CN116373609B - 一种纯电动客车的制动策略优化方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种纯电动客车的制动策略优化方法，涉及车辆制动控制技术领域，该控制方法首先基于大量实车数据的分析结果提出制动系数map图的概念，然后基于制动系数map图制定多种电制动分配方案，最后通过制动策略仿真模型对每种电制动分配方案进行制动策略评估，从而选出最符合实车需求的电制动分配方案，由此解决实车的制动效果和电耗问题，有效地改善驾驶体验，并克服了现有技术在制动策略优化过程中需要反复试车导致各方面损耗的问题。
Description
技术领域
本发明涉及车辆制动控制技术领域，特别涉及一种纯电动客车的制动策略优化方法。
背景技术
制动策略是关系到行车安全的重要因素，在保证行车安全的前提下，制动策略也影响着司机的驾驶感受，并且对整车能耗有着重要的影响。当前纯电动客车的制动策略普遍存在制动效果不佳或电耗偏高的情况，还经常出现适应性低、急刹等导致司机驾驶感受差的现象。为解决这些问题，现有技术通常采用反复试车的方法，首先制定制动策略，然后进行实车试验，由此反复调整和验证制动策略，这种方法不仅效率低下，费时费力，而且对于生产商、车主以及车辆本身都是造成损耗。
目前有许多关于电动客车的控制策略仿真技术，但却没有对制动策略进行仿真以优化实车制动效果和能耗的应用实例。因此，本发明基于控制策略仿真技术，提供一种纯电动客车的制动策略优化方法，以实际解决现有制动策略所存在的问题。
发明内容
本发明提供一种纯电动客车的制动策略优化方法，其主要目的在于解决现有技术存在的问题。
本发明采用如下技术方案：
一种纯电动客车的制动策略优化方法，包括如下步骤：
S1、结合实车运行情况设定多种不同的电制动分配方案，对每种电制动分配方案中的刹车踏板模拟量或刹车开度百分比进行分级，设定各等级所对应的分级参数x和制动系数y；
S2、将驱动系统外特性曲线图中所有数据点的转速和扭矩进行外特性归一化处理，由此获取扭矩系数η和车速V：
式中：Torq为扭矩；Dece_Torq为后桥允许的最大制动反拖；r为轮胎半径；i为后桥速比；Speed为转速；
S3、将步骤S1中的制动系数y与步骤S2中的扭矩系数η一一对应，并结合实车数据确认不同车速V所对应的制动系数y，由此通过分级参数x，制动系数y和车速V三者的对应关系绘制每种电制动分配方案的制动系数map图；
S4、通过制动策略仿真模型进行不同工况下的驾驶员意图模拟，从而获取不同工况下的刹车踏板模拟量，基于每种电制动分配方案的制动系数map图，根据刹车踏板模拟量求出各种电制动分配方案下不同工况的需求扭矩：
式中：Denmand_Tor为需求扭矩；Tmax为可允许的最大制动反拖或峰值扭矩；
S5、通过制动策略仿真模型分别对每种电制动分配方案下的不同工况进行制动策略仿真试验，控制输出所对应的需求扭矩，并记录每种电制动分配方案的制动效果和电耗大小，从而进行制动策略评估，选出最符合实车需求的电制动分配方案。
进一步，在步骤S1中，根据车辆的刹车踏板制动力分配曲线图获取制动系数y的计算公式为：
。
进一步，在步骤S1中，将指定区间内的刹车踏板模拟量分为若干个制动等级，并基于车辆的刹车踏板制动力分配曲线图对各制动等级所对应的分级参数x进行赋值。
进一步，在步骤S1中，将指定区间内的刹车开度百分比分为若干个刹车开度等级，并将各刹车开度等级所对应的最大刹车开度百分比赋值为各刹车开度等级的分级参数x。
进一步，在步骤S3中，在制定制动系数map图之前，需要根据采集到的实车数据分析刹车变化率与扭矩输出的关系，从而得到不同车速V下满足司机驾驶感受的制动系数范围，由此对不同车速V所对应的制动系数y进行修正。
进一步，基于车辆的驱动系统效率map图和实车运行数据总结的经验值进一步对各电制动分配方案的制动系数y进行人工调整。
