CN113525319A - 一种基于可调储液缸的真空助力再生制动控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于汽车技术领域，具体的说是一种基于可调储液缸的真空助力再生制动控制方法。包括：一、通过对驾驶员制动意图的辨识和再生制动力的约束，实现电‑液再生制动力的分配；二、基于真空助力器的基础助力特性，选择合适的再生制动时机求解可调储液缸不同工作阶段适宜的目标活塞行程；三、设计考虑了机构摩擦阻碍和小阻尼特性的活塞行程控制器，并引入电机弱磁控制和电机电流控制，从而输出永磁同步电机目标励磁轴电压和转矩轴电压，实现真空助力再生制动控制。基于可调储液缸的真空助力再生制动控制方法有效地帮助小型电动汽车在不改变原有真空助力器构型和不调用ESP压力控制逻辑的基础上，实现满足实际需求的再生制动控制效果。

Description

一种基于可调储液缸的真空助力再生制动控制方法

技术领域

本发明属于汽车技术领域，具体的说是一种基于可调储液缸的真空助力再生制动控制方法。

背景技术

为了减轻日益加剧的能源危机和环境污染问题，纯电动汽车和混合动力汽车近年来得到了大力的关注和发展。然而由于电池技术和车辆行驶安全性的约束，电动汽车的续航里程比传统燃油汽车更短。制动系统作为汽车底盘安全性最关键的一环，不仅能够为驾驶员提供基础制动功能，还能够与驱动电机配合，使用再生制动技术将制动摩擦损耗的能量节约下来为电池充电，提高电动车续驶里程。

已有的再生制动研究大多数应用于解耦式线控制动系统。这种构型的制动系统通常配备踏板感觉模拟器，用于存储驾驶员在解耦式制动系统中建立的制动液压，因此再生制动技术不影响驾驶员的制动感受，控制方案简便但机构设计成本较高。非解耦式制动系统进行再生制动需要依赖博世、大陆等成熟零部件厂商关于电子稳定系统(ElectronicStability Program，ESP)的接口定义，但这对于一些小型电动车制造厂商而言需要花费较多的成本。实际上较低制动强度的再生制动已经能够满足这些小型电动车的实际使用需求，这也造成了他们更加倾向于使用成本更低的非解耦式电动真空助力制动系统。因此，如何通过真空助力构型的制动系统且不依赖ESP实现低成本的再生制动功能是一个亟需解决的问题。

发明内容

本发明提供了一种基于可调储液缸的真空助力再生制动控制方法，基于可调储液缸的真空助力再生制动控制方法有效地帮助小型电动汽车在不改变原有真空助力器构型和不调用ESP压力控制逻辑的基础上，实现满足实际需求的再生制动控制效果，为小型电动汽车提供了一种低成本的再生制动解决方案。

本发明技术方案结合附图说明如下：

一种基于可调储液缸的真空助力再生制动控制方法，包括以下步骤：

步骤一、通过对驾驶员制动意图的辨识和再生制动力的约束，实现电-液再生制动力的分配；

步骤二、基于真空助力器的基础助力特性，选择合适的再生制动时机求解可调储液缸不同工作阶段适宜的目标活塞行程；

步骤三、设计考虑了机构摩擦阻碍和小阻尼特性的活塞行程控制器，并引入电机弱磁控制和电机电流控制，从而输出永磁同步电机目标励磁轴电压和转矩轴电压，实现真空助力再生制动控制。

所述步骤一的具体方法如下：

11)设计车速约束因子k_v为：

式中，k_v表示车速约束因子；v表示车辆实际车速；v_l表示再生制动最低车速；v_h表示再生制动无约束最低车速；

12)设计电池荷电状态约束因子k_s为：

式中，k_s表示电池实际荷电状态约束因子；S_b表示电池实际荷电状态；S_bh表示再生制动最高电池荷电状态；S_bl表示再生制动无约束最高电池荷电状态；

13)设计踏板行程约束因子k_p为：

式中，k_p表示踏板行程约束因子；y_p表示实际制动踏板行程；y_pl表示可调储液缸最大容积时对应的制动踏板行程；y_ph表示真空助力器制动跳增段结束时对应的制动踏板行程；

