专利名称：电动汽车组合制动控制系统及控制方法
技术领域：
本发明涉及一种电动汽车组合制动控制系统及控制方法。
背景技术：
随着电动汽车的不断改进与完善，为了在电池总电量一定的条件下实现续驶里程的延长，目前很多电动汽车都带有能量回收的装置。特别在汽车的制动过程中，电动机暂时处于反馈制动状态，可以给电池充电，从而实现能量的回收。但是因为电动机在发电状态下产生的制动力矩有限，因此有必要加入液压制动。所以所谓的电动汽车组合制动系统，即包括进行能量回馈的电制动和传统液压制动。由于电制动的存在，为了使组合制动符合传统车的制动感觉，即产生线性制动的效果，有必要限制液压制动力，而被限制的部分即被电制动取代。
现有技术中，实现组合制动多采用传统车的液压制动系统，调节电机的制动转矩，仅根据踏板位移是否大于一定值判断是否需要加入液压制动。这一方面不利于能量的最大回收；另一方面，电机的特性决定了其制动力矩并非在各种车速条件下都线性可调，因此这种方案的总制动力的线性度不好，容易使驾驶员产生不一样的制动感觉。
发明内容本发明的目的就是为了解决以上问题，提供一种电动汽车组合制动控制系统及控制方法，其操控性能更好、制动效果更佳，能量利用效率更高。
为实现上述目的，本发明提出一种电动汽车组合制动的控制系统，包括组合制动ECU、制动踏板位移传感器、比例阀、主缸油压传感器、轮缸油压传感器，所述比例阀、制动踏板位置传感器、主缸油压传感器、轮缸油压传感器分别与所述组合制动ECU电连接，所述比例阀与主缸油路连接；所述制动踏板位移传感器和主缸压力传感器采集制动信号，输入至所述组合制动ECU综合判断得到总的制动需求，组合制动ECU同时采集电机控制模块发出的可提供的最大电制动力矩，并由此计算出所需的液压制动力矩，输出控制信号给比例阀，实现电制动与液压制动的组合制动。
上述的控制系统，还包括二通电磁阀，与所述比例阀并联于油路，所述二通电磁阀为常开阀，在制动踏板返回时保证轮缸处的高压油可以回到油壶里，减小或解除液压制动力；在电制动失效或比例阀失效时仍然可以完全通过液压制动提供制动力矩。还包括单向阀，串接于所述比例阀后端，使轮缸处的油压始终低于或等于比例阀输出端的油压，不致于在比例阀处发生回流的现象。
同时本发明提出了一种电动汽车组合制动控制方法，包括如下步骤1)由踏板位移传感器实时采集制动踏板位移信号，主缸压力传感器实时采集主缸油压，组合制动ECU综合判断得到总的制动需求；同时组合制动ECU采集电机ECU发出的此时可提供的最大电制动力矩；2)组合制动ECU根据以上的两个值作差得到所需的液压制动；3)组合制动ECU计算出比例阀输出值，控制所述比例阀输出所需的轮缸油压制动力，实现电制动与液压制动的组合制动。
上述的电动汽车组合制动控制方法，在油门踏板松开而未采集到制动踏板踩下的信号时，电动机进入反馈制动状态，提供固定值的制动力矩。
上述的电动汽车组合制动控制方法，比例阀后端加入一个单向阀作为保护，使轮缸处的油压始终低于或等于比例阀输出端的油压，不致于在比例阀处发生回流的现象。。与所述比例阀并联设置常开的二通电磁阀，当踏板的状态由踩下变为抬起时，所述二通电磁阀打开，保证轮缸处的高压油可以回到油壶里，减小或解除液压制动力。在电制动失效或比例阀失效时完全通过液压制动提供制动力矩。
上述的电动汽车组合制动控制方法，所述由踏板角位移和主缸油压换算出的总制动力矩以及由液压制动参与的部分制动力矩换算出的所需轮缸油压，根据在相同机械结构下纯液压制动系统的实测曲线获得。所述比例阀输出值依据该比例阀的输入电流～输出油压特性曲线获得。组合制动ECU采用按任务执行频率分配优先级的方法，即任务执行频率越高，该任务的优先级越高。
