CN112428827A - 联合制动系统、方法及电动车 - Google Patents

联合制动系统、方法及电动车 Download PDF

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CN112428827A CN202011394563.5A CN202011394563A CN112428827A CN 112428827 A CN112428827 A CN 112428827A CN 202011394563 A CN202011394563 A CN 202011394563A CN 112428827 A CN112428827 A CN 112428827A
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廖自力
马晓军
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刘春光
袁东
张运银
魏曙光
朱宁龙
杨恒程
疏歆
王科淯
张凌云
徐浩轩
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Abstract

本发明涉及一种联合制动系统、方法及电动车，该联合制动系统包括：制动踏板、驾驶员控制盒、制动控制器、液压制动系统、电池管理系统、动力电池、中央控制器、状态采集装置、轮毂电机控制器和四个轮毂电机；中央控制器根据制动踏板的信号和状态采集装置采集到的车辆状态进行运算，得到电制动与液压制动的力矩大小，然后将电制动信号发动给轮毂电机控制器，传感器将监测数据实时传回轮毂电机控制单元，由轮毂电机控制单元实时解算电机控制电压和频率，施加给逆变器，使每台轮毂电机运行于给定的负加车速和转矩，实现电制动；将液压制动信号发送给制动控制器，制动控制器控制液压制动系统实现液压制动；二者共同作用完成车辆的制动功能。

Description

联合制动系统、方法及电动车
技术领域
本发明涉及电动车辆相关技术领域，具体涉及一种联合制动系统、方法及电动车。
背景技术
随着电动车技术的发展与不断成熟，车辆电制动技术也不断发展，成为当前车辆技术研究的热点。
电液联合制动是轮毂电机驱动车辆的一项关键技术，能够在提高制动安全性的同时，回收制动能量，提高整车的燃油经济性。对轮毂电机驱动车辆来说，利用电机的再生制动可以实现能量回收，提高能量利用率，但电机在低转矩进行再生制动时，再生制动不能提供稳定的制动力矩。如何将电制动与机械制动一方面保证车辆的制动安全，另一方面可以最大限度回收能量，将会是一个非常重要的课题。
发明内容
有鉴于此，提供一种联合制动系统、方法及电动车，以解决相关技术中的问题。
本发明采用如下技术方案：
第一方面，本发明实施例提供了一种联合制动系统，该系统包括：
制动踏板、驾驶员控制盒、制动控制器、液压制动系统、电池管理系统、动力电池、中央控制器、状态采集装置、轮毂电机控制器和四个轮毂电机；
所述中央控制器通过CAN总线与所述电池管理系统、车辆的配电控制器、制动控制器、DC-DC控制器、驾驶员控制盒以及状态采集装置相连，还通过Flexray总线与车辆的发动机控制器、车辆的发电机控制器、轮毂电机控制器相连；
中央控制器根据制动踏板的信号和状态采集装置采集到的车辆状态进行运算，得到电制动与液压制动的力矩大小，然后将电制动信号发动给轮毂电机控制器，传感器将监测数据实时传回轮毂电机控制单元，由轮毂电机控制单元实时解算电机控制电压和频率，施加给逆变器，使每台轮毂电机运行于给定的负加车速和转矩，实现电制动；将液压制动信号发送给制动控制器，制动控制器控制液压制动系统实现液压制动；二者共同作用完成车辆的制动功能。
可选的，所述轮毂电机还通过动力母线与车辆的发电机和所述动力电池相连；
轮毂电机与车轮集成，并安装有转速传感器、转矩传感器和控制单元；
制动控制器上安装有ABS防抱死装置，能够自动调节制动压力，防止车轮抱死，保持车辆行驶稳定性。
可选的，所述状态采集装置包括车速传感器、主缸压力传感器、转速传感器、加车速传感器、电机转矩传感器、制动踏板行程传感器、电池SOC监测模块，滑转率计算模块。
第二方面，本发明实施例提供了一种联合制动方法，用于与如本申请第一方面所述的联合制动系统中，所述联合制动方法包括：
获取车辆控制信息和状态信息；
基于所述控制信息和状态信息；判断车辆的行驶状态：
基于所述车辆的行驶状态，计算电制动与液压制动的力矩大小得到计算结果；
基于所述计算结果，控制车辆进行电制动和液压制动。
可选的，所述基于所述控制信息和状态信息；判断车辆的行驶状态；基于所述车辆的行驶状态，计算电制动与液压制动的力矩大小得到计算结果；包括：
当制动踏板位移量时大于第一预设位移量时，认为车辆处于紧急制动状态；此时优先保证车辆的制动安全，所需总制动力矩使用液压制动提供制动力；
当制动踏板位移量时小于或等于第一预设位移量，且车速大于第一预设车速时，认为车辆为正常行驶工况；此时由电制动提供制动力，电制动力矩不足时，不足部分由液压制动进行补充；
当行驶车速小于或等于第一预设时，认为车辆处于驻车过程，此时仅由液压液压制动提供制动力。
可选的，所述当制动踏板位移量时小于或等于第一预设位移量，且车速大于第一预设车速时，认为车辆为正常行驶工况；此时由电制动提供制动力，电制动力矩不足时，不足部分由液压制动进行补充，包括：
选用三输入单输出的Mamdani模糊控制作为车辆电液联合制动控制器核心，通过踏板开度、车轮滑转率和车速三个变量确定电制动比例的大小；其中，电制动比例为电制动力矩与所述总制动力矩的比例；所述踏板开度、所述车轮滑转率和所述车速为所述控制信息和状态信息中的信息；