14)根据约束条件获得实际可用最大再生制动压力P_RB-lim为：

式中，P_RB-lim表示实际可用最大再生制动压力；T_m-lim表示无约束的可用最大再生制动转矩；K_Ef表示车辆前轮制动效能因素；K_Er表示车辆后轮制动效能因素；k_v表示车速约束因子；k_s表示电池实际荷电状态约束因子；k_p表示踏板行程约束因子；

15)驾驶员制动意图根据真空助力器制动系统主缸压力和踏板推杆行程之间的关系进行拟合标定，驾驶员目标制动总压力P_D-ref为：

式中，θ₀、θ₁和θ₂表示真空助力器制动系统主缸压力和踏板推杆行程之间的关系特性拟合参数；P_D-ref表示驾驶员目标制动总压力；y_p表示实际制动踏板行程；

16)设计电-液再生制动力的分配策略如下：

(1)当驾驶员目标制动总压力P_D-ref不大于各项约束下的实际可用最大再生制动压力P_RB-lim时，目标制动主缸压力P_HB-ref为0，目标再生制动压力 P_RB-ref等于驾驶员目标制动总压力P_D-ref，此时仅有再生制动参与整车制动过程，即：

式中，P_RB-ref表示目标再生制动压力；P_D-ref表示驾驶员目标制动总压力； P_HB-ref表示目标制动主缸压力；P_RB-lim表示实际可用最大再生制动压力；

(2)当驾驶员目标制动总压力P_D-ref大于各项约束下的实际可用最大再生制动压力P_RB-lim时，目标制动主缸压力P_HB-ref为P_D-ref和真实再生制动压力 P_RB-act之差，目标再生制动压力P_RB-ref等于P_RB-lim；此时，再生制动和液压制动均参与整车制动过程，即：

式中，P_RB-ref表示目标再生制动压力；P_D-ref表示驾驶员目标制动总压力； P_HB-ref表示目标制动主缸压力；P_RB-lim表示实际可用最大再生制动压力， P_RB-act表示真实再生制动压力；

发送给驱动电机的目标转矩T_RB-ref为：

T_RB-ref＝-2(K_Ef+K_Er)·P_RB-ref (8)

式中，T_RB-ref表示驱动电机的目标转矩；K_Ef表示车辆前轮制动效能因素； K_Er表示车辆后轮制动效能因素；P_RB-ref表示目标再生制动压力。

所述步骤二的具体方法如下：

21)在t₀至t₁时刻无制动输入，控制可调储液缸不工作，活塞的目标行程 y_AR-ref为：

式中，S_flag为可调储液缸工作阶段标志位；y_AR-ref表示可调储液缸活塞的目标行程；

22)在t₁至t₂时刻，实际制动踏板行程y_p增加且再生制动力介入，为了控制主缸压力为0，避免可调储液缸过大增加容积形成制动负压腔，设定可调储液缸的活塞行程跟随y_p变化：

式中，y_AR-ref表示可调储液缸活塞的目标行程；K_AR表示活塞行程修正系数；y_p表示实际制动踏板行程；S_flag为可调储液缸工作阶段标志位；

23)在t₂至t₃时刻，实际制动踏板行程y_p超过可调储液缸最大容积对应的制动踏板行程y_pl后，再生制动逐渐退出；可调储液缸控制其活塞行程逐渐减小，排出存储的制动液，匹配逐渐增大的目标制动主缸压力P_HB-ref；考虑到该阶段需要进行压力调节，因此引入压力闭环求解可调储液缸活塞的目标行程 y_AR-ref：

式中，S_flag为可调储液缸工作阶段标志位；y_AR-ref表示可调储液缸活塞的目标行程；K_p、K_i和K_d表示压力环控制参数；y_AR-2表示可调储液缸工作阶段2结束时的活塞行程；e_p＝P_HB-ref-P表示压力跟随误差；P_HB-ref表示目标制动主缸压力；P表示实际制动主缸压力；

24)在实际制动踏板行程y_p超过制动跳增段结束时对应的制动踏板行程 y_hl，或实际可用最大再生制动压力的绝对值|P_RB-lim|小于0时，再生制动完全退出，可调储液缸的工作状态和21)相同。

