CN113302078A - 车辆制动方法、装置和电子设备 - Google Patents
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Abstract
本申请提供一种车辆制动方法、装置和电子设备。获取车辆上动力电池的荷电状态SOC;若荷电状态SOC大于预设的荷电状态阈值,控制车辆进行制动;若荷电状态SOC小于等于荷电状态阈值,控制车辆进行制动且开启制动能量回收。能够根据车辆上动力电池的荷电状态SOC确定控制车辆仅进行制动,或者控制车辆进行制动且开启制动能量回收。
Description
技术领域
本申请涉及车辆技术领域,并且更具体地,涉及一种车辆制动方法、装置和电子设备。
背景技术
随着社会的发展,车辆(如汽车)得到了广泛的应用。又伴随着人类环保理念的提升,新能源汽车(如纯电动汽车或混合动力汽车)已经呈现出主流发展趋势。而由于新能源汽车上动力电池的最大容量有限,导致新能源汽车的续航能力难以提升。因此,如何提高新能源汽车的续航能力成了重点关注的问题。
新能源汽车在制动过程中,驱动电机可以作为电动机进行发电,也就是驱动电机能够将动能(即制动力)转换为能量存储至新能源汽车上的动力电池中,这样可以有效提高新能源汽车的续航能力。因此,控制新能源汽车进行制动的同时,开启制动能量回收成为电动汽车的关键技术之一。
但是,目前缺少一种能够根据新能源汽车的某个状态节点控制新能源汽车仅进行制动或者同时控制新能源汽车进行制动且开启制动能量回收的方案。
发明内容
本申请提供一种车辆制动方法、装置和电子设备,能够根据车辆上动力电池的荷电状态SOC(state of charge)这一状态节点仅控制车辆进行制动,或者控制车辆进行制动且开启制动能量回收。
第一方面,本申请提供了一种车辆制动方法,包括:获取车辆上动力电池的荷电状态SOC;若荷电状态SOC大于预设的荷电状态阈值,控制车辆进行制动;若荷电状态SOC小于等于荷电状态阈值,控制车辆进行制动且开启制动能量回收(此处的制动能量为下文的电机根据制动系统的制动过程产生的能量,包括第一电机产生的第一能量和/或第二电机产生的第二能量)。
可以理解的,动力电池的荷电状态SOC表示动力电池在恒定的放电电流下,剩余容量与相同条件下额定容量的比值,常用百分数表示。
在一示例中,可以根据动力电池的外特性(如动力电池的内阻、开路电压、温度、电流等参数),采用放电实验法、开路电压法、安时积分法、卡尔曼滤波法、神经网络法等方法得到动力电池的剩余容量。进而根据动力电池的剩余容量和荷电状态SOC的定义得到动力电池的荷电状态SOC。
可选地,可以根据动力电池的额定容量设置荷电状态阈值。还可以根据动力电池的使用时间,设置荷电状态阈值。
本申请提供的车辆制动方法在车辆需要进行制动时,结合获取的动力电池的荷电状态SOC确定是否需要在控制车辆进行制动的同时控制车辆开启制动能量回收,实现了能量的控制和再利用,而且回收的能量能够有效增加车辆(如电动汽车)的续航能力,实现节能减排。
基于第一方面,在一种可能的实现方式中,在获取车辆上动力电池的荷电状态SOC之后,本申请提供的车辆制动方法还包括:获取车辆上电机的状态信息和车辆的状态信息。
进一步地,电机的状态信息包括电机的电角速度和/或电机的电流信息。
例如,电机的电角速度是通过电机的角速度和电机的磁极对数得到的。其中,电机的角速度可以通过设置于电机上的转角传感器采集。
又例如,电机的电流信息是将电机的三相电流进行坐标变换得到的。其中,电机的三相电流可以通过电流传感器采集。
更进一步地,车辆的状态信息包括车辆的车速和/或参考制动减速度。
例如,车辆的车速可以通过设置于车辆上的车速传感器采集。
又例如,参考制动减速度是基于制动踏板行程和车辆纵向动力学方程得到的。其中,制动踏板行程可以通过行程传感器采集。
基于第一方面,在一种可能的实现方式中,控制车辆进行制动且开启制动能量回收,包括:将电机的状态信息和车辆的状态信息输入预先构建的能量回收控制模型,求解得到电机的电压信息;基于电机的电压信息确定电机输出的力矩和电机产生的能量(即上文的制动能量);基于电机输出的力矩,通过车辆的制动系统控制车辆进行制动,并将电机产生的能量存储至动力电池中。
基于第一方面,在一种可能的实现方式中,控制车辆进行制动(即仅控制车辆进行制动,不控制车辆开启制动能量回收),包括:将电机的状态信息和车辆的状态信息输入预先构建的能量回收控制模型,求解得到电机的电压信息;基于电机的电压信息确定电机输出的力矩;基于电机输出的力矩,通过车辆的制动系统控制车辆进行制动。
基于第一方面,在一种可能的实现方式中,在获取车辆上动力电池的荷电状态SOC之后,本申请提供的车辆制动方法还包括通过以下过程构建能量回收控制模型:基于电机的电磁力矩方程、电机的机械方程和制动系统的状态方程确定车辆上车轮的力矩与电机的电流信息之间的关系;基于车轮的力矩与电机的电流信息之间的关系、车辆的纵向动力学方程和电机的电压方程确定车辆的状态方程;基于车辆的状态方程和电机的电流信息确定车辆的实际制动减速度和车轮的力矩;基于车辆的实际制动减速度确定能量回收控制模型的第一目标函数,并基于车轮的力矩确定能量回收控制模型的第二目标函数和第三目标函数,第一目标函数以车辆能够跟踪参考制动减速度为目标,第二目标函数以车辆上前轮的制动器的制动力和后轮的制动器的制动力的分配比满足预设的分配比为目标,第三目标函数以制动系统的制动功率最小为目标;基于第一目标函数、第二目标函数和第三目标函数确定能量回收控制模型的目标函数,并确定能量回收控制模型的约束条件。
基于第一方面,在一种可能的实现方式中,电机包括第一电机、第二电机和第三电机中的至少一项;车轮的力矩与电机的电流信息之间的关系满足下式:
式中,Thf表示前轮的制动力矩,Thr表示后轮的制动力矩,Tmf表示前轮的回馈力矩,Tmr表示后轮的回馈力矩,r1表示制动系统中制动主缸的活塞直径,r2表示前轮的制动器中制动轮缸的活塞直径,r3表示后轮的制动器中制动轮缸的活塞直径,μf表示前轮的制动器中制动盘的摩擦系数,μr表示后轮的制动器中制动盘的摩擦系数,Re表示前轮/后轮的半径,NP1表示第一电机的磁极对数,NP2表示第二电机的磁极对数,NP3表示第三电机的磁极对数,ψf1表示第一电机的转子磁链,ψf2表示第二电机的转子磁链,ψf3表示第三电机的转子磁链,iq1表示第一电机的交轴电流,iq2表示第二电机的交轴电流,iq3表示第三电机的交轴电流,η1表示第三电机到制动主缸的活塞推杆之间的传动系数,nf表示第一电机到前轮的传动系数,nr表示第二电机到后轮的传动系数。
基于第一方面,在一种可能的实现方式中,上述的车辆的状态方程为:
式中,表示第一电机的直轴电流的一阶微分,表示第一电机的交轴电流的一阶微分,表示第二电机的直轴电流的一阶微分,表示第二电机的交轴电流的一阶微分,表示第三电机的直轴电流的一阶微分,表示第三电机的交轴电流的一阶微分,a表示车辆的制动减速度,表示车速的一阶微分,id1表示第一电机的直轴电流,iq1表示第一电机的交轴电流,id2表示第二电机的直轴电流,iq2表示第二电机的交轴电流,id3表示第三电机的直轴电流,iq3表示第三电机的交轴电流,Rs1表示第一电机的内阻,Rs2表示第二电机的内阻,Rs3表示第三电机的内阻,Ld1表示第一电机的直轴电感,Lq1表示第一电机的交轴电感,Ld2表示第二电机的直轴电感,Lq2表示第二电机的交轴电感,Ld3表示第三电机的直轴电感,Lq3表示第三电机的交轴电感,ωr1表示第一电机的电角速度,ωr2表示第二电机的电角速度,ωr3表示第三电机的电角速度,ud1表示第一电机的直轴电压,uq1表示第一电机的交轴电压,ud2表示第二电机的直轴电压,uq2表示第二电机的交轴电压,ud3表示第三电机的直轴电压,uq3表示第三电机的交轴电压,ψf1表示第一电机的转子磁链,ψf2表示第二电机的转子磁链,ψf3表示第三电机的转子磁链,Thf表示前轮的制动力矩,Thr表示后轮的制动力矩,Tmf表示前轮的回馈力矩,Tmr表示后轮的回馈力矩,mveh表示车辆的质量,Re表示前轮/后轮的半径,Fair表示车辆的空气阻力,Froll表示车辆的滚动阻力。
基于第一方面,在一种可能的实现方式中,上述的第一目标函数为:
式中,J1表示第一目标函数的函数值,a(k+i)表示车辆在第k+i时刻的实际制动减速度,aref(k+i)表示车辆在第k+i时刻的参考制动减速度,P表示步长总数。
第一目标函数中的a(k+i)-aref(k+i)表示车辆第k+i时刻的实际制动减速度与参考制动减速度之间的偏差(偏差可以为正值,也可以为负值)。以车辆的能够跟踪参考制动减速度为目标表示车辆的实际制动减速度与参考制动减速度之间偏差的绝对值越小越好,这样能够保证车辆制动的平顺性,提高驾驶体验。
基于第一方面,在另一种可能的实现方式中,上述的第二目标函数为:
式中,J2表示第二目标函数的函数值,Tmf(k+i)表示前轮在第k+i时刻的回馈力矩,Thf(k+i)表示前轮在第k+i时刻的制动力矩,Tmr(k+i)表示后轮在第k+i时刻的回馈力矩,Thr(k+i)表示后轮在第k+i时刻的制动力矩,Re表示车轮的半径,CF表示预设的分配比,P表示步长总数。
可以理解的,第二目标函数以实际的前后轮制动力分配比满足理想的前后轮制动力分配比为目标,希望实际的前后轮制动力分配比与理想的前后轮制动力分配比之间偏差的绝对值越小越好,也就是尽可能使实际的前后轮制动力分配比满足ECE法规要求,保证车辆制动的安全性。
基于第一方面,在再一种可能的实现方式中,上述的第三目标函数为:
式中,J3表示第三目标函数的函数值,Thf(k+i)表示前轮在第k+i时刻的制动力矩,Thr(k+i)表示后轮在第k+i时刻的制动力矩,ωf(k+i)表示前轮在第k+i时刻的角速度,ωr(k+i)表示后轮在第k+i时刻的角速度,Ptarget表示制动系统的目标制动功率,P表示步长总数。
上述第三目标函数中的Thf(k+i)ωf(k+i)+Thr(k+i)ωr(k+i)表示制动系统的实际制动功率,Thf(k+i)ωf(k+i)+Thr(k+i)ωr(k+i)-Ptarget表示实际制动功率与目标制动功率之间的偏差(偏差可以为正值,也可以为负值)。以制动系统的制动功率最小为目标可以表示实际制动功率与目标制动功率之间偏差的绝对值越小越好,这样前驱电机M1和后驱电机M2在回馈制动的过程中产生的能量就会越多,进而可以实现最大能量的回收。
基于第一方面,在一种可能的实现方式中,基于第一目标函数、第二目标函数和第三目标函数确定能量回收控制模型的目标函数,包括:基于预设的加权系数对第一目标函数、第二目标函数和第三目标函数进行加权,并以加权后的函数值最小为目标,确定能量回收控制模型的目标函数,加权系数包括第一目标函数的第一加权系数、第二目标函数的第二加权系数和第三目标函数的第三加权系数。
上述能量回收控制模型的目标函数以车辆的参考制动减速度和理想的前后轮制动力分配比为跟踪目标,并以制动系统输出的实际制动功率为0作为优化目标,不仅提高了制动的平顺性和安全性,且实现了能量的最大回收。
基于第一方面,在一种可能的实现方式中,能量回收控制模型的约束条件包括电压约束和/或电压增量约束。
基于第一方面,在一种可能的实现方式中,上述电压约束为:
式中,umin1表示第一电机的电压最小值,umax1表示第一电机的电压最大值,umin2表示第二电机的电压最小值,umax3表示第二电机的电压最大值,umin3表示第三电机的电压最小值,umax3表示第三电机的电压最大值,ud1表示第一电机的直轴电压,uq1表示第一电机的交轴电压,ud2表示第二电机的直轴电压,uq2表示第二电机的交轴电压,ud3表示第三电机的直轴电压,uq3表示第三电机的交轴电压;
电压增量约束为:
式中,‖Δud1‖表示第一电机的直轴电压增量,‖Δuq1‖表示第一电机的交轴电压增量,‖Δud1max‖表示第一电机的直轴电压增量最大值,‖Δuq1max‖表示第一电机的交轴电压增量最大值,‖Δud2‖表示第二电机的直轴电压增量,‖Δuq2‖表示第二电机的交轴电压增量,‖Δud2max‖表示第二电机的直轴电压增量最大值,‖Δuq2max‖表示第二电机的交轴电压增量最大值,‖Δud3‖表示第三电机的直轴电压增量,‖Δuq3‖表示第三电机的交轴电压增量,‖Δud3max‖表示第三电机的直轴电压增量最大值,‖Δuq3max‖表示第三电机的交轴电压增量最大值。
在确定了能量回收控制模型的基础上,可以结合获取的电机的电角速度、电机的电流信息、车辆的车速以及车辆的参考制动减速度,实现控制车辆进行制动且开启制动能量回收。
于是,基于第一方面,在一种可能的实现方式中,基于电机的电压信息确定电机输出的力矩和电机产生的能量,包括:基于第一电机的直轴电压和交轴电压确定第一电机输出的第一力矩,基于第二电机的直轴电压和交轴电压确定第二电机输出的第二力矩,并基于第三电机的直轴电压和交轴电压确定第三电机输出的第三力矩;基于第一电机输出的第一力矩确定第一电机产生的第一能量,基于第二电机输出的第二力矩确定第二电机产生的第二能量。
基于第一方面,在一种可能的实现方式中,基于电机输出的力矩,通过车辆的制动系统控制车辆进行制动,并将电机产生的能量存储至动力电池中,包括:基于第一电机输出的第一力矩确定前轮的回馈力矩,并基于第二电机输出的第二力矩确定后轮的回馈力矩;基于第三电机输出的第三力矩,通过制动主缸、前轮的制动器中制动轮缸和后轮的制动器中制动轮缸确定前轮的制动力矩和后轮的制动力矩;基于前轮的回馈力矩和前轮的制动力矩控制前轮进行制动,并基于后轮的回馈力矩和后轮的制动力矩控制后轮进行制动;将第一电机产生的第一能量和第二电机产生的第二能量存储至动力电池中。
上述同时进行制动和能量回收的过程中,将能量回收控制模型输出的电机的直轴电压和交轴电压直接作用于电机,进而通过电机实现车辆制动和制动能量回收。与采用下层控制器(包括制动控制单元和电机控制单元)间接制动的方案相比,不仅减少了控制环节,缩短了车辆的制动时间,且降低了控制成本。
基于第一方面,在一种可能的实现方式中,基于电机的电压信息确定电机输出的力矩,包括:基于第三电机的直轴电压和交轴电压确定第三电机输出的第三力矩。