当计算得到的电制动力矩大于联合制动系统可以提供的最大电制动力矩时，电制动采用最大电制动力矩，不足的部分由液压制动补充。
可选的，所述通过踏板开度、车轮滑转率和车速三个变量确定电制动比例的大小包括：
当车轮滑移率所在的区间为“低”且制动踏板开度所在的区间为“极低”且车速所在的区间为“极低”时，电制动比例所在的区间为“中”；
当车轮滑移率所在的区间为“低”且制动踏板开度所在的区间为“极低”且车速所在的区间为“低”时，电制动比例所在的区间为“高”；
当车轮滑移率所在的区间为“低”且制动踏板开度所在的区间为“极低”且车速所在的区间为“中”时，电制动比例所在的区间为“高”；
当车轮滑移率所在的区间为“低”且制动踏板开度所在的区间为“极低”且车速所在的区间为“高”时，电制动比例所在的区间为“极高”；
当车轮滑移率所在的区间为“低”且制动踏板开度所在的区间为“低”且车速所在的区间为“极低”时，电制动比例所在的区间为“低”；
当车轮滑移率所在的区间为“低”且制动踏板开度所在的区间为“低”且车速在的区间为“低”时，电制动比例所在的区间为“中”；
当车轮滑移率所在的区间为“低”且制动踏板开度所在的区间为“低”且车速所在的区间为“中”时，电制动比例所在的区间为“高”；
当车轮滑移率所在的区间为“低”且制动踏板开度所在的区间为“低”且车速所在的区间为“高”时，电制动比例所在的区间为“极高”；
当车轮滑移率所在的区间为“低”且制动踏板开度所在的区间为“中”且车速所在的区间为“极低”时，电制动比例所在的区间为“低”；
当车轮滑移率所在的区间为“低”且制动踏板开度所在的区间为“中”且车速所在的区间为“低”时，电制动比例所在的区间为“中”；
当车轮滑移率所在的区间为“低”且制动踏板开度所在的区间为“中”且车速所在的区间为“中”时，电制动比例所在的区间为“中”；
当车轮滑移率所在的区间为“低”且制动踏板开度所在的区间为“中”且车速所在的区间为“高”时，电制动比例所在的区间为“高”；
当车轮滑移率所在的区间为“低”且制动踏板开度所在的区间为“高”且车速所在的区间为“极低”时，电制动比例所在的区间为“低”
当车轮滑移率所在的区间为“低”且制动踏板开度所在的区间为“高”且车速所在的区间为“低”时，电制动比例所在的区间为“低”；
当车轮滑移率所在的区间为“低”且制动踏板开度所在的区间为“高”且车速所在的区间为“中”时，电制动比例所在的区间为“中”；
当车轮滑移率所在的区间为“低”且制动踏板开度所在的区间为“高”且车速所在的区间为“高”时，电制动比例所在的区间为“中”；
当车轮滑移率所在的区间为“中”且制动踏板开度所在的区间为“极低”且车速所在的区间为“极低”时，电制动比例所在的区间为“高”；
当车轮滑移率所在的区间为“中”且制动踏板开度所在的区间为“极低”且车速所在的区间为“中”时，电制动比例所在的区间为“高”
当车轮滑移率所在的区间为“中”且制动踏板开度所在的区间为“极低”且车速所在的区间为“高”时，电制动比例所在的区间为“极高”；
当车轮滑移率所在的区间为“中”且制动踏板开度所在的区间为“低”且车速所在的区间为“极低”时，电制动比例所在的区间为“低”；
当车轮滑移率所在的区间为“中”且制动踏板开度所在的区间为“低”且车速所在的区间为“低”时，电制动比例所在的区间为“低”；
当车轮滑移率所在的区间为“中”且制动踏板开度所在的区间为“低”且车速所在的区间为“中”时，电制动比例所在的区间为“中”；
当车轮滑移率所在的区间为“中”且制动踏板开度所在的区间为“低”且车速所在的区间为“高”时，电制动比例所在的区间为“高”；
当车轮滑移率所在的区间为“中”且制动踏板开度所在的区间为“中”且车速所在的区间为“极低”时，电制动比例所在的区间为“极低”；
当车轮滑移率所在的区间为“中”且制动踏板开度所在的区间为“中”且车速所在的区间为“低”时，电制动比例所在的区间为“低”；
当车轮滑移率所在的区间为“中”且制动踏板开度所在的区间为“中”且车速所在的区间为“中”时，电制动比例所在的区间为“中”；
当车轮滑移率所在的区间为“中”且制动踏板开度所在的区间为“中”且车速所在的区间为“高”时，电制动比例所在的区间为“高”；
当车轮滑移率所在的区间为“中”且制动踏板开度所在的区间为“高”且车速所在的区间为“极低”时，电制动比例所在的区间为“极低”；
当车轮滑移率所在的区间为“中”且制动踏板开度所在的区间为“高”且车速所在的区间为“低”时，电制动比例所在的区间为“极低”；
当车轮滑移率所在的区间为“中”且制动踏板开度所在的区间为“高”且车速所在的区间为“中”时，电制动比例所在的区间为“低”；
当车轮滑移率所在的区间为“中”且制动踏板开度所在的区间为“高”且车速所在的区间为“高”时，电制动比例所在的区间为“低”；
当车轮滑移率所在的区间为“中”且制动踏板开度所在的区间为“极低”且车速所在的区间为“低”时，电制动比例所在的区间为“高”；
当车轮滑移率所在的区间为“高”且制动踏板开度所在的区间为“极低”且车速所在的区间为“极低”时，电制动比例所在的区间为“低”；
当车轮滑移率所在的区间为“高”且制动踏板开度所在的区间为“极低”且车速所在的区间为“低”时，电制动比例所在的区间为“中”；
当车轮滑移率所在的区间为“高”且制动踏板开度所在的区间为“极低”且车速所在的区间为“中”时，电制动比例所在的区间为“中”；
当车轮滑移率所在的区间为“高”且制动踏板开度所在的区间为“极低”且车速所在的区间为“高”时，电制动比例所在的区间为“中”；
当车轮滑移率所在的区间为“高”且制动踏板开度所在的区间为“低”且车速所在的区间为“极低”时，电制动比例所在的区间为“中”；
