一种基于两自由度差动轮系的电子液压制动系统控制方法
【专利摘要】一种基于两自由度差动轮系的电子液压制动系统的控制方法，控制制动踏板感觉模拟电机：通过对制动踏板感觉模拟机构中电机力矩的控制，为制动踏板提供一定的踏板反馈力，用于模拟制动踏板感觉，同时也为主动建压调压机构提供一定的输入力矩；控制制动电机控制：通过对主动建压调压机构中电机力矩和电机轴转角的控制，再根据两自由度差动轮系的输入力矩-输出力矩关系得到制动主缸目标推力，同时结合再生制动力对整车产生相应的目标制动力。本发明控制方法的控制精确，并具有优异的控制稳定性，能够在满足驾驶员制动意图的前提下，为驾驶员提供准确的制动踏板感觉，为一种新型的电子液压制动系统控制方法。
【专利说明】—种基于两自由度差动轮系的电子液压制动系统控制方法
【技术领域】
[0001]本发明属于汽车【技术领域】，涉及再生制动技术，尤其是电子液压制动系统的控制方法。
【背景技术】
[0002]随着能源危机的加剧，电动汽车已经成为新一代汽车的发展方向，而再生制动技术作为新能源汽车一项关键的节能技术，已经得到越来越大的重视。再生制动技术使汽车在制动过程中将其一部分制动能量转化为电能，并储存在储能装置中，实现制动减速时的能量再利用。
[0003]当前电动汽车再生制动技术中的能量回收方式都是通过电机反拖实现。对于电机，只需要改变逆变器导通功率管的桥臂的通断即PWM控制原理，便能改变同一磁极下电枢电流的方向，进而可以反向拖动电动机，使之向反馈电网或者动力电池进行充电。但是制动回收能量受到很多因素的限制，如电池电荷状态SOC的限制，电池充电功率的限制，电机发电能力的限制等。因此，为在满足汽车制动安全性的前提下尽可能多的回收制动能量，需要加入其他的制动形式，通过与能量回收系统复合作用，产生相当于或优于传统液压机械制动系统的制动效能，这就是复合制动系统。
[0004]目前为实现再生制动最为广泛使用电液复合制动系统。在电液复合制动过程中，电机能提供的再生制动力随车速的变化而变化，为使汽车前后轮制动力更好地接近理想制动力分配曲线，那么必须要求其液压制动力可以进行适时可变调节。
[0005]当前电动汽车上的电液复合制动系统主要有两类:(I)在原有机械液压制动系统上加装能量再生系统，原有的机械液压制动系统和前后轮液压分配比都不变，在一给定制动强度下(亦即制动踏板位置保持不变)情况下，液压制动力不可以随车速的变化进行相应地调节，所以不能最大限度地回收制动能量；(2)采用高压蓄能器作为液压压力建立来源，当需要提供液压压力时，打开相应的阀，液压油经高压蓄能器流向前后各轮液压制动器，液压压力的大小可以通过控制油阀的开度进行调节，当高压蓄能器内的压力不足时，通过高压油泵给高压蓄能器重新增压。但高压蓄能器技术稳定性比较差，内部氮气极易泄露，导致无法正常建立压力等情况的发生，并可能导致车辆完全失去制动力，严重威胁行驶车辆的安全。日本丰田公司混合动力轿车Prius就由于其电液复合制动的高压蓄能器存在泄漏及安全性等问题，在2010年左右进行了多次召回。即使当前很多电液复合制动系统如Bosch、TRW, Continental等公司推出的采用高压蓄能器的电液复合制动系统,具有失效保护回路，也存在对制动系统改动较大，额外增加费用较高等不足。
[0006]因此需要对上述电液复合制动系统进行改进，不但能够准确反馈模拟制动踏板感觉，主动调节液压压力，而且也具有简单有效的失效保护功能。除此之外，还应要求整个制动系统结构简单紧凑、可靠性高、控制容易、性能稳定、成本低、可维护性高等特点。基于两自由度差动轮系的电子液压制动系统便是在此背景下产生的。
