CN1298562C - 混合动力车串联式制动系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种混合动力电动车串联式制动系统，属于混合动力车技术领域。该系统包括回收制动子系统和液压制动子系统，回收制动子系统包括通过机械连接的发动机、ISG电机、手动变速器、主减速器，以及分别与该ISG电机、电池和逆向器进行电路相连的电子控制单元；该液压制动子系统包括制动踏板和与其相连的主缸，与主缸通过油路相连的两套调压机构、ABS部件组、储液器和车轮的轮缸以及分别通过电路与该两套调压机构、ABS部件组和轮速传感器与电子控制单元相连。本发明提出混合动力车串联式制动系统结构，使得混合动力车回收制动能量成为可能，实现整车的燃油经济性大大提高。
Description
技术领域
本发明属于混合动力电动汽车领域，特别涉及一套汽车制动系统的设计。
背景技术
混合动力电动汽车在制动时由常规制动器与电机一起提供制动力。目前关于在制动能量回收的研究中，由制动力分配关系的不同可将常规的制动系统分为串联式和并联式系统。串联式制动能量回收系统的工作原理为驱动轮的制动力由电机制动力和摩擦制动力共同组成，首先满足电机制动力的要求，其次再满足摩擦制动力的要求。正如《SAE》2001年1月“Electronic Braking System of EV AndHEV---Integration of Regenerative Braking，Automatic Braking Force ControlAnd ABS”一文中所公开的技术，其结构如图1所示，图中粗实线表示油路连接，细实线表示电路连接，双实线表示机械连接。该制动系统包括两套制动子系统。其中一套是回收制动子系统，它由电机驱动器和变速器3组成；另一套子系统为常规汽车中的液压制动系统，包括制动油液储存器1，三相转换器4，电动机械制动力调节器5，摩擦制动器6，轮速传感器8，压力传感器9，制动踏板10，主缸11。这两套制动子系统的切换通过三相转换器4来完成。中心控制单元12计算得到的目标制动扭矩2将按照最优的分配关系分配给这两套制动子系统，共同作用于制动区域7。在该系统中，油液调压机构完全摒弃了常规制动液压机构，明显加大了该系统的成本；ABS的工作模式完全由上位控制系统来定义与命令执行，对控制策略的精度和复杂程度都有很高的要求，增加了系统开发的难度；四轮制动器独立调节制动油压，加大了车辆制动时的不稳定因素。
发明内容
本发明的目的是为克服已有技术的不足之处，提出一种混合动力车串联式制动系统，使具有如下优点：明显降低了系统开发成本；调压机构与ABS系统不发生干涉，上位控制系统不需制定ABS的控制，降低了系统开发的难度；左前、右前轮制动器制动力一致，后轮制动器制动力一致，因此车辆制动时提高了稳定因素。
本发明提出的混合动力车串联式制动系统，包括两套制动子系统，分别为回收制动子系统和液压制动子系统，其特征在于，该回收制动子系统包括通过机械连接的发动机、ISG电机、手动变速器、主减速器，以及分别与该ISG电机、电池和逆变器进行电路相连的电子控制单元，该子系统用于实现整车的制动以及能量的回收，属于车辆制动过程中回收制动部分；该液压制动子系统包括制动踏板和与其相连的主缸，与主缸通过油路相连的两套调压机构、ABS部件组、储液器和车轮的轮缸以及分别通过电路与该两套调压机构、ABS部件组和轮速传感器与电子控制单元相连，该子系统用于实现整车常规制动部分，属于车辆制动过程中液压制动部分。
本发明的特点及效果：
