CN117755254A - 一种电液复合制动能量回收控制方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种电液复合制动能量回收控制方法，包括通过获取复杂工况的道路信息，包括坡度、路面附着系数，充分利用附着力，平衡分配各车轮制动力，确定车轮制动力分配系数，确保车辆制动稳定性与平顺性；根据获取的车辆信息，通过预设的程序计算，确定电液制动力分配系数；根据车轮制动力分配系数和电液制动力分配系数调整滑行回收曲线或制动回收图谱，确定滑行回收扭矩或制动回收扭矩，充分发挥电制动的节能潜力，使车辆能够达到更加适应于当前工况条件的制动效果，既保证了制动过程舒适性，又提高能量回收经济性。
Description
技术领域
本发明涉及能量回收控制技术领域，具体涉及一种电液复合制动能量回收控制方法及装置。
背景技术
随着新能源汽车的迅速发展，市场对于续航里程的要求越来越高。目前增加续驶里程的方法主要有提高动力电池的容量和降低车辆能量损耗。在动力电池保持不变的情况下，车辆的制动能量回收作为降耗的重要手段被应用。
现有技术中，制动能量回收参数的相关标定，通常基于车速、踏板开度及电机外特性曲线等车辆信息，没有充分考虑到复杂工况对制动控制的影响，尤其是郊外野外的工况。复杂工况下的车辆信息和道路阻力变化较大，或者下坡过程中势能变化较大，此时仍采用标定的制动能量回收策略会使得制动减速度变化较大，进而影响能量回收率和驾驶舒适性。
在长下坡时，尤其是质量较大的车辆，制动盘会因频繁使用，导致制动失灵现象。利用滑行能量回收，可进一步提高能量利用率，同时可减少制动盘的使用，提高制动盘的寿命，降低制动失灵事故，保障安全性。
当驾驶员踩下制动踏板时，车辆进入制动动作，制动主缸向轮杠释放制动压力，前后车轮的液压制动器开始制动。当整车控制器收到制动动作信号，且判定车速、电池可满足能量回收条件，整车控制器向电机控制器发送指令，控制电机制动进行能量回收。当地面附着力不足以支撑制动力，车轮滑移率增加出现抱死时，ABS启动，电机退出能量回收模式。
电机制动与液压制动作为相对独立的两套制动控制系统，共同作用时，其电液制动回收分配系数的计算方式相对粗放，不利于能量回收率的提高，且可能会因为附着力误差大导致车轮抱死的安全问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种电液复合制动能量回收控制方法，该方法能调整滑行回收曲线或制动回收图谱，确定滑行回收扭矩或制动回收扭矩，充分发挥电制动的节能潜力，使车辆能够达到更加适应于当前工况条件的制动效果，既保证了制动过程舒适性，又提高能量回收经济性。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种电液复合制动能量回收控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、当检测到车辆处于滑行或制动状态时，检测车辆是否行驶在有坡度的道路上；
S2、若行驶在有坡度的道路上，获取坡度信息确定道路阻力及附着力；
S3、根据道路阻力和附着力，确定车轮制动力分配系数；
S4、获取车辆信息，进而确定电液制动力分配系数；
S5、当车辆处于滑行状态时，根据S3获取的车轮制动力分配系数和S5获取的电液制动力分配系数调整滑行回收曲线，确定滑行回收扭矩；
S6、当车辆处于制动状态时，根据S3获取的车轮制动力分配系数和S4获取的电液制动力分配系数调整制动回收图谱，确定制动回收扭矩。
优选的，所述S1中检测车辆是否行驶在有坡度道路上的操作方式为：采集当前坡度值，若当前坡度值大于预设的坡度阈值，则表示车辆行驶在有坡度的道路上；其中预设的坡度阈值在理想状态下可以为零，由于车辆只有在下坡状态下才出现制动或者滑行，则当检测到车辆行驶在有坡度道路上时具体为车辆处于下坡行驶状态。
优选的，所述S2中通过坡度传感器获取坡度信息。
优选的，所述S3的具体操作方式为：设置参考车速、滑移率和制动力分配系数的计算程序，设置电子控制单元的执行程序和制动力的跟踪调节程序，电子控制单元计算参考车速和滑移率后，发出指令给制动压力调节器，最终确定制动力分配系数。
