CN111186424A - 一种基于电机制动特性的复合制动控制系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于电机制动特性的复合制动控制系统及方法，通过对电机制动特性进行标定，实现实时查询与监测；通过参考电机制动力矩与实际电机制动力矩进行制动力矩修正，实现电机制动力矩的精确控制；通过主动增压控制实现电液制动力矩的闭环控制，精确响应电液复合制动；通过控制蓄能器控制阀的响应状态改变进入蓄能器油液的速度，实现踏板感觉模拟。本发明实现了制动过程中踏板感觉与制动工况的一致性以及复合制动系统的制动稳定性，且具有反馈补偿功能。

Description

一种基于电机制动特性的复合制动控制系统及方法

技术领域

本发明属于汽车液压与电机复合制动技术领域，尤其是涉及一种基于电机制动特性的复合制动控制系统及方法。

背景技术

复合制动系统一般由电机制动系统、液压制动系统及协调控制模块组成，为实现在电动汽车制动能量回收过程中不失去对驾驶员制动意图的响应及制动过程的稳定性与安全性，要对电机与液压制动系统进行协调控制，共同完成车辆制动。在复合制动过程中，最核心的问题为电机与液压共同进行制动时制动稳定性与制动感觉一致性。现有技术，多基于电机的实时反馈信号计算电机的制动力矩，进而通过控制液压制动力矩来响应需求制动力，不具有反馈补偿功能。

发明内容

为了解决在复合制动过程中电机与液压共同进行制动时的稳定性与制动感觉一致性问题，本发明提出了一种基于电机制动特性的复合制动控制系统及方法，且具有反馈补偿功能。

为实现以上技术目的，本发明提出了以下技术方案：

一种基于电机制动特性的复合制动控制方法，包括如下步骤：

步骤(1)，车辆为制动工况时，判断储能元器件的SOC，当SOC>96％时，进行纯液压制动；当SOC≤96％时，执行步骤(2)；

步骤(2)，若是紧急制动，执行纯液压制动；否则确定电机是否能够进行制动，电机不能进行制动时，执行纯液压制动；电机能进行制动时，由是否需要液压制动力，确定进行纯电机制动还是电液复合制动；在非紧急制动时，模拟踏板感觉，实现踏板感觉与制动工况一致性。

进一步，所述电机是否能够进行制动的过程为：通过瞬时标定制动MAP图，得到电机制动效率η的参考目标值，由制动效率η的参考目标值查询MAP图，得到参考电机制动力矩T_{m_ref}，由T_{m_ref}确定电机是否能够进行制动。

更进一步，当T_{m_ref}＝0时，电机不能进行制动；当T_{m_ref}>0时，电机能够进行制动时，通过比较需求制动力矩T_{P_com}与参考电机制动力矩T_{m_ref}，确定是否需要液压制动力。

更进一步，当T_{m_ref}>T_{P_com}时，进行纯电机制动，ECU由实际电机制动力矩T_{m_real}和参考电机制动力矩T_{m_ref}进行电机制动力矩修正；所述电机制动力矩修正是由电机控制器接收电机控制信号ΔS_m进行的，其中ΔS_m＝f(ΔT_m)，ΔT_m＝T_{m_ref}-T_{m_real}。

更进一步，当T_{m_ref}≤T_{P_com}时，进行电液复合制动，通过参考液压制动力矩T_{h_ref}结合实际轮缸压力T_{h_real}进行液压制动力矩修正；液压制动力矩修正是由ECU接收液压控制信号ΔS_h，通过控制液压控制模块进行的，其中ΔS_h＝f(ΔT_h)，ΔT_h＝T_{h_ref}-T_{h_real}，参考液压制动力矩T_{h_ref}＝T_{P_com}-T_{m_ref}，实际轮缸压力T_{h_real}由轮缸压力传感器采集。