进一步，所述制动策略仿真模型为Simulink仿真模型。
和现有技术相比，本发明产生的有益效果在于：
本发明所提供的制动策略优化方法巧妙地将仿真与实际相结合，首先基于大量实车数据的分析结果提出制动系数map图的概念，然后基于制动系数map图制定多种电制动分配方案，最后通过制动策略仿真模型对每种电制动分配方案进行制动策略评估，从而选出最符合实车需求的电制动分配方案，由此解决实车的制动效果和电耗问题，有效地改善驾驶体验，并克服了现有技术在制动策略优化过程中需要反复试车导致各方面损耗的问题。
附图说明
图1为现有纯电动客车的刹车踏板制动力分配曲线图。
图2为本发明实施例的刹车踏板模拟量分级示意图。
图3为本发明实施例的刹车开度百分比分级示意图。
图4为现有纯电动客车的驱动系统外特性曲线图。
图5为本发明实施例的制动策略仿真模型示意图。
图6为本发明实施例的最优电制动分配方案制动系数map图。
具体实施方式
下面参照附图说明本发明的具体实施方式。为了全面理解本发明，下面描述到许多细节，但对于本领域技术人员来说，无需这些细节也可实现本发明。
本发明的目的在于通过控制策略仿真从而获取一种最为优化的电制动分配方案，该电制动分配方案能够在提升制动效果，改善驾驶体验的基础上尽可能降低能耗。为此，本发明提供了一种纯电动客车的制动策略优化方法，其包括如下步骤：
S1、结合实车运行情况设定多种不同的电制动分配方案，对每种电制动分配方案中的刹车踏板模拟量或刹车开度百分比进行分级，设定各等级所对应的分级参数x和制动系数y。
通过采集分析实车数据和研究各种车型的刹车踏板制动力分配曲线图后发现，无气刹段的刹车行程百分比为40%左右。无气刹进入时车辆制动充分依赖电制动，电制动的效果是为车辆回收电量，因此尽可能使用电制动有利于能耗优化。图1为某一纯电动客车的刹车踏板制动力分配曲线图，从图中可知，在无气刹段内，车辆制动曲线符合上凸型的函数，因此可根据幂函数进行制动系数的数据点选取，故制动系数y的计算公式为：
。
实车运行时将刹车踏板模拟量电压输入到整车控制器，整车控制器根据模拟值转换为刹车开度百分比，从而进行制动力分配。因此，本发明结合实车情况，采用刹车踏板模拟量分级和刹车开度百分比分级两种方式来对车辆的制动过程进行分级处理，从而精准地获取不同等级的制动系数y，以便于对制动策略进行更精细地优化。
图2所示的是其中一种电制动分配方案的刹车踏板模拟量分级示意图。具体地，刹车踏板模拟量分级是指将指定区间内的刹车踏板模拟量分为若干个制动等级，并基于车辆的刹车踏板制动力分配曲线图对各制动等级所对应的分级参数x进行赋值。由于设定制动系数的目的是在于对需求扭矩进行修正，所以制动系数y的取值不得超过1，因此基于制动系数y的计算公式可知，分级参数x的取值范围为[0，ln2]。那么假设在某一电制动分配方案中，将指定区间内的刹车踏板模拟量分为5个制动等级，则相应地将分级参数x的取值范围[0，ln2]均分为5个区段，各区段所对应的分级参数x的最大值则赋值为其所对应的制动等级的分级参数x。
图3所示的是其中一种电制动分配方案的刹车开度百分比分级示意图。具体地，刹车开度百分比分级是指将指定区间内的刹车开度百分比分为若干个刹车开度等级，并将各刹车开度等级所对应的最大刹车开度百分比赋值为各刹车开度等级的分级参数x。例如，在某一电制动分配方案中，将[0-50]区间内的刹车开度百分比分为5个刹车开度等级（0-10-20-35-50），那么第3个刹车开度等级所对应的分级参数x的取值为35%。采用这种分级方法会存在制动系数y大于1的情况，因此在步骤S2中将对y的取值范围进一步限定。
刹车踏板模拟量分级和刹车开度百分比分级实际上是求取分级参数x的两种并列的重要方案，用于相互校验和对比，以最终获取最优化的电制动分配方案，因此每种电制动分配方案只选取其中一种分级来求取分级参数x，从而进一步求取制动系数y。每种电制动分配方案所采取的刹车踏板模拟量分级标准或刹车开度百分比分级标准各不相同，因此制动等级或刹车开度等级或也各不相同。