基于第一方面,在一种可能的实现方式中,基于电机输出的力矩,通过车辆的制动系统控制车辆进行制动,包括:基于第三电机输出的第三力矩,通过制动主缸、前轮的制动器中制动轮缸和后轮的制动器中制动轮缸确定前轮的制动力矩和后轮的制动力矩;基于前轮的制动力矩控制前轮进行制动,并基于后轮的制动力矩控制后轮进行制动。
基于第一方面,在一种可能的实现方式中,上述车辆为电动车辆。
基于第一方面,在一种可能的实现方式中,上述电动车辆为电动汽车。
第二方面,本申请提供了一种车辆制动装置,包括:获取模块,用于获取车辆上动力电池的荷电状态SOC;控制模块,用于在荷电状态SOC大于预设的荷电状态阈值时,控制车辆进行制动;还用于在荷电状态SOC小于等于荷电状态阈值时,控制车辆进行制动且开启制动能量回收(此处的制动能量为电机根据制动系统的制动过程产生的能量,包括第一电机产生的第一能量和/或第二电机产生的第二能量)。
上述第二方面提供的车辆制动装置能够通过动力电池的荷电状态SOC确定是否需要在控制车辆进行制动的同时控制车辆开启制动能量回收,也就是根据荷电状态SOC实现了车辆仅进行制动的控制,或者实现车辆进行制动且开启制动能量回收的控制,实现了能量的控制和再利用,而且回收的能量能够有效增加车辆的续航能力,实现节能减排。另外,在需要控制车辆进行制动时,能够实现控制车辆在仅进行制动与控制车辆进行制动且开启制动能量回收之间切换,在不影响车辆制动的前提下,可以有效增加车辆的续航能力。
可选地,上述第二方面提供的车辆制动装置可以包括判断模块,该判断模块用于判断获取的荷电状态SOC是否大于预设的荷电状态阈值。
基于第二方面,在一种可能的实现方式中,获取模块还用于:获取车辆上电机的状态信息和车辆的状态信息;电机的状态信息包括电机的电角速度和/或电机的电流信息;车辆的状态信息包括车辆的车速和/或参考制动减速度。
需要说明的是,获取模块获取的电机的状态信息和车辆的状态信息用于后文中建模模块构建能量回收控制模型。
基于第二方面,在一种可能的实现方式中,控制模块用于:将电机的状态信息和车辆的状态信息输入预先构建的能量回收控制模型,求解得到电机的电压信息;基于电机的电压信息确定电机输出的力矩和电机产生的能量;基于电机输出的力矩,通过车辆的制动系统控制车辆进行制动,并将电机产生的能量(即制动能量)存储至动力电池中。
基于第二方面,在一种可能的实现方式中,控制模块用于:将电机的状态信息和车辆的状态信息输入预先构建的能量回收控制模型,求解得到电机的电压信息;基于电机的电压信息确定电机输出的力矩;基于电机输出的力矩,通过车辆的制动系统控制车辆进行制动。
基于第二方面,在一种可能的实现方式中,本申请提供的车辆制动装置还包括建模模块,建模模块用于:基于电机的电磁力矩方程、电机的机械方程和制动系统的状态方程确定车辆上车轮的力矩与电机的电流信息之间的关系;基于车轮的力矩与电机的电流信息之间的关系、车辆的纵向动力学方程和电机的电压方程确定车辆的状态方程;基于车辆的状态方程和电机的电流信息确定车辆的实际制动减速度和车轮的力矩;基于车辆的实际制动减速度确定能量回收控制模型的第一目标函数,并基于车轮的力矩确定能量回收控制模型的第二目标函数和第三目标函数,第一目标函数以车辆能够跟踪参考制动减速度为目标,第二目标函数以车辆上前轮的制动器的制动力和后轮的制动器的制动力的分配比满足预设的分配比为目标,第三目标函数以制动系统的制动功率最小为目标;基于第一目标函数、第二目标函数和第三目标函数确定能量回收控制模型的目标函数,并确定能量回收控制模型的约束条件。
电机包括第一电机、第二电机和第三电机中的至少一项。
车轮的力矩与电机的电流信息之间的关系满足下式:
式中,Thf表示前轮的制动力矩,Thr表示后轮的制动力矩,Tmf表示前轮的回馈力矩,Tmr表示后轮的回馈力矩,r1表示制动系统中制动主缸的活塞直径,r2表示前轮的制动器中制动轮缸的活塞直径,r3表示后轮的制动器中制动轮缸的活塞直径,μf表示前轮的制动器中制动盘的摩擦系数,μr表示后轮的制动器中制动盘的摩擦系数,Re表示前轮/后轮的半径,NP1表示第一电机的磁极对数,NP2表示第二电机的磁极对数,NP3表示第三电机的磁极对数,ψf1表示第一电机的转子磁链,ψf2表示第二电机的转子磁链,ψf3表示第三电机的转子磁链,iq1表示第一电机的交轴电流,iq2表示第二电机的交轴电流,iq3表示第三电机的交轴电流,η1表示第三电机到制动主缸的活塞推杆之间的传动系数,nf表示第一电机到前轮的传动系数,nr表示第二电机到后轮的传动系数。
车辆的状态方程为:
式中,表示第一电机的直轴电流的一阶微分,表示第一电机的交轴电流的一阶微分,表示第二电机的直轴电流的一阶微分,表示第二电机的交轴电流的一阶微分,表示第三电机的直轴电流的一阶微分,表示第三电机的交轴电流的一阶微分,a表示车辆的制动减速度,表示车速的一阶微分,id1表示第一电机的直轴电流,iq1表示第一电机的交轴电流,id2表示第二电机的直轴电流,iq2表示第二电机的交轴电流,id3表示第三电机的直轴电流,iq3表示第三电机的交轴电流,Rs1表示第一电机的内阻,Rs2表示第二电机的内阻,Rs3表示第三电机的内阻,Ld1表示第一电机的直轴电感,Lq1表示第一电机的交轴电感,Ld2表示第二电机的直轴电感,Lq2表示第二电机的交轴电感,Ld3表示第三电机的直轴电感,Lq3表示第三电机的交轴电感,ωr1表示第一电机的电角速度,ωr2表示第二电机的电角速度,ωr3表示第三电机的电角速度,ud1表示第一电机的直轴电压,uq1表示第一电机的交轴电压,ud2表示第二电机的直轴电压,uq2表示第二电机的交轴电压,ud3表示第三电机的直轴电压,uq3表示第三电机的交轴电压,ψf1表示第一电机的转子磁链,ψf2表示第二电机的转子磁链,ψf3表示第三电机的转子磁链,Thf表示前轮的制动力矩,Thr表示后轮的制动力矩,Tmf表示前轮的回馈力矩,Tmr表示后轮的回馈力矩,mveh表示车辆的质量,Re表示前轮/后轮的半径,Fair表示车辆的空气阻力,Froll表示车辆的滚动阻力。
上述的第一目标函数为:
式中,J1表示第一目标函数的函数值,a(k+i)表示车辆在第k+i时刻的实际制动减速度,aref(k+i)表示车辆在第k+i时刻的参考制动减速度,P表示步长总数。
第一目标函数是以车辆的能够跟踪参考制动减速度为目标,能够保证车辆制动的平顺性,提高驾驶体验。
上述的第二目标函数为:
式中,J2表示第二目标函数的函数值,Tmf(k+i)表示前轮在第k+i时刻的回馈力矩,Thf(k+i)表示前轮在第k+i时刻的制动力矩,Tmr(k+i)表示后轮在第k+i时刻的回馈力矩,Thr(k+i)表示后轮在第k+i时刻的制动力矩,Re表示车轮的半径,CF表示预设的分配比,P表示步长总数。
第二目标函数以实际的前后轮制动力分配比满足理想的前后轮制动力分配比为目标表示实际的前后轮制动力分配比与理想的前后轮制动力分配比之间偏差的绝对值越小越好,也就是尽可能使实际的前后轮制动力分配比满足ECE法规要求,保证车辆制动的安全性。
上述的第三目标函数为:
式中,J3表示第三目标函数的函数值,Thf(k+i)表示前轮在第k+i时刻的制动力矩,Thr(k+i)表示后轮在第k+i时刻的制动力矩,ωf(k+i)表示前轮在第k+i时刻的角速度,ωr(k+i)表示后轮在第k+i时刻的角速度,Ptarget表示制动系统的目标制动功率,P表示步长总数。
第三目标函数以制动系统的制动功率最小为目标可以表示实际制动功率与目标制动功率之间偏差的绝对值越小越好,这样前驱电机M1和后驱电机M2在回馈制动的过程中产生的能量就会越多,进而可以实现最大能量回收。
上述能量回收控制模型的约束条件包括电压约束和/或电压增量约束。
上述的电压约束为:
式中,umin1表示第一电机的电压最小值,umax1表示第一电机的电压最大值,umin2表示第二电机的电压最小值,umax3表示第二电机的电压最大值,umin3表示第三电机的电压最小值,umax3表示第三电机的电压最大值,ud1表示第一电机的直轴电压,uq1表示第一电机的交轴电压,ud2表示第二电机的直轴电压,uq2表示第二电机的交轴电压,ud3表示第三电机的直轴电压,uq3表示第三电机的交轴电压;
上述的电压增量约束为:
式中,‖Δud1‖表示第一电机的直轴电压增量,‖Δuq1‖表示第一电机的交轴电压增量,‖Δud1max‖表示第一电机的直轴电压增量最大值,‖Δuq1max‖表示第一电机的交轴电压增量最大值,‖Δud2‖表示第二电机的直轴电压增量,‖Δuq2‖表示第二电机的交轴电压增量,‖Δud2max‖表示第二电机的直轴电压增量最大值,‖Δuq2max‖表示第二电机的交轴电压增量最大值,‖Δud3‖表示第三电机的直轴电压增量,‖Δuq3‖表示第三电机的交轴电压增量,‖Δud3max‖表示第三电机的直轴电压增量最大值,‖Δuq3max‖表示第三电机的交轴电压增量最大值。
基于第二方面,在一种可能的实现方式中,上述的建模模块用于:基于预设的加权系数对第一目标函数、第二目标函数和第三目标函数进行加权,并以加权后的函数值最小为目标,确定能量回收控制模型的目标函数,加权系数包括第一目标函数的第一加权系数、第二目标函数的第二加权系数和第三目标函数的第三加权系数。
建模模块以车辆的参考制动减速度和理想的前后轮制动力分配比为跟踪目标,并以制动系统输出的实际制动功率为0作为优化目标,不仅提高了制动的平顺性和安全性,且实现了最大能量回收。一种可能的实现方式中,上述的控制模块用于:基于第一电机的直轴电压和交轴电压确定第一电机输出的第一力矩,基于第二电机的直轴电压和交轴电压确定第二电机输出的第二力矩,并基于第三电机的直轴电压和交轴电压确定第三电机输出的第三力矩;基于第一电机输出的第一力矩确定第一电机产生的第一能量,基于第二电机输出的第二力矩确定第二电机产生的第二能量。
基于第二方面,在一种可能的实现方式中,控制模块用于:基于第一电机输出的第一力矩确定前轮的回馈力矩,并基于第二电机输出的第二力矩确定后轮的回馈力矩;基于第三电机输出的第三力矩,通过制动主缸、前轮的制动器中制动轮缸和后轮的制动器中制动轮缸确定前轮的制动力矩和后轮的制动力矩;基于前轮的回馈力矩和前轮的制动力矩控制前轮进行制动,并基于后轮的回馈力矩和后轮的制动力矩控制后轮进行制动;将第一电机产生的第一能量和第二电机产生的第二能量存储至动力电池中。
基于第二方面,在一种可能的实现方式中,上述的控制模块用于:基于第三电机的直轴电压和交轴电压确定第三电机输出的第三力矩。
基于第二方面,在一种可能的实现方式中,上述的控制模块用于:基于第三电机输出的第三力矩,通过制动主缸、前轮的制动器中制动轮缸和后轮的制动器中制动轮缸确定前轮的制动力矩和后轮的制动力矩;基于前轮的制动力矩控制前轮进行制动,并基于后轮的制动力矩控制后轮进行制动。
基于第二方面,在一种可能的实现方式中,上述的车辆为电动车辆。
基于第二方面,在一种可能的实现方式中,上述的电动车辆为电动汽车。
第三方面,本申请提供了一种车辆制动装置,包括:采集模块,用于获取车辆上动力电池的荷电状态SOC;制动系统,用于在荷电状态SOC大于预设的荷电状态阈值时,进行制动;还用于在荷电状态SOC小于等于荷电状态阈值时,控制车辆进行制动且开启制动能量回收。
基于第三方面,在一种可能的实现方式中,本申请第三方面提供的车辆制动装置还包括能量回收控制器,所述能量回收控制器与所述采集模块和所述制动系统耦合;
所述采集模块还用于:获取所述车辆上电机的状态信息和所述车辆的状态信息;
所述能量回收控制器用于:根据所述电机的状态信息和所述车辆的状态信息确定所述电机的电压。
所述制动系统还用于:根据所述电机的电压控制车辆进行制动,或者控制车辆进行制动且开启制动能量回收。
第三方面提供的车辆制动装置通过将采集模块获取的车辆上电机的状态信息和所述车辆的状态信息输入能量回收控制器,并通过能量回收控制器输出的电机的电压,以及制动系统控制车辆进行制动,或者控制车辆进行制动且开启制动能量回收。与采用下层控制器间接制动的方案相比,不仅减少了控制环节,缩短了车辆的制动时间,且降低了控制成本。
基于第三方面,在一种可能的实现方式中,采集模块可以包括至少一个传感器。本申请实施例中,传感器可以设置多个。
例如,采集模块可以设置电流传感器。电流传感器用于采集的前驱电机M1、后驱电机M2和助力电机M3的三相电流(三相电流进行坐标变换(如派克park变换),可以得到三个电机各自的直轴电流和交轴电流)。需要说明的是,可以通过一个电流传感器采集三个电机的三相电流,还可以通过三个传感器分别采集三个电机的三相电流。
又例如,采集模块可以设置车速传感器。车速传感器用于采集车辆的车速。
再例如,采集模块可以设置行程传感器。行程传感器用于采集制动踏板行程(通过制动踏板行程和车辆的纵向动力学方程可以得到车辆的参考制动减速度)。
第四方面,本申请提供了一种电子设备,包括:至少一个处理器;存储器,用于存储一个或多个程序;当一个或多个程序被至少一个处理器执行时,实现如前述第一方面及其可能的实现方式中的方法。
第五方面,本申请提供了一种计算机可读存储介质,计算机可读存储介质中存储有指令,当指令在计算机上运行时,用于执行如前述第一方面及其可能的实现方式中的方法。
第六方面,本申请提供了一种计算机程序产品,计算机程序产品中包含指令,当指令在计算机或处理器上运行时,使得计算机或处理器实现如前述第一方面及其可能的实现方式中的方法。
应当理解的是,本申请的第二方面至第六方面与本申请的第一方面的技术方案一致,各方面及对应的可行实施方式所取得的有益效果相似,不再赘述。
附图说明
图1为本申请实施例提供的电动汽车的一个结构示意图;
图2为本申请实施例提供的车辆制动方法的一个流程示意图;
图3为本申请实施例提供的车辆制动方法的一个流程示意图;
图4为本申请实施例中控制电动汽车进行制动且开启制动能量回收的流程示意图;
图5为本申请实施例中控制电动汽车进行制动的流程示意图;
图6为本申请实施例提供的车辆制动方法的又一个流程示意图;
图7为本申请实施例中构建能量回收控制模型的一个流程示意图;
图8为本申请实施例提供的车辆制动装置的一个结构示意图;
图9为本申请实施例提供的车辆制动装置的一个结构示意图;
图10为本申请实施例提供的车辆制动装置的一个结构示意图;
图11为本申请实施例提供的车辆制动装置的一个结构示意图;
图12为本申请实施例提供的车辆制动装置的一个结构示意图。
具体实施方式
下面将结合附图,对本申请中的技术方案进行描述。