更进一步，所述电液复合制动通过主动增压实现闭环控制；所述闭环控制的过程：对增压电机和轮缸的流量-压力特性进行线性拟合标定，获取轮缸响应的目标压力，并确定不同目标压力时增压电机的工作角位移，由增压电机的工作角位移控制制动轮缸的目标压力，从而控制制动轮缸的压力。

进一步，所述模拟踏板感觉具体为：由踏板位移x得到参考主缸压力F_{m_ref}，结合实际主缸压力F_{m_real}得到控制蓄能器控制阀的占空比信号。

一种基于电机制动特性的复合制动控制系统，包括液压控制模块，液压控制模块与制动主缸油路连接，所述油路上依次设有主缸压力传感器和主油路控制阀，主缸压力传感器和主油路控制阀之间的油路设有与主动式蓄能器连接的支路，所述支路上设有蓄能器控制阀；液压控制模块通过油路与车轮轮缸连接，所述油路上设有轮缸压力传感器；

还包括ECU，ECU与踏板位移传感器、主缸压力传感器、蓄能器控制阀、主动式蓄能器、主油路控制阀、轮缸压力传感器、液压控制模块和电机控制器连接。

本发明的有益效果为：

(1)本发明通过纯电机控制与电液复合控制，减弱电液复合控制介入退出的波动，进行纯电机控制时，ECU由实际电机制动力矩和参考电机制动力矩进行电机制动力矩修正；进行电液复合控制时，通过参考液压制动力矩结合实际轮缸压力进行液压制动力矩修正；提高制动压力响应的精确性，改善制动平顺性。且本发明纯电机控制时，通过瞬时标定得到电机制动效率的参考目标值，由制动效率的参考目标值查询MAP图，得到参考电机制动力矩，实现参考制动力矩零延时查询，提高了控制的响应速度及收敛速度，提高了制动的精确性。

(2)本发明由踏板位移得到参考主缸压力，结合实际主缸压力得到控制蓄能器控制阀的占空比信号，通过对蓄能器控制阀开闭的控制，进而主动式蓄能器进出油控制，实现踏板感觉与制动工况一致性。

附图说明

图1为本发明一种基于电机制动特性的复合制动控制系统示意图；

图2为本发明一种基于电机制动特性的复合制动控制逻辑框图；

图3为本发明电机制动特性图；

图4为本发明踏板位移与参考主缸压力关系图；

图5为本发明主缸压力偏差与占空比信号关系图。

附图标记：1、踏板位移传感器；2、制动主缸；3、主缸压力传感器；4、蓄能器控制阀；5、主动式蓄能器；6、主油路控制阀；7、ECU；8、轮缸压力传感器；9、后轮；10、前轮；11、电机控制器；12、电机；13、液压控制模块。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案作进一步的说明，但是本发明的保护范围并不限于此。

如图1所示，一种基于电机制动特性的复合制动控制系统，包括制动主缸2、液压控制模块13、ECU7、后轮9、前轮10、电机控制器11及电机12，制动主缸2与液压控制模块13通过油路连接，且该油路上依次设有主缸压力传感器3和两个主油路控制阀6，且主缸压力传感器3和主油路控制阀6之间的油路设有支路，支路与主动式蓄能器5连接，支路上设有蓄能器控制阀4；液压控制模块13通过油路与后轮9、前轮10的轮缸连接，该油路上设有轮缸压力传感器8。制动主缸2与踏板机械连接，且踏板上设有踏板位移传感器1。电机12与前轮10机械连接；电机控制器11与电机12通过高压电路连接。