所述步骤三的具体方法如下：

31)为了帮助可调储液缸克服机构摩擦阻碍，在活塞行程控制中引入前馈控制增益，考虑到可调储液缸系统阻尼较小，引入阻尼增益避免系统发生震荡，最终设计的行程控制器为：

式中，i_s-ref表示总目标电机电流；k_p和k_i表示行程控制器参数；k_f表示行程前馈增益；k_dp表示阻尼增益；θ表示永磁同步电机转角；s表示丝杠导程； k_i表示蜗轮蜗杆传动比；y_AR表示可调储液缸活塞的实际行程；y_AR-ref表示可调储液缸活塞的目标行程；Δy＝y_AR-ref-y_AR表示可调储液缸活塞跟踪误差；

32)采用标定的电机前馈角实现弱磁控制，对总目标电机电流i_s-ref进行分配获得目标励磁轴和转矩轴的电流：

式中，i_d-ref表示目标励磁轴电流；i_q-ref表示目标转矩轴电流；i_s-ref表示总目标电机电流；

表示标定的弱磁前馈角；θ表示永磁同步电机转角；

33)为了满足不同工况需求，根据永磁同步电机转速变化设计了变增益的电机电流控制器：

式中，u_d表示永磁同步电机目标励磁轴电压；u_q表示永磁同步电机目标转矩轴电压；

表示与电机转速有关的电流控制器参数；θ表示永磁同步电机转角；Δi_d＝i_d-ref-i_d表示励磁轴电流跟随误差；i_d-ref表示目标励磁轴电流；i_d表示实际励磁轴电流；Δi_q＝i_q-ref-i_q表示转矩轴电流跟随误差；i_q-ref表示目标转矩轴电流；i_q表示实际转矩轴电流。

本发明的有益效果为：

1)本发明提出的基于可调储液缸的真空助力再生制动构型方案可以不拆解原车真空助力器和调用汽车电子稳定性控制器的压力控制接口定义，实现成本低且便于实施；

2)本发明设计的电-液再生制动力分配策略充分考虑了电池电荷状态、车速的约束，同时兼顾了可调储液缸需要在真空助力器制动跳增段结束时退出的约束；

3)本发明的踏板解耦决策策略为了尽可能降低再生制动对原车真空助力器基础助力特性的影响，设计了可调储液缸不同工作阶段的合适活塞位移求解方式，较好的平衡了驾驶员制动踏板感受和匹配了小型电动车较低制动强度的再生制动需求；

4)本发明的可调储液缸控制策略通过引入考虑摩擦特性与小阻尼特性的活塞行程控制、电机弱磁控制和底层电机电流变参数控制，实现了良好的机构伺服位移控制性能。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。

图1为基于可调储液缸的真空助力制动系统构型示意图；

图2为再生制动控制策略架构示意图；

图3为实车真空助力器P-V特性曲线拟合结果示意图；

图4为可调储液缸踏板解耦决策过程示意图；

图5为小制动行程再生制动性能测试曲线图；

图6为中等制动行程再生制动性能测试曲线图；

图7为大制动行程再生制动性能测试曲线图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

参阅图1，图1所示为基于可调储液缸的真空助力制动系统构型示意图，主要由制动踏板、真空助力器、制动主缸、可调储液缸、ESP、制动轮缸等关键部件组成。该构型制动系统的工作原理说明如下：(1)再生制动未介入时，可调储液缸始终保持其活塞在初始位置不动，避免制动液流入。驾驶员踩下制动踏板，在真空助力器的伺服力帮助下，挤压制动主缸中的制动液流经制动管路、ESP进入制动轮缸中。制动液体积受到压缩后，形成制动压力；(2)再生制动介入时，可调储液缸控制永磁同步电机转动，通过蜗轮蜗杆和滚珠丝杠传动机构改变储液缸活塞行程，增大可调储液缸容积形成一个低压腔，使得(1)中制动液流入增大的可调储液缸容积中，避免制动液受到压缩后形成制动压力。该部分缺失的制动压力由驱动电机的回馈制动转矩进行补充；(3)当(2)中再生制动达到该构型制动系统峰值能力时，可调储液缸逐渐减小其容积，将存储的制动液挤压回原有制动管路中，形成匹配顶层需求的制动液压力。因此，该构型制动系统进行再生制动控制时，无需改变原有小型电动车真空助力器构型和调用ESP压力控制的接口定义，仅需在真空助力器与ESP之间的管路中连接一个低成本的可调储液缸即可实现再生制动功能。