为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本申请中的附图,对本申请中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例是本申请一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例,本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本申请保护的范围。
本申请的说明书实施例和权利要求书及附图中的术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述的目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性,也不能理解为指示或暗示顺序。此外,术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形,意图在于覆盖不排他的包含,例如,包含了一系列步骤或单元。方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元,而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
应当理解,在本申请中,“至少一个(项)”是指一个或者多个,“多个”是指两个或两个以上。“和/或”,用于描述关联对象的关联关系,表示可以存在三种关系,例如,“A和/或B”可以表示:只存在A,只存在B以及同时存在A和B三种情况,其中A,B可以是单数或者复数。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。“以下至少一项(个)”或其类似表达,是指这些项中的任意组合,包括单项(个)或复数项(个)的任意组合。例如,a,b或c中的至少一项(个),可以表示:a,b,c,“a和b”,“a和c”,“b和c”,或“a和b和c”,其中a,b,c可以是单个,也可以是多个。
随着社会对车辆(如汽车)不断增长的需求,汽车工业日益繁荣。特别是新能源汽车(如纯电动汽车或混合动力汽车)已经得到了广泛的应用。当新能源汽车在进行制动时,用于驱动车轮转动的驱动电机在产生回馈力矩(回馈力矩作用于车轮上,用于对车辆进行制动)的同时,还可以作为发电机进行发电,发电产生的能量存储至动力电池中,可以有效提高新能源汽车的续航能力,且能够实现节能减排。因此,在控制车辆进行制动的过程中同时控制车辆开启制动能量回收成为新能源汽车的关键技术之一。
为了控制车辆进行制动且开启制动能量回收,本申请实施例首先通过优化能量回收控制器,得到新能源汽车中制动系统的制动力矩和驱动电机的回馈力矩;然后,通过用于控制制动系统的制动控制单元去执行制动系统的制动力矩(即制动控制单元控制制动系统执行制动力矩),还通过用于控制驱动电机的电机控制单元去执行驱动电机的回馈力矩(即电机控制单元控制驱动电机执行回馈力矩)。需要说明的是,驱动电机在执行回馈力矩的同时,会产生能量。通过上述过程可以使制动力矩产生的制动力和回馈力矩产生的回馈力协调分配至车轮,保证车辆制动的平顺性。更重要的是,能够在车辆进行制动的过程中实现能量的回收。
需要说明的是,上述制动控制单元和电机控制单元均为执行单元,且制动控制单元执行的制动力矩和电机控制单元执行的回馈力矩均是通过能量回收控制器得到的,所以本申请实施例可以将能量回收控制器定义为上层控制器,还可以将制动控制单元和电机控制单元定义为下层控制器。
但是,由于下层控制器不能理想的跟踪制动系统的制动力矩和驱动电机的回馈力矩,导致车辆的制动效果和能量回收效果均较差。而且,上述制动和能量回收在执行的过程中需要有上层控制器和下层控制器,因此成本也会比较高。
那么,为了解决上述技术问题,本申请实施例提供了一种车辆制动方法。本申请实施例提供的车辆制动方法能够适用于如电动汽车(即纯电动汽车)或混合动力汽车等新能源汽车,当然还可以适用于汽油机汽车等内燃机汽车,本申请实施例不做具体限定。
示例性的,按照驱动方式的不同,电动汽车可以分为前驱式电动汽车、后驱式电动汽车和分布式驱动电动汽车。其中,前驱式电动汽车是通过前驱电机(也就是驱动前轮转动的驱动电机)驱动前轮转动,并通过制动系统实现制动的。后驱式电动汽车是通过后驱驱动电机(驱动后轮转动的驱动电机)驱动后轮转动,并通过制动系统实现制动的。需要特别说明的是,分布式驱动电动汽车是通过前驱电机和后驱电机共同实现电动汽车驱动的。由于该类型的电动汽车包括前驱电机和后驱电机,所以将其称为分布式驱动电动汽车。本申请实施例以分布式驱动电动汽车(下文简称为电动汽车)为例说明,说明电动汽车的制动方法。
图1为本申请实施例提供的电动汽车的一个结构示意图。如图1所示,结构100包括车轮(包括前轮(即图1中的前轮W(wheel)1和前轮W(wheel)2)和后轮(即图1中的后轮W(wheel)3和后轮W(wheel)4))、电机(包括驱动电机(包括前驱电机M(motor)1和后驱电机M(motor)2)和助力电机M(motor)3)、动力电池B(batter)1、电子控制单元ECU(electroniccontrol unit,也可以叫做能量回收控制器)和制动系统B(brake)2。其中,制动系统B2可以采用机械式线性制动系统、液压式线性制动系统、气压式线性制动系统或者电磁式线控制动系统,本申请实施例采用液压式线性制动系统实现电动汽车的制动。
进一步地,参考图1,前驱电机M1通过传动机构G(gear)1与两个前轮(前轮W1和前轮W2)连接,后驱电机M2通过传动机构G(gear)2与两个后轮(后轮W3和后轮W4)连接,助力电机M3通过传送机构G(gear)3与制动系统B2耦合,制动系统B2与四个车轮连接。制动系统B2与设置于前轮W1附近的制动钳C(caliper)1、设置于前轮W2附近的制动钳C(caliper)2、设置于后轮W3附近的制动钳C(caliper)3以及设置于后轮W4附近的制动钳C(caliper)4耦合,用于控制制动钳C1、制动钳C2、制动钳C3和制动钳C4动作。同时,ECU与前驱电机M1、后驱电机M2以及助力电机M3电连接,用于将得到的前驱电机M1的直轴电压和前驱电机M1的交轴电压下发给前驱电机M1,将得到的后驱电机M2的直轴电压和后驱电机M2的交轴电压下发给后驱电机M2,还将得到的助力电机M3的直轴电压和助力电机M3的交轴电压下发给助力电机M3。动力电池B1与前驱电机M1、后驱电机M2、助力电机M3以及ECU耦合。
图2为本申请实施例提供的车辆制动方法的一个流程示意图。如图2所示,过程200可以由以下步骤实现。
步骤S201:获取电动汽车上动力电池的荷电状态SOC。
可以理解的是,电动汽车上设置的动力电池作为电动汽车的能量来源,决定了电动汽车的续航能力。动力电池具有以安培时(ampere-hours)为单位的额定容量。如果动力电池部分放电或者全部放电,则动力电池的剩余容量会小于动力电池的额定容量。动力电池的荷电状态SOC表示动力电池在恒定的放电电流下,剩余容量与相同条件下额定容量的比值,常用百分数表示。荷电状态SOC可以用下式表示:
式中,Qm-Q(In)表示在时间t内,动力电池按照恒定的放电电流In进行放电后的剩余容量;In表示动力电池的放电电流;Qm表示动力电池按照放电电流In进行放电时的最大放电容量,即动力电池的额定容量;Q(In)表示在时间t内,动力电池按照恒定的放电电流In进行放电所释放的容量。
基于上述荷电状态SOC的定义,可以理解的是,荷电状态SOC的取值范围为0~1。当荷电状态SOC=0时,表示动力电池放电完全,当荷电状态SOC=0.5时,表示动力电池的剩余容量为额定容量的一半。当荷电状态SOC=1时,表示动力电池完全充满。
由于动力电池本身结构的复杂性,不能通过直接测量得到动力电池的荷电状态SOC,但是可以根据动力电池的外特性(如动力电池的内阻、开路电压、温度、电流等参数)获取动力电池的剩余容量。
在一种可能的实现方式中,本申请实施例可以根据动力电池的外特性,采用放电实验法、开路电压法、安时积分法、卡尔曼滤波法、神经网络法等方法得到动力电池的剩余容量。之后,根据得到动力电池的剩余容量和荷电状态SOC的定义得到动力电池的荷电状态SOC。
步骤S202:若获取的荷电状态SOC大于预设的荷电状态阈值,控制车辆进行制动(即控制车辆仅进行制动,不开启制动能量回收);若获取的荷电状态SOC小于等于荷电状态阈值,控制车辆进行制动且开启制动能量回收(此处的制动能量为电机根据制动系统的制动过程产生的能量,包括第一电机M1产生的第一能量PM1和/或第二电机M2产生的第二能量PM2)。
可选地,根据动力电池的额定容量,可以设置不同的荷电状态阈值。当然,还可以根据动力电池的使用时间,设置不同的荷电状态阈值。
示例性的,本申请实施例以动力电池的荷电状态阈值为0.90为例进行说明。
进一步地,根据步骤S201获取的荷电状态SOC,分以下两种情况介绍如何控制电动汽车仅进行制动,或者控制电动汽车进行制动且开启制动能量回收。
情况1:获取的荷电状态SOC为0.95,由于0.95大于0.90,于是,可以确定动力电池的剩余容量能够为电动汽车提供较强的续航能力(即动力电池的剩余容量还能够支持电动汽车行驶较长的里程)。在这种情况下,仅需要控制电动汽车进行制动,无需控制电动汽车开启制动能量回收。
情况2:获取的荷电状态SOC为0.85,由于0.85小于0.90,可以确定动力电池的剩余容量无法为电动汽车提供较强的续航能力(即动力电池的剩余容量不能支持电动汽车行驶较长的里程)。在这种情况下,需要控制电动汽车进行制动且开启制动能量回收。
需要说明的是,获取的荷电状态SOC为0.90(即获取的荷电状态SOC等于预设的荷电状态阈值)时,和上述情况2相同,也需要控制电动汽车进行制动且开启制动能量回收。
可以理解的,若控制电动汽车进行制动且开启制动能量回收,回收的能量用于为动力电池充电,进而使动力电池的荷电状态SOC大于0.90。当荷电状态SOC恢复至0.90以上(即通过充电,动力电池的荷电状态SOC大于0.90)后,在需要控制车辆进行制动时,能够实现控制电动汽车在仅进行制动与控制电动汽车进行制动且开启制动能量回收之间切换,在不影响电动汽车制动的前提下,可以有效增加电动汽车的续航能力。
本申请实施例提供的车辆制动方法通过动力电池的荷电状态SOC确定是否需要在控制车辆进行制动的同时控制车辆开启制动能量回收,也就是根据荷电状态SOC实现了控制电动汽车仅进行制动,或者控制电动汽车进行制动且开启制动能量回收,实现了能量的控制和再利用,而且回收的能量能够有效增加电动汽车的续航能力,实现节能减排。
在一种可能的实现方式中,本申请实施例提供的车辆制动方法在步骤S201之后,还可以获取电机的状态信息和电动汽车的状态信息。
例如,电机(可以包括前驱电机M1、后驱电机M2和助力电机M3)的状态信息可以包括前驱电机M1的电角速度、后驱电机M2的电角速度和助力电机M3的电角速度,还可以包括前驱电机M1的电流信息、后驱电机M2的电流信息和助力电机M3的电流信息。
在一种示例中,前驱电机M1的电角速度(用ωr1表示)是通过将转角传感器(设置于前驱电机M1上)采集的前驱电机M1的角速度(用ω1表示)与前驱电机M1的磁极对数(用NP1表示)相乘得到的,用公式表示为ωr1=ω1×NP1。
在另一种示例中,后驱电机M2的电角速度(用ωr2表示)是通过将转角传感器(设置于后驱电机M2上)采集的后驱电机M2的角速度(用ω2表示)与后驱电机M2的磁极对数(用NP2表示)相乘得到的,用公式表示为ωr2=ω2×NP2。
在再一种示例中,助力电机M3的电角速度(用ωr3表示)是通过将转角传感器(设置于助力电机M3上)采集的助力电机M3的角速度(用ω3表示)与助力电机M3的磁极对数(用NP3表示)相乘得到的,用公式表示为ωr3=ω3×NP3。
还需要说明的是,前驱电机M1的电流信息可以是将电流传感器采集的前驱电机M1的三相电流进行坐标变换(如派克park变换)得到的,后驱电机M2的电流信息可以是将电流传感器采集的后驱电机M2的三相电流进行坐标变换(如派克park变换)得到的,助力电机M3的电流信息可以是将电流传感器采集的助力电机M3的三相电流进行坐标变换(如派克park变换)得到的。
再例如,电动汽车的状态信息可以包括电动汽车的车速,还可以包括电动汽车的参考制动减速度。
需要说明的是,电动汽车的车速可以通过设置于电动汽车上的车速传感器采集得到。
还需要说明的是,电动汽车的参考制动减速度可以是基于行程传感器采集的制动踏板行程,并通过电动汽车的纵向动力学方程(表达式可以参见下文的介绍)得到的。
在另一种可能的实现方式中,为了控制电动汽车仅进行制动,或者控制电动汽车进行制动且开启制动能量回收,本申请实施例提供的车辆制动方法在步骤S201之后,还可以构建能量回收控制模型。
进一步地,能量回收控制模型可以包括目标函数和约束条件。其中,目标函数可以包括第一目标函数、第二目标函数和第三目标函数,约束条件可以包括电压约束和/或电压增量约束,本申请实施例以电压约束和电压增量约束为例,对约束条件进行说明。
在一种可能的实现方式中,前驱电机M1、后驱电机M2和助力电机M3均采用永磁同步电机,所以前驱电机M1、后驱电机M2和助力电机M3的电压方程、电磁力矩方程和机械方程均相同。本申请实施例以前驱电机M1为例,通过以下步骤S201a’至步骤S201e’构建能量回收控制模型。
步骤S201a’:基于前驱电机M1的电磁力矩方程、前驱电机M1的机械方程和制动系统的状态方程确定车轮的力矩与前驱电机M1的电流信息之间的关系。
在一种可能的实现方式中,前驱电机M1的电磁力矩方程可以用公式表示为:
式中,Te1表示前驱电机M1的电磁力矩,单位为Nm;NP1表示前驱电机M1的磁极对数;ψf1表示前驱电机M1的转子磁链,单位V.s/rad;id1表示前驱电机M1的直轴电流,单位为A;iq1表示前驱电机M1的交轴电流,单位为A;Ld1表示电机的直轴电感,单位为H;Lq是电机的交轴电感,单位为H。
进一步地,当Ld1=Lq1时,前驱电机M1的电磁力矩方程还可以用公式表示为:
在另一种可能的实现方式中,可以将前驱电机M1作为电动机和发电机两种情况介绍前驱电机M1的机械方程。
当前驱电机M1作为电动机时,前驱电机M1的机械方程可以用公式表示为:
式中,J1表示前驱电机M1的转动惯量,单位为kg·m^2,B1表示驱动电机M1的阻尼系数,单位为Nm.s/rad;ωm1表示前驱电机M1的机械转速,单位为rad/s;TL1表示前驱电机M1的负载力矩,单位为Nm。
当前驱电机M1作为发电机时,前驱电机M1的机械方程可以用公式表示为:
需要说明的是,若忽略J1和B1的影响,前驱电机M1的机械方程还可以用公式表示为:
TL=Te
在再一种可能的实现方式中,制动系统的状态方程可以用公式表示为:
进一步地,将上述前驱电机M1的电磁力矩方程、前驱电机M1的机械方程和制动系统的状态方程结合,可以得到车轮的力矩与电机的电流信息之间的关系。
需要说明的是,车轮的力矩可以包括前轮的力矩和后轮的力矩。其中,前轮的力矩可以包括前轮的制动力矩和前轮的回馈力矩,后轮的力矩可以包括后轮的制动力矩和后轮的回馈力矩。
在一种示例中,针对前轮的制动力矩,由于前轮的制动力矩是由助力电机M3、制动系统的制动主缸以及前轮的制动器中制动轮缸产生的,因此电机的电流信息可以包括助力电机M3的交轴电流。针对前轮的回馈力矩,由于前轮的回馈力矩是由前驱电机M1产生的,因此电机的电流信息可以包括前驱电机M1的交轴电流。
在另一种示例中,针对后轮的制动力矩,由于后轮的制动力矩是由助力电机M3、制动系统的制动主缸以及后轮的制动器中制动轮缸产生的,因此电机的电流信息可以包括助力电机M3的交轴电流。针对后轮的回馈力矩,由于后轮的回馈力矩是由后驱电机M2产生的,因此电机的电流信息可以包括后驱电机M2的交轴电流。
根据上述说明,可以将前驱电机M1的电磁力矩方程、前驱电机M1的机械方程和制动系统的状态方程结合,得到前轮的制动力矩与助力电机M3的交轴电流之间的关系、后轮的制动力矩与助力电机M3的交轴电流之间的关系、前轮的回馈力矩与前驱电机M1的交轴电流之间的关系以及后轮的回馈力矩与后驱电机M2的交轴电流之间的关系。
例如,前轮的制动力矩与助力电机M3的交轴电流之间的关系可以用公式表示为:
又例如,后轮的制动力矩与助力电机M3的交轴电流之间的关系可以用公式表示为:
还例如,前轮的回馈力矩与前驱电机M1的交轴电流之间的关系可以用公式表示为:
再例如,后轮的回馈力矩与后驱电机M2的交轴电流之间的关系可以用公式表示为:
上述四个公式中,Thf表示前轮的制动力矩,Thr表示后轮的制动力矩,Tmf表示前轮的回馈力矩,Tmr表示后轮的回馈力矩,r1表示制动主缸的活塞直径,r2表示前轮的制动器中制动轮缸的活塞直径,r3表示后轮的制动器中制动轮缸的活塞直径,μf表示前轮的制动器中制动盘的摩擦系数,μr表示后轮的制动器中制动盘的摩擦系数,Re表示前轮/后轮的半径(本申请实施例中以电动汽车中四个车轮(包括两个前轮和两个后轮)的半径相同为例),NP1表示前驱电机M1的磁极对数,NP2表示后驱电机M2的磁极对数,NP3表示助力电机M3的磁极对数,ψf1表示前驱电机M1的转子磁链,ψf2表示后驱电机M2的转子磁链,ψf3表示助力电机M3的转子磁链,iq1表示前驱电机M1的交轴电流,iq2表示后驱电机M2的交轴电流,iq3表示助力电机M3的交轴电流,η1表示前驱电机M1到制动主缸的活塞推杆之间的传动系数,nf表示前驱电机M1到前轮的传动系数,nr表示后驱电机M2到后轮的传动系数。
步骤S201b’:基于车轮的力矩与电机的电流信息之间的关系、电动汽车的纵向动力学方程和电机的电压方程确定电动汽车的状态方程。
在一种可能的实现方式中,电动汽车的纵向动力学方程可以用公式表示为:
式中,mveh表示电动汽车的质量,单位为kg;a表示电动汽车的实际制动减速度,单位为m/s^2;Thf表示前轮的制动力矩,单位为Nm;Thr表示后轮的制动力矩,单位为Nm;Tmf表示前轮的回馈力矩,单位为Nm;Tmr表示后轮的回馈力矩,单位为Nm;Re表示车轮的半径,单位为m;Fair表示电动汽车的空气阻力,单位为N;Froll表示电动汽车的滚动阻力,单位为N。
进一步地,Fair可以用公式表示为:
式中,ρair表示空气密度,单位为kg/m^3;Cx表示空气系数;S表示电动汽车的迎风面积,单位为m^2;v表示电动汽车的车速,单位为m/s;vwind表示风速,单位为m/s。
更进一步地,Froll可以用公式表示为:
Froll=mveh·g·Sin(arctan(0.01·α))2
式中,g表示重力加速度,单位m/s^2;α表示道路坡度。
在另一种可能的实现方式中,以前驱电机M1为例,前驱电机M1的电压方程可以用公式表示为:
式中,ud1表示前驱电机M1的直轴电压,单位为V;uq1表示前驱电机M1的交轴电压,单位为V;id1表示前驱电机M1的直轴电流,单位为A;iq1表示前驱电机M1的交轴电流,单位为A;Rs1表示前驱电机M1的内阻,单位为Ω;Ld1表示前驱电机M1的直轴电感,单位为H;Lq1表示前驱电机M1的交轴电感,单位为H;ωr1表示前驱电机M1的电角速度,单位为rad/s;ψf1表示前驱电机M1的转子磁链,单位为V.s/rad。
在再一种可能的实现方式中,结合上述电动汽车的纵向动力学方程和电机的电压方程,可以将电动汽车的状态方程用公式表示为:
式中,id1表示前驱电机M1的直轴电流,iq1表示前驱电机M1的交轴电流,id2表示后驱电机M2的直轴电流,iq2表示后驱电机M2的交轴电流,id3表示助力电机M3的直轴电流,iq3表示助力电机M3的交轴电流,表示前驱电机M1的直轴电流的一阶微分,表示前驱电机M1的交轴电流的一阶微分,表示后驱电机M2的直轴电流的一阶微分,表示后驱电机M2的交轴电流的一阶微分,表示助力电机M3的直轴电流的一阶微分,表示助力电机M3的交轴电流的一阶微分,表示车速的一阶微分,a表示电动汽车的制动减速度(单位为m/s^2,车速求一阶微分,可以得到电动汽车的制动减速度),Rs1表示前驱电机M1的内阻,Rs2表示后驱电机M2的内阻,Rs3表示助力电机M3的内阻,Ld1表示前驱电机M1的直轴电感,Lq1表示前驱电机M1的交轴电感,Ld2表示后驱电机M2的直轴电感,Lq2表示后驱电机M2的交轴电感,Ld3表示助力电机M3的直轴电感,Lq3表示助力电机M3的交轴电感,ωr1表示前驱电机M1的电角速度,ωr2表示后驱电机M2的电角速度,ωr3表示助力电机M3的电角速度,ud1表示前驱电机M1的直轴电压,uq1表示前驱电机M1的交轴电压,ud2表示后驱电机M2的直轴电压,uq2表示后驱电机M2的交轴电压,ud3表示助力电机M3的直轴电压,uq3表示助力电机M3的交轴电压,ψf1表示前驱电机M1的转子磁链,ψf2表示后驱电机M2的转子磁链,ψf3表示助力电机M3的转子磁链,mveh表示电动汽车的质量,Re表示前轮/后轮的半径。Thf表示前轮的制动力矩,Thr表示后轮的制动力矩,Tmf表示前轮的回馈力矩,Tmr表示后轮的回馈力矩;Fair表示电动汽车的空气阻力,Froll表示车辆的滚动阻力。
进一步地,Thf与iq3之间的关系、Thr与iq3之间的关系、Tmf与iq1之间的关系、Tmr与iq2之间的关系、Fair的表达式以及Froll的表达式均可以参见前文所述,本申请实施例不再赘述。
步骤S201c’:基于电动汽车的状态方程和电机的电流信息确定电动汽车的实际制动减速度和车轮的力矩。
示例性的,在获取了前驱电机M1的直轴电流id1、前驱电机M1的交轴电流iq1、后驱电机M2的直轴电流id2、后驱电机M2的交轴电流iq2、助力电机M3的直轴电流id3以及助力电机M3的交轴电流iq3(即获取了电机的电流信息)基础上,将id1、iq1、id2、iq2、id3和iq3带入上述电动汽车的状态方程,并结合Thf与iq3之间的关系、Thr与iq3之间的关系、Tmf与iq1之间的关系、Tmr与iq2之间的关系、Fair的表达式以及Froll的表达式,可以得到电动汽车的实际制动减速度和车轮的力矩(包括前轮的制动力矩、后轮的制动力矩、前轮的回馈力矩以及后轮的回馈力矩)。
步骤S201d’:基于电动汽车的实际制动减速度和车轮的力矩,确定能量回收控制模型的三个目标函数(包括第一目标函数、第二目标函数和第三目标函数)。
下面对三个目标函数的确定过程进行说明:
1)以电动汽车的能够跟踪参考制动减速度为目标,基于电动汽车的实际制动减速度确定第一目标函数。
示例性的,第一目标函数可以用公式表示为:
式中,J1表示第一目标函数的函数值,a(k+i)表示电动汽车在第k+i时刻的实际制动减速度,aref(k+i)表示电动汽车在第k+i时刻的参考制动减速度,k表示时刻,i表示步长的索引,且i=1,2,…,P,P表示步长总数。
需要说明的是,第一目标函数中的a(k+i)-aref(k+i)表示电动汽车第k+i时刻的实际制动减速度与参考制动减速度之间的偏差(偏差可以为正值,也可以为负值)。以电动汽车的能够跟踪参考制动减速度为目标表示电动汽车的实际制动减速度与参考制动减速度之间偏差的绝对值越小越好,这样能够保证电动汽车制动的平顺性,提高驾驶体验。
2)以电动汽车上前轮的制动器的制动力和后轮的制动器的制动力的分配比(即实际的前后轮制动力分配比)满足预设的分配比(理想的前后轮制动力分配比)为目标,基于车轮的力矩确定第二目标函数。
在一示例中,理想的前后轮制动力分配比表示:前轮和后轮同时抱死时,制动系统中前轮制动器(即用于制动前轮的制动器)的制动力与制动系统中后轮制动器(即用于制动后轮的制动器)的制动力的关系曲线。理想的前后轮制动力分配比可以由联合国欧洲经济委员会(the united nations economic commission for europe,缩写UNECE或者ECE)法规得到。
进一步地,第二目标函数可以用公式表示为:
式中,J2表示第二目标函数的函数值,Tmf(k+i)表示前轮在第k+i时刻的回馈力矩,Thf(k+i)表示前轮在第k+i时刻的制动力矩,Tmr(k+i)表示后轮在第k+i时刻的回馈力矩,Thr(k+i)表示后轮在第k+i时刻的制动力矩,Re表示车轮的半径,P表示步长总数。CF表示预设的分配比,CF可以用公式表示为:
式中,db表示电动汽车的质心到后轴(后轴位于两个后轮之间,用于连接两个后轮)的距离,da表示电动汽车的质心到前轴(前轴位于两个前轮之间,用于连接两个前轮)的距离,z表示电动汽车的制动强度,hg表示电动汽车质心的高度。
需要说明的是,根据制动力矩和制动力的关系,第二目标函数中的(Tmf(k+i)+Thf(k+i))Re表示前轮制动器的制动力,第二目标函数中的(Tmr(k+i)+Thr(k+i))Re表示后轮制动器的制动力。于是,表示前轮制动器的制动力与后轮制动器的制动力的分配比(即实际的前后轮制动力分配比)。进而,表示实际的前后轮制动力分配比与理想的前后轮制动力分配比的偏差(偏差可以为正值,也可以为负值)。
本申请实施例中,以实际的前后轮制动力分配比满足理想的前后轮制动力分配比为目标表示实际的前后轮制动力分配比与理想的前后轮制动力分配比之间偏差的绝对值越小越好,也就是尽可能使实际的前后轮制动力分配比满足ECE法规要求,保证电动汽车制动的安全性。
3)以制动系统的制动功率最小为目标,基于车轮的力矩确定第三目标函数。
示例性的,第三目标函数可以用公式表示为:
式中,J3表示第三目标函数的函数值,Thf(k+i)表示前轮在第k+i时刻的制动力矩,Thr(k+i)表示后轮在第k+i时刻的制动力矩,ωf(k+i)表示前轮在第k+i时刻的角速度,ωr(k+i)表示后轮在第k+i时刻的角速度,Ptarget表示制动系统的目标制动功率,P表示步长总数。
需要说明的是,上述第三目标函数中的Thf(k+i)ωf(k+i)+Thr(k+i)ωr(k+i)表示制动系统的实际制动功率,Thf(k+i)ωf(k+i)+Thr(k+i)ωr(k+i)-Ptarget表示实际制动功率与目标制动功率之间的偏差(偏差可以为正值,也可以为负值)。以制动系统的制动功率最小为目标可以表示实际制动功率与目标制动功率之间偏差的绝对值越小越好,这样前驱电机M1和后驱电机M2在回馈制动的过程中产生的能量就会越多,进而可以实现最大能量的回收。
进一步地,本申请实施例中以制动系统的目标制动功率取0(即Ptarget=0)为例介绍第三目标函数。当Ptarget=0时,第三目标函数可以用公式表示为:
于是,以制动系统的制动功率最小为目标可以表示实际制动功率的绝对值越小越好,这样同样可以使前驱电机M1和后驱电机M2在回馈制动的过程中产生更多的能量,进而可以实现最大能量的回收。
步骤S201e’:根据第一目标函数、第二目标函数和第三目标函数确定能量回收控制模型的目标函数,并确定能量回收控制模型的约束条件。
在一种可能的实现方式中,先设定加权系数(包括第一目标函数的第一加权系数(用Γ1表示)、第二目标函数的第二加权系数(用Γ2表示)以及第三目标函数的第三加权系数(用Γ3表示));然后采用Γ1、Γ2和Γ3对三个目标函数进行加权,并以加权后的函数值最小为目标,确定能量回收控制模型的目标函数。该能量回收控制模型的目标函数可以用公式表示为:
min J=Γ1·J1+Γ2·J2+Γ3·J3
式中,J表示加权后的函数值,min J表示取J的最小值。
本申请实施例以电动汽车的参考制动减速度和理想的前后轮制动力分配比为跟踪目标,并以制动系统输出的实际制动功率为0作为优化目标,不仅提高了制动的平顺性和安全性,且实现了最大能量回收。
为了得到min J,能量回收控制模型的约束条件可以包括电压约束和/或电压增量约束。本申请实施例将电压约束和电压增量约束作为约束条件进行阐述。
在确定约束条件时,需要确保前驱电机M1的直轴电压ud1和交轴电压uq1小于ud1和uq1能够达到的最大值,后驱电机M2的直轴电压ud2和交轴电压uq2小于ud2和uq2能够达到的最大值,还需要确保助力电力M3的直轴电压ud3和交轴电压uq3能够小于ud3和uq3能够达到的最大值。在车速v低于车速下限值vmin(即v<vmin)时,前驱电机M1产生前轮的回馈力矩的过程中回馈制动产生的能量小于动力电池充电过程的损耗。在这种情况下,若电动汽车同时进行制动且能量回收,则需要终止能量回收,仅进行制动。制动所需要的制动力由制动系统提供,此时,前驱电机M1的直轴电压ud1和交轴电压uq1可以为ud1和uq1能够达到的最小值,后驱电机M2的直轴电压ud2和交轴电压uq2可以为ud2和uq2能够达到的最小值,而且,助力电力M3的直轴电压ud3和交轴电压uq3可以为ud3和uq3能够达到的最小值。