踏板位移传感器1、主缸压力传感器3、蓄能器控制阀4、主动式蓄能器5、主油路控制阀6、轮缸压力传感器8、液压控制模块13和电机控制器11均与ECU7信号连接。

所述液压控制模块的机械部分为车载液压控制单元的机械部分；所述踏板位移传感器1为高精度、高灵敏度位移传感器，采集信号能力达到0.01秒/次，用于采集踏板位移信号；所述主缸压力传感器3为高精度、高灵敏度的油压传感器，采集信号能力达到0.01秒/次，实时采集制动主缸2的压力信号；所述主动式蓄能器5为内部设有独立驱动模块的蓄能器，能灵活的控制油液进出蓄能器，实现压力蓄能及体积存储的目的；所述蓄能器控制阀4为两位两通常断电磁阀，通过ECU7的PWM信号进行控制，目的通过电磁阀改变油液进入蓄能器的流量及速度，进而在非紧急制动(ABS)时模拟踏板感觉，实现踏板感觉与制动工况的一致性。

所述模拟踏板感觉具体过程如下：

步骤(1)，进行车辆制动工况分析，确定制动是否为紧急制动，若非紧急制动，两个主油路控制阀6关闭，执行步骤(2)；若为紧急制动，蓄能器控制阀4关闭，进入纯液压制动状态(现有技术)，此状态不进行踏板感觉模拟。

步骤(2)，踏板位移传感器1和主缸压力传感器3分别采集踏板位移x与实际主缸压力F_{m_real}，并发送给ECU7；图4所示为实验获取的踏板位移x与参考主缸压力F_{m_ref}的函数关系，将踏板感觉与制动工况联系起来，产生模拟过程中的参考目标值，即参考主缸压力F_{m_ref}；由实际主缸压力F_{m_real}与参考主缸压力F_{m_ref}得到主缸压力偏差ΔF_m，通过函数关系如图5所示(由实验获取)，得到占空比信号D，ECU7将占空比信号D转换为PWM信号，对蓄能器控制阀4的开闭进行控制，实现改变油液进入蓄能器流量及速度的目的；具体为：

F_{m_ref}＝f(x)

F_{m_ref}-F_{m_real}＝ΔF_m

D＝f(ΔF_m)

步骤(3)，返回步骤(1)；

步骤(4)，制动结束时，主动式蓄能器5在蓄能器控制阀4打开时，依靠自身驱动模块完成回油。

在进行模拟踏板感觉控制的过程中同时进行制动力控制，如图2所示，基于电机制动特性的复合制动控制方法，具体包括如下步骤：

步骤(1)，驾驶员踩踏制动踏板触动踏板位移传感器1形成踏板位移信号，由ECU7计算得出需求制动力矩T_{P_com}，且驾驶员踩踏制动踏板过程中允许踏板自然抖动误差。

步骤(2)，由需求制动力矩T_{P_com}的大小判断车辆工况，包括制动工况和其他工况，当T_{P_com}>0时，车辆工况为制动工况，ECU7进行能量回收条件检测即储能元器件(如蓄电池、超级电容)的SOC检测，当储能元器件的SOC≤96％时，执行步骤(3)；当储能元器件的SOC>96％时，电机不参与制动，制动过程为纯液压制动，轮缸压力传感器8采集实际轮缸压力矩T_{h_real}，液压控制模块13根据需求制动力矩T_{P_com}与实际轮缸压力T_{h_real}进行液压制动力闭环控制(为现有技术)；且纯液压制动过程中，ECU7实时监测实际轮缸压力矩T_{h_real}的变化。

步骤(3)，进行制动要求分析，首先确定制动是否为紧急制动(ABS)，若是紧急制动，则执行纯液压制动，否则，ECU7通过当前车辆行驶状态信息瞬时标定制动MAP图(如图3所示)，确定电机是否可以进行制动，过程如下：

通过瞬时标定得到电机制动效率η的参考目标值，由转速与制动效率η的参考目标值查询MAP图，得到制动力矩参考目标值，即参考电机制动力矩T_{m_ref}；由于电机12工作状态的一个核心因素为电机的工作效率，本发明电机工作效率的确定方法是通过前一时刻的电机工作效率预测当前电机工作效率，具体计算方法如下：