当车轮滑移率所在的区间为“高”且制动踏板开度所在的区间为“低”且车速所在的区间为“低”时，电制动比例所在的区间为“中”；
当车轮滑移率所在的区间为“高”且制动踏板开度所在的区间为“低”且车速所在的区间为“中”时，电制动比例所在的区间为“低”；
当车轮滑移率所在的区间为“高”且制动踏板开度所在的区间为“低”且车速所在的区间为“高”时，电制动比例所在的区间为“极低”；
当车轮滑移率所在的区间为“高”且制动踏板开度所在的区间为“中”且车速所在的区间为“极低”时，电制动比例所在的区间为“低”；
当车轮滑移率所在的区间为“高”且制动踏板开度所在的区间为“中”且车速所在的区间为“低”时，电制动比例所在的区间为“低”；
当车轮滑移率所在的区间为“高”且制动踏板开度所在的区间为“中”且车速所在的区间为“中”时，电制动比例所在的区间为“低”；
当车轮滑移率所在的区间为“高”且制动踏板开度所在的区间为“中”且车速所在的区间为“高”时，电制动比例所在的区间为“极低”；
当车轮滑移率所在的区间为“高”且制动踏板开度所在的区间为“高”且车速所在的区间为“极低”时，电制动比例所在的区间为“极低”；
当车轮滑移率所在的区间为“高”且制动踏板开度所在的区间为“高”且车速所在的区间为“低”时，电制动比例所在的区间为“极低”；
当车轮滑移率所在的区间为“高”且制动踏板开度所在的区间为“高”且车速所在的区间为“中”时，电制动比例所在的区间为“极低”；
当车轮滑移率所在的区间为“高”且制动踏板开度所在的区间为“高”且车速所在的区间为“高”时，电制动比例所在的区间为“极低”；
其中“极低”“低”“中”“高”“极高”为依照从小到大的规则对“车速”“车轮滑移率”“制动踏板开度”“电制动比例”划分的模糊集。
可选的，还包括：实时监测车轮的抱死情况，一旦发现车轮抱死，会触发ABS防抱死系统，减小车辆的制动力，保证车辆行驶的稳定性。
可选的，还包括：根据动力电池的SOC状态选择电制动的制动模式，当SOC>预设值时，采用能耗制动方式，防止给电池过充电，当SOC<预设值时，采用再生制动方式，回收电能给电池充电，提高能量的利用率。
第三方面，本发明实施例提供了一种电动车，包括如本申请第一方面所述的联合制动系统和/或应用如本申请第二方面所述的联合制动方法。
本发明采用以上技术方案，由中央控制器根据制动踏板的信号和状态采集装置采集到的车辆状态进行运算，得到电制动与液压制动的力矩大小，然后将电制动信号发动给轮毂电机控制器，传感器将监测数据实时传回轮毂电机控制单元，由轮毂电机控制单元实时解算电机控制电压和频率，施加给逆变器，使每台轮毂电机运行于给定的负加车速和转矩，实现电制动；将液压制动信号发送给制动控制器，制动控制器控制液压制动系统实现液压制动；二者共同作用完成车辆的制动功能，由于中央控制器根据制动踏板的信号和状态采集装置采集到的车辆状态进行运算，得到电制动与液压制动的力矩大小，使得电制动与液压制动符合重来当前车况，可以在保证车辆的制动安全的同时，最大限度回收能量。
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一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的一种联合制动系统的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的一种联合制动方法的流程示意图；
图3为本发明实施例提供的一种联合制动系统的结构示意图；
图4为本发明实施例提供的一种联合制动方法的流程示意图；
图5为本发明实施例提供的一种联合制动方法中车轮滑移率模糊集示意图；
图6为本发明实施例提供的一种联合制动方法中制动踏板开度模糊集示意图；
图7为本发明实施例提供的一种联合制动方法中车速模糊集示意图；
图8为本发明实施例提供的一种联合制动方法中电制动比例系数模糊集示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。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的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。
首先对本发明实施例的应用场景进行说明，随着电传动车辆技术的发展，车辆的制动控制技术逐步由传统的液压制动过渡到电气制动，期间经历了车辆防抱死技术、牵引控制技术、基于自适应巡航控制的车身电子稳定控制系统、电子液压制动控制系统、电子机械制动、底盘集成控制和车辆导航集成控制等关键发展历程。
电液联合制动是轮毂电机多轮独立驱动车辆的一项关键技术，可以在保证制动安全的同时有效回收制动能量，提高整车的燃油经济性。对轮毂电机驱动车辆来说，利用电机的再生制动可以实现能量回收，提高能量利用率，但受限于电机在低转速时的再生制动特性，再生制动不能持续稳定的提供制动力矩。如何将将电制动与机械制动一方面保证车辆的制动安全，另一方面可以最大限度回收能量，将会是一个非常重要的课题。
传统的ABS防抱死系统，通过调节制动缸的压力来调节制动力矩，从而实现防抱死调节，但是调节响应车速慢，没有充分利用电机的制动优势来参与这个过程，同时最大化的回收制动能量。车辆在长下坡时，制动器容易失效，通过电机来进行制动，不仅可以提高制动的稳定性，还能延长刹车系统的使用寿命。
实施例
图1为本发明实施例提供的一种联合制动系统的结构示意图，该联合制动系统包括：
制动踏板1、驾驶员控制盒2、制动控制器3、液压制动系统4、电池管理系统5、动力电池6、中央控制器7、状态采集装置8、轮毂电机10控制器9和四个轮毂电机10；