于是,电压约束可以用公式表示为:
式中,umin1表示前驱电机M1的电压最小值,umax1表示前驱电机M1的电压最大值,umin2表示后驱电机M2的电压最小值,umax3表示后驱电机M2的电压最大值,umin3表示助力电机M3的电压最小值,umax3表示助力电机M3的电压最大值,ud1表示前驱电机M1的直轴电压,uq1表示前驱电机M1的交轴电压,ud2表示后驱电机M2的直轴电压,uq2表示后驱电机M2的交轴电压,ud3表示助力电机M3的直轴电压,uq3表示助力电机M3的交轴电压。
在上述电压约束的基础上,还需要满足电压增量约束。电压增量约束可以为前驱电机M1的直轴电压增量小于前驱电机M1的直轴电压增量能够达到的最大值(即前驱电机M1的直轴电压增量最大值),后驱电机M2的直轴电压增量小于后驱电机M2的直轴电压增量能够达到的最大值(即后驱电机M2的直轴电压增量最大值),助力电机M3的直轴电压增量小于助力电机M3的直轴电压增量能够达到的最大值(即助力电机M3的直轴电压增量最大值)。
进一步地,电压增量约束可以用公式表示为:
式中,‖Δud1‖表示前驱电机M1的直轴电压增量,‖Δuq1‖表示前驱电机M1的交轴电压增量,‖Δud1max‖表示所述前驱电机M1直轴电压增量最大值,‖Δuq1max‖表示前驱电机M1的交轴电压增量最大值,‖Δud2‖表示后驱电机M2的直轴电压增量,‖Δuq2‖表示后驱电机M2的交轴电压增量,‖Δud2max‖表示后驱电机M2的直轴电压增量最大值,‖Δuq2max‖表示后驱电机M2的交轴电压增量最大值,‖Δud3‖表示所述助力电机M3的直轴电压增量,‖Δuq3‖表示助力电机M3的交轴电压增量,‖Δud3max‖表示助力电机M3的直轴电压增量最大值,‖Δuq3max‖表示助力电机M3的交轴电压增量最大值。
需要说明的是,本申请实施例将输入至能量回收控制模型的前驱电机M1的电角速度ωr1、后驱电机M2的电角速度ωr2、助力电机M3的电角速度ωr3、前驱电机M1的id1和iq1、后驱电机M2的id2和iq2、助力电机M3的id3和iq3、电动汽车的车速v以及参考制动减速度aref作为状态变量,将从能量回收控制模型输出的前驱电机M1的直轴电压ud1和交轴电压uq1、后驱电机M2的直轴电压ud2和交轴电压uq2以及助力电机M3的直轴电压ud3和交轴电压uq3作为控制变量,以电动汽车的实际制动减速度、实际的前后轮制动力分配比以及制动系统的实际制动功率为目标(以电动汽车的参考制动减速度和理想的前后轮制动力分配比为跟踪目标,并以制动系统输出的实际制动功率为0作为优化目标),构建了能量回收控制模型。
在确定了能量回收控制模型的基础上,可以结合获取的前驱电机M1的电角速度、后驱电机M2的电角速度、助力电机M3的电角速度、前驱电机M1的电流信息、后驱电机M2的电流信息、助力电机M3的电流信息、电动汽车的车速以及电动汽车的参考制动减速度,实现控制电动汽车进行制动且开启制动能量回收。
图3示出了本申请实施例提供的车制动方法的一个流程示意图。以下步骤S202a1至步骤202a3和步骤202b1至步骤202b3均可以参考图3实现。
在一种示例中,控制电动汽车进行制动且开启制动能量回收的过程400(如图4所示)可以通过以下步骤S202a1至步骤S202a3实现。
步骤S202a1:参考图3和图4,将前驱电机M1的电角速度ωr1、后驱电机M2的电角速度ωr2、助力电机M3的电角速度ωr3、前驱电机M1的电流信息(包括id1和iq1)、后驱电机M2的电流信息(包括id2和iq2)、助力电机M3的电流信息(包括id3和iq3)、电动汽车的车速v以及电动汽车的参考制动减速度aref输入上述能量回收控制模型(通过图1的ECU实现),求解得到电机的电压信息。需要说明的是,求解得到的电机的电压信息包括前驱电机M1的直轴电压ud1和交轴电压uq1,后驱电机M2的直轴电压ud2和交轴电压uq2,以及助力电机M3的直轴电压ud3和交轴电压uq3。
步骤S202a2:参考图3和图4,基于前驱电机M1的直轴电压ud1和交轴电压uq1确定前驱电机M1输出的第一力矩Tm1,基于后驱电机M2的直轴电压ud2和交轴电压uq2确定后驱电机M2输出的第二力矩Tm2,并基于助力电机M3的直轴电压ud3和交轴电压uq3确定助力电机M3输出的第三力矩Tm3。
更进一步地,前驱电机M1输出的第一力矩Tm1的同时,前驱电机M1还可以产生的第一能量PM1。同样,后驱电机M2输出的第二力矩Tm2的同时,后驱电机M3还可以产生第二能量PM1。需要说明的是,前驱电机M1和后驱电机M2属于驱动电机,电机在输出力矩(即第一力矩Tm1和第二力矩Tm2)的同时,会产生能量(即第一能量PM1和第二能量PM2)。而助力电机M3与制动系统耦合,所以助力电机M3只输出力矩(即第三力矩Tm3),不产生能量。
步骤S202a3:基于电机输出的力矩,并通过电动汽车的制动系统控制车辆进行制动,并将电机产生的能量存储至动力电池中。
进一步地,参考图3和图4,根据前驱电机M1输出的第一力矩Tm1,通过第一传动机构G(gear)1产生前轮的回馈力矩Tmf。同时,根据后驱电机M3输出的第二力矩Tm2,通过第二传动机构G(gear)2产生后轮的回馈力矩Tmr。
再进一步地,仍参考图3和图4,助力电机M3输出的第三力矩Tm3推动制动系统B2中的制动主缸MC(master cylinder)的活塞建压(即制动主缸MC输出主缸油压Pc)。接着主缸油压Pc推动前轮制动器中的制动轮缸FC(front cylinder)产生前轮的制动力矩Thf,而且主缸油压Pc推动后轮制动器中的制动轮缸RC(rear cylinder)产生后轮的制动力矩Thr。
更进一步地,将前轮的回馈力矩Tmf和前轮的制动力矩Thf控制前轮进行制动,并根据后轮的回馈力矩Tmr和后轮的制动力矩Thr控制后轮进行制动。同时,将上述的第一能量PM1和第二能量PM2存储至动力电池中。
可以理解的,将前轮的回馈力矩Tmf和前轮的制动力矩Thf控制前轮进行制动,并根据后轮的回馈力矩Tmr和后轮的制动力矩Thr控制后轮进行制动,也就是控制图3中的电动汽车EV(electric vehicle)进行制动。
需要说明的是,可以根据前轮的回馈力矩Tmf和前轮的制动力矩Thf叠加,得到前轮的力矩Tf,接着根据前轮的力矩Tf和前轮的半径(即前文的车轮的半径Re)得到前轮制动器施加到前轮的制动力Ff1,进而通过前轮制动器施加到前轮的制动力Ff控制前轮进行制动。还可以将后轮的回馈力矩Tmr和后轮的制动力矩Thr叠加,得到后轮的力矩Tr,接着,根据后轮的力矩Tr和后轮的半径(即前文的车轮的半径Re)得到后轮制动器施加到后轮的制动力Fr1,进而通过后轮制动器施加到后轮的制动力Fr控制后轮进行制动。
本申请实施例将通过能量回收控制器得到的前驱电机M1的直轴电压ud1和交轴电压uq1直接作用于前驱电机M1,将后驱电机M2的直轴电压ud2和交轴电压uq2直接作用于后驱电机M2,且将助力电机M3的直轴电压ud3和交轴电压uq3直接作用于助力电机M3,也就是说本申请实施例直接控制前驱电机M1、后驱电机M2以及助力电机M3,进而通过前驱电机M1、后驱电机M2以及助力电机M3实现电动汽车仅进行制动的控制,或者实现电动汽车进行制动且开启制动能量回收的控制。与采用下层控制器(包括制动控制单元和电机控制单元)间接制动的方案相比,不仅减少了控制环节,缩短了电动汽车的制动时间,且降低了控制成本。
在另一种示例中,在控制电动汽车进行制动(仅控制电动汽车进行制动,不控制电动汽车开启制动能量回收)的过程中,前驱电机M1和后驱电机M2不转动,只有助力电机M3转动。因此,前驱电机M1的电流信息(包括id1和iq1)、前驱电机M1的电角速度ωr1、后驱电机M2的电流信息(包括id2和iq2)以及后驱电机M2的电角速度ωr2均为0,助力电机M3的电流信息(包括id3和iq3)和电角速度ωr3不为0。
如图5所示,控制电动汽车进行制动(仅控制电动汽车进行制动,不控制电动汽车开启制动能量回收)的过程500可以通过以下步骤S202b1至步骤S202b3实现。
步骤S202b1:参考图3和图5,将前驱电机M1的电角速度ωr1、后驱电机M2的电角速度ωr2、助力电机M3的电角速度ωr3、前驱电机M1的电流信息(包括id1和iq1)、后驱电机M2的电流信息(包括id2和iq2)、助力电机M3的电流信息(包括id3和iq3)、电动汽车的车速v以及电动汽车的参考制动减速度aref输入能量回收控制模型,求解得到电机的电压信息。
需要说明的是,由于仅制动过程中,前驱电机M1和后驱电机M2不转动,助力电机M3转动,前驱电机M1的电流信息(包括id1和iq1)、前驱电机M1的电角速度ωr1、后驱电机M2的电流信息(包括id2和iq2)以及后驱电机M2的电角速度ωr2均为0,助力电机M3的电流信息(包括id3和iq3)和电角速度ωr3不为0。因此,可以认为输入至能量回收控制模型的有助力电机M3的直轴电流id3、交轴电流iq3和电角速度ωr3、电动汽车的车速v以及电动汽车的参考制动减速度aref。
还需要说明的是,求解得到的电机的电压信息包括前驱电机M1的直轴电压ud1和交轴电压uq1,后驱电机M2的直轴电压ud2和交轴电压uq2,以及助力电机M3的直轴电压ud3和交轴电压uq3。但是由于前驱电机M1的电流信息(包括id1和iq1)、前驱电机M1的电角速度ωr1、后驱电机M2的电流信息(包括id2和iq2)以及后驱电机M2的电角速度ωr2均为0,所以求解得到的前驱电机的直轴电压ud1和交轴电压uq1以及后驱电机M2的直轴电压ud2和交轴电压uq2均为0,助力电机M3的直轴电压ud3和交轴电压uq3不为0。于是,可以认为求解得到的电机的电压信息只有助力电机M3的直轴电压ud3和交轴电压uq3。
步骤S202b2:参考3和图5,根据助力电机M3的直轴电压ud3和交轴电压uq3确定助力电机M3输出的第三力矩Tm3。
需要说明的是,由于前驱电机的直轴电压ud1、前驱电机的交轴电压uq1、后驱电机M2的直轴电压ud2和后驱电机M2的交轴电压uq2均为0,助力电机M3的直轴电压ud3和交轴电压uq3不为0,所以前驱电机M1输出的第一力矩Tm1和后驱电机M2输出的第二力矩Tm2均为0,助力电机M3输出的第三力矩Tm3不为0。
步骤S202b3:参考3和图5,基于助力电机M3输出的第三力矩Tm3,通过电动汽车的制动系统控制车辆进行制动。
进一步地,仍参考3和图5,助力电机M3输出的第三力矩Tm3推动制动系统B2中的制动主缸DAP的活塞建压(即DAP输出主缸油压Pc)。接着主缸油压Pc推动前轮制动器中的制动轮缸FC产生前轮的制动力矩Thf,而且主缸油压Pc推动后轮制动器中的制动轮缸RC产生后轮的制动力矩Thr。
更进一步地,根据前轮的制动力矩Thf控制前轮进行制动,并基于后轮的制动力矩Thr控制后轮进行制动。
需要说明的是,根据前轮的制动力矩Thf和前轮的半径(即前文的车轮的半径Re)得到前轮制动器施加到前轮的制动力Ff2,进而通过前轮制动器施加到前轮的制动力Ff2控制前轮进行制动。还可以根据后轮的制动力矩Thr和后轮的半径(即前文的车轮的半径Re)得到后轮制动器施加到后轮的制动力Fr2,进而通过后轮制动器施加到后轮的制动力Fr2控制后轮进行制动。
可以理解的,在步骤202a1至步骤202a3实现电动汽车同时进行制动和能量回收的过程中,在动力电池B1为前驱电机M1、后驱电机M2、助力电机M3以及ECU供电的基础上,前驱电机M1和后驱电机M2可以产生能量,产生的能量将存储至动力电池B1中。
还可以理解的,在步骤202b1至步骤202b3控制电动汽车进行制动过程中,前驱电机M1和后驱电机M2不会产生能量,动力电池B1用于为前驱电机M1、后驱电机M2、助力电机M3以及ECU供电。
图6为本申请实施例提供的车辆制动方法的一个流程示意图,过程600可以通过以下步骤S601至步骤S604实现。
步骤S601:获取电动汽车上动力电池的荷电状态SOC。
在一种可能的实现方式中,本申请实施例可以根据动力电池的外特性,采用放电实验法、开路电压法、安时积分法、卡尔曼滤波法、神经网络法等方法得到动力电池的剩余容量。之后,根据得到动力电池的剩余容量和荷电状态SOC的定义进而得到动力电池的荷电状态SOC。
步骤S602:获取电机的状态信息和电动汽车的状态信息。
例如,获取前驱电机M1的电角速度、后驱电机M2的电角速度、助力电机M3的电角速度、前驱电机M1的电流信息、后驱电机M2的电流信息和助力电机M3的电流信息。
又例如,获取电动汽车的车速和电动汽车的参考制动减速度。
步骤S603:基于电机的状态信息和电动汽车的状态信息,构建能量回收控制模型。
在一种可能的实现方式中,如图7所示,构建能量回收控制模型的过程700可以按照以下步骤S703a至步骤S703e进行构建。
步骤S703a:基于电机的电磁力矩方程、电机的机械方程和制动系统的状态方程确定车轮的力矩与电机的电流信息之间的关系。
步骤S703b:基于车轮的力矩与电机的电流信息之间的关系、电动汽车的纵向动力学方程和电机的电压方程确定电动汽车的状态方程。
步骤S703c:基于电动汽车的状态方程和电机的电流信息确定电动汽车的实际制动减速度和车轮的力矩。
步骤S703d:基于电动汽车的实际制动减速度和车轮的力矩,确定能量回收控制模型的第一目标函数、第二目标函数和第三目标函数共三个目标函数。
其中,第一目标函数是以电动汽车的能够跟踪参考制动减速度为目标,并基于电动汽车的实际制动减速度确定的。第二目标函数是以实际的前后轮制动力分配比满足理想的前后轮制动力分配比为目标,并基于车轮的力矩确定的。第三目标函数是以制动系统的制动功率最小为目标,并基于车轮的力矩确定的。
步骤S703e:根据第一目标函数、第二目标函数和第三目标函数确定能量回收控制模型的目标函数,并确定能量回收控制模型的约束条件。
在一种可能的实现方式中,可以先设定第一目标函数的第一加权系数、第二目标函数的第二加权系数以及第三目标函数的第三加权系数;然后采用第一加权系数、第二加权系数和第三加权系数对三个目标函数进行加权,并以加权后的函数值最小为目标,得到能量回收控制模型的目标函数。
示例性的,为了实现加权后的函数值最小,能量回收控制模型的约束条件可以包括电压约束和电压增量约束。