S2、将驱动系统外特性曲线图中所有数据点的转速和扭矩进行外特性归一化处理，由此获取扭矩系数η和车速V：
式中：Torq为扭矩；Dece_Torq为后桥允许的最大制动反拖；r为轮胎半径；i为后桥速比；Speed为转速。
驱动系统外特性曲线图为车辆出厂自带的参数图，属于现有技术资料，图4为某一纯电动客车的驱动系统外特性曲线图，将该图中所有数据点的转速和扭矩进行外特性归一化处理，即可获取扭矩系数η和车速V，以供下一步骤进行数据对应匹配。数据匹配时，不同的电制动分配方案所选取的转速区间可能不同，换算后的车速点划分也可能不同，例如在一个电制动分配方案中，车速区间为0-80 km/h，对应的车速点划分为（0-10-15-20-25-35-60-80），共8个车速点；而在另一电制动分配方案中，车速区间为0-100km/h，对应车速点划分则为（0-10-20-30-40-40-60-70-80-90-100），共10个车速点。因此在下一步骤中，不同的电制动分配方案可以进一步匹配到不同车速点所对应的分配参数x和制动系数y。
S3、将步骤S1中的制动系数y与步骤S2中的扭矩系数η一一对应，并结合实车数据确认不同车速V所对应的制动系数y，由此通过分级参数x，制动系数y和车速V三者的对应关系绘制每种电制动分配方案的制动系数map图。
在制定制动系数map图之前，需要将制动系数y限制在一定范围内。具体的方法为：根据采集到的实车数据分析刹车变化率与扭矩输出的关系，从而得到不同车速V下满足司机驾驶感受的制动系数范围，由此对不同车速V所对应的制动系数y进行修正。本实施例的制动系数范围如下表所示：
由于刹车开度不同时，同一车速V对应有多个不同的扭矩系数η，所匹配到的制动系数y也可能有多个，因此依据表1对制动系数y进行修正后，还需要基于车辆的驱动系统效率map图和实车运行数据总结的经验值进一步对每个车速V所对应的制动系数y进行人工选取或修正，以最终获得各电制动分配方案中分级参数x，制动系数y和车速V三者的唯一对应关系。驱动系统效率map图为车辆出厂自带的参数图，属于现有技术资料，故在此不加赘述。
S4、通过制动策略仿真模型进行不同工况下的驾驶员意图模拟，从而获取不同工况下的刹车踏板模拟量，基于每种电制动分配方案的制动系数map图，根据刹车踏板模拟量求出各种电制动分配方案下不同工况的需求扭矩：
式中：Denmand_Tor为需求扭矩；Tmax为可允许的最大制动反拖或峰值扭矩。
S5、通过制动策略仿真模型分别对每种电制动分配方案下的不同工况进行制动策略仿真试验，控制输出所对应的需求扭矩，并记录每种电制动分配方案的制动效果和电耗大小，从而进行制动策略评估，选出最符合实车需求的电制动分配方案。
在实际应用中，如果仿真前制动的多种电制动分配方案均达不到最理想的要求，还可基于实车数据总结的经验值进一步对其中的一种或几种电制动分配方案的制动系数map图进行人工调整，再进行制动策略仿真试验，由此反复直至达到理想的目标。
如图5所示，作为优选方案，制动策略仿真模型为Simulink仿真模型，其包括驾驶员意图模拟模块、控制模块和整车模块；驾驶员意图模拟模块实时采集整车模块反馈的车速，并结合设定的整车参数和工况参数进行驾驶员意图模拟，从而得出不同工况下所对应的刹车踏板模拟量；控制模块采集不同工况下的刹车踏板模拟量，并分别按照设定的多种电制动分配方案求取不同工况的需求扭矩，最终控制整车模块执行输出。
本实施例是基于纯电动客车的制动策略优化实例，其总共制定了13种不同的电制动分配方案，CHTC-B电耗是根据这13种电制动分配方案验证输出的中国城市循环工况电耗情况。各方案的参数细节及电耗情况如下表所示：
优化方案9的相关参数详见表3，优化方案9的制动系数map图详见图6。
