制动助力器采集脚踏板的制动信号，以及根据车辆当前状态及驾驶模式，从制动助力器、电子制动器、驱动电机中选择一种或多种部件进行车辆制动控制；所述驾驶模式包括自动驾驶模式以及人工驾驶模式；
液压管路，与制动助力器和电子制动器连接，车辆制动时，如果制动助力器、电子制动器、驱动电机全部失效，则通过液压控制器对车辆进制动控制。
以下从总体系统每个部分进行叙述：
(1)传统制动系统控制逻辑：
驾驶员踩下制动踏板，经过制动助力器放大踏板力，然后通过液压管路传递制动压力至制动器来实施刹车动作。
防抱死/车辆稳定控制功能由单独模块控制，也即制动稳定系统模块控制，该系统失效后此功能无备份。
制动能量回收功能也集成到制动稳定系统模块中，执行器由液压制动器和驱动电机共同实现，因无整车系统控制能力，能量回收能力低。
(2)本专利控制逻辑：
驾驶员踩下制动踏板后，踏板信号发送给整车控制器，根据车辆当前状态及驾驶模式进行计算判断进行最优控制，经过最终仲裁后，发送踏板力大小信号给制动助力器来控制驾驶员的踏板力；分配制动力需求，发送制动力需求信号给驱动电机进行主刹车动作，发送制动力信号给电子制动器进行补充刹车动作；
车辆制动过程中，如果出现紧急刹车时，发送紧急刹车信号给驱动电机进行紧急刹车及防抱死/车辆稳定控制功能实现，功能失效后由其他部件进行备份；
车辆制动过程中，出现丹制动部件或双部件制动失效的情况时，发送单部件及双部件失效信号给剩余子部件进行备份刹车动作。
本发明的驾驶模式包括人工驾驶模式和自动驾驶模式，其控制逻辑如下：
人工驾驶模式：
(1)当驾驶员踩下制动踏板5时，踏板信号通过整车网络6传递到整车控制器3，整车控制器3计算当前车辆所需的总制动力，制动力转化为制动扭矩发送给驱动电机(2a/2b/2c/2d)与电子制动器(1a/2b/2c/2d)，驾驶员踏板力大小通过整车控制器3发送给制动助力器4。
(2)当驱动电机(2a/2b/2c/2d)所能提供制动力大于当前车辆所需总制动力，此制动力全部发送给驱动电机(2a/2b/2c/2d)，驱动电机(2a/2b/2c/2d)通过施加负扭矩到车轮实现刹车动作，并且此负扭矩能实现制动能量回收。
(3)当驱动电机(2a/2b/2c/2d)所能提供制动力小于当前车辆所需总制动力，总的制动力除发送给驱动电机(2a/2b/2c/2d)外，剩余制动力部分发送给电子制动器(1a/2b/2c/2d)，共同实现刹车动作，驱动电机(2a/2b/2c/2d)提供制动力部分能实现制动能量回收。
(4)整车控制器3根据总的制动力大小，按照踏板感要求通过整车网络6发送信号给制动助力器4调整踏板力，满足驾驶员的踏板力需求。
自动驾驶模式：
(1)此时，驾驶员没有踩制动踏板5，整车控制器3根据车辆所处情况判断是否需要主动刹车，如需刹车则根据所需制动减速度计算当前车辆所需的总制动力；
(2)当驱动电机(2a/2b/2c/2d)所能提供制动力大于当前车辆所需总制动力，此制动力全部发送给驱动电机(2a/2b/2c/2d)，驱动电机(2a/2b/2c/2d)通过施加负扭矩到车轮实现刹车动作，并且此负扭矩能实现制动能量回收。
(3)当驱动电机(2a/2b/2c/2d)所能提供制动力小于当前车辆所需总制动力，总的制动力除发送给驱动电机(2a/2b/2c/2d)外，剩余制动力部分发送给电子制动器(1a/2b/2c/2d)，共同实现刹车动作，驱动电机(2a/2b/2c/2d)提供制动力部分能实现制动能量回收。
紧急刹车模式，以制动防抱死功能为例：
当车辆进入紧急刹车状态后，整车控制器3计算当前车辆滑移率，并根据相应的控制策略，控制驱动电机(2a/2b/2c/2d)来执行车轮防抱死工作，来达到控制车辆稳定性的要求。
安全备份模式：
单部件失效：
(1)制动助力器失效：
驱动电机和电子制动器负责控制整车制动力需求，制动减速度＞10m/s2。
(2)电子制动器失效：
驱动电机和制动助力器实施常规刹车及紧急刹车模式，制动减速度＞6.5m/s2。
(3)驱动电机失效：
电子制动器实施常规刹车及紧急刹车模式，制动减速度＞6.5m/s2。
双部件失效：
(1)制动助力器和驱动电机同时失效：
电子制动器实施常规刹车及紧急刹车模式，制动减速度＞6.5m/s2。
(2)制动助力器和电子制动器同时失效：
驱动电机实施常规刹车及紧急刹车模式，制动减速度＞6.5m/s2。
(3)驱动电机和电子制动器同时失效：
制动助力器实施常规刹车及紧急刹车模式，制动减速度＞6.5m/s2。
上述制动减速度只作为实施例展示，实际中可以根据实际要求设定制动减速度的值。
应急制动：