[0007]基于两自由度差动轮系的电子液压制动系统结构相较于其他机械电子式电子液压制动系统有较明显的优势，但由于需要对制动踏板感觉模拟电机和制动电机同时进行控制，控制难度也相应增加。因此，这对基于两自由度差动轮系的电子液压制动系统的控制方法提出了较高的要求。
[0008]为了解决这一控制问题，开发一种基于两自由度差动轮系的电液复合制动系统控制方法具有积极意义。
【发明内容】
[0009]本发明的目的在于提供一种基于两自由度差动轮系的电液复合制动系统控制方法，以便克服上述所说电液复合制动系统控制难度较高的问题。
[0010]为达到上述目的，本发明的解决方案是:
[0011]一种基于两自由度差动轮系的电子液压制动系统的控制方法，包括:
[0012]控制制动踏板感觉模拟电机:通过对制动踏板感觉模拟机构中电机力矩的控制，为制动踏板提供一定的踏板反馈力，用于模拟制动踏板感觉，同时也为主动建压调压机构提供一定的输入力矩；
[0013]控制制动电机控制:通过对主动建压调压机构中电机力矩和电机轴转角的控制，再根据两自由度差动轮系的输入力矩-输出力矩关系得到制动主缸目标推力，同时结合再生制动力对整车产生相应的目标制动力。
[0014]进一步，对制动踏板感觉模拟电机的控制逻辑采取的是力矩控制。
[0015]对制动电机控制逻辑采取的是力矩控制和角位移控制。
[0016]通过实现主缸推力和制动踏板反馈力的独立控制，从而在满足整车制动力需求的前提下，保证良好的制动踏板感觉。
[0017]通过使再生制动力的和摩擦制动力的合理耦合，从而实现系统的制动能量回收最大化。
[0018]通过整车控制系统VMS获取再生制动力，从而进行进一步的逻辑判断与仲裁。
[0019]当驾驶员踩下制动踏板产生相应的制动踏板位移后，制动控制系统通过查询储存于系统内的制动踏板位移一制动减速度关系图，得到目标制动减速度，结合整车参数计算求得整车目标总制动力；与此同时，VMS将车辆能产生的再生制动力发送给制动控制系统，系统获取整车目标总制动力和再生制动力数据后，对目标总制动力和再生制动力进行对比。
[0020]所述对比包括:(1)再生制动力大于目标总制动力，此时单纯依靠再生制动，就能满足制动要求，并能最大限度地利用制动能量，液压制动系统不参与制动，只需模拟制动踏板感觉；系统通过查询制动踏板位移一踏板力关系图，获得制动踏板目标踏板力，制动踏板目标踏板力是踏板感觉模拟电机提供的，进而可以获得制动踏板感觉模拟电机的输出转矩；电机控制器在根据求得的转矩信息调节制动踏板感觉模拟电机，制动踏板感觉模拟过程得以完成；
[0021](2)再生制动力小于目标总制动力，此时，只依靠再生制动力，无法满足驾驶员所要求的制动强度要求，液压制动系统参与制动，并和再生制动进行耦合，在满足制动要求的前提下，最大限度地回收制动能量；系统对目标总制动力和再生制动力进行求差，得到目标摩擦制动力，再根据车轮有效滚动半径，盘式制动器结构参数以及制动主缸参数计算出制动主缸推杆目标推力，此制动主缸推杆目标推力正是主动建压调压机构的输出力，在两自由度差动轮系结构参数和主动建压调压机构输出力矩确定的前提下，系统根据两自由度差动轮系转矩分配关系求出中心太阳轮输入力矩和齿圈输入力矩，齿圈输入力矩得以确定，系统求出与齿圈机械连接的制动电机的输出转矩；
[0022]与此同时，系统通过查询制动踏板位移一踏板力关系图，获得制动踏板目标踏板力，制动踏板目标踏板力是踏板感觉模拟电机经一定机械传动提供的，结合前述的中心太阳轮输入力矩，可以求出踏板感觉模拟电机所需输出转矩；