所述中央控制器7通过CAN总线与所述电池管理系统5、车辆的配电控制器、制动控制器3、DC-DC控制器、驾驶员控制盒2以及状态采集装置8相连，还通过Flexray总线与车辆的发动机控制器、车辆的发电机控制器、轮毂电机10控制器9相连；
中央控制器7根据制动踏板1的信号和状态采集装置8采集到的车辆状态进行运算，得到电制动与液压制动的力矩大小，然后将电制动信号发动给轮毂电机10控制器9，传感器将监测数据实时传回轮毂电机10控制单元，由轮毂电机10控制单元实时解算电机控制电压和频率，施加给逆变器，使每台轮毂电机10运行于给定的负加车速和转矩，实现电制动；将液压制动信号发送给制动控制器3，制动控制器3控制液压制动系统4实现液压制动；二者共同作用完成车辆的制动功能。
进一步的，实际应用中，首先由驾驶员通过操纵系统产生制动信号，制动踏板1传感器采集制动踏板1状态信号，将信号发送给驾驶员控制盒2，由驾驶员控制盒2将采集到的制动踏板1信号经CAN总线发给给中央控制器7。中央控制器7根据制动踏板1信号与状态采集装置8采集到的车辆状态进行运算，得到电制动与液压制动的力矩大小，然后将电制动信号发动给轮毂电机10控制器9，传感器将监测数据实时传回轮毂电机10控制单元，由轮毂电机10控制单元实时解算电机控制电压和频率，施加给逆变器，使每台轮毂电机10运行于给定的负加车速和转矩，最终实现电制动。将液压制动信号发送给制动控制器3，制动控制器3控制液压制动系统4实现液压制动。二者共同作用完成车辆的制动功能。
轮毂电机10还通过动力母线与发电机、动力电池6和制动电阻相连，轮毂电机10与车轮集成，并安装有转速传感器、转矩传感器和控制单元。制动控制器3的信号经过电控发送给液压控制器，制动控制器3上安装有ABS防抱死装置，能够自动调节制动压力，防止车轮抱死，保持车辆行驶稳定性。
进一步的，状态采集装置8即车辆的安装的各种传感器和信号测量及计算装置，能够实时测量相关车辆状态量并反馈给车辆中央控制器7，中央控制器7对反馈回来的信号进行实时处理，实现对整车的控制，与本专利相关的状态采集装置8主要包括车速传感器、主缸压力传感器、转速传感器、加车速传感器、电机转矩传感器、制动踏板1行程传感器、电池SOC监测模块，滑转率计算模块。
图2为本发明实施例提供的一种联合制动方法的流程示意图，该联合制动方法包括：
S201、获取车辆控制信息和状态信息；
具体的，状态采集装置即车辆的安装的各种传感器和信号测量及计算装置，能够实时测量相关车辆状态量并反馈给车辆中央控制器，中央控制器对反馈回来的信号进行实时处理，实现对整车的控制，与本专利相关的状态采集装置主要包括车速传感器、主缸压力传感器、转速传感器、加车速传感器、电机转矩传感器、制动踏板行程传感器、电池SOC监测模块，滑转率计算模块。
S202、基于所述控制信息和状态信息；判断车辆的行驶状态：
将驾驶员踩下的制动踏板的开度解析为制动总力矩的大小，即电制动和液压制动力矩之和。车辆最大制动总力矩为定值，即为液压制动力矩的最大值。踏板位移量与制动力矩成线性比例关系，有：
Figure BDA0002814231230000111
上式中，Tmax是车辆能提供的最大液压制动力矩；α是车辆制动踏板开度，α0是踏板的自由行程，αmax是踏板的最大开度。
紧急制动工况仅由液压制动提供制动力，对踏板开度定义电制动范围，[α0,α1]，α1<αmax，即只有当α<α1时才施加电制动。
根据制动踏板的开度和车辆的行驶状态，将车辆的制动工况分为以下四种:
(1)紧急制动工况：制动踏板位移量α＞α1时，优先保证车辆的制动安全，所需总制动力矩由制动控制器分析后使用液压制动提供制动力；
(2)正常行驶工况：制动踏板位移量α0<α<α1，且车速ν＞ν0，此时优先采取电制动，即中央控制器选择由轮毂电机提供其制动力，电机将反馈实际输出的电制动力矩Td，不足部分由液压制动力进行补充。
(3)当行驶车速ν<ν0，即车辆的驻车过程，为保证稳定制动力输出，仅由液压机械制动提供制动力。
(4)考虑到系统安全性，增加手动驻车应急备用工作方式。
S203、基于所述车辆的行驶状态，计算电制动与液压制动的力矩大小得到计算结果；
中央控制器根据制动踏板信号与状态采集装置采集到的车辆状态进行运算，得到电制动与液压制动的力矩大小。首先中央控制器将采集到的各种信号进行逻辑判断，判断是否采用电制动，若采用电制动，中央控制器根据反馈的电机转速，经电机外特性约束曲线，得到当前转速对应的最大电机制动转矩，模糊控制器根据制动踏板开度、车速和滑移率计算电制动比例k，同时，中央控制器根据踏板开度计算所需要的总力矩。所需的制动力矩与电机所能提供的最大电机转矩比较后给出电制动目标转矩，其中：
Figure BDA0002814231230000121
电机将输出的制动转矩Ted反馈给中央控制器，当电制动力满足要求时，按实际的电机转矩输出，液压制动按照比例进行输出，当电制动力不满足要求时，中央控制器根据总制动力矩和电机输出的电制动力矩计算所需补充的机械力矩Tj＝Tz-Td，并施加液压制动，完成车辆的制动过程。
S204、基于所述计算结果，控制车辆进行电制动和液压制动。
进一步的，电制动有两种方式，一种是采用再生制动，主要是回收能量，给动力电池充电，一种是能耗制动，将产生的电能消耗在制动电阻上，延长电池的使用寿命，防止给电池过充电。安装在电池管理装置的SOC检测模块实时采集动力电池的SOC状态，当SOC>0.95时,采取能耗制动的方式。当SOC<0.95时，采用再生制动方式。
