一种电液复合制动系统及其控制方法与流程

本发明涉及汽车技术领域，涉及制动系统控制技术，尤其涉及一种电液复合制动系统及其控制方法。

背景技术：

制动系统是涉及汽车安全性能的至关重要的系统，其性能的好坏将直接影响整车的行驶安全性能。随着电动汽车生产量和保有量不断增加并逐步迈向产业化的过程中，多采用再生制动技术。在其进行制动时，电机所能够提供的最大再生制动力矩一般无法满足一些强制动工况的需求，同时为了尽可能的提高能量的储备和利用率，再生制动需要协同液压制动共同实现制动安全性和制动稳定性。二者组成了电动汽车的三种制动模式：纯电机再生制动、液压机械制动以及电液复合制动。

一般而言，再生制动的显著特点是响应快，而液压机械制动响应迟滞，在二者切换或复合制动时往往存在再生制动的实时性与液压机械制动迟滞性之间时间响应特性的矛盾，各种制动模式之间的切换往往造成机械制动力矩和再生制动力矩的大幅度变化或者突变，这些将直接影响踏板力并使驾驶员产生不一致的制动感觉。制动感觉是驾驶员制动汽车时的主观综合感受，是评价制动舒适性的主要指标之一,主要包括制动踏板感觉和其他如对制动噪声、制动抖动等感觉。对于传统制动系统而言，踏板力随着踏板行程的增加而增加，进而管路液压和制动器产生的制动力矩与踏板力成近似线性关系；当轮胎与路面间不打滑时，驾驶员所受到的制动减速度也与踏板力成近似线性关系，因此，驾驶员可以直接感觉到汽车的制动强度没有突变，可以获得良好的制动感觉。

而对于电动汽车电液复合制动而言，一方面，同一制动踏板角度下，由于再生制动与传统液压摩擦制动输出的动态特性各异，使得机电复合制动系统具有明显的非线性特性，往往造成驾驶员对不同的制动模式产生不一致的制动感觉；同时，即使同一制动模式，由于不同的制动力分配比例产生的制动力响应特性亦不同，也会致使驾驶员产生不一致的制动感觉。此外，电动汽车的再生制动力往往受到很多因素如电机外特性、电池荷电状态和汽车行驶工况等限制，这些不确定性因素也可能使再生制动力发生波动而无法保证驾驶员制动感觉的连续性。很显然，上述不一致的制动感觉不仅会引起驾驶员由于紧张和误操作而造成的制动安全性问题，而且在很大程度上也会限制着制动能量的回收效果。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是针对背景技术中所涉及到的缺陷，提供一种电液复合制动系统及其控制方法。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

一种电动汽车电液复合制动系统，包括电机再生制动力控制模块、液压制动力控制模块和电液复合制动力整体控制模块；

所述电机再生制动力控制模块包括两个轮毂电机、制动踏板位置传感器、四个轮速传感器、车速传感器、超级电容、二象限dc-dc变换器和第一ecu；

所述两个轮毂电机对应设置在电动汽车的两个前轮中，用于驱动和制动两个前轮；所述制动踏板位置传感器设置在制动踏板处，用于获得制动踏板被踏下的行程和速度；

所述四个轮速传感器对应设置在电动汽车的四个车轮上，用于获得电动汽车的四个车轮的角速度；

所述车速传感器设置在电动汽车上，用于获得电动汽车的速度；

所述二象限dc-dc变换器分别和两个轮毂电机电气相连，用于接收所述第一ecu的数字命令将其转换为模拟控制信号并分别发送给两个轮毂电机；

所述超级电容一端分别和两个轮毂电机电气相连，另一端和电动汽车的蓄电池电气相连，用于暂时储存电动汽车再生制动时获得的电能并以此向蓄电池充电；

所述第一ecu分别和制动踏板位置传感器、轮速传感器、车速传感器、二象限dc-dc变换器、复合制动力控制模块电气连接，用于根据制动踏板位置传感器、轮速传感器、车速传感器的输入信号通过二象限dc-dc变换器控制两个轮毂电机工作，将两个轮毂电机的工作状态传递给所述复合制动力整体控制模块，并接收所述复合制动力整体控制模块的命令对两个轮毂电机进行调整；