[0023]制动踏板在驾驶员作用下，产生一定踏板位移，通过机械连接结构参数，计算出差动轮系中心太阳轮的输入转角；不计制动主缸压力建立延缓时间，那么在相同的时间内，制动主缸一定的目标压力也对应着制动主缸推杆一定的位移，也对应着差动轮系行星架一定的输出转角，根据两自由度差动轮系结构参数，并且在中心太阳轮输入转角和行星架输出转角确定的情况下，系统计算出齿圈输入转角，并进一步计算出制动电机的输入转角；
[0024]至此，制动控制系统获得了制动踏板模拟机构电机输入力矩，制动电机输入力矩和输入转角参数，发送控制指令给电机控制器，两电机分别在电机控制器控制下，完成相应的工作过程，制动主缸目标压力得以建立。
[0025]制动主缸目标压力建立之后，两个电机开始堵转，随后包括三种情形:
[0026]( I)驾驶员保持制动强度恒定，制动踏板感觉模拟电机和制动电机继续堵转，制动主缸压力保持恒定；
[0027](2)驾驶员增大制动强度，驾驶员踩下制动踏板，制动踏板角位移增大到Θ ’，系统重新重复上述的控制过程，重新计算出电机输出转矩和转角，电机控制器指示两个电机分别完成相应的升矩调速过程，直至制动主缸建立到新的目标压力，两个电机重新堵转，并保持制动王缸压力恒定；
[0028](3)驾驶员减小制动强度，驾驶员松开制动踏板，制动踏板角位移减小到Θ ”，此时系统沿上述控制过程重新计算出电机的输出转矩和转角，电机控制器指令两个电机分别完成相应的降矩调速过程，制动主缸推杆在主缸内压力作用下回位，直至制动主缸建立到新的目标压力，两个电机重新堵转，并保持制动主缸压力恒定。
[0029]当系统检测到制动电机失效时，系统进入失效保护保护状态；制动系统控制单元发送指令给锁止机构，锁止机构开始工作，锁止住制动电机的电机轴；制动电机的电机轴被固定；此时，驾驶员踩下制动踏板，踏板力经踏板推杆、输入齿条、齿轮、输入轴、中心太阳轮、行星轮、行星架、输出轴、齿轮、输出齿条、制动主缸推杆传递至制动主缸，系统仍然具有一定的制动效能。
[0030]本发明同时说明了驾驶员在一定制动强度基础上，增大制动强度或减小制动强度时，即实际车辆制动工况的点刹工况下，制动控制系统的控制方法。另外，本发明也结合实施例公示了该电子液压制动系统制动电机失效时的控制方法。
[0031]本发明控制方法采用制动踏板感觉模拟电机控制逻辑和制动电机控制逻辑实现制动踏板反馈力和制动主缸力的独立控制，从而在满足整车制动力需求的前提下，保证良好的制动踏板感觉。并且能使再生制动力的和摩擦制动力进行合理耦合，从而实现制动系统回收能量最大化。【专利附图】
【附图说明】
[0032]图1为根据本发明的一个示例性实施例的液压制动系统的结构原理简图。
[0033]图2为根据本发明的一个示例性实施例的控制原理简图。
[0034]图3为制动过程中车速、踏板位移、踏板力以及轮缸液压力之间的关系图。
【具体实施方式】
[0035]以下结合附图所示实施例对本发明作进一步的说明。
[0036]如图2所示，该基于两自由度差动轮系的电子液压制动系统控制方法主要包括:制动踏板感觉模拟电机控制逻辑，通过对制动踏板感觉模拟机构中电机力矩的控制，为制动踏板提供一定的踏板反馈力，用于模拟制动踏板感觉，同时也为主动建压调压机构提供一定的输入力矩；制动电机控制逻辑:通过对主动建压调压机构中电机力矩和电机转角的控制，再根据两自由度差动轮系的输入力矩-输出力矩关系得到制动主缸推力，同时结合再生制动力对整车产生相应的目标制动力。