参阅图2，基于可调储液缸的真空助力制动系统，设计了基于可调储液缸的真空助力再生制动控制方法。具体说明如下：(1)顶层电-液再生制动力分配策略根据制动踏板行程y_p、车辆车速v、电池荷电状态S_b和无约束的可用最大再生制动转矩T_m-lim，进行了制动意图辨识和再生制动力约束，获得了驾驶员目标制动总压力P_D-ref和实际可用最大再生制动压力P_RB-lim；根据二者之间的关系，实现了再生制动力分配，输出目标制动主缸压力P_HB-ref和驱动电机的目标转矩T_RB-ref。(2)踏板解耦决策策略基于真空助力器的基础助力特性，分析选择了合适的再生制动时机；根据制动踏板行程y_p、目标制动主缸压力 P_HB-ref和实际可用最大再生制动压力P_RB-lim之间的输入关系，求解了可调储液缸不同工作阶段适宜的目标活塞行程y_AR-ref。(3)底层可调储液缸控制策略首先根据永磁同步电机转角θ和目标活塞行程y_AR-ref，设计了考虑机构摩擦阻碍和小阻尼特性的活塞行程控制器，输出总目标电机电流i_s-ref；弱磁控制对总目标电机电流i_s-ref进行分配获得目标励磁轴电流i_d-ref和目标转矩轴的电流i_q-ref；电机电流控制根据实际励磁轴电流i_d和目标励磁轴电流i_d-ref之间的误差，以及实际转矩轴的电流和i_q和目标转矩轴的电流i_q-ref之间的误差，输出永磁同步电机目标励磁轴电压u_d和转矩轴电压u_q。具体如下：

步骤一、通过对驾驶员制动意图的辨识和再生制动力的约束，实现电-液再生制动力的分配；

具体如下：

11)一般情况下，驱动电机的实际可用最大再生制动压力P_RB-lim受车辆车速和电池荷电状态影响。

在车速较低时，驱动电机的实际转矩T_RB-act存在较大波动，设计车速约束因子k_v为：

式中，k_v表示车速约束因子；v表示车辆实际车速；v_l表示再生制动最低车速；v_h表示再生制动无约束最低车速；

12)在电池荷电状态较大时，继续对电池进行充电影响其寿命和使用安全。设计电池荷电状态约束因子k_s为：

式中，k_s表示电池实际荷电状态约束因子；S_b表示电池实际荷电状态；S_bh表示再生制动最高电池荷电状态；S_bl表示再生制动无约束最高电池荷电状态；

13)为了减小再生制动对真空助力器的基础助力特性影响，仅在真空助力器的制动跳增段进行再生制动。因此，设计踏板行程约束因子k_p为：

式中，k_p表示踏板行程约束因子；y_p表示实际制动踏板行程；y_pl表示可调储液缸最大容积时对应的制动踏板行程；y_ph表示真空助力器制动跳增段结束时对应的制动踏板行程；

14)根据约束条件获得实际可用最大再生制动压力P_RB-lim为：

式中，P_RB-lim表示实际可用最大再生制动压力；T_m-lim表示无约束的可用最大再生制动转矩；K_Ef表示车辆前轮制动效能因素；K_Er表示车辆后轮制动效能因素；k_v表示车速约束因子；k_s表示电池实际荷电状态约束因子；k_p表示踏板行程约束因子；

15)驾驶员制动意图根据真空助力器制动系统主缸压力和踏板推杆行程之间的关系进行拟合标定，如图3所示，驾驶员目标制动总压力P_D-ref为：

式中，θ₀、θ₁和θ₂表示真空助力器制动系统主缸压力和踏板推杆行程之间的关系特性拟合参数；P_D-ref表示驾驶员目标制动总压力；y_p表示实际制动踏板行程；

16)基于上述结果，设计电-液再生制动力的分配策略如下：

(1)当驾驶员目标制动总压力P_D-ref不大于各项约束下的实际可用最大再生制动压力P_RB-lim时，目标制动主缸压力P_HB-ref为0，目标再生制动压力 P_RB-ref等于驾驶员目标制动总压力P_D-ref，此时仅有再生制动参与整车制动过程，即：

式中，P_RB-ref表示目标再生制动压力；P_D-ref表示驾驶员目标制动总压力； P_HB-ref表示目标制动主缸压力；P_RB-lim表示实际可用最大再生制动压力；