本发明提出的混合动力车的两套制动子系统根据各自的电子控制单元所提供的最优制动力来各自执行制动任务。液压制动系统为不影响ABS工作的基础上，利用所设计的调压系统来调节主缸到ABS部分之间的压力。当ABS不工作时，所设计的调压系统调节好前后主腔的压力，通过ABS的管路作用到前后轮缸中；当ABS工作时，ABS根据自身阀的开关需要来调节前后车轮轮缸分泵101压力的大小。具有如下优点：油液调压机构在常规制动液压机构的基础上修改得到的，明显降低了系统开发成本；调压机构与ABS系统不发生干涉，上位控制系统不需制定ABS的控制，降低了系统开发的难度；左前、右前轮制动器制动力一致，后轮制动器制动力一致，因此车辆制动时提高了稳定因素。
附图说明
图1已有的串联式制动能量回收系统结构图。
图2本发明的串联式制动能量回收系统结构图。
图3本发明提出的液压制动系统调压机构结构图。
图4本发明提出的在路面附着系数较小时前后制动力分配规则。
图5本发明提出的在路面附着系数较大时前后制动力分配规则。
具体实施方式
本发明提出的一种串联式制动能量回收系统，结合附图及实施例详说明如下：本发明的结构如图2所示，图中单实线代表油路，虚线代表电路，双实线为机械连接。本发明包括两套制动子系统，分别为回收制动子系统和液压制动子系统，如图中的方框I、II所示。回收制动子系统包括通过机械连接的发动机、ISG电机、手动变速器、主减速器，以及分别与该ISG电机、电池和逆变器进行电路相连的电子控制单元。液压制动子系统包括制动踏板10和与其相连的主缸11，与主缸通过油路相连的两套调压机构、ABS部件组、储液器和车轮的轮缸以及分别通过电路与该两套调压机构、ABS部件组和轮速传感器与电子控制单元相连。
当车辆处于制动能量回收工况时，此时回收制动子系统和液压制动系统同时工作。驾驶员踩下制动踏板，电子控制单元采集到驾驶员制动意图，并根据当前的车辆行驶状况来决定车辆的前、后轮制动力与回收制动子系统和液压制动子系统的目标制动力。回收制动子系统的工作原理如下：利用前车轮反拖ISG发电，产生的电流由逆变器稳压和稳流，使电流回收到电池中。同时ISG产生由电子控制单元提供的目标制动扭矩，以实际制动扭矩通过离合器、手动变速器、主减速器以及差速器作用于前轮。液压制动子系统的工作原理为：车辆剩余的制动扭矩由液压制动系统来提供。电子控制单元分别控制两套调压机构中阀的开关动作来调节ABS中前、后主腔中油液的压力，利用ABS的管路使油液作用到左、右前轮制动轮缸和后轮制动轮缸中，从而达到了调节前、后轮制动力的大小的目的。调压机构和轮缸中多余的油液回流到储液器。当车辆处于惯性回收工况时，回收制动子系统工作，而液压制动系统不参与工作。以发动机的转动惯性矩为阻力矩来反拖ISG发电，达到能量回收的目的。当车辆处于紧急制动工况时，液压制动系统工作，而回收制动子系统不参与工作。此时ABS参与工作，依靠ABS的控制策略来调整左前、右前轮和后轮制动轮缸中油压的大小，从而实现制动的目的。
为不影响ABS工作的基础上，利用本调压制动系统来调节主缸到ABS部分之间的压力。当ABS不工作时，本调压制动系统调节好前后主腔的压力，通过ABS的管路作用到前后轮缸中；当ABS工作时，ABS根据自身阀的开关需要来调节前后车轮轮缸压力的大小。
图2中的调压机构具体结构及工作原理如图3所示，该调压机构包括分泵101、两位三通阀102、高速开关阀103、油箱104、溢流阀105、直流电机106、过滤器107、油泵108、单向阀109、蓄能器110、高速开关阀111、两位三通阀112、主泵113和单向阀109。其中，直流电机106及与其相连的油泵108、溢流阀105、过滤器107组成一个具有稳定压力且具有一定蓄能作用的压力源；一个高速开关阀连接在蓄能器110与一个两位三通阀112之间，另一个高速开关阀连接在过滤器107与另一个两位三通阀102分别构成调压部分，通过对两个高速开关阀开启时间的协调控制实现对输出压力的控制；该两个两位三通阀分别与主泵和分泵以及ABS部分相连，通过对两位三通阀的控制可以控制主泵或调压机构与ABS部分相连，实现调压机构与ABS部分的兼容。