需要说明的是,上述步骤S703a中的电机电磁力矩方程、机械方程和制动系统的状态方程、车轮的力矩与电机的电流信息之间的关系、电动汽车的纵向动力学方程、电机的电压方程、电动汽车的状态方程、三个目标函数、能量回收控制模型的目标函数、电压约束和电压增量约束均可以用公式表示,相应的公式可以参见前文介绍,本申请实施例不做赘述。
步骤S604:判断步骤S601获取的荷电状态SOC是否大于预设的荷电状态阈值(本申请实施例以0.90为例),若步骤S601获取的荷电状态SOC大于0.90,按照以下步骤S605a至步骤S605c控制电动汽车进行制动(即仅控制电动汽车进行制动,不控制电动汽车开启制动能量回收)。步骤S601获取的荷电状态SOC小于等于0.90,按照以下步骤S605a’至步骤S605c’控制电动汽车进行制动且开启制动能量回收。
在一种可能的实现方式中,步骤S605a至步骤S605c可以通过以下过程实现。
步骤S605a:将前驱电机M1、后驱电机M2和助力电机M3各自的电角速度、三个电机各自的电流信息(直轴电流和交轴电流)、电动汽车的车速和参考制动减速度输入步骤503构建的能量回收控制模型,求解得到三个电机各自的电压信息(包括直轴电压和交轴电压)。
需要说明的是,由于电动汽车仅进行制动,前驱电机M1和后驱电机M2不转动,只有助力电机M3转动,所以相当于输入能量回收控制模型的只有助力电机M3的电角速度、助力电机M3的直轴电流、助力电机M3的交轴电流、电动汽车的车速以及电动汽车的参考制动减速度。通过求解能量回收控制模型得到的电压信息也只有助力电机M3的直轴电压和助力电机M3的交轴电压。
步骤S605b:基于助力电机M3的直轴电压和交轴电压确定助力电机M3输出的第三力矩。
步骤605c:基于助力电机M3输出的第三力矩,通过电动汽车的制动系统控制电动汽车进行制动。
在另一种可能的实现方式中,605a’至步骤605c’可以通过以下过程实现。
步骤S605a’:将前驱电机M1、后驱电机M2和助力电机M3各自的电角速度、三个电机各自的电流信息(直轴电流和交轴电流)、电动汽车的车速和参考制动减速度输入步骤S503构建的能量回收控制模型,得到三个电机各自的电压信息(包括直轴电压和交轴电压)。
步骤S605b’:根据三个电机各自的电压信息确定三个电机各自的力矩以及前驱电机M1和后驱电机M2产生的能量。
步骤S605c’:基于三个电机各自输出的力矩(即第一力矩、第二力矩和第三力矩),并通过电动汽车的制动系统控制电动汽车进行制动,并将前驱电机M1和后驱电机M2各自产生的能量(即第一能量和第二能量)存储至动力电池中。
图8为本申请实施例提供的车辆制动装置的一个结构示意图。如图8所示,本申请实施例提供的车辆制动装置800可以包括获取模块801和控制模块802。其中,获取模块801用于获取电动汽车上动力电池的荷电状态SOC;控制模块802,用于在荷电状态SOC大于预设的荷电状态阈值时,控制电动汽车进行制动;还用于在荷电状态SOC小于等于荷电状态阈值时,控制电动汽车进行制动且开启制动能量回收。
图8所示的车辆制动装置800能够通过动力电池的荷电状态SOC确定是否需要在控制车辆进行制动的同时控制车辆开启制动能量回收,也就是根据荷电状态SOC实现了电动汽车仅进行制动的控制,或者实现了电动汽车进行制动且开启制动能量回收的控制,实现了能量的控制和再利用,而且回收的能量能够有效增加电动汽车的续航能力,实现节能减排。另外,在电动汽车需要进行制动时,能够实现电动汽车在仅进行制动与同时进行制动和能量回收之间切换,在不影响电动汽车制动的前提下,可以有效增加电动汽车的续航能力。
如图9所示,车辆制动装置800还可以包括判断模块803,该判断模块803用于判断获取的荷电状态SOC是否大于预设的荷电状态阈值。
需要说明的是,可以根据动力电池的外特性(如动力电池的内阻、开路电压、温度、电流等参数)获取动力电池的荷电状态SOC。获取荷电状态SOC的详细过程请参考前文车辆制动方法中的介绍,本申请不做赘述。
另外,上述的荷电状态阈值可以根据动力电池的额定容量设置。当然,还可以根据动力电池的使用时间,设置不同的荷电状态阈值。
在一种示例中,上述获取模块801还用于:获取电动汽车上电机(即上文提及的三个电机)的状态信息和电动汽车的状态信息。
进一步地,三个电机的状态信息包括三个电机的电角速度和/或三个电机的电流信息。
其中,三个电机的电角速度包括前文所提及的三个单机各自的电角速度,还可以包括三个电机各自的直轴电流和交轴电流。
更进一步地,车辆的状态信息包括车辆的车速和/或参考制动减速度。
其中,电动汽车的参考制动减速度可以根据行程传感器采集的制动踏板行程,并通过电动汽车的纵向动力学方程得到。
如图10所示,车辆制动装置800还包括建模模块804,该建模模块804可以用于构建能量回收控制模型。
进一步地,能量回收控制模型可以包括目标函数和约束条件。其中,目标函数可以包括第一目标函数、第二目标函数和第三目标函数,约束条件可以包括电压约束和/或电压增量约束。
在一种可能的实现方式中,建模模块804通过以下步骤S801a’至步骤S801e’构建能量回收控制模型。
步骤S801a’:建模模块基于电机的电磁力矩方程、电机的机械方程和制动系统的状态方程确定车轮的力矩与电机的电流信息之间的关系。
需要解释的是,这里电磁力矩方程、机械方程和制动系统的状态方程可以参考前文的公式。如前文所描述,车轮的力矩与三个电机的电流信息之间的关系包括前轮的制动力矩与助力电机M3的交轴电流之间的关系、后轮的制动力矩与助力电机M3的交轴电流之间的关系、前轮的回馈力矩与前驱电机M1的交轴电流之间的关系以及后轮的回馈力矩与后驱电机M2的交轴电流之间的关系。这四个关系可以参考前文的公式,本申请不做赘述。
步骤S801b’:基于车轮的力矩与三个电机的电流信息之间的关系、电动汽车的纵向动力学方程和电机的电压方程确定车辆的状态方程。
需要说明的是,步骤801b’中车轮的力矩与三个电机的电流信息之间的关系即为步骤S801a’中的四个关系。另外,电动汽车的纵向动力学方程和电机的电压方程同样也可以参考前文的公式。
步骤S801c’:基于车辆的状态方程和电机的电流信息确定车辆的实际制动减速度和车轮的力矩。
在一种可能的实现方式中,电动汽车的实际制动减速度和车轮的力矩(包括前轮的制动力矩、后轮的制动力矩、前轮的回馈力矩以及后轮的回馈力矩)可以通过获取模块701获取的三个电机的直轴电流和交轴电流,并结合电动汽车的状态方程以及上述的四个关系得到。
步骤S801d’:根据电动汽车的实际制动减速度和车轮的力矩,得到能量回收控制模型的第一目标函数、第二目标函数和第三目标函数共三个目标函数。
如前文所描述的,第一目标函数是以电动汽车的能够跟踪参考制动减速度为目标,基于电动汽车的实际制动减速度确定的。第二目标函数是以实际的前后轮制动力分配比满足理想的前后轮制动力分配比为目标,基于车轮的力矩确定的。第三目标函数以制动系统的制动功率最小为目标,基于车轮的力矩确定的。
一方面,上述的第一目标函数是以电动汽车的能够跟踪参考制动减速度为目标,能够保证电动汽车制动的平顺性,提高驾驶体验。另一方面,上述的第二目标函数以实际的前后轮制动力分配比满足理想的前后轮制动力分配比为目标表示实际的前后轮制动力分配比与理想的前后轮制动力分配比之间偏差的绝对值越小越好,也就是尽可能使实际的前后轮制动力分配比满足ECE法规要求,保证电动汽车制动的安全性。再一方面,第三目标函数以制动系统的制动功率最小为目标可以表示实际制动功率与目标制动功率之间偏差的绝对值越小越好,这样前驱电机M1和后驱电机M2在回馈制动的过程中产生的能量就会越多,进而可以实现最大能量的回收。
步骤S801e’:根据第一目标函数、第二目标函数和第三目标函数确定能量回收控制模型的目标函数,并确定能量回收控制模型的约束条件。
在一种可能的实现方式中,上述的建模模块804在通过步骤801e’确定能量回收控制模型的目标函数的过程中,可以基于预设的加权系数(包括第一目标函数的第一加权系数、第二目标函数的第二加权系数和第三目标函数的第三加权系数)对第一目标函数、第二目标函数和第三目标函数进行加权,并以加权后的函数值最小为目标,得到能量回收控制模型的目标函数。
可以理解的,建模模块以电动汽车的参考制动减速度和理想的前后轮制动力分配比为跟踪目标,并以制动系统输出的实际制动功率为0作为优化目标,不仅提高了制动的平顺性和安全性,且实现了最大能量回收。
如前文所描述的,建模模块804为了实现加权后的函数值最小这一目标,能量回收控制模型的约束条件可以包括电压约束和/或电压增量约束。
需要解释的是,上述步骤S801d’中三个目标函数各自的表达式、步骤S801e’中能量回收控制模型的目标函数以及约束条件均可以参见前文的相关公式,本申请在此不做赘述。
在建模模块804完成能量回收控制模型建模的基础上,控制模块802可以结合获取模块801获取的三个电机各自的电角速度、三个电机各自的直轴电流和交轴电流、电动汽车的车速以及电动汽车的参考制动减速度,实现本申请实施例中控制电动汽车进行制动且开启制动能量回收。
在一种示例中,控制模块802按照以下步骤S802a1至步骤S802a3实现电动汽车同时进行制动和能量回收。
步骤S802a1:可以参考图3,控制模块802将前驱电机M1的电角速度ωr1、后驱电机M2的电角速度ωr2、助力电机M3的电角速度ωr3、前驱电机M1的id1和iq1、后驱电机M2的id2和iq2、助力电机M3的id3和iq3、电动汽车的车速v以及电动汽车的参考制动减速度aref输入能量回收控制模型,求解得到前驱电机M1的直轴电压ud1和交轴电压uq1,后驱电机M2的直轴电压ud2和交轴电压uq2,以及助力电机M3的直轴电压ud3和交轴电压uq3。。
步骤S802a2:继续参考图3,控制模块802基于ud1和uq1确定前驱电机M1输出的第一力矩Tm1,基于ud2和uq2确定后驱电机M2输出的第二力矩Tm2,并基于ud3和uq3确定助力电机M3输出的第三力矩Tm3。
控制模块802除了确定Tm1、Tm2和Tm3,控制模块802还需要确定前驱电机M1输出的第一力矩Tm1的过程中产生的第一能量PM1,以及后驱电机M2在输出第二力矩Tm2的过程中产生的第二能量PM2。
步骤S802a3:仍参考图3,控制模块802根据Tm1,通过第一传动机构G1产生前轮的回馈力矩Tmf。同时,控制模块802根据Tm2,通过第二传动机构G2产生后轮的回馈力矩Tmr。通过Tm3推动制动系统B2中的制动主缸DAP的活塞建压(即DAP输出主缸油压Pc)。接着主缸油压Pc推动前轮制动器中的制动轮缸FC产生前轮的制动力矩Thf,而且主缸油压Pc推动后轮制动器中的制动轮缸RC产生后轮的制动力矩Thr。
进一步地,控制模块802通过将Tmf和Thf叠加,实现对前轮进行制动的控制,且控制模块802通过将Tmr和Thr叠加,实现对后轮进行制动的控制。同时,控制模块802将上述的PM1和PM2存储至动力电池中。
上述控制模块802将ud1和uq1直接作用于前驱电机M1,将ud2和uq2直接作用于后驱电机M2,且将ud3和uq3直接作用于助力电机M3,也就是说车辆制动装置700直接控制前驱电机M1、后驱电机M2以及助力电机M3,进而通过前驱电机M1、后驱电机M2以及助力电机M3实现电动汽车仅进行制动的控制,或者实现电动汽车进行制动且制动能量回收的控制。与采用下层控制器间接制动的方案相比,不仅减少了控制环节,缩短了电动汽车的制动时间,且降低了控制成本。
在另一种示例中,控制模块802按照以下步骤S802b1至步骤S802b3实现电动汽车的制动。
步骤S802b1:控制模块802将助力电机M3的电角速度ωr3、助力电机M3的直轴电流id3和交轴电流iq3、电动汽车的车速v以及电动汽车的参考制动减速度aref输入能量回收控制模型,求解得到助力电机M3的直轴电压ud3和交轴电压uq3。。
步骤S802b2:控制模块802根据ud3和uq3,确定助力电机M3输出的第三力矩Tm3。
步骤S802b3:控制模块802基于Tm3,通过电动汽车的制动系统控制电动汽车进行制动。
进一步地,通过Tm3推动制动系统B2中的制动主缸DAP的活塞建压(即DAP输出主缸油压Pc)。接着主缸油压Pc推动前轮制动器中的制动轮缸FC产生前轮的制动力矩Thf,而且主缸油压Pc推动后轮制动器中的制动轮缸RC产生后轮的制动力矩Thr。
更进一步地,根据Thf控制前轮进行制动,并基于Thr控制后轮进行制动。
需要说明的是,由于仅制动过程中,前驱电机M1和后驱电机M2不转动,助力电机M3转动,所以可以认为步骤S802b1中输入至能量回收控制模型的仅有助力电机M3的直轴电流id3、交轴电流iq3和电角速度ωr3、电动汽车的车速v以及电动汽车的参考制动减速度aref。
可以理解的,步骤S802b1求解得到的前驱电机的直轴电压ud1和交轴电压uq1以及后驱电机M2的直轴电压ud2和交轴电压uq2均为0,助力电机M3的直轴电压ud3和交轴电压uq3不为0。于是,可以认为求解得到的电机的电压信息只有助力电机M3的直轴电压ud3和交轴电压uq3。
还可以理解的,在步骤S802b1至步骤S802b3实现电动汽车仅进行制动过程中,前驱电机M1和后驱电机M2不会产生能量,动力电池B1用于为前驱电机M1、后驱电机M2、助力电机M3以及ECU供电。
参考图11所示,本申请实施例提供的车辆制动装置1100可以包括采集模块1101和制动系统1102,采集模块1101与制动系统1102耦合。其中,采集模块1101用于获取车辆上动力电池的荷电状态SOC。制动系统1102用于在荷电状态SOC大于预设的荷电状态阈值时,控制电动汽车进行制动;还用于在荷电状态SOC小于等于荷电状态阈值时,控制电动汽车进行制动且开启制动能量回收。
进一步地,如图12所示,车辆制动装置1100还包括能量回收控制器1103。能量回收控制器1103与采集模块1101和制动系统1102耦合。其中,采集模块1101还用于:获取电动汽车上电机的状态信息和电动汽车的状态信息;能量回收控制器1103用于:根据电机的状态信息和电动汽车的状态信息确定电机的电压。制动系统1102还用于:根据电机的电压控制电动汽车进行制动,或者控制电动汽车进行制动且开启制动能量回收。
在一种可能的实现方式中,采集模块1101可以包括至少一个传感器。本申请实施例中,传感器设置多个。