由于采用了以上的方案，带来了如下的有益效果
在液压系统中加入比例阀限制液压制动力矩，通过电机ECU和制动ECU的通讯，对比例阀和电机进行协调控制，实时计算、分配电制动和液压制动，保证了制动过程中的与传统车一致的制动效果和制动感觉，又最大限度的回收能量，使其操控性能更好、制动效果更佳，能量利用效率更高。
当电制动能够满足制动需求时，可以完全由电制动承担制动，比例阀输出接近0；当电制动不足时再加入比例阀输出的液压制动，以电制动为优先，争取最大限度的回收能量。
本系统通过采样主缸油压与制动踏板角位移综合判断制动需求的大小，由踏板角位移和主缸油压换算出的总制动力矩以及由液压制动参与的部分制动力矩换算出的所需轮缸油压，根据在相同机械结构下纯液压制动系统的实测曲线获得；比例阀输出值依据该比例阀的输入电流～输出油压特性曲线获得；这样得到的结果更为准确、且可靠。使本发明的整体操控性能更优化。
图1是本发明组合制动系统管路布置图。
图2是本发明组合制动的制动力矩分配示意图。
图3本发明组合制动ECU系统硬件结构图。
图4本发明组合制动系统软件结构图。
具体实施方式
下面通过具体的实施例并结合附图对本发明作进一步详细的描述。
液压管路描述该组合制动系统的主要控制部件为一个可以控制输出压力的比例阀，辅助部件包括为回油提供通路的二位二通电磁阀5，以及探知制动油压的主缸油压传感器2、轮缸油压传感器3。该系统的管路连接如图1所示。在本系统中电制动只作用在前轮上。
系统控制原理描述在松开油门踏板而不踩下制动踏板的时候，电动机即进入反馈制动状态，提供固定值的制动力矩(使整车减速度在0.15G，与传统车相一致)，这相当于燃油车从高速行驶进入怠速行驶过程中的发动机制动。
当制动踏板踩下时，由踏板位角移传感器1和主缸压力传感器2得到的信号综合判断得到总的制动需求。同时，由CAN总线上得到电机控制模块(电机ECU)发出的此时可提供的最大电制动力矩，以上的两个值作差即可得到所需的液压制动(此时所需液压制动可能为0)。再由此计算出比例阀的控制信号并输出给比例阀5，实现电制动与液压制动的组合制动。组合制动中各部分的制动力矩分配如图2所示。
由于比例阀只能单向输出，故而在其后端加入一个单向阀4作为保护，使轮缸处的油压始终低于或等于比例阀输出端的油压，不致于在比例阀处发生回流的现象。当踏板的状态由踩下变为抬起时，与比例阀并联的二位二通阀打开(考虑到系统的安全性，该二位二通阀为常开阀，在电制动失效或比例阀失效时仍然能够提供制动力矩)，保证轮缸处的高压油可以回到油壶里，减小或解除液压制动力。
其中，由踏板角位移和主缸油压换算出的总制动力矩以及由液压制动参与的部分制动力矩换算出的所需轮缸油压，均是在相同机械结构下纯液压制动系统的实测曲线所得。由所需轮缸油压得到的比例阀输出值则是依据该比例阀的C(输入电流)～P(输出油压)特性曲线所得。在轮缸处测得的轮缸油压实际值可作为负反馈在控制程序中实现PD调节，从而使系统具有较好的动态响应特性(刹车系统由于本身带有反馈环节——驾驶员眼睛的输入和脚的输出构成天然的负反馈，因而对系统的静态响应特性要求并不十分严格)。
硬件系统设计由于制动是汽车上关系到人身生命安全的重要部分，因此对系统的安全性，可靠性有较高的要求。特别是电制动失效，比例阀、电磁阀、传感器等重要部件故障，系统死机等情况发生时，硬件的可靠性及软件的健壮性更显得尤为重要。
硬件系统结构组合制动ECU硬件系统结构如图3所示本控制系统的硬件系统具体实现主要包括三大模块内容主处理器模块，输入输出模块，以及其他模块。
·主处理器模块本应用的硬件系统以PHILIPS公司生产的ARM7微处理器LPC2119为核心。
