CN114347806A - 一种负扭矩制动方法及控制系统 - Google Patents

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Abstract

本发明属于车辆工程技术领域，公开了一种负扭矩制动方法及控制系统，负扭矩制动方法包括以下步骤：S1、获取加速度传感器输出的第一加速度A1，计算车辆的实时车速变化率DVx；S2、根据第一加速度A1和实时速度变化率DVx，计算车辆的行驶道路的坡度角度Theta；S3、根据坡度角度Theta，计算车辆的外界阻力Fx，并根据车辆的目标减速度A2，计算电机需要输出的制动力F；S4、根据制动力F，计算电机的制动负扭矩T，并生成负扭矩指令，电机控制器控制电机输出制动负扭矩T。本发明的负扭矩制动方法能够保持制动过程中的车辆稳定性，不会出现超调量，用户乘车体验较好；控制系统能够控制电机执行负扭矩制动，制动平稳。

Description

一种负扭矩制动方法及控制系统
技术领域
本发明涉及车辆工程技术领域，尤其涉及一种负扭矩制动方法及控制系统。
背景技术
随着电动汽车技术的进步，电动汽车逐渐普及，在现有电动车辆的制动控制中，大多使用的是传统的液压制动形式；在实际使用过程中，不同公司的液压制动产品的制动效果不一，制动性能好的产品具有比较平滑舒适的制动效果，制动性能较差的液压制动产品则会在制动过程中造成乘用人出现比较严重的前倾或者后仰的倾向。除此之外，电动车辆进入自动驾驶控制时，高级辅助驾驶功能为了保持恒定稳定的控车效果会频繁给车辆发送加减速度，如果ESC(汽车稳定控制系统)或者E-Booster(智能刹车系统)功能标定不完善，超调量过大时，乘用人能够频繁感受到车辆的加减速过程，乘车体验较差。
发明内容
本发明的目的在于提供一种负扭矩制动方法及控制系统，负扭矩制动方法能够保持制动过程中的车辆稳定性，不会出现超调量，用户乘车体验较好；控制系统能够控制电机执行负扭矩制动，制动平稳。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
一方面，提供一种负扭矩制动方法，包括以下步骤：
步骤S1、获取加速度传感器输出的第一加速度A1，计算车辆的实时车速变化率DVx；
步骤S2、根据所述第一加速度A1和所述实时速度变化率DVx，计算所述车辆的行驶道路的坡度角度Theta；
步骤S3、根据所述坡度角度Theta，计算所述车辆的外界阻力Fx，并根据所述车辆的目标减速度A2，计算电机需要输出的制动力F；
步骤S4、根据所述制动力F，计算所述电机的制动负扭矩T，并生成负扭矩指令，电机控制器控制所述电机输出所述制动负扭矩T。
作为本发明的一种优选的实施方案，所述步骤S2具体包括以下步骤：
步骤S21、假设所述车辆静止在所述坡度角度Theta的行驶道路上，获取所述加速度传感器输出的第二加速度A3，计算所述车辆此时的重力分力mgsin(Theta)、滑动摩擦力Lambda*mgcos(Theta)，此时，mgsin(Theta)-Lambda*mgcos(Theta)＝mA3，其中，Lambda为车轮的滚动摩擦系数，m为所述车辆的重量；
步骤S22、简化所述步骤S21中的计算公式为mgsin(Theta)＝mA3；
步骤S23、当所述车辆在所述坡度角度Theta的行驶道路上加速行驶时，根据所述加速度传感器输出的所述第一加速度A1以及所述车辆的所述实时车速变化率DVx进行受力分析，此时，m*DVx+mgsin(Theta)＝mA1；
步骤S24、根据所述步骤S23，计算所述坡度角度Theta，此时，Theta＝arcsin((A1-DVx)/g)。
作为本发明的一种优选的实施方案，在所述步骤S3中，所述外界阻力Fx包括所述车辆的重力分力和/或所述车轮的滚动摩擦力和/或所述车辆的空气阻力。
作为本发明的一种优选的实施方案，在所述步骤S3中，所述制动力F＝mA2-Fx。
作为本发明的一种优选的实施方案，所述步骤S3还包括，设定目标车速Sa，根据所述目标车速Sa计算所述目标减速度A2。