例如,采集模块1101可以设置电流传感器。电流传感器用于采集的前驱电机M1、后驱电机M2和助力电机M3的三相电流(三相电流进行坐标变换(如派克park变换),可以得到三个电机各自的直轴电流和交轴电流)。需要说明的是,可以通过一个电流传感器采集三个电机的三相电流,还可以通过三个传感器分别采集三个电机的三相电流。
又例如,采集模块1101可以设置车速传感器。车速传感器用于采集电动汽车的车速。
再例如,采集模块1101可以设置行程传感器。行程传感器用于采集制动踏板行程(通过制动踏板行程和电动汽车的纵向动力学方程可以得到电动汽车的参考制动减速度)。
在一种可能的实现方式中,本申请实施例提供了一种电子设备,该电子设备可以包括至少一个处理器和存储器。至少一个处理器可以调用存储器的全部或者部分计算机程序,对车辆制动装置800或车辆制动装置1100的动作进行控制管理,例如,可以用于支持车辆制动装置800或车辆制动装置1100执行上述各个模块执行的步骤。存储器可以用于支持上述实施例中的车辆制动装置800或车辆制动装置1100执行存储一个或多个存储程序代码和数据等。处理器可以实现或执行结合本申请实施例所描述的各种示例性的逻辑模块,其可以是实现计算功能的一个或多个微处理器组合,例如包括但不限于中央处理器和控制器等。此外,处理器还可以包括其他可编程逻辑器件、晶体管逻辑器件、或者分立硬件组件等。存储器可以包括随机存取存储器(RAM)和只读存储器ROM等。该随机存取存储器可以包括易失性存储器(如SRAM、DRAM、DDR(双倍数据速率SDRAM,Double Data Rate SDRAM)或SDRAM等)和非易失性存储器。RAM中可以存储有车辆制动装置800或车辆制动装置1100运行所需要的数据(诸如动力电池的荷电状态SOC等)和参数、车辆制动装置700或车辆制动装置1100运行所产生的中间数据、车辆制动装置800或车辆制动装置1100运行后的输出结果等。只读存储器ROM中可以存储有车辆制动装置800或车辆制动装置1100的可执行程序。上述各部件可以通过加载可执行程序以执行各自的工作。存储器存储的可执行程序可以执行如图2、图4、图5和图6的车辆制动方法。
在另一种可能的实现方式中,本申请实施例提供了一种计算机可读存储介质,计算机可读存储介质中存储有指令,当指令在计算机上运行时,用于执行实现如上述实施例中的车辆制动装置800的车辆制动方法,或者执行上述实施例中的车辆制动装置1100的车辆制动方法。
在再一种可能的实现方式中,本申请实施例提供了计算机程序产品,计算机程序产品中包含指令,当指令在计算机或处理器上运行时,使得计算机或处理器实现如上述实施例中的车辆制动装置800的车辆制动方法,或者实现上述实施例中的车辆制动装置1100的车辆制动方法。
应理解,在本申请的各种实施例中,上述各过程的序号的大小并不意味着执行顺序的先后,各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定,而不应对本申请实施例的实施过程构成任何限定。
本领域普通技术人员可以意识到,结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤,能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行,取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能,但是这种实现不应认为超出本申请的范围。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到,为描述的方便和简洁,上述描述的系统、装置和单元的具体工作过程,可以参考前述方法实施例中的对应过程,在此不再赘述。
在本申请所提供的几个实施例中,应该理解到,所揭露的系统、装置和方法,可以通过其它的方式实现。例如,以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的,例如,所述单元的划分,仅仅为一种逻辑功能划分,实际实现时可以有另外的划分方式,例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统,或一些特征可以忽略,或不执行。另一点,所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口,装置或单元的间接耦合或通信连接,可以是电性,机械或其它的形式。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的,作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元,即可以位于一个地方,或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外,在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中,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单元中。
所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时,可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解,本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来,该计算机软件产品存储在一个存储介质中,包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机,服务器,或者网络设备等)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括:U盘、移动硬盘、只读存储器(Read Only Memory,ROM)、随机存取存储器(Random Access Memory,RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上所述,仅为本申请的具体实施方式,但本申请的保护范围并不局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内,可轻易想到变化或替换,都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此,本申请的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。
Claims (36)
1.一种车辆制动方法,其特征在于,包括:
获取车辆上动力电池的荷电状态SOC;
若所述荷电状态SOC大于预设的荷电状态阈值,控制所述车辆进行制动;
若所述荷电状态SOC小于等于所述荷电状态阈值,控制所述车辆进行制动且开启制动能量回收。
2.根据权利要求1所述的车辆制动方法,其特征在于,在所述获取车辆上动力电池的荷电状态SOC之后,所述方法还包括:
获取所述车辆上电机的状态信息和所述车辆的状态信息;
所述电机的状态信息包括所述电机的电角速度和/或所述电机的电流信息;
所述车辆的状态信息包括所述车辆的车速和/或参考制动减速度。
3.根据权利要求2所述的车辆制动方法,其特征在于,所述控制所述车辆进行制动且开启制动能量回收,包括:
将所述电机的状态信息和所述车辆的状态信息输入预先构建的能量回收控制模型,求解得到所述电机的电压信息;
基于所述电机的电压信息确定所述电机输出的力矩和所述电机产生的能量;
基于所述电机输出的力矩,通过所述车辆的制动系统控制所述车辆进行制动,并将所述电机产生的能量存储至所述动力电池中。
4.根据权利要求2或3所述的车辆制动方法,其特征在于,所述控制所述车辆进行制动,包括:
将所述电机的状态信息和所述车辆的状态信息输入预先构建的能量回收控制模型,求解得到所述电机的电压信息;
基于所述电机的电压信息确定所述电机输出的力矩;
基于所述电机输出的力矩,通过所述车辆的制动系统控制所述车辆进行制动。
5.根据权利要求3或4所述的车辆制动方法,其特征在于,在所述获取车辆上动力电池的荷电状态SOC之后,所述方法还包括:
基于所述电机的电磁力矩方程、所述电机的机械方程和所述制动系统的状态方程确定所述车辆上车轮的力矩与所述电机的电流信息之间的关系;
基于所述车轮的力矩与所述电机的电流信息之间的关系、所述车辆的纵向动力学方程和所述电机的电压方程确定所述车辆的状态方程;
基于所述车辆的状态方程和所述电机的电流信息确定所述车辆的实际制动减速度和所述车轮的力矩;
基于所述车辆的实际制动减速度确定所述能量回收控制模型的第一目标函数,并基于所述车轮的力矩确定所述能量回收控制模型的第二目标函数和第三目标函数,所述第一目标函数以所述车辆能够跟踪所述参考制动减速度为目标,所述第二目标函数以所述车辆上前轮的制动器的制动力和后轮的制动器的制动力的分配比满足预设的分配比为目标,所述第三目标函数以所述制动系统的制动功率最小为目标;
基于所述第一目标函数、所述第二目标函数和所述第三目标函数确定所述能量回收控制模型的目标函数,并确定所述能量回收控制模型的约束条件。
6.根据权利要求5所述的车辆制动方法,其特征在于,所述电机包括第一电机、第二电机和第三电机中的至少一项;
所述车轮的力矩与所述电机的电流信息之间的关系满足下式:
式中,Thf表示所述前轮的制动力矩,Thr表示所述后轮的制动力矩,Tmf表示所述前轮的回馈力矩,Tmr表示所述后轮的回馈力矩,r1表示所述制动系统中制动主缸的活塞直径,r2表示所述前轮的制动器中制动轮缸的活塞直径,r3表示所述后轮的制动器中制动轮缸的活塞直径,μf表示所述前轮的制动器中制动盘的摩擦系数,μr表示所述后轮的制动器中制动盘的摩擦系数,Re表示前轮/后轮的半径,NP1表示所述第一电机的磁极对数,NP2表示所述第二电机的磁极对数,NP3表示所述第三电机的磁极对数,ψf1表示所述第一电机的转子磁链,ψf2表示所述第二电机的转子磁链,ψf3表示所述第三电机的转子磁链,iq1表示所述第一电机的交轴电流,iq2表示所述第二电机的交轴电流,iq3表示所述第三电机的交轴电流,η1表示所述第三电机到所述制动主缸的活塞推杆之间的传动系数,nf表示所述第一电机到所述前轮的传动系数,nr表示所述第二电机到所述后轮的传动系数。
7.根据权利要求5或6所述的车辆制动方法,其特征在于,所述车辆的状态方程为:
式中,表示所述第一电机的直轴电流的一阶微分,表示所述第一电机的交轴电流的一阶微分,表示所述第二电机的直轴电流的一阶微分,表示第二电机的交轴电流的一阶微分,表示所述第三电机的直轴电流的一阶微分,表示所述第三电机的交轴电流的一阶微分,a表示所述车辆的制动减速度,表示所述车速的一阶微分,id1表示所述第一电机的直轴电流,iq1表示所述第一电机的交轴电流,id2表示所述第二电机的直轴电流,iq2表示所述第二电机的交轴电流,id3表示所述第三电机的直轴电流,iq3表示所述第三电机的交轴电流,Rs1表示所述第一电机的内阻,Rs2表示所述第二电机的内阻,Rs3表示所述第三电机的内阻,Ld1表示所述第一电机的直轴电感,Lq1表示所述第一电机的交轴电感,Ld2表示所述第二电机的直轴电感,Lq2表示所述第二电机的交轴电感,Ld3表示所述第三电机的直轴电感,Lq3表示所述第三电机的交轴电感,ωr1表示所述第一电机的电角速度,ωr2表示所述第二电机的电角速度,ωr3表示所述第三电机的电角速度,ud1表示所述第一电机的直轴电压,uq1表示所述第一电机的交轴电压,ud2表示所述第二电机的直轴电压,uq2表示所述第二电机的交轴电压,ud3表示所述第三电机的直轴电压,uq3表示所述第三电机的交轴电压,ψf1表示所述第一电机的转子磁链,ψf2表示所述第二电机的转子磁链,ψf3表示所述第三电机的转子磁链,Thf表示所述前轮的制动力矩,Thr表示所述后轮的制动力矩,Tmf表示所述前轮的回馈力矩,Tmr表示所述后轮的回馈力矩,mveh表示所述车辆的质量,Re表示所述前轮/后轮的半径,Fair表示所述车辆的空气阻力,Froll表示所述车辆的滚动阻力。
11.根据权利要求5至10中任一项所述的车辆制动方法,其特征在于,所述基于所述第一目标函数、所述第二目标函数和所述第三目标函数确定所述能量回收控制模型的目标函数,包括:
基于预设的加权系数对所述第一目标函数、所述第二目标函数和所述第三目标函数进行加权,并以加权后的函数值最小为目标,确定所述能量回收控制模型的目标函数,所述加权系数包括所述第一目标函数的第一加权系数、所述第二目标函数的第二加权系数和所述第三目标函数的第三加权系数。
12.根据权利要求5至11中任一项所述的车辆制动方法,其特征在于,所述能量回收控制模型的约束条件包括电压约束和/或电压增量约束。
13.根据权利要求12所述的车辆制动方法,其特征在于,所述电压约束为:
式中,umin1表示所述第一电机的电压最小值,umax1表示所述第一电机的电压最大值,umin2表示所述第二电机的电压最小值,umax3表示所述第二电机的电压最大值,umin3表示所述第三电机的电压最小值,umax3表示所述第三电机的电压最大值,ud1表示所述第一电机的直轴电压,uq1表示所述第一电机的交轴电压,ud2表示所述第二电机的直轴电压,uq2表示所述第二电机的交轴电压,ud3表示所述第三电机的直轴电压,uq3表示所述第三电机的交轴电压;
所述电压增量约束为:
式中,||Δud1||表示所述第一电机的直轴电压增量,||Δuq1||表示所述第一电机的交轴电压增量,||Δud1max||表示所述第一电机的直轴电压增量最大值,||Δuq1max||表示所述第一电机的交轴电压增量最大值,||Δud2||表示所述第二电机的直轴电压增量,||Δuq2||表示所述第二电机的交轴电压增量,||Δud2max||表示所述第二电机的直轴电压增量最大值,||Δuq2max||表示所述第二电机的交轴电压增量最大值,||Δua3||表示所述第三电机的直轴电压增量,||Δuq3||表示所述第三电机的交轴电压增量,||Δud3max||表示所述第三电机的直轴电压增量最大值,||Δuq3max||表示所述第三电机的交轴电压增量最大值。