(1)电子部件失效或整车异常下电：液压制动生效，驾驶员踩下制动踏板5，踏板力通过制动助力器4、液压管路7、电子制动器(1a/2b/2c/2d)作用到车轮(3a/3b/3c/3d)处，制动减速度＞3m/s2。此处电子部件指的是驱动电机、电子制动器、制动助力器，电子部件失效指的是无法通过上述部件的电子操作进行车辆制动，只能通过机械操作进行车辆制动。
以下是每种驾驶模式下的具体操作：
人工驾驶模式：
(1)当驾驶员开始踩下制动踏板5时(100)，制动助力器4将踏板信号通过整车网络6传递到整车控制器3中(101)，整车控制器3根据踏板行程计算当前车辆所需总制动力F(102)和驱动电机所能提供制动力Fm(103)。
(2)当驱动电机所能提供制动力Fm≥当前车辆所需总制动力F(104)，由驱动电机来实现刹车动作，并实现能量回收。
(3)当驱动电机所能提供制动力Fm＜当前车辆所需总制动力F(105)，由驱动电机和电子制动器共同来实现刹车(106)，驱动电机提供制动力Fm，电子制动器提供制动力Fb(107)，驱动电机制动力可以实现能量回收；
Fb＝F-Fm
(4)整车控制器3根据总的制动力F，按照踏板感要求通过整车网络6发送信号给制动助力器4调整踏板力，满足驾驶员的踏板力需求。
(5)如果驾驶员松开制动踏板5，此流程结束(108)。
自动驾驶模式：
1、自动驾驶状态下(200)，系统自检是否有故障，若有故障，自动驾驶退出(208)，若无故障，整车控制器根据车辆所需减速度计算当前车辆所需总制动力F(202)和驱动电机所能提供制动力Fm(203)。
2、当驱动电机所能提供制动力Fm≥当前车辆所需总制动力F(204)，由驱动电机来实现刹车动作，并实现能量回收。
3、当驱动电机所能提供制动力Fm＜当前车辆所需总制动力F(205)，由驱动电机和电子制动器共同来实现刹车(206)，驱动电机提供制动力Fm，电子制动器提供制动力Fb(207)，驱动电机制动力可以实现能量回收；
Fb＝F-Fm。
紧急刹车制动模式：
(1)车辆启动(300)，整车控制器检测测速是否大于10km/h(301)，车辆是否进入了制动状态(302)。当然，此处的检测速度步骤不是必须的，而且具体的速度值可以根据实际设定，不限制在10km/h，此处只作为实施例展示。
(2)此时，整车控制器3根据车速及轮速传感器信号计算车轮的滑移率(303)，如果车轮的滑移率大于已设定阈值(304)，车轮进入滑移状态(305)，驱动电机来执行防抱死控制(306)。
滑移率的计算公式如下：
μ＝(Vv-Vw)/Vv
其中，μ为滑移率，Vv为车速，Vw为车轮转速；
(3)当车轮的滑移率小于已设定阈值(307)，如果车速大于10km/h(308)，继续监控车辆制动状态，否则流程结束(309)。
安全备份模式：
单部件失效：
(1)整车控制器检测车辆是否进入了制动状态(400)，然后检测制动助力器是否失效(401)，若失效，计算驱动电机所能提供制动力是否≥车辆所需制动力(402)，若是，驱动电机单独执行刹车(403)，若不是，驱动电机和电子制动器共同来实现刹车制动(404)。
(2)若制动助力器未失效，驱动电机失效的情况下(405)，电子制动器单独执行刹车制动(406)；
(3)若驱动电机未失效，电子制动器失效的情况下(407)，计算驱动电机所能提供制动力是否≥车辆所需制动力(408)，若是，驱动电机单独执行刹车(409)，若不是，驱动电机和制动助力器共同来实现刹车制动(410)；
(4)若车辆退出制动状态，则结束(411)。
双部件失效：
(1)整车控制器检测车辆是否进入了制动状态(500)，然后检测制动助力器和驱动电机是否同时失效(501)，若同时失效，电子制动器单独实现刹车制动(502)。
(2)若制动助力器和电子制动器同时失效(503)，则驱动电机单独实现刹车制动(504)。
(3)若驱动电机和电子制动器同时失效(505)，则制动助力器单独实现刹车制动(506)。
(4)若车辆退出制动状态，则结束(507)。
如下述所示，通过本发明的技术方案可以有效缩小刹车距离,以及有效的进行能量的回收，：
(1)制动系统的响应及建压时间均比传统制动系统短，刹车距离可有效缩短。
图7显示的是汽车的制动过程，其中，T1表示通讯及消除机械间隙时间，s；T2表示减速度从0达到最大的时间，s。
Figure BDA0002578517720000081
(2)四轮独立驱动电机提高了能量回收能力，根据NEDC/CLTC/WLTC工况对比，本专利制动能量回收最高可提升续航里程30％以上；在实际驾驶情况下，回收能力会更高。
Figure BDA0002578517720000082
综上所述，本发明的技术方案具有以下优点：