作为本发明的一种优选的实施方案，在所述步骤S1中，还包括从所述电机控制器获取所述车轮的实时转速V，根据所述实时转速V计算所述车辆的实时车速Sv，并根据所述实时车速Sv计算所述实时车速变化率DVx。
作为本发明的一种优选的实施方案，在所述步骤S4中，所述制动负扭矩T＝Fr，其中，r为所述车轮的滚动半径。
作为本发明的一种优选的实施方案，在所述步骤S4之后还包括：
步骤S5、判断所述车辆的所述实时车速Sv是否小于所述目标车速Sa，当所述实时车速Sv小于所述目标车速Sa时，所述电机控制器控制所述电机停止输出所述制动负扭矩T，所述电机进入正常驱动模式。
作为本发明的一种优选的实施方案，所述电机控制器采用正弦脉冲宽度调制驱动所述电机输出所述制动负扭矩T。
另一方面，提供一种控制系统，用于实施上述的负扭矩制动方法，所述控制系统包括整车控制器，所述整车控制器驱动电机控制器；所述整车控制器根据所述负扭矩制动方法输出负扭矩指令给所述电机控制器，电机输出制动负扭矩T。
本发明的有益效果：
本发明所提供的负扭矩制动方法，通过计算车辆行驶道路的坡度角度Theta来计算电机的制动负扭矩T，从而控制电机输出制动负扭矩T；电机反向转动向车轮提供反向力矩达到制动效果，降低车速，不需配合液压制动系统，易于控制，结构简单；在制动过程中不会频繁进行加减速，不会出现超调量(或者超调量较小)，能够保持制动过程中的车辆稳定性，提升用户的乘车体验，而且对于刹车片的硬件磨损度相较于传统的液压制动会大幅减小；
本发明所提供的控制系统，包括能够驱动电机控制器的整车控制器，使得电机控制器按照负扭矩指令控制电机输出制动负扭矩T，保持制动过程中的车辆稳定性，提升用户的乘车体验。
附图说明
图1是本发明实施例提供的负扭矩制动方法的流程示意图一；
图2是本发明实施例提供的负扭矩制动方法的流程示意图二。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步地详细说明。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。
在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；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或两个元件的相互作用关系。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发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本实施例的描述中，术语“上”、“下”、“左”、“右”等方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化操作，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。此外，术语“第一”、“第二”仅仅用于在描述上加以区分，并没有特殊的含义。
如图1、图2所示，本发明实施例提供一种负扭矩制动方法，用于纯电动车辆或者混合动力车辆，具体包括整车控制器、电机控制器和电机，整车控制器通讯连接电机控制器，电机控制器通讯连接电机，用于控制电机运行。当电机输出正扭矩时，电机将提供驱动车辆的加速度；当电机输出制动负扭矩T时，电机将提供让车辆减速的减速度，并使车辆减速至预设速度。本发明实施例提供的负扭矩制动方法具体包括以下步骤：
步骤S1、获取加速度传感器输出的第一加速度A1，计算车辆的实时车速变化率DVx；具体地，在本步骤S1中，可通过电机控制器获取车轮的实时转速V，然后根据实时转速V计算车辆的实时车速Sv，并根据实时车速Sv计算实时车速变化率DVx，也即车辆的实时加速度。
步骤S2、根据第一加速度A1和实时速度变化率DVx，计算车辆的行驶道路的坡度角度Theta；可以理解的是，车辆的行驶道路的坡度角度Theta能够对制动过程产生影响，通过估算坡度角度Theta，才能够计算用于制动的负扭矩。