14.根据权利要求6至13中任一项所述的车辆制动方法,其特征在于,所述基于所述电机的电压信息确定所述电机输出的力矩和所述电机产生的能量,包括:
基于所述第一电机的直轴电压和交轴电压确定所述第一电机输出的第一力矩,基于所述第二电机的直轴电压和交轴电压确定所述第二电机输出的第二力矩,并基于所述第三电机的直轴电压和交轴电压确定所述第三电机输出的第三力矩;
基于所述第一电机输出的第一力矩确定所述第一电机产生的第一能量,基于所述第二电机输出的第二力矩确定所述第二电机产生的第二能量。
15.根据权利要求14所述的车辆制动方法,其特征在于,所述基于所述电机输出的力矩,通过所述车辆的制动系统控制所述车辆进行制动,并将所述电机产生的能量存储至所述动力电池中,包括:
基于所述第一电机输出的第一力矩确定所述前轮的回馈力矩,并基于所述第二电机输出的第二力矩确定所述后轮的回馈力矩;
基于所述第三电机输出的第三力矩,通过所述制动主缸、所述前轮的制动器中制动轮缸和所述后轮的制动器中制动轮缸确定所述前轮的制动力矩和所述后轮的制动力矩;
基于所述前轮的回馈力矩和所述前轮的制动力矩控制所述前轮进行制动,并基于所述后轮的回馈力矩和所述后轮的制动力矩控制所述后轮进行制动;
将所述第一电机产生的第一能量和所述第二电机产生的第二能量存储至所述动力电池中。
16.根据权利要求6至15中任一项所述的车辆制动方法,其特征在于,所述基于所述电机的电压信息确定所述电机输出的力矩,包括:
基于所述第三电机的直轴电压和交轴电压确定所述第三电机输出的第三力矩。
17.根据权利要求16所述的车辆制动方法,其特征在于,所述基于所述电机输出的力矩,通过所述车辆的制动系统控制所述车辆进行制动,包括:
基于所述第三电机输出的第三力矩,通过所述制动主缸、所述前轮的制动器中制动轮缸和所述后轮的制动器中制动轮缸确定所述前轮的制动力矩和所述后轮的制动力矩;
基于所述前轮的制动力矩控制所述前轮进行制动,并基于所述后轮的制动力矩控制所述后轮进行制动。
18.根据权利要求1至17中任一项所述的车辆制动方法,其特征在于,所述车辆为电动车辆。
19.根据权利要求18所述的车辆制动方法,其特征在于,所述电动车辆为电动汽车。
20.一种车辆制动装置,其特征在于,包括:
获取模块,用于获取车辆上动力电池的荷电状态SOC;
控制模块,用于在所述荷电状态SOC大于预设的荷电状态阈值时,控制所述车辆进行制动;还用于在所述荷电状态SOC小于等于所述荷电状态阈值时,控制所述车辆进行制动且开启制动能量回收。
21.根据权利要求20所述的车辆制动装置,其特征在于,所述获取模块还用于:
获取所述车辆上电机的状态信息和所述车辆的状态信息;
所述电机的状态信息包括所述电机的电角速度和/或所述电机的电流信息;
所述车辆的状态信息包括所述车辆的车速和/或参考制动减速度。
22.根据权利要求21所述的车辆制动装置,其特征在于,所述控制模块用于:
将所述电机的状态信息和所述车辆的状态信息输入预先构建的能量回收控制模型,求解得到所述电机的电压信息;
基于所述电机的电压信息确定所述电机输出的力矩和所述电机产生的能量;
基于所述电机输出的力矩,通过所述车辆的制动系统控制所述车辆进行制动,并将所述电机产生的能量存储至所述动力电池中。
23.根据权利要求21或22所述的车辆制动装置,其特征在于,所述控制模块用于:
将所述电机的状态信息和所述车辆的状态信息输入预先构建的能量回收控制模型,求解得到所述电机的电压信息;
基于所述电机的电压信息确定所述电机输出的力矩;
基于所述电机输出的力矩,通过所述车辆的制动系统控制所述车辆进行制动。
24.根据权利要求22或23所述的车辆制动装置,其特征在于,所述装置还包括建模模块,所述建模模块用于:
基于所述电机的电磁力矩方程、所述电机的机械方程和所述制动系统的状态方程确定所述车辆上车轮的力矩与所述电机的电流信息之间的关系;
基于所述车轮的力矩与所述电机的电流信息之间的关系、所述车辆的纵向动力学方程和所述电机的电压方程确定所述车辆的状态方程;
基于所述车辆的状态方程和所述电机的电流信息确定所述车辆的实际制动减速度和所述车轮的力矩;
基于所述车辆的实际制动减速度确定所述能量回收控制模型的第一目标函数,并基于所述车轮的力矩确定所述能量回收控制模型的第二目标函数和第三目标函数,所述第一目标函数以所述车辆能够跟踪所述参考制动减速度为目标,所述第二目标函数以所述车辆上前轮的制动器的制动力和后轮的制动器的制动力的分配比满足预设的分配比为目标,所述第三目标函数以所述制动系统的制动功率最小为目标;
基于所述第一目标函数、所述第二目标函数和所述第三目标函数确定所述能量回收控制模型的目标函数,并确定所述能量回收控制模型的约束条件;
所述电机包括第一电机、第二电机和第三电机中的至少一项;
所述车轮的力矩与所述电机的电流信息之间的关系满足下式:
式中,Thf表示所述前轮的制动力矩,Thr表示所述后轮的制动力矩,Tmf表示所述前轮的回馈力矩,Tmr表示所述后轮的回馈力矩,r1表示所述制动系统中制动主缸的活塞直径,,r2表示所述前轮的制动器中制动轮缸的活塞直径,r3表示所述后轮的制动器中制动轮缸的活塞直径,μf表示所述前轮的制动器中制动盘的摩擦系数,μr表示所述后轮的制动器中制动盘的摩擦系数,Re表示前轮/后轮的半径,NP1表示所述第一电机的磁极对数,NP2表示所述第二电机的磁极对数,NP3表示所述第三电机的磁极对数,ψf1表示所述第一电机的转子磁链,ψf2表示所述第二电机的转子磁链,ψf3表示所述第三电机的转子磁链,iq1表示所述第一电机的交轴电流,iq2表示所述第二电机的交轴电流,iq3表示所述第三电机的交轴电流,η1表示所述第三电机到所述制动主缸的活塞推杆之间的传动系数,nf表示所述第一电机到所述前轮的传动系数,nr表示所述第二电机到所述后轮的传动系数;
所述车辆的状态方程为:
式中,表示所述第一电机的直轴电流的一阶微分,表示所述第一电机的交轴电流的一阶微分,表示所述第二电机的直轴电流的一阶微分,表示第二电机的交轴电流的一阶微分,表示所述第三电机的直轴电流的一阶微分,表示所述第三电机的交轴电流的一阶微分,a表示所述车辆的制动减速度,表示所述车速的一阶微分,id1表示所述第一电机的直轴电流,iq1表示所述第一电机的交轴电流,id2表示所述第二电机的直轴电流,iq2表示所述第二电机的交轴电流,id3表示所述第三电机的直轴电流,iq3表示所述第三电机的交轴电流,Rs1表示所述第一电机的内阻,Rs2表示所述第二电机的内阻,Rs3表示所述第三电机的内阻,Ld1表示所述第一电机的直轴电感,Lq1表示所述第一电机的交轴电感,Ld2表示所述第二电机的直轴电感,Lq2表示所述第二电机的交轴电感,Ld3表示所述第三电机的直轴电感,Lq3表示所述第三电机的交轴电感,ωr1表示所述第一电机的电角速度,ωr2表示所述第二电机的电角速度,ωr3表示所述第三电机的电角速度,ud1表示所述第一电机的直轴电压,uq1表示所述第一电机的交轴电压,ud2表示所述第二电机的直轴电压,uq2表示所述第二电机的交轴电压,ud3表示所述第三电机的直轴电压,uq3表示所述第三电机的交轴电压,ψf1表示所述第一电机的转子磁链,ψf2表示所述第二电机的转子磁链,ψf3表示所述第三电机的转子磁链,Thf表示所述前轮的制动力矩,Thr表示所述后轮的制动力矩,Tmf表示所述前轮的回馈力矩,Tmr表示所述后轮的回馈力矩,mveh表示所述车辆的质量,Re表示所述前轮/后轮的半径,Fair表示所述车辆的空气阻力,Froll表示所述车辆的滚动阻力;
所述第一目标函数为:
式中,J1表示所述第一目标函数的函数值,a(k+i)表示所述车辆在第k+i时刻的实际制动减速度,aref(k+i)表示所述车辆在第k+i时刻的参考制动减速度,P表示步长总数;
所述第二目标函数为:
式中,J2表示所述第二目标函数的函数值,Tmf(k+i)表示所述前轮在第k+i时刻的回馈力矩,Thf(k+i)表示所述前轮在第k+i时刻的制动力矩,Tmr(k+i)表示所述后轮在第k+i时刻的回馈力矩,Thr(k+i)表示所述后轮在第k+i时刻的制动力矩,Re表示所述车轮的半径,CF表示预设的分配比,P表示步长总数;
所述第三目标函数为:
式中,J3表示所述第三目标函数的函数值,Thf(k+i)表示所述前轮在第k+i时刻的制动力矩,Thr(k+i)表示所述后轮在第k+i时刻的制动力矩,ωf(k+i)表示所述前轮在第k+i时刻的角速度,ωr(k+i)表示所述后轮在第k+i时刻的角速度,Ptarget表示所述制动系统的目标制动功率,P表示步长总数;
所述能量回收控制模型的约束条件包括电压约束和/或电压增量约束;
所述电压约束为:
式中,umin1表示所述第一电机的电压最小值,umax1表示所述第一电机的电压最大值,umin2表示所述第二电机的电压最小值,umax3表示所述第二电机的电压最大值,umin3表示所述第三电机的电压最小值,umax3表示所述第三电机的电压最大值,ud1表示所述第一电机的直轴电压,uq1表示所述第一电机的交轴电压,ud2表示所述第二电机的直轴电压,uq2表示所述第二电机的交轴电压,ud3表示所述第三电机的直轴电压,uq3表示所述第三电机的交轴电压;
所述电压增量约束为:
式中,||Δud1||表示所述第一电机的直轴电压增量,||Δuq1||表示所述第一电机的交轴电压增量,||Δud1max||表示所述第一电机的直轴电压增量最大值,||Δuq1max||表示所述第一电机的交轴电压增量最大值,||Δud2||表示所述第二电机的直轴电压增量,||Δuq2||表示所述第二电机的交轴电压增量,||Δud2max||表示所述第二电机的直轴电压增量最大值,||Δuq2max||表示所述第二电机的交轴电压增量最大值,||Δud3||表示所述第三电机的直轴电压增量,||Δuq3||表示所述第三电机的交轴电压增量,||Δud3max||表示所述第三电机的直轴电压增量最大值,||Δuq3max||表示所述第三电机的交轴电压增量最大值。
25.根据权利要求24所述的车辆制动装置,其特征在于,所述建模模块用于:
基于预设的加权系数对所述第一目标函数、所述第二目标函数和所述第三目标函数进行加权,并以加权后的函数值最小为目标,确定所述能量回收控制模型的目标函数,所述加权系数包括所述第一目标函数的第一加权系数、所述第二目标函数的第二加权系数和所述第三目标函数的第三加权系数。
26.根据权利要求24或25所述的车辆制动装置,其特征在于,所述控制模块用于:
基于所述第一电机的直轴电压和交轴电压确定所述第一电机输出的第一力矩,基于所述第二电机的直轴电压和交轴电压确定所述第二电机输出的第二力矩,并基于所述第三电机的直轴电压和交轴电压确定所述第三电机输出的第三力矩;
基于所述第一电机输出的第一力矩确定所述第一电机产生的第一能量,基于所述第二电机输出的第二力矩确定所述第二电机产生的第二能量。
27.根据权利要求26所述的车辆制动装置,其特征在于,所述控制模块用于:
基于所述第一电机输出的第一力矩确定所述前轮的回馈力矩,并基于所述第二电机输出的第二力矩确定所述后轮的回馈力矩;
基于所述第三电机输出的第三力矩,通过所述制动主缸、所述前轮的制动器中制动轮缸和所述后轮的制动器中制动轮缸确定所述前轮的制动力矩和所述后轮的制动力矩;
基于所述前轮的回馈力矩和所述前轮的制动力矩控制所述前轮进行制动,并基于所述后轮的回馈力矩和所述后轮的制动力矩控制所述后轮进行制动;
将所述第一电机产生的第一能量和所述第二电机产生的第二能量存储至所述动力电池中。
28.根据权利要求24至27中任一项所述的车辆制动装置,其特征在于,所述控制模块用于:
基于所述第三电机的直轴电压和交轴电压确定所述第三电机输出的第三力矩。
29.根据权利要求28所述的车辆制动装置,其特征在于,所述控制模块用于:
基于所述第三电机输出的第三力矩,通过所述制动主缸、所述前轮的制动器中制动轮缸和所述后轮的制动器中制动轮缸确定所述前轮的制动力矩和所述后轮的制动力矩;
基于所述前轮的制动力矩控制所述前轮进行制动,并基于所述后轮的制动力矩控制所述后轮进行制动。
30.根据权利要求20至29中任一项所述的车辆制动装置,其特征在于,所述车辆为电动车辆。
31.根据权利要求30所述的车辆制动装置,其特征在于,所述电动车辆为电动汽车。
32.一种车辆制动装置,其特征在于,包括:
采集模块,用于获取车辆上动力电池的荷电状态SOC;
制动系统,用于在所述荷电状态SOC大于预设的荷电状态阈值时,控制所述车辆进行制动;还用于在所述荷电状态SOC小于等于所述荷电状态阈值时,控制所述车辆进行制动且开启制动能量回收。
33.根据权利要求32所述的车辆制动装置,其特征在于,所述装置还包括能量回收控制器,所述能量回收控制器与所述采集模块和所述制动系统耦合;
所述采集模块还用于:获取所述车辆上电机的状态信息和所述车辆的状态信息;
所述能量回收控制器用于:根据所述电机的状态信息和所述车辆的状态信息确定所述电机的电压;
所述制动系统还用于:根据所述电机的电压控制所述车辆进行制动,或者控制所述车辆进行制动且开启制动能量回收。
34.一种电子设备,其特征在于,包括:
至少一个处理器;
存储器,用于存储一个或多个程序;
当所述一个或多个程序被所述至少一个处理器执行时,实现如权利要求1至19中任一项所述的方法。
35.一种计算机可读存储介质,所述计算机可读存储介质中存储有指令,其特征在于,当所述指令在计算机上运行时,用于执行如权利要求1至19中任一项所述的方法。
36.一种计算机程序产品,所述计算机程序产品中包含指令,其特征在于,当所述指令在计算机或处理器上运行时,使得所述计算机或所述处理器实现如权利要求1至19中任一项所述的方法。
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JP2015030427A (ja) * | 2013-08-06 | 2015-02-16 | 本田技研工業株式会社 | 車両の制動装置 |
CN109532817A (zh) * | 2019-01-04 | 2019-03-29 | 大连民族大学 | 混合动力电动汽车基于soc的再生制动力矩分配方法 |
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