[0037]电动车的再生制动可以分为前轮再生制动，后轮再生制动，前后轮再生制动。考虑到说明的简洁性，三种再生制动方式原理的相似形以及前轮再生制动应用广泛性，在此我们以前轮再生制动作为说明。
[0038]图1为根据本发明的一个示例性实施例的液压制动系统的结构原理简图。驾驶员踩下制动踏板时101时，制动踏板101相对于上一踏板位置转过一定的角度，相对于零位移点的角位移为Θ P，踏板位移传感器401测得此角度信号，并将其传输给制动控制系统。系统通过查询存储其内的制动踏板位移——踏板力关系图，获得踏板转角位移为Θ P的制动踏板力Fpe，系统通过查询存储其内的制动踏板位移——制动减速度关系图，获得驾驶员所需要的整车制动减速度值a，之后系统再根据车辆结构参数计算的得到驾驶员所需要的目标制动力Fb。与此同时，整车控制器VMS根据车速，车载电池状态SOC值等参数计算出在此车况下能产生的再生制动力Flte:
[0039](I)如果Fb ( Flte，此时单纯依靠再生制动，就能满足制动要求，并能最大限度地利用制动能量，液压制动系统不参与制动，只需模拟制动踏板感觉。系统通过查询制动踏板位移一踏板力关系图，获得制动踏板目标踏板力FPe，此时制动踏板目标踏板力Fb ^ FEe是踏板感觉模拟电机106的输入转矩为Tltl6:
【权利要求】
1.一种基于两自由度差动轮系的电子液压制动系统的控制方法，其特征在于:包括: 控制制动踏板感觉模拟电机:通过对制动踏板感觉模拟机构中电机力矩的控制，为制动踏板提供一定的踏板反馈力，用于模拟制动踏板感觉，同时也为主动建压调压机构提供一定的输入力矩； 控制制动电机控制:通过对主动建压调压机构中电机力矩和电机轴转角的控制，再根据两自由度差动轮系的输入力矩-输出力矩关系得到制动主缸目标推力，同时结合再生制动力对整车产生相应的目标制动力。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于:对制动踏板感觉模拟电机的控制逻辑采取的是力矩控制。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于:对制动电机控制逻辑采取的是力矩控制和角位移控制。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于:通过实现主缸推力和制动踏板反馈力的独立控制，从而在满足整车制动力需求的前提下，保证良好的制动踏板感觉。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于:通过使再生制动力的和摩擦制动力的合理耦合，从而实现系统的制动能量回收最大化。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于:通过整车控制系统VMS获取再生制动力，从而进行进一步的逻辑判断与仲裁。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于:当驾驶员踩下制动踏板产生相应的制动踏板位移后，制动控制系统通过查询储存于系统内的制动踏板位移一制动减速度关系图，得到目标制动减速度，结合整车参数计算求得整车目标总制动力；与此同时，VMS将车辆能产生的再生制动力发送给制动控制系统，系统获取整车目标总制动力和再生制动力数据后，对目标总制动力和再生制动力进行对比。