1、本专利的优点是整车从系统层面考虑汽车的需求，进而通过整车控制器对各功能模块进行自上而下的系统化管控，优化功能需求，合理分配利用资源。在优化功能的同时，取消不必要的模块，平衡各功能模块间的使用频度，增加综合使用寿命。
2、掌握各功能模块内部控制策略，实现整车功能的有效传输和准确执行。
3、4轮驱动电机可提供足够的制动力需求及制动能量回收的能力至目前技术水平的2-3倍。
4、减少了液压制动的使用次数和强度，降低液压制动的磨损和更换。

Claims (10)

1.一种电动汽车用制动系统，其特征在于，所述系统包括以下部件：
制动助力器：与脚踏板连接，对刹车助力和踏板力进行调节；
电子制动器：位于汽车四个车轮上，对车辆进行刹车、车轮防抱死控制；
驱动电机：位于汽车四个车轮上，对每个车轮进行独立驱动，以及防抱死控制和制动能量回收；
整车控制器：与制动助力器、电子制动器、驱动电机连接，通过制动助力器采集脚踏板的制动信号，以及根据车辆当前状态及驾驶模式，从制动助力器、电子制动器、驱动电机中选择一种或多种部件进行车辆电子制动控制；
液压管路:与制动助力器和电子制动器连接，通过液压管路对车辆进行机械制动控制。
2.根据权利要求1所述的系统实现的一种人工驾驶模式制动方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：
(1)制动助力器将采集的踏板信号传递到整车控制器中，整车控制器根据踏板行程计算当前车辆所需总制动力和驱动电机所能提供制动力；
(2)如果驱动电机所能提供制动力≥当前车辆所需总制动力，由驱动电机来实现刹车动作，并进行能量回收；
(3)如果驱动电机所能提供制动力＜当前车辆所需总制动力，由驱动电机和电子制动器共同来实现刹车，驱动电机制动力进行能量回收。
3.根据权利要求2所述的系统实现的一种人工驾驶模式制动方法，其特征在于，该方法还包括如下步骤：整车控制器根据总的制动力，发送信号给制动助力器调整踏板力，如果驾驶员松开制动踏板，结束车辆制动过程。
4.根据权利要求2或3所述的系统实现的一种人工驾驶模式制动方法，其特征在于，制动过程中，整车控制器计算当前车辆滑移率，如果滑移率大于设定阈值，车轮进入滑移状态，也即紧急制动状态，控制驱动电机或电子制动器进行车轮防抱死以控制车辆稳定。
5.根据权利要求2或3所述的系统实现的一种人工驾驶模式制动方法，其特征在于，制动过程中，如果制动助力器、电子制动器、驱动电机全部电子制动操作失效或整车异常下电时，液压制动生效，驾驶员踩下制动踏板，踏板力通过制动助力器、液压管路、电子制动器作用到车轮处，以预设的减速度进行机械制动。
6.根据权利要求2或3所述的系统实现的一种人工驾驶模式制动方法，其特征在于，车辆制动过程，如果整车控制器检测到制动助力器、驱动电机、电子制动器任意两个失效，则通过另一个部件进行制动；车辆制动过程，如果整车控制器检测到制动助力器、驱动电机、电子制动器任意一个失效，则根据车辆所需要的制动力选择单一部件制动或者两种部件联合制动。
7.根据权利要求1所述的系统实现的一种自动驾驶模式制动方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：
(1)自动驾驶状态下，系统自检是否有故障，若有故障，自动驾驶退出，若无故障，整车控制器根据车辆所需减速度计算当前车辆所需总制动力和驱动电机所能提供制动力；
(2)如果驱动电机所能提供制动力≥当前车辆所需总制动力，由驱动电机进行刹车动作并进行能量回收；
(3)如果驱动电机所能提供制动力＜当前车辆所需总制动力，由驱动电机和电子制动器共同来实现刹车，驱动电机对制动力进行能量回收。
8.根据权利要求7所述的系统实现的一种自动驾驶模式制动方法，其特征在于，制动过程中，计算整车控制器计算当前车辆滑移率，如果滑移率大于设定阈值，车轮进入滑移状态，也即紧急制动状态，控制驱动电机执行车轮防抱死以控制车辆稳定。
9.根据权利要求7所述的系统实现的一种自动驾驶模式制动方法，其特征在于，制动过程中，电子部件失效或整车异常下电时，液压制动生效，驾驶员踩下制动踏板，踏板力通过制动助力器、液压管路、电子制动器作用到车轮处，车辆以预设的减速度制动。
10.根据权利要求7或8所述的系统实现的一种自动驾驶模式制动方法，其特征在于，车辆制动过程，如果整车控制器检测到制动助力器、驱动电机、电子制动器任意两个部件失效，则通过另一个部件进行制动；车辆制动过程，如果整车控制器检测到制动助力器、驱动电机、电子制动器任意一个部件失效，则根据车辆所需要的制动力选择单一部件制动或者两种部件联合制动。
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