优选的，所述S4中获取的车辆信息包括车速信息、加速踏板开合度、制动踏板开合度、ABS状态、电荷状态和车辆载荷，通过对应的车载传感器采集对应的车辆信息。
优选的，S5中所述滑行回收曲线用于表征车速和滑行回收扭矩的对应关系，调整滑行回收曲线的具体方式为将制动回收调整系数乘以滑行回收曲线；
所述制动回收调整系数＝车轮制动力分配系数×电液制动力分配系数，在制动过程中，为充分利用地面附着力，先通过车轮制动力分配系数确定前、后轮的制动力，再通过电液制动力分配系数分别对前、后轮的制动力进行液压制动力和电机制动力的分配，其中电机制动的扭矩则为制动回收扭矩；
S6中所述制动回收图谱用于表征车速、制动踏板开合度和制动回收扭矩的对应关系，调整制动回收图谱的具体方式为将坡度调整系数乘以制动回收图谱，得到调整后的制动回收图谱，
所述坡度调整系数是用于表征坡道系数与制动回收扭矩的对应关系。坡度系数＝(Δh/Δl)*100％，其中Δh表示垂直高度的变化，Δl表示水平距离的变化。
一种用于电液复合制动能量回收控制方法的控制装置，包括整车控制器、电机控制器、ISG电机、轮速传感器、制动盘、液压控制单元和液压制动模块，所述ISG电机连接在车轮上用于驱动车轮，所述制动盘安装在车轮上用于制动车轮，所述液压控制单元连接制动盘，所述液压制动模块连接液压控制单元，所述整车控制器与电机控制器双向连接，所述电机控制器与ISG电机双向连接，所述轮速传感器连接车轮、液压制动模块和整车控制器，所述液压制动模块双向连接整车控制器，所述液压制动模块包括EBD和ABS。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1、本发明具有高效能量转化：电动机和发电机之间的电液复合技术具有高效的能量转化率，充分利用路面附着系数，及时调节四轮制动力分配，使车辆处于最大能量回收状态，可以最大程度地捕捉制动过程中的动能，将其转化为电能，减少能量损失。
2、本发明能多模式切换：通过调节电液制动力分配系数，可选择不同的工作模式，包括标准制动模式、节能模式和高能量回收模式，以满足不同驾驶需求和路况。
3、本发明具有长期节能效益：通过能量回收系统，车辆可以在长期使用中实现显著的节能效益，可降低燃油或电池消耗，延长发动机、电池、制动盘等部件的寿命，减少运营成本。
4、本发明能提高车辆安全保障：能提高EBD平衡各车轮的制动状态，提高转向制动安全性，同时对长下坡等路段，利用滑行能量回收控制车速，避免制动盘过度使用而制动失灵。
5、本发明适用范围广，能适用于各类车辆，包括卡车、公交车和工程车辆等。
下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明。
附图说明
图1是本发明中控制方法的流程示意图。
图2是本发明实施例2中制动能量回收控制原理的流程示意图。
图3是本发明实施例1的控制装置结构架构示意图。
具体实施方式
实施例1
如图3所示，本实施例提供了一种电液复合制动能量回收控制装置，包括整车控制器、电机控制器、ISG电机、轮速传感器、制动盘、液压控制单元和液压制动模块，所述ISG电机连接在车轮上用于驱动车轮，所述制动盘安装在车轮上用于制动车轮，所述液压控制单元连接制动盘，所述液压制动模块连接液压控制单元，所述整车控制器与电机控制器双向连接，所述电机控制器与ISG电机双向连接，所述轮速传感器连接车轮、液压制动模块和整车控制器，所述液压制动模块双向连接整车控制器，所述液压制动模块包括EBD和ABS。
实施例2
如图1和图2本实施例提供了一种电液复合制动能量回收控制方法，包括以下步骤：
S1、车辆VCU实时监测驾驶员需求制动扭矩、需求制动力、附着力、坡度信息，判断驾驶员制动意图，等待进入制动模式；
S2、由车轮运动状态，ABS反馈数据，判定ABS是否触发；如若触发则直接液压制动响应，电机制动回收扭矩为0；
S3、制动时，车辆利用的摩擦系数到峰值后与抱死拖滑之间的时间可以近似表示为：
车辆在峰值摩擦力的制动时间tp为