实际应用中，制动控制器具有ABS防抱死功能，会实时监测车轮的抱死情况，一旦发现车轮抱死，会触发ABS防抱死系统，减小车辆的制动力，保证车辆行驶的稳定性。需要说明的是在调节的过程中，可以优先调节电制动的力矩。
参照图3～8，对对本申请提供的方案进行进一步的说明：
首先开始时判断制动控制器的通讯状态，采集制动踏板的信号，当制动踏板信号小于0.01时，认为属于制动踏板的振动，不采取任何控制。当制动踏板行程大于0.01时，认为驾驶员踩下制动踏板，判断制动踏板行程是否大于，若大于α1，则认为是紧急制动工况，车辆仅采用液压制动，若小于α1，则判断车速是否小于v0，若小于则认为车辆处于驻车工况，仅采用液压制动，否则，由中央控制器依据模糊算法计算出车辆的电制动力矩，并根据反馈的电机转速，对电制动力矩进行限幅，判断电制动力的大小是否满足总的制动力需求，若满足，仅采用电制动，若不满足，不满足的部分由液压制动进行补充。根据动力电池的SOC状态选择电制动的制动模式，当SOC>0.95，采用能耗制动方式，防止给电池过充电，当SOC<0.95，采用再生制动方式，回收电能给电池充电，提高能量的利用率。
本专利采用的方法选用三输入单输出的Mamdani模糊控制作为车辆电液联合制动控制器核心，通过踏板开度、车轮滑转率和车速三个变量确定电制动比例k的大小，采用模糊控制而不是线性控制或其他函数关系控制的原因主要是电制动比例k和三个输入量的关系往往通过经验获得，难以用函数关系直接进行描述，因此本专利基于经验设计了模糊控制器，其基本的经验是制动踏板行程小，电制动比例大，车速快，电制动比例大，车轮滑移率小，电制动比例大。
输入量、输出量模糊化,确定输入量、输出量的论域和隶属度函数
车速v，区间为[0-150]，模糊集为:verylow“极低”(极慢)，low“低”(缓慢行驶)，middle“中”(正常行驶)，high“高”(高速行驶)；
车轮滑移率s,取4个车轮滑移率的最大值，论域为[0,1]；模糊集为：verylow“极低”(极低滑移)，low“低”(低滑移)，middle“中”(中滑移)，high“高”(高滑移)
制动踏板开度
Figure BDA0002814231230000141
论域为[0,1]；模糊集为：verylow“极低”(极低制动)，low“低”(低制动)，middle“中”(中制动)，high“高”(紧急制动)；
输出电制动比例系数k,论域为[0,1]；模糊集为：verylow“极低”(机械制动)，low“低”(轻度电制动)，middle“中”(中度电制动)，high“高”(高度电制动)，veryhigh“极高”(电制动)。
根据经验，当车轮的滑转率很低(verylow)，此时车辆的行驶稳定性较好，且制动踏板的开度很小(verylow)，车辆处于轻度制动，当车速很大时(high)，此时应当采用高度电制动或者纯电制动，当车轮滑转率很大(high)，制动踏板开度很大(high)，且车速较低时(verylow)，此时紧急制动且是驻车状态，应尽量采用机械制动。
基于经验，确立的其他规则如下。
当车轮滑移率所在的区间为“低”且制动踏板开度所在的区间为“极低”且车速所在的区间为“极低”时，电制动比例所在的区间为“中”；
当车轮滑移率所在的区间为“低”且制动踏板开度所在的区间为“极低”且车速所在的区间为“低”时，电制动比例所在的区间为“高”；
当车轮滑移率所在的区间为“低”且制动踏板开度所在的区间为“极低”且车速所在的区间为“中”时，电制动比例所在的区间为“高”；
当车轮滑移率所在的区间为“低”且制动踏板开度所在的区间为“极低”且车速所在的区间为“高”时，电制动比例所在的区间为“极高”；
当车轮滑移率所在的区间为“低”且制动踏板开度所在的区间为“低”且车速所在的区间为“极低”时，电制动比例所在的区间为“低”；
当车轮滑移率所在的区间为“低”且制动踏板开度所在的区间为“低”且车速在的区间为“低”时，电制动比例所在的区间为“中”；
当车轮滑移率所在的区间为“低”且制动踏板开度所在的区间为“低”且车速所在的区间为“中”时，电制动比例所在的区间为“高”；
当车轮滑移率所在的区间为“低”且制动踏板开度所在的区间为“低”且车速所在的区间为“高”时，电制动比例所在的区间为“极高”；
当车轮滑移率所在的区间为“低”且制动踏板开度所在的区间为“中”且车速所在的区间为“极低”时，电制动比例所在的区间为“低”；
当车轮滑移率所在的区间为“低”且制动踏板开度所在的区间为“中”且车速所在的区间为“低”时，电制动比例所在的区间为“中”；
当车轮滑移率所在的区间为“低”且制动踏板开度所在的区间为“中”且车速所在的区间为“中”时，电制动比例所在的区间为“中”；
当车轮滑移率所在的区间为“低”且制动踏板开度所在的区间为“中”且车速所在的区间为“高”时，电制动比例所在的区间为“高”；
当车轮滑移率所在的区间为“低”且制动踏板开度所在的区间为“高”且车速所在的区间为“极低”时，电制动比例所在的区间为“低”
当车轮滑移率所在的区间为“低”且制动踏板开度所在的区间为“高”且车速所在的区间为“低”时，电制动比例所在的区间为“低”；
当车轮滑移率所在的区间为“低”且制动踏板开度所在的区间为“高”且车速所在的区间为“中”时，电制动比例所在的区间为“中”；
当车轮滑移率所在的区间为“低”且制动踏板开度所在的区间为“高”且车速所在的区间为“高”时，电制动比例所在的区间为“中”；
当车轮滑移率所在的区间为“中”且制动踏板开度所在的区间为“极低”且车速所在的区间为“极低”时，电制动比例所在的区间为“高”；
当车轮滑移率所在的区间为“中”且制动踏板开度所在的区间为“极低”且车速所在的区间为“中”时，电制动比例所在的区间为“高”