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于:所述对比包括:(1)再生制动力大于目标总制动力，此时单纯依靠再生制动，就能满足制动要求，并能最大限度地利用制动能量，液压制动系统不参与制动，只需模拟制动踏板感觉；系统通过查询制动踏板位移一踏板力关系图，获得制动踏板目标踏板力，制动踏板目标踏板力是踏板感觉模拟电机提供的，进而可以获得制动踏板感觉模拟电机的输出转矩；电机控制器在根据求得的转矩信息调节制动踏板感觉模拟电机，制动踏板感觉模拟过程得以完成； (2)再生制动力小于目标总制动力，此时，只依靠再生制动力，无法满足驾驶员所要求的制动强度要求，液压制动系统参与制动，并和再生制动进行耦合，在满足制动要求的前提下，最大限度地回收制动能量；系统对目标总制动力和再生制动力进行求差，得到目标摩擦制动力，再根据车轮有效滚动半径，盘式制动器结构参数以及制动主缸参数计算出制动主缸推杆目标推力，此制动主缸推杆目标推力正是主动建压调压机构的输出力，在两自由度差动轮系结构参数和主动建压调压机构输出力矩确定的前提下，系统根据两自由度差动轮系转矩分配关系求出中心太阳轮输入力矩和齿圈输入力矩，齿圈输入力矩得以确定，系统求出与齿圈机械连接的制动电机的输出转矩； 与此同时，系统通过查询制动踏板位移一踏板力关系图，获得制动踏板目标踏板力，制动踏板目标踏板力是踏板感觉模拟电机经一定机械传动提供的，结合前述的中心太阳轮输入力矩，可以求出踏板感觉模拟电机所需输出转矩；制动踏板在驾驶员作用下，产生一定踏板位移，通过机械连接结构参数，计算出差动轮系中心太阳轮的输入转角；不计制动主缸压力建立延缓时间，那么在相同的时间内，制动主缸一定的目标压力也对应着制动主缸推杆一定的位移，也对应着差动轮系行星架一定的输出转角，根据两自由度差动轮系结构参数，并且在中心太阳轮输入转角和行星架输出转角确定的情况下，系统计算出齿圈输入转角，并进一步计算出制动电机的输入转角； 至此，制动控制系统获得了制动踏板模拟机构电机输入力矩，制动电机输入力矩和输入转角参数，发送控制指令给电机控制器，两电机分别在电机控制器控制下，完成相应的工作过程，制动主缸目标压力得以建立。
9.如权利要求7所述的方法，其特征在于:制动主缸目标压力建立之后，两个电机开始堵转，随后包括三种情形: (1)驾驶员保持制动强度恒定，制动踏板感觉模拟电机和制动电机继续堵转，制动主缸压力保持恒定； (2)驾驶员增大制动强度，驾驶员踩下制动踏板，制动踏板角位移增大到θ’，系统重新重复上述的控制过程，重新计算出电机输出转矩和转角，电机控制器指示两个电机分别完成相应的升矩调速过程，直至制动主缸建立到新的目标压力，两个电机重新堵转，并保持制动王缸压力恒定； (3)驾驶员减小制动强度，驾驶员松开制动踏 板，制动踏板角位移减小到Θ”，此时系统沿上述控制过程重新计算出电机的输出转矩和转角，电机控制器指令两个电机分别完成相应的降矩调速过程，制动主缸推杆在主缸内压力作用下回位，直至制动主缸建立到新的目标压力，两个电机重新堵转，并保持制动主缸压力恒定。
10.如权利要求7所述的方法，其特征在于:当系统检测到制动电机失效时，系统进入失效保护保护状态；制动系统控制单元发送指令给锁止机构，锁止机构开始工作，锁止住制动电机的电机轴；制动电机的电机轴被固定；此时，驾驶员踩下制动踏板，踏板力经踏板推杆、输入齿条、齿轮、输入轴、中心太阳轮、行星轮、行星架、输出轴、齿轮、输出齿条、制动主缸推杆传递至制动主缸，系统仍然具有一定的制动效能。
【文档编号】B60T13/74GK103754212SQ201410008750
【公开日】2014年4月30日 申请日期:2014年1月8日 优先权日:2014年1月8日
【发明者】熊璐, 袁兵, 徐松云, 余卓平 申请人:同济大学