其中，FN表示轮胎正向力；Iw表示车轮元件转动惯量；K表示制动力矩与时间函数关系斜率；R表示轮胎半径；Sp表示峰值摩擦系数时轮胎滑移率；ω0表示车轮初始角速度。
判定制动强度是否在电机制动的许用范围内，如条件满足则电机制动响应，否则，液压制动响应；为保障安全，在紧急制动使快速介入液压制动，预设制动强度＜0.7为制动强度的许用范围。
S4、判定动力电池电荷荷电状态SOC是否在电机制动的许用范围内，如条件满足则电机制动响应，否则，液压制动响应；为保护电池，避免电池过充过放，结合电池充放电曲线，预设电池0.3＜SOC＜0.9为SOC许用范围，且当0.7＜SOC＜0.9时，制动能量回收受到电池允许的最大充电电流制约；当SOC≤0.7时，制动能量回收不受电池允许的最大充电电流制约。
S5、判定车辆速度是否在电机制动的许用范围内，如条件满足则电机制动响应，否则，液压制动响应；为提高能量利用率，根据电机外特性曲线取值，预设车辆速度＞10km/h为车辆速度的许用范围。
S6、通过判断制动踏板开合度，判断车轮是否滑行，当制动踏板和加速踏板开合度均为0，且车辆处于下坡时，车辆进行下坡滑行能量回收，并输出滑行回收扭矩。
若制动踏板开度不为0，车辆进行电机制动，进行能量回收；
获取地面对车轮的最大制动力
其中，M表示整车质量；表示附着系数；Lx表示前/后轴距离车辆的质心距离；hg表示车辆的质心高度；FZ表示地面对前/后车轮的最大地面制动力。
S7、判断电机制动力是否大于需求制动力，若不满足，需要启用液压制动补偿制动力，输出制动回收扭矩为需求扭矩与液压制动扭矩之差，并实时输出电液制动力分配系数。
当制动强度较小时，电机制动力大于需求制动力。如制动强度＜0.1时，制动力全部由电机再生制动力提供。优先使用电机再生制动，制动力不满足需求时，通过液压制动补偿，保证最大能量回收效率和安全性能。
电液制动力分配系数用于制动主缸液压压力：
其中，Fy表示制动器的输出力；Pl表示制动轮缸压力；Ps表示液压流动阻力损失；P1表示开关阀全开时压力差；P表示制动液密度；lg表示制动管路长度；dg表示制动管路直径；δ表示局部阻力系数；δ1表示沿程阻力系数；υ表示制动液平均流速；R表示车轮半径。
若电机制动力大于需求制动力，判断需求制动是否大于附着力，当需求制动力大于附着力，输出制动回收扭矩为需求扭矩；当需求制动力小于附着力，输出制动回收扭矩为附着力与车轮滚动半径的乘积。
如图3所示，汽车在制动时，四只轮胎附着的地面条件往往不一样，比如，有时左前轮和右后轮附着在干燥的水泥地面上，而右前轮和左后轮却附着在水中或泥水中，有时一侧车轮涉水时，这些情况会导致在汽车制动时四只轮子与地面的摩擦力不一样，制动时容易造成打滑、倾斜和侧翻等现象。
通过轮速传感器记录四个车轮的转速信息。汽车制动的瞬间，系统会实时采集车轮转速、车轮阻力以及车轮载荷等信息，自动监测各个车轮与地面间的附着力状况。根据车轮垂直载荷和路面附着系数，用高速计算机分别对四只轮胎附着的不同地面进行信息感应和计算处理，得出不同的摩擦力数值和不同车轮最合理的制动力，使四只轮胎的制动装置根据不同的情况用不同的方式给每个车轮分配相应的需求制动力，平衡每个车轮的制动力，以使四个车轮得到更接近理想化制动力的分布，并在运动中不断保持调整，使制动力与摩擦力(牵引力)相匹配。实际调整前后轮制动力时，它依据车辆的重量分布和路面条件来控制制动过程，自动以前轮为基准去比较后轮轮胎的滑移率，如发觉前后车轮有差异，且差异程度必须被调整时，它就会调整汽车电液制动系统，使前、后轮的制动力接近理想化分布。
S8、车辆行驶方向的制动滑移率Sx＝(V-VCcosα)/V
汽车行驶方向相垂直的轮胎纵向方向的制动滑移率Sy
Sy＝(V-VCsinα)/V
其中，V表示轮胎接地区域速度；VC表示轮胎胎面的圆周速度；α表示横向偏离角。
S9、在各车轮需求制动力合理分配的基础上，通过电液制动力分配系数，以保证电制动的最大化利用为目标，对电制动和液压制动进行合理匹配。
电机制动力Fm＝T1iaibη/r1
其中，Fm表示电机当前转速下的转矩；ia表示主减速比；ib表示变速器减速比；η表示动力传动效率。
前后轴制动器的制动力关系式为