当车轮滑移率所在的区间为“中”且制动踏板开度所在的区间为“极低”且车速所在的区间为“高”时，电制动比例所在的区间为“极高”；
当车轮滑移率所在的区间为“中”且制动踏板开度所在的区间为“低”且车速所在的区间为“极低”时，电制动比例所在的区间为“低”；
当车轮滑移率所在的区间为“中”且制动踏板开度所在的区间为“低”且车速所在的区间为“低”时，电制动比例所在的区间为“低”；
当车轮滑移率所在的区间为“中”且制动踏板开度所在的区间为“低”且车速所在的区间为“中”时，电制动比例所在的区间为“中”；
当车轮滑移率所在的区间为“中”且制动踏板开度所在的区间为“低”且车速所在的区间为“高”时，电制动比例所在的区间为“高”；
当车轮滑移率所在的区间为“中”且制动踏板开度所在的区间为“中”且车速所在的区间为“极低”时，电制动比例所在的区间为“极低”；
当车轮滑移率所在的区间为“中”且制动踏板开度所在的区间为“中”且车速所在的区间为“低”时，电制动比例所在的区间为“低”；
当车轮滑移率所在的区间为“中”且制动踏板开度所在的区间为“中”且车速所在的区间为“中”时，电制动比例所在的区间为“中”；
当车轮滑移率所在的区间为“中”且制动踏板开度所在的区间为“中”且车速所在的区间为“高”时，电制动比例所在的区间为“高”；
当车轮滑移率所在的区间为“中”且制动踏板开度所在的区间为“高”且车速所在的区间为“极低”时，电制动比例所在的区间为“极低”；
当车轮滑移率所在的区间为“中”且制动踏板开度所在的区间为“高”且车速所在的区间为“低”时，电制动比例所在的区间为“极低”；
当车轮滑移率所在的区间为“中”且制动踏板开度所在的区间为“高”且车速所在的区间为“中”时，电制动比例所在的区间为“低”；
当车轮滑移率所在的区间为“中”且制动踏板开度所在的区间为“高”且车速所在的区间为“高”时，电制动比例所在的区间为“低”；
当车轮滑移率所在的区间为“中”且制动踏板开度所在的区间为“极低”且车速所在的区间为“低”时，电制动比例所在的区间为“高”；
当车轮滑移率所在的区间为“高”且制动踏板开度所在的区间为“极低”且车速所在的区间为“极低”时，电制动比例所在的区间为“低”；
当车轮滑移率所在的区间为“高”且制动踏板开度所在的区间为“极低”且车速所在的区间为“低”时，电制动比例所在的区间为“中”；
当车轮滑移率所在的区间为“高”且制动踏板开度所在的区间为“极低”且车速所在的区间为“中”时，电制动比例所在的区间为“中”；
当车轮滑移率所在的区间为“高”且制动踏板开度所在的区间为“极低”且车速所在的区间为“高”时，电制动比例所在的区间为“中”；
当车轮滑移率所在的区间为“高”且制动踏板开度所在的区间为“低”且车速所在的区间为“极低”时，电制动比例所在的区间为“中”；
当车轮滑移率所在的区间为“高”且制动踏板开度所在的区间为“低”且车速所在的区间为“低”时，电制动比例所在的区间为“中”；
当车轮滑移率所在的区间为“高”且制动踏板开度所在的区间为“低”且车速所在的区间为“中”时，电制动比例所在的区间为“低”；
当车轮滑移率所在的区间为“高”且制动踏板开度所在的区间为“低”且车速所在的区间为“高”时，电制动比例所在的区间为“极低”；
当车轮滑移率所在的区间为“高”且制动踏板开度所在的区间为“中”且车速所在的区间为“极低”时，电制动比例所在的区间为“低”；
当车轮滑移率所在的区间为“高”且制动踏板开度所在的区间为“中”且车速所在的区间为“低”时，电制动比例所在的区间为“低”；
当车轮滑移率所在的区间为“高”且制动踏板开度所在的区间为“中”且车速所在的区间为“中”时，电制动比例所在的区间为“低”；
当车轮滑移率所在的区间为“高”且制动踏板开度所在的区间为“中”且车速所在的区间为“高”时，电制动比例所在的区间为“极低”；
当车轮滑移率所在的区间为“高”且制动踏板开度所在的区间为“高”且车速所在的区间为“极低”时，电制动比例所在的区间为“极低”；
当车轮滑移率所在的区间为“高”且制动踏板开度所在的区间为“高”且车速所在的区间为“低”时，电制动比例所在的区间为“极低”；
当车轮滑移率所在的区间为“高”且制动踏板开度所在的区间为“高”且车速所在的区间为“中”时，电制动比例所在的区间为“极低”；
当车轮滑移率所在的区间为“高”且制动踏板开度所在的区间为“高”且车速所在的区间为“高”时，电制动比例所在的区间为“极低”；
本申请还提供一种电动车，包括如本申请任任一实施例所述的联合制动系统和/或应用如本申请任任一实施例所述的联合制动方法。
可以理解的是，上述各实施例中相同或相似部分可以相互参考，在一些实施例中未详细说明的内容可以参见其他实施例中相同或相似的内容。
需要说明的是，在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是指至少两个。
流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本发明的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本发明的实施例所属技术领域的技术人员所理解。
应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA)等。
本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。
此外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。