P_t-1＝U_t-2I_t-2cosφ_t-2

其中，P为电机功率，U为电机输出电压，I为电机输出电流，φ为电机转角。

当T_{m_ref}＝0时，电机不可进行制动，执行纯液压制动；当T_{m_ref}>0时，电机可以进行制动时，通过比较需求制动力矩T_{P_com}与参考电机制动力矩T_{m_ref}，确定是否需要液压制动力，将制动工况分为纯电机制动和电液复合制动。

①当T_{m_ref}>T_{P_com}时，制动全过程为纯电机制动，电机12提供全部制动力矩，ECU7通过回收电流与电动势计算得到实际电机制动力矩T_{m_real}，再结合参考电机制动力矩T_{m_ref}进行制动力矩修正，具体为：

T_{m_ref}-T_{m_real}＝ΔT_m

ΔS_m＝f(ΔT_m)

其中，f(ΔT_m)是自变量为电机力矩偏差ΔT_m的修正函数，ΔS_m为电机控制信号，i_a、i_b、i_c为电机三相绕组电流，e_a、e_b、e_c为电机三相绕组端电动势，ω为电机转子角速度。

电机控制器11接收电机控制信号，通过控制回收电流进行电机制动力矩控制；返回步骤(1)。纯电机制动过程中，ECU7实施监测需求制动力矩T_{P_com}。

②当T_{m_ref}≤T_{P_com}时，制动过程为电液复合制动，即电机12无法承担全部制动力矩，通过查询电机制动MAP图，参考电机制动力矩T_{m_ref}为电机被控量，此时电机12的实际制动力矩瞬态响应过快，且易出现较大波动；通过需求制动力矩T_{P_com}与参考电机制动力矩T_{m_ref}得到参考液压制动力矩T_{h_ref}，通过参考液压制动力矩T_{h_ref}结合实际轮缸压力矩T_{h_real}进行制动力矩修正，具体为：

T_{P_com}-T_{m_ref}＝T_{h_ref}

T_{h_ref}-T_{h_real}＝ΔT_h

ΔS_h＝f(ΔT_h)

其中，f(ΔT_h)是自变量为液压力矩偏差ΔT_h的修正函数，ΔS_h为液压控制信号。

ECU7接收液压控制信号，通过控制液压控制模块13进行液压制动力矩控制，返回步骤(1)，实现电液复合制动力矩的闭环控制，控制算法为带有修正功能的主动增压控制，控制功能的实现依靠液压控制模块13，具体过程如下：

①液压控制模块13内部柱塞液压泵把增压电机偏心轴的旋转运动转化为活塞的直线运动，进而产生泵油效果；因为增压方式为凸轮式活塞增压，增压过程为非线性过程，通过线性拟合找到增压电机转速与泵油压力、流量的预测值，参与液压制动控制，称为流量-压力特性标定过程。

②由于液压制动控制最终的压力响应在轮缸端，故针对轮缸的流量-压力特性也进行线性拟合标定。

③通过以上标定，可得到轮缸响应的目标压力，并确定不同目标压力时增压电机的工作角位移。

④通过控制增压电机的工作角位移来控制制动轮缸的目标压力，由目标压力控制制动轮缸的压力，精确增压过程，减小轮缸端压力的超调量，提供给增压电机控制器较为准确的液压信号。

电液复合制动过程中，ECU7实施监测实际轮缸压力T_{h_real}。

以上基于电机特性的制动力控制方法能够精确响应电机的制动力，改善制动过程中的稳定性，主动增压控制实现了液压的精确控制，提高到了轮缸端液压响应的准确性。

以上依据本发明的技术方案详细描述了具体实施方式。根据本发明的技术方案在不变更本发明的实质精神下，本领域的一般技术人员可以提出可相互替换的多种结构方式以及实现方式。因此，上文描述的具体实施方式以及附图仅是对本发明的技术方案的示例性说明，而不应当视为本发明的全部或者视为对本发明技术方案的限定或限制。

Claims (10)

1.一种基于电机制动特性的复合制动控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤(1)，车辆为制动工况时，判断储能元器件的SOC，当SOC>96％时，进行纯液压制动；当SOC≤96％时，执行步骤(2)；