其中，Fμ1表示前轴制动器的制动力；Fμ2表示后轴制动器的制动力；G表示汽车重力；b表示汽车后轴中心线到汽车质心的距离；m表示汽车质量；hg表示汽车质心高度。
EBD在汽车制动时即开始控制制动力，而ABS则是在车轮有抱死倾向时开始工作。当ABS起作用时，电子制动力分配系统(EBD)即停止工作。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制。凡是根据发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。
Claims (7)
1.一种电液复合制动能量回收控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、当检测到车辆处于滑行或制动状态时，检测车辆是否行驶在有坡度的道路上；
S2、若行驶在有坡度的道路上，获取坡度信息确定道路阻力及附着力；
S3、根据道路阻力和附着力，确定车轮制动力分配系数；
S4、获取车辆信息，进而确定电液制动力分配系数；
S5、当车辆处于滑行状态时，根据S3获取的车轮制动力分配系数和S5获取的电液制动力分配系数调整滑行回收曲线，确定滑行回收扭矩；
S6、当车辆处于制动状态时，根据S3获取的车轮制动力分配系数和S4获取的电液制动力分配系数调整制动回收图谱，确定制动回收扭矩。
2.根据权利要求1所述的一种电液复合制动能量回收控制方法，其特征在于，所述S1中检测车辆是否行驶在有坡度道路上的操作方式为：采集当前坡度值，若当前坡度值大于预设的坡度阈值，则表示车辆行驶在有坡度的道路上；其中预设的坡度阈值在理想状态下可以为零，由于车辆只有在下坡状态下才出现制动或者滑行，则当检测到车辆行驶在有坡度道路上时具体为车辆处于下坡行驶状态。
3.根据权利要求1所述的一种电液复合制动能量回收控制方法，其特征在于，所述S2中通过坡度传感器获取坡度信息。
4.根据权利要求1所述的一种电液复合制动能量回收控制方法，其特征在于，所述S3的具体操作方式为：设置参考车速、滑移率和制动力分配系数的计算程序，设置电子控制单元的执行程序和制动力的跟踪调节程序，电子控制单元计算参考车速和滑移率后，发出指令给制动压力调节器，最终确定制动力分配系数。
5.根据权利要求1所述的一种电液复合制动能量回收控制方法，其特征在于，所述S4中获取的车辆信息包括车速信息、加速踏板开合度、制动踏板开合度、ABS状态、电荷状态和车辆载荷，通过对应的车载传感器采集对应的车辆信息。
6.根据权利要求1所述的一种电液复合制动能量回收控制方法，其特征在于，S5中所述滑行回收曲线用于表征车速和滑行回收扭矩的对应关系，调整滑行回收曲线的具体方式为将制动回收调整系数乘以滑行回收曲线；
所述制动回收调整系数＝车轮制动力分配系数×电液制动力分配系数，在制动过程中，为充分利用地面附着力，先通过车轮制动力分配系数确定前、后轮的制动力，再通过电液制动力分配系数分别对前、后轮的制动力进行液压制动力和电机制动力的分配，其中电机制动的扭矩则为制动回收扭矩；
S6中所述制动回收图谱用于表征车速、制动踏板开合度和制动回收扭矩的对应关系，调整制动回收图谱的具体方式为将坡度调整系数乘以制动回收图谱，得到调整后的制动回收图谱，
所述坡度调整系数是用于表征坡道系数与制动回收扭矩的对应关系。坡度系数＝(Δh/Δl)*100％，其中Δh表示垂直高度的变化，Δl表示水平距离的变化。
7.一种适用于权利要求1-6中任一权利要求所述的电液复合制动能量回收控制方法的控制装置，包括整车控制器、电机控制器、ISG电机、轮速传感器、制动盘、液压控制单元和液压制动模块，所述ISG电机连接在车轮上用于驱动车轮，所述制动盘安装在车轮上用于制动车轮，所述液压控制单元连接制动盘，所述液压制动模块连接液压控制单元，所述整车控制器与电机控制器双向连接，所述电机控制器与ISG电机双向连接，所述轮速传感器连接车轮、液压制动模块和整车控制器，所述液压制动模块双向连接整车控制器，所述液压制动模块包括EBD和ABS。
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