上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种联合制动系统，应用于电动车其特征在于，包括：制动踏板、驾驶员控制盒、制动控制器、液压制动系统、电池管理系统、动力电池、中央控制器、状态采集装置、轮毂电机控制器和四个轮毂电机；
所述中央控制器通过CAN总线与所述电池管理系统、车辆的配电控制器、制动控制器、DC-DC控制器、驾驶员控制盒以及状态采集装置相连，还通过Flexray总线与车辆的发动机控制器、车辆的发电机控制器、轮毂电机控制器相连；
中央控制器根据制动踏板的信号和状态采集装置采集到的车辆状态进行运算，得到电制动与液压制动的力矩大小，然后将电制动信号发动给轮毂电机控制器，传感器将监测数据实时传回轮毂电机控制单元，由轮毂电机控制单元实时解算电机控制电压和频率，施加给逆变器，使每台轮毂电机运行于给定的负加车速和转矩，实现电制动；将液压制动信号发送给制动控制器，制动控制器控制液压制动系统实现液压制动；二者共同作用完成车辆的制动功能。
2.根据权利要求1所述联合制动系统，其特征在于，所述轮毂电机还通过动力母线与车辆的发电机和所述动力电池相连；
轮毂电机与车轮集成，并安装有转速传感器、转矩传感器和控制单元；
制动控制器上安装有ABS防抱死装置，能够自动调节制动压力，防止车轮抱死，保持车辆行驶稳定性。
3.根据权利要求1所述联合制动系统，其特征在于，所述状态采集装置包括车速传感器、主缸压力传感器、转速传感器、加车速传感器、电机转矩传感器、制动踏板行程传感器、电池SOC监测模块，滑转率计算模块。
4.一种联合制动方法，其特征在于，用于与如权利要求1～3任一项所述的联合制动系统中，所述联合制动方法包括：
获取车辆控制信息和状态信息；
基于所述控制信息和状态信息；判断车辆的行驶状态：
基于所述车辆的行驶状态，计算电制动与液压制动的力矩大小得到计算结果；
基于所述计算结果，控制车辆进行电制动和液压制动。
5.根据权利要求4所述联合制动方法，其特征在于，所述基于所述控制信息和状态信息；判断车辆的行驶状态；基于所述车辆的行驶状态，计算电制动与液压制动的力矩大小得到计算结果；包括：
当制动踏板位移量时大于第一预设位移量时，认为车辆处于紧急制动状态；此时优先保证车辆的制动安全，所需总制动力矩使用液压制动提供制动力；
当制动踏板位移量时小于或等于第一预设位移量，且车速大于第一预设车速时，认为车辆为正常行驶工况；此时由电制动提供制动力，电制动力矩不足时，不足部分由液压制动进行补充；
当行驶车速小于或等于第一预设时，认为车辆处于驻车过程，此时仅由液压液压制动提供制动力。
6.根据权利要求5所述联合制动方法，其特征在于，所述当制动踏板位移量时小于或等于第一预设位移量，且车速大于第一预设车速时，认为车辆为正常行驶工况；此时由电制动提供制动力，电制动力矩不足时，不足部分由液压制动进行补充，包括：
选用三输入单输出的Mamdani模糊控制作为车辆电液联合制动控制器核心，通过踏板开度、车轮滑转率和车速三个变量确定电制动比例的大小；其中，电制动比例为电制动力矩与所述总制动力矩的比例；所述踏板开度、所述车轮滑转率和所述车速为所述控制信息和状态信息中的信息；
当计算得到的电制动力矩大于联合制动系统可以提供的最大电制动力矩时，电制动采用最大电制动力矩，不足的部分由液压制动补充。
7.根据权利要求6所述联合制动方法，其特征在于，所述通过踏板开度、车轮滑转率和车速三个变量确定电制动比例的大小包括：
当车轮滑移率所在的区间为“低”且制动踏板开度所在的区间为“极低”且车速所在的区间为“极低”时，电制动比例所在的区间为“中”；
当车轮滑移率所在的区间为“低”且制动踏板开度所在的区间为“极低”且车速所在的区间为“低”时，电制动比例所在的区间为“高”；
当车轮滑移率所在的区间为“低”且制动踏板开度所在的区间为“极低”且车速所在的区间为“中”时，电制动比例所在的区间为“高”；
当车轮滑移率所在的区间为“低”且制动踏板开度所在的区间为“极低”且车速所在的区间为“高”时，电制动比例所在的区间为“极高”；
当车轮滑移率所在的区间为“低”且制动踏板开度所在的区间为“低”且车速所在的区间为“极低”时，电制动比例所在的区间为“低”；
当车轮滑移率所在的区间为“低”且制动踏板开度所在的区间为“低”且车速在的区间为“低”时，电制动比例所在的区间为“中”；
当车轮滑移率所在的区间为“低”且制动踏板开度所在的区间为“低”且车速所在的区间为“中”时，电制动比例所在的区间为“高”；
当车轮滑移率所在的区间为“低”且制动踏板开度所在的区间为“低”且车速所在的区间为“高”时，电制动比例所在的区间为“极高”；
当车轮滑移率所在的区间为“低”且制动踏板开度所在的区间为“中”且车速所在的区间为“极低”时，电制动比例所在的区间为“低”；
当车轮滑移率所在的区间为“低”且制动踏板开度所在的区间为“中”且车速所在的区间为“低”时，电制动比例所在的区间为“中”；
当车轮滑移率所在的区间为“低”且制动踏板开度所在的区间为“中”且车速所在的区间为“中”时，电制动比例所在的区间为“中”；
当车轮滑移率所在的区间为“低”且制动踏板开度所在的区间为“中”且车速所在的区间为“高”时，电制动比例所在的区间为“高”；
当车轮滑移率所在的区间为“低”且制动踏板开度所在的区间为“高”且车速所在的区间为“极低”时，电制动比例所在的区间为“低”
当车轮滑移率所在的区间为“低”且制动踏板开度所在的区间为“高”且车速所在的区间为“低”时，电制动比例所在的区间为“低”；
当车轮滑移率所在的区间为“低”且制动踏板开度所在的区间为“高”且车速所在的区间为“中”时，电制动比例所在的区间为“中”；