所述液压制动力控制模块包括油泵电机、液压油泵、储油缸、高压蓄能器、电磁继电器、电磁阀、两个制动轮缸和第二ecu；

所述液压油泵的输入端和储油缸管道相连、输出端和所述高压蓄能器的入油口管道相连，用于抽取储油缸中的液压油给高压蓄能器补充；

所述储油缸用于存储液压油，所述高压蓄能器用于形成高压液压油，所述油泵电机用于驱动所述液压油泵进行工作；

所述电磁阀一端和所述高压蓄能器的出油口管道相连，另一端分别和两根两个制动轮缸的进油口管道相连，且电磁阀通过电磁继电器和所述第二ecu电气相连；所述电磁继电器用于根据第二ecu输出的电压信号控制电磁阀的回位弹簧产生相应的位移，进而控制从所述高压蓄能器中进入两个制动轮缸的液压油的量；

所述两个制动轮缸位于电动汽车的两个前轮，用于根据接收的液压油形成制动油压产生作用于轮胎的液压制动力；

所述第二ecu分别和油泵电机、电磁继电器、复合制动力整体控制模块电气连接，用于根据所述复合制动力整体控制模块的命令控制油泵电机、电磁继电器工作，使电磁阀回位弹簧产生和复合制动力整体控制模块的命令相应的位移，进而控制高压蓄能器中相应量的液压油进入两个制动轮缸中，并将电磁阀的工作状态传递给所述复合制动力整体控制模块；

所述复合制动力整体控制模块包含第三ecu，所述第三ecu分别和制动踏板位置传感器、轮速传感器、车速传感器、第一ecu、第二ecu电气连接，用于根据制动踏板位置传感器、轮速传感器、车速传感器的输入信号、结合接收到的两个轮毂电机的工作状态和电磁阀的工作状态调整电机再生制动力控制模块、液压制动力控制模块的制动力大小。

本发明还公开了一种该电动汽车电液复合制动系统的控制方法，其中，所述电机再生制动力控制模块的控制方法包含以下步骤：

步骤a.1)，当驾驶员踩下制动踏板时，制动踏板位置传感器获得制动踏板的位移，并将其传递给第三ecu；

步骤a.2)，第三ecu根据制动踏板的位移计算出驾驶员所需制动力的大小，并结合预先设定的再生制动力和液压制动力的分配比、得到再生制动力控制模块的目标制动力tm*；

步骤a.3)，电机再生制动控制模块根据以下公式获得当前电机再生制动控制模块实际产生的再生制动力tm：

式中，tm为当前电机再生制动控制模块实际产生的制动力；k2(s)为液压制动力控制模块的鲁棒控制函数；g(s)motor为电机再生制动控制模块的传递函数；g(s)transmission为电动汽车传动系统传递函数；为驾驶员所需制动力的大小；

步骤a.4)，再生制动控制模块根据目标制动力tm*和实际制动力tm的差值来计算所需的二象限dc-dc变换器的占空比d和两个轮毂电机输入的电枢电流im，控制两个轮毂电机共同输出制动力tm。

作为本发明一种该电动汽车电液复合制动系统的控制方法进一步的优化方案，所述液压制动力控制模块的控制方法包含以下步骤：

步骤b.1)，当驾驶员踩下制动踏板时，制动踏板位置传感器获得制动踏板的位移，并将其传递给第三ecu；

步骤a.2)，第三ecu根据制动踏板的位移计算出驾驶员所需制动力的大小，并结合预先设定的再生制动力和液压制动力的分配比得到液压制动力控制模块的目标制动力th*；

步骤a.3)，液压制动控制模块根据以下公式获得当前液压制动控制模块实际的液压制动力th：

式中，th为当前液压制动控制模块实际的液压制动力；k1为预先设定的再生制动力和液压制动力的分配比；k2(s)为液压制动力控制模块的鲁棒控制函数；g(s)valve为液压制动控制模块中电磁阀的传递函数；g(s)cylinder为液压制动控制模块中制动轮缸的传递函数；为驾驶员所需制动力的大小；

步骤a.4)，液压制动控制模块通过目标制动力th*和实际制动力th的差值来计算两个制动轮缸所需液压油的量，进而计算出电磁阀回位弹簧需要产生的位移xv；

步骤a.5),液压制动控制模块根据电磁阀回位弹簧需要产生的位移xv计算出电磁继电器所需的电压u，控制电磁继电器工作，使得两个制动轮缸共同产生液压制动力th。

作为本发明一种该电动汽车电液复合制动系统的控制方法进一步的优化方案，利用电机响应迅速的特点来补偿由于液压制动力滞后所产生的制动力波动，所述电机再生制动力控制模块的控制方法包含以下步骤：

步骤c.1)，当驾驶员踩下制动踏板时，制动踏板位置传感器获得制动踏板的位移，并将其传递给第三ecu；

步骤c.2)，第三ecu根据制动踏板的位移计算出驾驶员所需制动力的大小，并结合预先设定的再生制动力和液压制动力的分配比、得到再生制动力控制模块的目标制动力tm*；