步骤S3、根据坡度角度Theta，计算车辆的外界阻力Fx，并根据车辆的目标减速度A2，计算电机需要输出的制动力F；可以理解的是，在本发明实施例中，车辆的目标车速均大于0，也即本发明实施例的负扭矩制动方法应用于行驶中的车辆通过负扭矩制动将其行驶速度降至大于0的目标车速。目标车速和车辆的目标减速度A2可根据车辆行驶路况进行设定，本实施例在此不作限制。
步骤S4、根据制动力F，计算电机的制动负扭矩T，并生成负扭矩指令，电机控制器控制电机输出制动负扭矩T。具体地，整车控制器根据上述计算的制动力F生成负扭矩指令，电机控制器接收负扭矩指令并控制电机输出制动负扭矩T从而使车轮减速制动。
本发明实施例负扭矩制动方法，通过计算车辆行驶道路的坡度角度Theta来计算电机的制动负扭矩T，从而控制电机输出制动负扭矩T；电机反向转动向车轮提供反向力矩达到制动效果，降低车速，不需配合液压制动系统，易于控制，结构简单；在制动过程中不会频繁进行加减速，不会出现超调量(或者超调量很小)，能够保持制动过程中的车辆稳定性，提升用户的乘车体验，而且对于刹车片的硬件磨损度相较于传统的液压制动会大幅减小。
进一步地，步骤S2具体包括以下步骤：
步骤S21、假设车辆静止在坡度角度Theta的行驶道路上，获取加速度传感器输出的第二加速度A3，计算车辆此时的重力分力mgsin(Theta)、滑动摩擦力Lambda*mgcos(Theta)，此时，mgsin(Theta)-Lambda*mgcos(Theta)＝mA3，其中，Lambda为车轮的滚动摩擦系数，m为车辆的重量。可以理解的是，上述计算公式是对车辆进行受力分析，为了简化公式忽略了空气阻力。
步骤S22、简化步骤S21中的计算公式为mgsin(Theta)＝mA3；可以理解的是，通常情况下，车辆的重力分力远大于车辆在斜坡上受到的滑动阻力，所以相对于重力分力mgsin(Theta)，滑动阻力Lambda*mgcos(Theta)可以忽略不计，因此能够进一步简化公式，便于快速计算得到坡度角度Theta。
步骤S23、当车辆在坡度角度Theta的行驶道路上加速行驶时，根据加速度传感器输出的第一加速度A1以及车辆的实时车速变化率DVx进行受力分析，此时，m*DVx+mgsin(Theta)＝mA1；
步骤S24、根据步骤S23，计算坡度角度Theta，此时，Theta＝arcsin((A1-DVx)/g)。
进一步地，在步骤S3中，外界阻力Fx包括车辆的重力分力和/或车轮的滚动摩擦力和/或车辆的空气阻力，具体可根据车辆的实际行驶情况进行分析和计算，包括上述多种受力的至少一种，其计算过程为本领域内的现有技术，本实施例在此不作限制。
更进一步地，在步骤S3中，制动力F＝mA2-Fx。其中，Fx为根据车辆的实际行驶情况计算出的外界阻力，结合制动后目标车速计算得出的目标减速度A2，即可计算出电机需要输出的制动力F。
进一步地，步骤S3还包括，设定目标车速Sa，根据目标车速Sa计算目标减速度A2。整车控制器可根据目标车速Sa计算目标减速度A2，其具体计算过程为本领域内的现有技术，本实施例在此不做赘述。
进一步地，在步骤S4中，制动负扭矩T＝Fr，其中，r为车轮的滚动半径。因此，当计算出电机需要输出的制动力F后，即可计算出电机的制动负扭矩T，便于生成负扭矩指令。
更进一步地，在步骤S4之后还包括：步骤S5、判断车辆的实时车速Sv是否小于目标车速Sa，当实时车速Sv小于目标车速Sa时，电机控制器将控制电机停止输出制动负扭矩T，此时电机进入正常驱动模式，因此，可以避免制动过度造成的车辆反向行驶。
进一步地，电机控制器采用正弦脉冲宽度调制驱动电机输出制动负扭矩T。正弦脉冲宽度调制(SPWM)在脉冲宽度调制(PWM)的基础上改变了调制脉冲的方式，使脉冲宽度时间占空比按正弦规律排列，使得输出波形经过适当的滤波可以做到正弦波输出，能消除与抑制谐波，并可同时控制电机的频率和电压，使电机在近似正弦波的交变电压下运行，转矩脉动小，且不会出现超调量，保证，电机输出制动负扭矩T的平稳性，进一步降低制动过程中的冲击。