步骤(2)，若是紧急制动，执行纯液压制动；否则确定电机是否能够进行制动，电机不能进行制动时，执行纯液压制动；电机能进行制动时，由是否需要液压制动力，确定进行纯电机制动还是电液复合制动；在非紧急制动时，模拟踏板感觉，实现踏板感觉与制动工况一致。

2.根据权利要求1所述的基于电机制动特性的复合制动控制方法，其特征在于，所述电机是否能够进行制动的过程为：通过瞬时标定制动MAP图，得到电机制动效率η的参考目标值，由制动效率η的参考目标值查询MAP图，得到参考电机制动力矩T_{m_ref}，由T_{m_ref}确定电机是否能够进行制动。

3.根据权利要求2所述的基于电机制动特性的复合制动控制方法，其特征在于，当T_{m_ref}＝0时，电机不能进行制动；当T_{m_ref}>0时，电机能够进行制动，通过比较需求制动力矩T_{P_com}与参考电机制动力矩T_{m_ref}，确定是否需要液压制动力。

4.根据权利要求3所述的基于电机制动特性的复合制动控制方法，其特征在于，当T_{m_ref}>T_{P_com}时，进行纯电机制动，ECU由实际电机制动力矩T_{m_real}和参考电机制动力矩T_{m_ref}进行电机制动力矩修正。

5.根据权利要求4所述的基于电机制动特性的复合制动控制方法，其特征在于，所述电机制动力矩修正是由电机控制器接收电机控制信号ΔS_m进行的，其中ΔS_m＝f(ΔT_m)，电机力矩偏差ΔT_m＝T_{m_ref}-T_{m_real}。

6.根据权利要求3所述的基于电机制动特性的复合制动控制方法，其特征在于，当T_{m_ref}≤T_{P_com}时，进行电液复合制动，通过参考液压制动力矩T_{h_ref}结合实际轮缸压力T_{h_real}进行液压制动力矩修正。

7.根据权利要求6所述的基于电机制动特性的复合制动控制方法，其特征在于，液压制动力矩修正是由ECU接收液压控制信号ΔS_h，通过控制液压控制模块进行的，其中ΔS_h＝f(ΔT_h)，液压力矩偏差ΔT_h＝T_{h_ref}-T_{h_real}，参考液压制动力矩T_{h_ref}＝T_{P_com}-T_{m_ref}，实际轮缸压力T_{h_real}由轮缸压力传感器采集。

8.根据权利要求6所述的基于电机制动特性的复合制动控制方法，其特征在于，所述电液复合制动通过主动增压实现闭环控制；所述闭环控制的过程：对增压电机和轮缸的流量-压力特性进行线性拟合标定，获取轮缸响应的目标压力，并确定不同目标压力时增压电机的工作角位移，由增压电机的工作角位移控制制动轮缸的目标压力，从而控制制动轮缸的压力。

9.根据权利要求1所述的基于电机制动特性的复合制动控制方法，其特征在于，所述模拟踏板感觉具体为：由踏板位移x得到参考主缸压力F_{m_ref}，结合实际主缸压力F_{m_real}得到控制蓄能器控制阀的占空比信号。

10.一种根据权利要求1-9任意一项权利要求所述的基于电机制动特性的复合制动控制系统，其特征在于，包括液压控制模块，液压控制模块与制动主缸油路连接，所述油路上依次设有主缸压力传感器和主油路控制阀，主缸压力传感器和主油路控制阀之间的油路设有与主动式蓄能器连接的支路，所述支路上设有蓄能器控制阀；液压控制模块通过油路与车轮轮缸连接，所述油路上设有轮缸压力传感器；

还包括ECU，ECU与踏板位移传感器、主缸压力传感器、蓄能器控制阀、主动式蓄能器、主油路控制阀、轮缸压力传感器、液压控制模块和电机控制器连接。

Images