(2)当驾驶员目标制动总压力P_D-ref大于各项约束下的实际可用最大再生制动压力P_RB-lim时，目标制动主缸压力P_HB-ref为P_D-ref和真实再生制动压力 P_RB-act之差，目标再生制动压力P_RB-ref等于P_RB-lim；此时，再生制动和液压制动均参与整车制动过程，即：

式中，P_RB-ref表示目标再生制动压力；P_D-ref表示驾驶员目标制动总压力； P_HB-ref表示目标制动主缸压力；P_RB-lim表示实际可用最大再生制动压力， P_RB-act表示真实再生制动压力；

发送给驱动电机的目标转矩T_RB-ref为：

T_RB-ref＝-2(K_Ef+K_Er)·P_RB-ref (22)

式中，T_RB-ref表示驱动电机的目标转矩；K_Ef表示车辆前轮制动效能因素； K_Er表示车辆后轮制动效能因素；P_RB-ref表示目标再生制动压力。

步骤二、基于真空助力器的基础助力特性，选择合适的再生制动时机求解可调储液缸不同工作阶段适宜的目标活塞行程；

根据图3实车真空助力器P-V特性曲线可知，该试验车制动系统的制动空行程极小，几乎可以忽略。真空助力器通过其内部阀体、真空腔、大气腔等关键部件之间的配合，形成包含制动跳增段、制动助力段和助力结束段的基础助力特性曲线。具体工作特点为：(1)制动跳增段：制动踏板力F_D基本不变(微弱增加)，实际制动踏板行程y_p和实际制动主缸压力P增加；(2)制动助力段：制动踏板力F_D、实际制动踏板行程y_p和实际制动主缸压力P增加，且实际制动主缸压力P和制动踏板力F_D呈一定比例关系；(3)助力结束段：制动踏板力F_D增加，实际制动踏板行程y_p和实际制动主缸压力P几乎不变，且实际制动主缸压力P的增量等于制动踏板力F_D的增量。

基于可调储液缸的真空助力制动构型属于为非解耦制动系统，再生制动力介入会改变原有真空助力器的基础助力特性。考虑到较低制动强度的再生制动能够满足小型电动车的实际使用需求，我们选择在驾驶员踏板力几乎不变的制动跳增段之前进行再生制动控制，降低对驾驶员制动感受的影响；且在制动跳增段结束时退出再生制动，不改变真空助力器的常用助力段特性。最终设计的可调储液缸踏板解耦决策过程如图4所示。

具体如下：

21)在t₀至t₁时刻无制动输入，控制可调储液缸不工作，活塞的目标行程 y_AR-ref为：

式中，S_flag为可调储液缸工作阶段标志位；y_AR-ref表示可调储液缸活塞的目标行程；

22)在t₁至t₂时刻，实际制动踏板行程y_p增加且再生制动力介入，为了控制主缸压力为0，避免可调储液缸过大增加容积形成制动负压腔，设定可调储液缸的活塞行程跟随y_p变化：

式中，y_AR-ref表示可调储液缸活塞的目标行程；K_AR表示活塞行程修正系数；y_p表示实际制动踏板行程；S_flag为可调储液缸工作阶段标志位；

23)在t₂至t₃时刻，实际制动踏板行程y_p超过可调储液缸最大容积对应的制动踏板行程y_pl后，再生制动逐渐退出；可调储液缸控制其活塞行程逐渐减小，排出存储的制动液，匹配逐渐增大的目标制动主缸压力P_HB-ref；考虑到该阶段需要进行压力调节，因此引入压力闭环求解可调储液缸活塞的目标行程 y_AR-ref：

式中，S_flag为可调储液缸工作阶段标志位；y_AR-ref表示可调储液缸活塞的目标行程；K_p、K_i和K_d表示压力环控制参数；y_AR-2表示可调储液缸工作阶段2结束时的活塞行程；e_p＝P_HB-ref-P表示压力跟随误差；P_HB-ref表示目标制动主缸压力；P表示实际制动主缸压力；

24)在实际制动踏板行程y_p超过制动跳增段结束时对应的制动踏板行程 y_nl，或实际可用最大再生制动压力的绝对值|P_RB-lim|小于0时，再生制动完全退出，可调储液缸的工作状态和21)相同。

步骤三、设计考虑了机构摩擦阻碍和小阻尼特性的活塞行程控制器，并引入电机弱磁控制和电机电流控制，从而输出永磁同步电机目标励磁轴电压和转矩轴电压，实现真空助力再生制动控制；