另一方面，本发明实施例还提供一种控制系统，用于实施上述的负扭矩制动方法。控制系统包括整车控制器，整车控制器驱动电机控制器；整车控制器根据负扭矩制动方法输出负扭矩指令给电机控制器，电机输出制动负扭矩T。整车控制器和电机控制器之间通过CAN总线进行电连接，整车控制器能够对根据实时转速V计算车辆的实时车速Sv，并根据实时车速Sv计算实时车速变化率DVx；在计算得出制动负扭矩T之后，整车控制器输出负扭矩指令给电机控制器，使电机输出制动负扭矩T。本发明实施例的控制系统，能够控制电机在车辆行驶过程中进行负扭矩制动，保持车辆制动过程中的行驶稳定性，提升用户的乘车体验。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为了清楚说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种负扭矩制动方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1、获取加速度传感器输出的第一加速度A1，计算车辆的实时车速变化率DVx；
步骤S2、根据所述第一加速度A1和所述实时速度变化率DVx，计算所述车辆的行驶道路的坡度角度Theta；
步骤S3、根据所述坡度角度Theta，计算所述车辆的外界阻力Fx，并根据所述车辆的目标减速度A2，计算电机需要输出的制动力F；
步骤S4、根据所述制动力F，计算所述电机的制动负扭矩T，并生成负扭矩指令，电机控制器控制所述电机输出所述制动负扭矩T。
2.根据权利要求1所述的负扭矩制动方法，其特征在于，所述步骤S2具体包括以下步骤：
步骤S21、假设所述车辆静止在所述坡度角度Theta的行驶道路上，获取所述加速度传感器输出的第二加速度A3，计算所述车辆此时的重力分力mgsin(Theta)、滑动摩擦力Lambda*mgcos(Theta)，此时，mgsin(Theta)-Lambda*mgcos(Theta)＝mA3，其中，Lambda为车轮的滚动摩擦系数，m为所述车辆的重量；
步骤S22、简化所述步骤S21中的计算公式为mgsin(Theta)＝mA3；
步骤S23、当所述车辆在所述坡度角度Theta的行驶道路上加速行驶时，根据所述加速度传感器输出的所述第一加速度A1以及所述车辆的所述实时车速变化率DVx进行受力分析，此时，m*DVx+mgsin(Theta)＝mA1；
步骤S24、根据所述步骤S23，计算所述坡度角度Theta，此时，Theta＝arcsin((A1-DVx)/g)。
3.根据权利要求1所述的负扭矩制动方法，其特征在于，在所述步骤S3中，所述外界阻力Fx包括所述车辆的重力分力和/或所述车轮的滚动摩擦力和/或所述车辆的空气阻力。
4.根据权利要求1所述的负扭矩制动方法，其特征在于，在所述步骤S3中，所述制动力F＝mA2-Fx。
5.根据权利要求2所述的负扭矩制动方法，其特征在于，所述步骤S3还包括，设定目标车速Sa，根据所述目标车速Sa计算所述目标减速度A2。
6.根据权利要求5所述的负扭矩制动方法，其特征在于，在所述步骤S1中，还包括从所述电机控制器获取所述车轮的实时转速V，根据所述实时转速V计算所述车辆的实时车速Sv，并根据所述实时车速Sv计算所述实时车速变化率DVx。
7.根据权利要求2所述的负扭矩制动方法，其特征在于，在所述步骤S4中，所述制动负扭矩T＝Fr，其中，r为所述车轮的滚动半径。
8.根据权利要求6所述的负扭矩制动方法，其特征在于，在所述步骤S4之后还包括：
步骤S5、判断所述车辆的所述实时车速Sv是否小于所述目标车速Sa，当所述实时车速Sv小于所述目标车速Sa时，所述电机控制器控制所述电机停止输出所述制动负扭矩T，所述电机进入正常驱动模式。
9.根据权利要求1所述的负扭矩制动方法，其特征在于，所述电机控制器采用正弦脉冲宽度调制驱动所述电机输出所述制动负扭矩T。
10.一种控制系统，用于实施权利要求1-9任一项所述的负扭矩制动方法，其特征在于，所述控制系统包括整车控制器，所述整车控制器驱动电机控制器；所述整车控制器根据所述负扭矩制动方法输出负扭矩指令给所述电机控制器，电机输出制动负扭矩T。
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