该调压机构的设计思想关键在于：1，采用蓄能器和高速开关阀的结构可以实现制动命令的快速响应，满足汽车制动的应用要求；2，采用两位三通阀结构，可以简易可靠地实现辅助系统与原系统的连接。其工作过程如下：
直流电机106驱动油泵108将经过过滤器107过滤的制动油液泵入蓄能器110。当油泵出口压力高于设定压力范围时，多余的制动液直接由溢流阀105流回油箱。单向阀109保证系统停止工作时，蓄能器110内仍能保证一定的压力，从而保证下次制动的快速响应。当需要增加分泵1压力时，阀111开而阀103关；当需要减小分泵101压力时，阀111关而阀103开。由于高速开关阀103，111的快速响应，通过两阀的协调控制可以实现分泵压力的精确控制。当车辆处于制动能量回收模式时，且调压机构输出压力高于某一设定值时，通过控制两位三通阀102、112使调压机构与ABS部分连通，此时，汽车制动力完全由调压机构控制。当车辆处于普通制动模式时，调压机构停止工作，阀103开而阀111关，控制两位三通阀102、112使主泵与ABs部分连通，此时汽车制动压力完全由人进行控制。在制动踏板未踩下时，两位三通阀102、112的阀芯在弹簧力作用下保证主泵与制动系统连通，确保ABS部分能可靠正确地工作。
采用本发明的混合动力电动汽车在制动过程中的前后轮制动力的分配曲线如图4和图5所示。在图4中，此时f曲线和I’曲线不相交。I曲线为理想前后轮制动力分配曲线；I’曲线为后轮最小制动力分配曲线，即当前轮抱死时，为满足车辆制动要求，后轮必须提供的最小制动力。为保证制动时车辆方向稳定性和有足够的制动效率，联合国欧洲经济委员会制定的ECE R13制动法规对双轴汽车前、后轮制动器制动力提出了明确要求。中国的行业标准ZBT24007-89也提出了类似要求。该法规规定对于利用附着系数＝0.2～0.8之间的各种车辆，要求制动强度：Z≥0.1+0.85(-0.2)；f曲线为前轮抱死时，前后轮地面制动力的关系曲线。图4、5表达了对于特定的路面附着系数条件下前后轮的制动力分配关系。闭环曲线OACO包围的区域为有效的制动力分配区域；直线段DE表示特定的车辆制动减速度下，前后轮有效的制动力分配线段；前后制动力按线段DE上的任意一点分配，都可满足车辆的目标减速度，但只有E点能使前轮能够获得最大制动力。因此，图中粗黑折线OAC即为前后轮制动力分配线。当所需制动力增大到C点时，之后的分配则保持C点的前、后轮抱死制动力上。在图5中，此时f曲线和I’曲线相交。按上面的设计方法，所设计的前后轮制动力分配线沿折线OABC。当所需制动力增大到C点时，之后的分配保持在C点时的前后轮抱死制动力上。
Claims (1)
1、一种混合动力车串联式制动系统，包括两套制动子系统，分别为回收制动子系统和液压制动子系统，其特征在于，该回收制动子系统包括通过机械连接的发动机、ISG电机、手动变速器、主减速器，以及分别与该ISG电机、电池和逆变器进行电路相连的电子控制单元，该子系统用于实现整车的制动以及能量的回收，属于车辆制动过程中回收制动部分；该液压制动子系统包括制动踏板和与其相连的主缸，与主缸通过油路相连的两套调压机构、ABS部件组、储液器和车轮的轮缸以及分别通过电路与该两套调压机构、ABS部件组和轮速传感器与电子控制单元相连，该子系统用于实现整车常规制动部分，属于车辆制动过程中液压制动部分；所述的调压机构包括分泵、两位三通阀、高速开关阀、油箱、溢流阀、直流电机、过滤器、油泵、单向阀、蓄能器、高速开关阀、两位三通阀、主泵和单向阀；其中，直流电机及与其相连的油泵、溢流阀、过滤器组成一个具有稳定压力且具有一定蓄能作用的压力源；一个高速开关阀连接在蓄能器与一个两位三通阀之间，另一个高速开关阀连接在过滤器与另一个两位三通阀分别构成调压部分；该两个两位三通阀分别与主泵和分泵以及ABS部分相连。
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