具体如下：

31)为了帮助可调储液缸克服机构摩擦阻碍，在活塞行程控制中引入前馈控制增益，考虑到可调储液缸系统阻尼较小，引入阻尼增益避免系统发生震荡，最终设计的行程控制器为：

式中，i_s-ref表示总目标电机电流；k_p和k_i表示行程控制器参数；k_f表示行程前馈增益；k_dp表示阻尼增益；θ表示永磁同步电机转角；s表示丝杠导程； k_i表示蜗轮蜗杆传动比；y_AR表示可调储液缸活塞的实际行程；y_AR-ref表示可调储液缸活塞的目标行程；Δy＝y_AR-ref-y_AR表示可调储液缸活塞跟踪误差；

32)采用人为标定的电机前馈角实现弱磁控制，对总目标电机电流i_s-ref进行分配获得目标励磁轴和转矩轴的电流：

式中，i_d-ref表示目标励磁轴电流；i_q-ref表示目标转矩轴电流；i_s-ref表示总目标电机电流；

表示标定的弱磁前馈角；θ表示永磁同步电机转角；

33)为了满足不同工况需求，根据永磁同步电机转速变化设计了变增益的电机电流控制器：

式中，u_d表示永磁同步电机目标励磁轴电压；u_q表示永磁同步电机目标转矩轴电压；

表示与电机转速有关的电流控制器参数；θ表示永磁同步电机转角；Δi_d＝i_d-ref-i_d表示励磁轴电流跟随误差；i_d-ref表示目标励磁轴电流；i_d表示实际励磁轴电流；Δi_q＝i_q-ref-i_q表示转矩轴电流跟随误差；i_q-ref表示目标转矩轴电流；i_q表示实际转矩轴电流。

实施例

为了验证设计的算法有效性，分别进行了小制动踏板行程、中等制动踏板行程和大制动踏板行程的三组实验。设定可调储液缸最大容积时对应的制动踏板行程y_pl为3mm，制动跳增段结束时对应的制动踏板行程y_bh为3.5mm。

小制动踏板行程的试验工况为车速20km/h左右，驾驶员踩下制动踏板后松开制动，且实际制动踏板y_p始终小于3mm。实验结果如图5所示，依次展示了车速、加速度、可调储液缸工作阶段标志位、再生制动压力、关键部件行程和液压力曲线。从图5中可以看出，行车过程中车速和加速度变化平缓。由于制动踏板行程y_p小于3mm，可调储液缸工作状态仅在阶段1和阶段2内变化。此时，驾驶员目标制动总压力P_D-ref全部由再生制动压力P_RB-act提供。为了控制实际制动主缸压力P为0，在阶段2中(0.9s至2.4s)设计的算法输出的可调储液缸活塞的目标行程y_AR-ref跟随制动踏板行程y_p移动。整个制动过程中，可调储液缸活塞行程跟随良好，跟踪误差几乎为0；由于车辆信号的网关延迟导致出现了约为0.05MPa左右制动主缸压力，几乎可以忽略。

中等制动踏板行程的试验工况为初始车速40km/h左右，驾驶员控制制动踏板行程y_p介于3mm和3.5mm之间。实验结果如图6所示。驾驶员在约0.9s左右时踩下制动踏板，2.1s左右制动踏板行程y_p达到3mm。可调液压缸在0.9s至2.1s左右，从阶段1切换至阶段2工作，该过程与图5小制动行程相类似，说明设计的控制策略具有较好的一致性。当2.1s以后y_p大于3mm，可调储液缸工作模式由阶段2切换至阶段3工作，车速和加速度变化平顺。此时，再生制动逐渐退出，驾驶员目标制动总压力P_D-ref由再生制动压力和液压力共同提供。因此在阶段3内可调储液缸活塞的行程y_4R逐渐减小，将容腔中的制动液排向原有制动系统，使得实际制动主缸压力P逐渐增大，能够跟随目标制动主缸压力P_HB-ref进行变化。整个制动过程可调储液缸精确地控制其活塞行程y_AR跟随可调储液缸活塞的目标行程y_AR-ref移动，最大行程跟踪误差仅为0.3mm。在阶段3的压力闭环控制中，压力跟随误差仅为0.1MPa。