根据表2可知，优化方案9的CHTC-B电耗最低，为理论最佳优化方案。将该优化方案分别应用于4-18米的纯电动客车进行实车运行试验后，确认该优化方案能够明显地提升制动效果，改善驾驶体验，而且相较于以往的电制动分配方案电耗更低，因此该优化方案为纯电动客车的最佳优化方案。
综上可知，本发明所提供的制动策略优化方法巧妙地将仿真与实际相结合，首先基于大量实车数据的分析结果提出制动系数map图的概念，然后基于制动系数map图制定多种电制动分配方案，最后通过制动策略仿真模型对每种电制动分配方案进行制动策略评估，从而选出最符合实车需求的电制动分配方案，由此解决实车的制动效果和电耗问题，有效地改善驾驶体验，并克服了现有技术在制动策略优化过程中需要反复试车导致各方面损耗的问题。
上述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的设计构思并不局限于此，凡利用此构思对本发明进行非实质性的改动，均应属于侵犯本发明保护范围的行为。
Claims (7)
1.一种纯电动客车的制动策略优化方法，其特征在于：包括如下步骤：
S1、结合实车运行情况设定多种不同的电制动分配方案，对每种电制动分配方案中的刹车踏板模拟量或刹车开度百分比进行分级，设定各等级所对应的分级参数x和制动系数y；
S2、将驱动系统外特性曲线图中所有数据点的转速和扭矩进行外特性归一化处理，由此获取扭矩系数η和车速V：
式中：Torq为扭矩；Dece_Torq为后桥允许的最大制动反拖；r为轮胎半径；i为后桥速比；Speed为转速；
S3、将步骤S1中的制动系数y与步骤S2中的扭矩系数η一一对应，并结合实车数据确认不同车速V所对应的制动系数y，由此通过分级参数x，制动系数y和车速V三者的对应关系绘制每种电制动分配方案的制动系数map图；
S4、通过制动策略仿真模型进行不同工况下的驾驶员意图模拟，从而获取不同工况下的刹车踏板模拟量，基于每种电制动分配方案的制动系数map图，根据刹车踏板模拟量求出各种电制动分配方案下不同工况的需求扭矩：
式中：Denmand_Tor为需求扭矩；Tmax为可允许的最大制动反拖或峰值扭矩；
S5、通过制动策略仿真模型分别对每种电制动分配方案下的不同工况进行制动策略仿真试验，控制输出所对应的需求扭矩，并记录每种电制动分配方案的制动效果和电耗大小，从而进行制动策略评估，选出最符合实车需求的电制动分配方案。
2.如权利要求1所述的一种纯电动客车的制动策略优化方法，其特征在于：在步骤S1中，根据车辆的刹车踏板制动力分配曲线图获取制动系数y的计算公式为：
。
3.如权利要求2所述的一种纯电动客车的制动策略优化方法，其特征在于：在步骤S1中，将指定区间内的刹车踏板模拟量分为若干个制动等级，并基于车辆的刹车踏板制动力分配曲线图对各制动等级所对应的分级参数x进行赋值。
4.如权利要求2所述的一种纯电动客车的制动策略优化方法，其特征在于：在步骤S1中，将指定区间内的刹车开度百分比分为若干个刹车开度等级，并将各刹车开度等级所对应的最大刹车开度百分比赋值为各刹车开度等级的分级参数x。
5.如权利要求1所述的一种纯电动客车的制动策略优化方法，其特征在于：在步骤S3中，在制定制动系数map图之前，需要根据采集到的实车数据分析刹车变化率与扭矩输出的关系，从而得到不同车速V下满足司机驾驶感受的制动系数范围，由此对不同车速V所对应的制动系数y进行修正。
6.如权利要求5所述的一种纯电动客车的制动策略优化方法，其特征在于：基于车辆的驱动系统效率map图和实车运行数据总结的经验值进一步对各电制动分配方案的制动系数y进行人工调整。
7.如权利要求1所述的一种纯电动客车的制动策略优化方法，其特征在于：所述制动策略仿真模型为Simulink仿真模型。
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