步骤c.3)，电机再生制动控制模块根据以下公式获得当前电机再生制动控制模块实际产生的再生制动力tm：

式中，tm为当前电机再生制动控制模块实际产生的制动力；k1(s)为电机再生制动力控制模块的鲁棒控制函数；k2(s)为液压制动力控制模块的鲁棒控制函数；k1为预先设定的再生制动力和液压制动力的分配比；g(s)motor为电机再生制动控制模块的传递函数；g(s)transmission为电动汽车传动系统传递函数；g(s)cylinder为液压制动控制模块中制动轮缸的传递函数；为驾驶员所需制动力的大小；

步骤c.4)，再生制动控制模块根据目标制动力tm*和实际制动力tm的差值来计算所需的二象限dc-dc变换器的占空比d和两个轮毂电机输入的电枢电流im，控制两个轮毂电机共同输出制动力tm。

本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：

本发明对复合系统总体进行控制，在保证制动系统实现良好的制动性能和较高的能量回收效率的同时，使驾驶员获得自然的、无明显差异的一致性制动感觉。

附图说明

图1是本发明电动汽车电液复合制动系统的结构示意图；

图2是本发明电动汽车电液复合制动系统控制方法的示意图。

图中，1-制动踏板，2-制动踏板位置传感器，3-储油缸，4-油泵电机，5-液压油泵，6-高压蓄能器，7-电磁阀，8-电磁继电器，9-制动轮缸，10-轮毂电机，11-二象限dc-dc变换器。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明：

本发明可以以许多不同的形式实现，而不应当认为限于这里所述的实施例。相反，提供这些实施例以便使本公开透彻且完整，并且将向本领域技术人员充分表达本发明的范围。在附图中，为了清楚起见放大了组件。

如图1所示，本发明公开了一种电动汽车电液复合制动系统，包括电机再生制动力控制模块、液压制动力控制模块和电液复合制动力整体控制模块；

电机再生制动力控制模块包括两个轮毂电机、制动踏板位置传感器、四个轮速传感器、车速传感器、超级电容、二象限dc-dc变换器和第一ecu；

两个轮毂电机对应设置在电动汽车的两个前轮中，用于驱动和制动两个前轮；制动踏板位置传感器设置在制动踏板处，用于获得制动踏板被踏下的行程和速度；

四个轮速传感器对应设置在电动汽车的四个车轮上，用于获得电动汽车的四个车轮的角速度；

车速传感器设置在电动汽车上，用于获得电动汽车的速度；

二象限dc-dc变换器分别和两个轮毂电机电气相连，用于接收第一ecu的数字命令将其转换为模拟控制信号并分别发送给两个轮毂电机；

超级电容一端分别和两个轮毂电机电气相连，另一端和电动汽车的蓄电池电气相连，用于暂时储存电动汽车再生制动时获得的电能并以此向蓄电池充电；

第一ecu分别和制动踏板位置传感器、轮速传感器、车速传感器、二象限dc-dc变换器、复合制动力控制模块电气连接，用于根据制动踏板位置传感器、轮速传感器、车速传感器的输入信号通过二象限dc-dc变换器控制两个轮毂电机工作，将两个轮毂电机的工作状态传递给复合制动力整体控制模块，并接收复合制动力整体控制模块的命令对两个轮毂电机进行调整；

液压制动力控制模块包括油泵电机、液压油泵、储油缸、高压蓄能器、电磁继电器、电磁阀、两个制动轮缸和第二ecu；

液压油泵的输入端和储油缸管道相连、输出端和高压蓄能器的入油口管道相连，用于抽取储油缸中的液压油给高压蓄能器补充；

储油缸用于存储液压油，高压蓄能器用于形成高压液压油，油泵电机用于驱动液压油泵进行工作；

电磁阀一端和高压蓄能器的出油口管道相连，另一端分别和两根两个制动轮缸的进油口管道相连，且电磁阀通过电磁继电器和第二ecu电气相连；电磁继电器用于根据第二ecu输出的电压信号控制电磁阀的回位弹簧产生相应的位移，进而控制从高压蓄能器中进入两个制动轮缸的液压油的量；

两个制动轮缸位于电动汽车的两个前轮，用于根据接收的液压油形成制动油压产生作用于轮胎的液压制动力；

第二ecu分别和油泵电机、电磁继电器、复合制动力整体控制模块电气连接，用于根据复合制动力整体控制模块的命令控制油泵电机、电磁继电器工作，使电磁阀回位弹簧产生和复合制动力整体控制模块的命令相应的位移，进而控制高压蓄能器中相应量的液压油进入两个制动轮缸中，并将电磁阀的工作状态传递给复合制动力整体控制模块；