大制动踏板行程的试验工况为初始车速50km/h左右，驾驶员踩下制动踏板，且最终实际制动踏板行程y_p超过3.5mm。从图7所示的实验结果中可以看出，在1.8s、3.8s和5.7s时由于实际制动踏板行程超过设定的门限值，可调储液缸工作状态由阶段1、阶段2、阶段3、阶段1实现依次切换。为了避免阶段3压力环出现不必要的抖动，我们在阶段3和阶段1切换时设定了0.5s的延迟。可调储液缸在阶段2模式下工作时仅有0.04MPa的实际制动主缸液压力，保证车辆全部制动减速度由再生制动压力提供；可调储液缸在阶段3模式下，压力闭环控制误差控制在0.15MPa之内，基本满足使用要求。再生制动功能在实际制动踏板y_p大于3.5mm后退出，此时可调储液缸工作模式切换回阶段1，驾驶员目标制动总压力P_D-ref完全由实际制动主缸压力P提供。整个制动过程可调储液缸活塞行程控制良好，车速和加速度变换较为平缓，满足实际使用要求。

Claims (4)

1.一种基于可调储液缸的真空助力再生制动控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、通过对驾驶员制动意图的辨识和再生制动力的约束，实现电-液再生制动力的分配；

步骤二、基于真空助力器的基础助力特性，选择合适的再生制动时机求解可调储液缸不同工作阶段适宜的目标活塞行程；

步骤三、设计考虑了机构摩擦阻碍和小阻尼特性的活塞行程控制器，并引入电机弱磁控制和电机电流控制，从而输出永磁同步电机目标励磁轴电压和转矩轴电压，实现真空助力再生制动控制。

2.根据权利要求1所述的一种基于可调储液缸的真空助力再生制动控制方法，其特征在于，所述步骤一的具体方法如下：

11)设计车速约束因子k_v为：

式中，k_v表示车速约束因子；v表示车辆实际车速；v_l表示再生制动最低车速；v_h表示再生制动无约束最低车速；

12)设计电池荷电状态约束因子k_s为：

式中，k_s表示电池实际荷电状态约束因子；S_b表示电池实际荷电状态；S_bh表示再生制动最高电池荷电状态；S_bl表示再生制动无约束最高电池荷电状态；

13)设计踏板行程约束因子k_p为：

式中，k_p表示踏板行程约束因子；y_p表示实际制动踏板行程；y_pl表示可调储液缸最大容积时对应的制动踏板行程；y_ph表示真空助力器制动跳增段结束时对应的制动踏板行程；

14)根据约束条件获得实际可用最大再生制动压力P_RB-lim为：

式中，P_RB-lim表示实际可用最大再生制动压力；T_m-lim表示无约束的可用最大再生制动转矩；K_Ef表示车辆前轮制动效能因素；K_Er表示车辆后轮制动效能因素；k_v表示车速约束因子；k_s表示电池实际荷电状态约束因子；k_p表示踏板行程约束因子；

15)驾驶员制动意图根据真空助力器制动系统主缸压力和踏板推杆行程之间的关系进行拟合标定，驾驶员目标制动总压力P_D-ref为：

式中，θ₀、θ₁和θ₂表示真空助力器制动系统主缸压力和踏板推杆行程之间的关系特性拟合参数；P_D-ref表示驾驶员目标制动总压力；y_p表示实际制动踏板行程；

16)设计电-液再生制动力的分配策略如下：

(1)当驾驶员目标制动总压力P_D-ref不大于各项约束下的实际可用最大再生制动压力P_RB-lim时，目标制动主缸压力P_HB-ref为0，目标再生制动压力P_RB-ref等于驾驶员目标制动总压力P_D-ref，此时仅有再生制动参与整车制动过程，即：

式中，P_RB-ref表示目标再生制动压力；P_D-ref表示驾驶员目标制动总压力；P_HB-ref表示目标制动主缸压力；P_RB-lim表示实际可用最大再生制动压力；

(2)当驾驶员目标制动总压力P_D-ref大于各项约束下的实际可用最大再生制动压力P_RB-lim时，目标制动主缸压力P_HB-ref为P_D-ref和真实再生制动压力P_RB-act之差，目标再生制动压力P_RB-ref等于P_RB-lim；此时，再生制动和液压制动均参与整车制动过程，即：