当车轮滑移率所在的区间为“低”且制动踏板开度所在的区间为“高”且车速所在的区间为“高”时，电制动比例所在的区间为“中”；
当车轮滑移率所在的区间为“中”且制动踏板开度所在的区间为“极低”且车速所在的区间为“极低”时，电制动比例所在的区间为“高”；
当车轮滑移率所在的区间为“中”且制动踏板开度所在的区间为“极低”且车速所在的区间为“中”时，电制动比例所在的区间为“高”
当车轮滑移率所在的区间为“中”且制动踏板开度所在的区间为“极低”且车速所在的区间为“高”时，电制动比例所在的区间为“极高”；
当车轮滑移率所在的区间为“中”且制动踏板开度所在的区间为“低”且车速所在的区间为“极低”时，电制动比例所在的区间为“低”；
当车轮滑移率所在的区间为“中”且制动踏板开度所在的区间为“低”且车速所在的区间为“低”时，电制动比例所在的区间为“低”；
当车轮滑移率所在的区间为“中”且制动踏板开度所在的区间为“低”且车速所在的区间为“中”时，电制动比例所在的区间为“中”；
当车轮滑移率所在的区间为“中”且制动踏板开度所在的区间为“低”且车速所在的区间为“高”时，电制动比例所在的区间为“高”；
当车轮滑移率所在的区间为“中”且制动踏板开度所在的区间为“中”且车速所在的区间为“极低”时，电制动比例所在的区间为“极低”；
当车轮滑移率所在的区间为“中”且制动踏板开度所在的区间为“中”且车速所在的区间为“低”时，电制动比例所在的区间为“低”；
当车轮滑移率所在的区间为“中”且制动踏板开度所在的区间为“中”且车速所在的区间为“中”时，电制动比例所在的区间为“中”；
当车轮滑移率所在的区间为“中”且制动踏板开度所在的区间为“中”且车速所在的区间为“高”时，电制动比例所在的区间为“高”；
当车轮滑移率所在的区间为“中”且制动踏板开度所在的区间为“高”且车速所在的区间为“极低”时，电制动比例所在的区间为“极低”；
当车轮滑移率所在的区间为“中”且制动踏板开度所在的区间为“高”且车速所在的区间为“低”时，电制动比例所在的区间为“极低”；
当车轮滑移率所在的区间为“中”且制动踏板开度所在的区间为“高”且车速所在的区间为“中”时，电制动比例所在的区间为“低”；
当车轮滑移率所在的区间为“中”且制动踏板开度所在的区间为“高”且车速所在的区间为“高”时，电制动比例所在的区间为“低”；
当车轮滑移率所在的区间为“中”且制动踏板开度所在的区间为“极低”且车速所在的区间为“低”时，电制动比例所在的区间为“高”；
当车轮滑移率所在的区间为“高”且制动踏板开度所在的区间为“极低”且车速所在的区间为“极低”时，电制动比例所在的区间为“低”；
当车轮滑移率所在的区间为“高”且制动踏板开度所在的区间为“极低”且车速所在的区间为“低”时，电制动比例所在的区间为“中”；
当车轮滑移率所在的区间为“高”且制动踏板开度所在的区间为“极低”且车速所在的区间为“中”时，电制动比例所在的区间为“中”；
当车轮滑移率所在的区间为“高”且制动踏板开度所在的区间为“极低”且车速所在的区间为“高”时，电制动比例所在的区间为“中”；
当车轮滑移率所在的区间为“高”且制动踏板开度所在的区间为“低”且车速所在的区间为“极低”时，电制动比例所在的区间为“中”；
当车轮滑移率所在的区间为“高”且制动踏板开度所在的区间为“低”且车速所在的区间为“低”时，电制动比例所在的区间为“中”；
当车轮滑移率所在的区间为“高”且制动踏板开度所在的区间为“低”且车速所在的区间为“中”时，电制动比例所在的区间为“低”；
当车轮滑移率所在的区间为“高”且制动踏板开度所在的区间为“低”且车速所在的区间为“高”时，电制动比例所在的区间为“极低”；
当车轮滑移率所在的区间为“高”且制动踏板开度所在的区间为“中”且车速所在的区间为“极低”时，电制动比例所在的区间为“低”；
当车轮滑移率所在的区间为“高”且制动踏板开度所在的区间为“中”且车速所在的区间为“低”时，电制动比例所在的区间为“低”；
当车轮滑移率所在的区间为“高”且制动踏板开度所在的区间为“中”且车速所在的区间为“中”时，电制动比例所在的区间为“低”；
当车轮滑移率所在的区间为“高”且制动踏板开度所在的区间为“中”且车速所在的区间为“高”时，电制动比例所在的区间为“极低”；
当车轮滑移率所在的区间为“高”且制动踏板开度所在的区间为“高”且车速所在的区间为“极低”时，电制动比例所在的区间为“极低”；
当车轮滑移率所在的区间为“高”且制动踏板开度所在的区间为“高”且车速所在的区间为“低”时，电制动比例所在的区间为“极低”；
当车轮滑移率所在的区间为“高”且制动踏板开度所在的区间为“高”且车速所在的区间为“中”时，电制动比例所在的区间为“极低”；
当车轮滑移率所在的区间为“高”且制动踏板开度所在的区间为“高”且车速所在的区间为“高”时，电制动比例所在的区间为“极低”；
其中“极低”“低”“中”“高”“极高”为依照从小到大的规则对“车速”“车轮滑移率”“制动踏板开度”“电制动比例”划分的模糊集。
8.根据权利要求4所述联合制动方法，其特征在于，还包括：实时监测车轮的抱死情况，一旦发现车轮抱死，会触发ABS防抱死系统，减小车辆的制动力，保证车辆行驶的稳定性。
9.根据权利要求4所述联合制动方法，其特征在于，还包括：
根据动力电池的SOC状态选择电制动的制动模式，当SOC>预设值时，采用能耗制动方式，防止给电池过充电，当SOC<预设值时，采用再生制动方式，回收电能给电池充电，提高能量的利用率。
10.一种电动车，其特征在于，包括如权利要求1～3任一项所述的联合制动系统和/或应用如权利要求4～9任一项所述的联合制动方法。
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