LPC2119芯片是以ARM7TDMI-S为内核的PHILIPS中低价位ARM7系列产品之一，带有16K的片内静态RAM和128K的片内FLASH EEPROM，对于可剪裁的uC/OSII系统，在操作系统的移植过程中，可以将操作系统固化在FLASH上，只有常用的代码和数据结构才进入RAM，而这对于系统性能基本不构成影响。该微处理器内部1.8V的低工作电压和睡眠/唤醒模式，降低了芯片的功耗；其内置的CAN接口和超小的LPFP64封装还大大缩小了电路板的面积；片上内置的看门狗提高了系统的可靠性。此外，其最高可达60MHz的工作频率也可以使系统的运行速度和任务的响应时间达到较高的水平。制动ECU采用ARM7-TDMI为内核的主控芯片，处理速度远大于一般8位、16位单片机，稳定性和可靠性同时也有所保证，符合制动控制在时间上和可靠性上的较高要求。
·输入输出模块及其它模块输入输出模块包括了AD采样电路、DA输出电路、数字IO输入输出电路。AD采样电路主要由运算放大器和精密电阻以及滤波电路组成，保证了AD采样的精度和抗干扰的能力；DA输出则采用带有四路DA转换的芯片-DAC8420来完成，同时带有跟随器电路等，增加DA输出的驱动能力；数字IO输入输出主要由隔离光耦，MOS管组成。
其它模块主要有系统时钟及复位电路，采用11.0592Mhz的晶振和复位芯片；JTAG接口电路，用于下载程序及程序的片上跟踪调试；以及CAN收发器电路、UART串口通讯电路用于与外界通讯的模块等，这里不再一一赘述。
软件系统结构组合制动ECU软件系统结构如图4所示·实时操作系统本应用中的软件部分是由uC/OSII为内核的实时操作系统组成。采用实时内核能大大简化应用系统的设计，因为它允许将应用分成若干个任务，由实时内核来管理它们。内核为每个任务分配CPU时间，控制任务的切换，并且负责任务之间的通讯。因此实时内核相对于前后台系统具有显著的优越性。
uC/OSII是可移植的、可剪裁的、只读的、占先的、实时的、多任务的内核，能同时管理高达63个任务。由于其基本无偿的提供源程序代码，因此在软件开发方面的初始成本可忽略不计。而代码绝大部分都是用移植性很强的ANSI C编写的，只是与微处理器硬件相关的部分是用汇编语言编写，因此可以比较容易的将uC/OSII移植到本应用中所使用的微处理器上。通过提供自身的系统服务，诸如信号量管理，邮箱、消息队列、延时等，实时内核使得CPU的利用更为有效，而其本身对CPU的占用时间一般仅为2～5个百分点。
·任务及应用程序为了使用uC/OSII实现系统的控制目标，必须将整个系统的控制分为诸多任务，并且为每个任务分配适当的优先级，使用实时内核实现任务间的切换。分配优先级有多种方法，在本应用中采用比较简单的按任务执行频率分配优先级的方法，即任务执行频率越高，该任务的优先级也就越高。只有在局部对响应时间要求较高的任务才对其优先级做适当调整(如系统故障检测及故障处理任务)。
应用程序是为了实现某一特定的功能而编写的代码，它介于操作系统和用户之间，使用操作系统提供的接口函数。其中一些应用程序还可以直接对系统硬件进行操作。每个任务正是由一个个具体的应用程序组成。在本应用中，有CAN控制，UART控制，AD采样控制等多个应用程序。
本应用的任务说明、优先级分配及任务间共享数据方式如表1所示。经实验验证，按照本方案实施的系统，基本上达到系统整体的控制要求。
表1 任务名称、优先级以及任务间共享数据内容和方式列表
权利要求