式中，P_RB-ref表示目标再生制动压力；P_D-ref表示驾驶员目标制动总压力；P_HB-ref表示目标制动主缸压力；P_RB-lim表示实际可用最大再生制动压力，P_RB-act表示真实再生制动压力；

发送给驱动电机的目标转矩T_RB-ref为：

T_RB-ref＝-2(K_Ef+K_Er)·P_RB-ref (8)

式中，T_RB-ref表示驱动电机的目标转矩；K_Ef表示车辆前轮制动效能因素；K_Er表示车辆后轮制动效能因素；P_RB-ref表示目标再生制动压力。

3.根据权利要求1所述的一种基于可调储液缸的真空助力再生制动控制方法，其特征在于，所述步骤二的具体方法如下：

21)在t₀至t₁时刻无制动输入，控制可调储液缸不工作，活塞的目标行程y_AR-ref为：

式中，S_flag为可调储液缸工作阶段标志位；y_AR-ref表示可调储液缸活塞的目标行程；

22)在t₁至t₂时刻，实际制动踏板行程y_p增加且再生制动力介入，为了控制主缸压力为0，避免可调储液缸过大增加容积形成制动负压腔，设定可调储液缸的活塞行程跟随y_p变化：

式中，y_AR-ref表示可调储液缸活塞的目标行程；K_AR表示活塞行程修正系数；y_p表示实际制动踏板行程；S_flag为可调储液缸工作阶段标志位；

23)在t₂至t₃时刻，实际制动踏板行程y_p超过可调储液缸最大容积对应的制动踏板行程y_pl后，再生制动逐渐退出；可调储液缸控制其活塞行程逐渐减小，排出存储的制动液，匹配逐渐增大的目标制动主缸压力P_HB-ref；考虑到该阶段需要进行压力调节，因此引入压力闭环求解可调储液缸活塞的目标行程y_AR-ref：

式中，S_flag为可调储液缸工作阶段标志位；y_AR-ref表示可调储液缸活塞的目标行程；K_p、K_i和K_d表示压力环控制参数；y_AR-2表示可调储液缸工作阶段2结束时的活塞行程；e_p＝P_HB-ref-P表示压力跟随误差；P_HB-ref表示目标制动主缸压力；P表示实际制动主缸压力；

24)在实际制动踏板行程y_p超过制动跳增段结束时对应的制动踏板行程y_hl，或实际可用最大再生制动压力的绝对值|P_RB-lim|小于0时，再生制动完全退出，可调储液缸的工作状态和21)相同。

4.根据权利要求1所述的一种基于可调储液缸的真空助力再生制动控制方法，其特征在于，所述步骤三的具体方法如下：

31)为了帮助可调储液缸克服机构摩擦阻碍，在活塞行程控制中引入前馈控制增益，考虑到可调储液缸系统阻尼较小，引入阻尼增益避免系统发生震荡，最终设计的行程控制器为：

式中，i_s-ref表示总目标电机电流；k_p和k_i表示行程控制器参数；k_f表示行程前馈增益；k_dp表示阻尼增益；θ表示永磁同步电机转角；s表示丝杠导程；k_i表示蜗轮蜗杆传动比；y_AR表示可调储液缸活塞的实际行程；y_AR-ref表示可调储液缸活塞的目标行程；Δy＝y_AR-ref-y_AR表示可调储液缸活塞跟踪误差；

32)采用标定的电机前馈角实现弱磁控制，对总目标电机电流i_s-ref进行分配获得目标励磁轴和转矩轴的电流：

式中，i_d-ref表示目标励磁轴电流；i_q-ref表示目标转矩轴电流；i_s-ref表示总目标电机电流；

表示标定的弱磁前馈角；θ表示永磁同步电机转角；

33)为了满足不同工况需求，根据永磁同步电机转速变化设计了变增益的电机电流控制器：

式中，u_d表示永磁同步电机目标励磁轴电压；u_q表示永磁同步电机目标转矩轴电压；

表示与电机转速有关的电流控制器参数；θ表示永磁同步电机转角；Δi_d＝i_d-ref-i_d表示励磁轴电流跟随误差；i_d-ref表示目标励磁轴电流；i_d表示实际励磁轴电流；Δi_q＝i_q-ref-i_q表示转矩轴电流跟随误差；i_q-ref表示目标转矩轴电流；i_q表示实际转矩轴电流。

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