复合制动力整体控制模块包含第三ecu，第三ecu分别和制动踏板位置传感器、轮速传感器、车速传感器、第一ecu、第二ecu电气连接，用于根据制动踏板位置传感器、轮速传感器、车速传感器的输入信号、结合接收到的两个轮毂电机的工作状态和电磁阀的工作状态调整电机再生制动力控制模块、液压制动力控制模块的制动力大小。

如图2所示，本发明还公开了一种该电动汽车电液复合制动系统的控制方法，其中，电机再生制动力控制模块的控制方法包含以下步骤：

步骤a.1)，当驾驶员踩下制动踏板时，制动踏板位置传感器获得制动踏板的位移，并将其传递给第三ecu；

步骤a.2)，第三ecu根据制动踏板的位移计算出驾驶员所需制动力的大小，并结合预先设定的再生制动力和液压制动力的分配比、得到再生制动力控制模块的目标制动力tm*；

步骤a.3)，电机再生制动控制模块根据以下公式获得当前电机再生制动控制模块实际产生的再生制动力tm：

式中，tm为当前电机再生制动控制模块实际产生的制动力；k2(s)为液压制动力控制模块的鲁棒控制函数；g(s)motor为电机再生制动控制模块的传递函数；g(s)transmission为电动汽车传动系统传递函数；为驾驶员所需制动力的大小；

步骤a.4)，再生制动控制模块根据目标制动力tm*和实际制动力tm的差值来计算所需的二象限dc-dc变换器的占空比d和两个轮毂电机输入的电枢电流im，控制两个轮毂电机共同输出制动力tm。

如图2所示，液压制动力控制模块的控制方法包含以下步骤：

步骤b.1)，当驾驶员踩下制动踏板时，制动踏板位置传感器获得制动踏板的位移，并将其传递给第三ecu；

步骤a.2)，第三ecu根据制动踏板的位移计算出驾驶员所需制动力的大小，并结合预先设定的再生制动力和液压制动力的分配比得到液压制动力控制模块的目标制动力th*；

步骤a.3)，液压制动控制模块根据以下公式获得当前液压制动控制模块实际的液压制动力th：

式中，th为当前液压制动控制模块实际的液压制动力；k1为预先设定的再生制动力和液压制动力的分配比；k2(s)为液压制动力控制模块的鲁棒控制函数；g(s)valve为液压制动控制模块中电磁阀的传递函数；g(s)cylinder为液压制动控制模块中制动轮缸的传递函数；为驾驶员所需制动力的大小；

步骤a.4)，液压制动控制模块通过目标制动力th*和实际制动力th的差值来计算两个制动轮缸所需液压油的量，进而计算出电磁阀回位弹簧需要产生的位移xv；

步骤a.5),液压制动控制模块根据电磁阀回位弹簧需要产生的位移xv计算出电磁继电器所需的电压u，控制电磁继电器工作，使得两个制动轮缸共同产生液压制动力th。

电机再生制动力控制模块的控制方法还可以采用另一种方案，利用电机响应迅速的特点来补偿由于液压制动力滞后所产生的制动力波动，具体如下：

步骤c.1)，当驾驶员踩下制动踏板时，制动踏板位置传感器获得制动踏板的位移，并将其传递给第三ecu；

步骤c.2)，第三ecu根据制动踏板的位移计算出驾驶员所需制动力的大小，并结合预先设定的再生制动力和液压制动力的分配比、得到再生制动力控制模块的目标制动力tm*；

步骤c.3)，电机再生制动控制模块根据以下公式获得当前电机再生制动控制模块实际产生的再生制动力tm：

式中，tm为当前电机再生制动控制模块实际产生的制动力；k1(s)为电机再生制动力控制模块的鲁棒控制函数；k2(s)为液压制动力控制模块的鲁棒控制函数；k1为预先设定的再生制动力和液压制动力的分配比；g(s)motor为电机再生制动控制模块的传递函数；g(s)transmission为电动汽车传动系统传递函数；g(s)cylinder为液压制动控制模块中制动轮缸的传递函数；为驾驶员所需制动力的大小；

步骤c.4)，再生制动控制模块根据目标制动力tm*和实际制动力tm的差值来计算所需的二象限dc-dc变换器的占空比d和两个轮毂电机输入的电枢电流im，控制两个轮毂电机共同输出制动力tm。

本技术领域技术人员可以理解的是，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。