1.一种电动汽车组合制动的控制系统，包括组合制动ECU、制动踏板位移传感器、比例阀、主缸油压传感器、轮缸油压传感器，所述比例阀、制动踏板位置传感器、主缸油压传感器、轮缸油压传感器分别与所述组合制动ECU电连接，所述比例阀与主缸油路连接；所述制动踏板位移传感器和主缸压力传感器采集制动信号，输入至所述组合制动ECU综合判断得到总的制动需求，组合制动ECU同时采集电机控制模块发出的可提供的最大电制动力矩，组合制动ECU得到所需的液压制动力矩，输出控制信号给比例阀，实现电制动与液压制动的组合制动。
2.如权利要求1所述的控制系统，其特征是还包括二通电磁阀，与所述比例阀并联于油路，所述二通电磁阀为常开阀，在制动踏板返回时保证轮缸处的高压油可以回到油壶里，减小或解除液压制动力；在电制动失效或比例阀失效时仍然可以完全通过液压制动提供制动力矩。
3.如权利要求1所述的控制系统，其特征是还包括单向阀，串接于所述比例阀后端，使轮缸处的油压始终低于或等于比例阀输出端的油压，不致于在比例阀处发生回流的现象。
4.一种电动汽车组合制动控制方法，包括如下步骤1)由踏板位移传感器实时采集制动踏板位移信号，主缸压力传感器实时采集主缸油压，组合制动ECU综合判断得到总的制动需求；同时组合制动ECU采集电机ECU发出的此时可提供的最大电制动力矩；2)组合制动ECU根据以上的两个值作差得到所需的液压制动力；3)组合制动ECU计算出比例阀输出值，控制所述比例阀输出所需的轮缸油压制动力，实现电制动与液压制动的组合制动。
5.根据权利要求4所述的电动汽车组合制动控制方法，其特征在于在油门踏板松开而未采集到制动踏板踩下的信号时，电动机进入反馈制动状态，提供固定值的制动力矩。
6.根据权利要求4所述的电动汽车组合制动控制方法，其特征在于比例阀后端加入一个单向阀作为保护，使轮缸处的油压始终低于或等于比例阀输出端的油压，不致于在比例阀处发生回流的现象。
7.根据权利要求4所述的电动汽车组合制动控制方法，其特征在于与所述比例阀并联设置常开的二通电磁阀，当踏板的状态由踩下变为抬起时，所述二通电磁阀打开，保证轮缸处的高压油可以回到油壶里，减小或解除液压制动力；在电制动失效或比例阀失效时仍然可以完全通过液压制动提供制动力矩。
8.根据权利要求4-7中任一项所述的电动汽车组合制动控制方法，其特征在于所述由踏板角位移和主缸油压换算出的总制动力矩以及由液压制动参与的部分制动力矩换算出的所需轮缸油压，根据在相同机械结构下纯液压制动系统的实测曲线获得。
9.根据权利要求4-7中任一项所述的电动汽车组合制动控制方法，其特征在于所述比例阀输出值依据该比例阀的输入电流～输出油压特性曲线获得。
10.根据权利要求4-7中任一项所述的电动汽车组合制动控制方法，其特征在于组合制动ECU采用按任务执行频率分配优先级的方法，即任务执行频率越高，该任务的优先级越高。
全文摘要
本发明公开一种电动汽车组合制动控制系统及控制方法，系统包括组合制动ECU、制动踏板位移传感器、比例阀、主缸油压传感器、轮缸油压传感器；制动踏板位移传感器和主缸压力传感器采集制动信号，输入至组合制动ECU综合判断得到总的制动需求，组合制动ECU同时采集电机ECU发出的可提供的最大电制动力矩，组合制动ECU得到所需的液压制动，输出控制信号给比例阀输出液压制动力，实现电制动与液压制动的组合制动。本发明对比例阀和电机进行协调控制，实时计算、分配电制动和液压制动，既保证了制动过程中的与传统车一致的制动效果和制动感觉，又最大限度的回收能量，使其操控性能更好、制动效果更佳，能量利用效率更高。
文档编号B60L7/00GK1986272SQ20051002238
公开日2007年6月27日 申请日期2005年12月19日 优先权日2005年12月19日
发明者张凯, 单明磊 申请人:比亚迪股份有限公司