CN105459836B - 一种三电机电动汽车的复合制动快速控制***及控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种三电机电动汽车的电、液复合制动快速控制***，包括电机再生制动模块、液压制动模块、信息采集模块、工控机、接线端子板和显示器。根据建立的电、液复合制动快速控制***，通过实时采集与输出数据，实现电动汽车电、液复合制动控制，验证控制算法正确性，实现控制器快速开发，降低了开发成本、提高了开发效率、缩短了开发周期。基于上述***公开了一种三电机电动汽车电、液复合制动控制方法，根据电动汽车驱动形式、制动强度、驱动电机和动力电池状态，对电机再生制动和液压制动进行协调控制，使三电机电动汽车在保证制动安全性的基础上进一步提高了制动能量回收效率。
Description
技术领域
本发明涉及电动汽车技术领域，尤其涉及一种三电机电动汽车的复合制动快速控制***及控制方法。
背景技术
在能源与环境的双重压力下，电动汽车得到了一定的发展，然而续航里程短一直是制约电动汽车商业化的主要因素之一。制动能量回收技术可以有效的提高续航里程，然而可以进行制动能量回收的电机再生制动受到电机控制技术和电池充放电的限制，无法给电动汽车提供足够的制动力，电动汽车的制动稳定性和安全性无法得到充分保障。采用制动盘/制动鼓的液压制动可以提供足够的制动强度，但制动能量只能以热能的形式散发，不具有能量回收的功能。因此电机再生制动与液压制动联合工作的电、液复合制动既可以满足整车制动强度，保证良好的制动稳定性，又具有较高的制动能量回收效率。鉴于以上因素，电动汽车的电、液复合制动成为电动汽车研究领域的热点之一。
目前电动汽车电、液复合制动一般采用数值仿真、台架试验和样车试验的方式进行研究。由于数值仿真很难准确考虑作动器的动态响应特性、硬件控制周期、噪声干扰等因素，结果往往得不到人们的充分信任；台架试验很难模拟出真实的工况变化，结果也得不到人们的认可；而样车试验的结果虽然令人信服，但研发周期长、成本高，很少被采用。随着嵌入式计算机技术、实时仿真的发展，快速控制原型技术得到了迅猛发展。快速控制原型是在***开发的初期阶段，快速地建立控制器模型，并对整个***进行多次离线和在线的测试来验证控制方案的可行性，实现于产品研发的算法设计阶段与具体实现阶段之间。快速控制原型就是利用某种手段将工程师开发的算法下载到某个计算机硬件平台中，该计算机硬件平台在实时条件下运行模拟控制器，通过实际I/O设备与被控对象实物连接，验证算法的可靠性和准确度，不仅提高了研发速度，还降低了研发成本。
虽然目前也有人在做电动汽车电、液复合制动的快速控制原型，但是还未有基于具体驱动形式的电动车电、液复合制动的快速控制原型，这直接制约了制动能量回收效率的提高，也对制动安全性与稳定性有一定的影响。
因此，对于本领域技术人员而言，如何为电动汽车电、液复合制动控制器的开发提供精确、快速、低成本的技术方案为亟需解决的技术问题。
发明内容
基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了一种三电机电动汽车的复合制动快速控制***及控制方法。
本发明提出的一种三电机电动汽车的复合制动快速控制***，包括：
电机再生制动模块，与接线端子板连接，用于根据指令为车辆提供电机再生制动；
液压制动模块，与接线端子板连接，用于根据指令为车辆提供液压制动；
信息采集模块，与接线端子板连接，用于采集车辆动力电池的SOC值、制动踏板开度信息、轮速信息和轮缸压力信息；
工控机，用于处理信息采集模块所采集的信息，并根据上述信息处理结果发送指令控制液压制动模块和电机再生制动模块工作；
接线端子板，与工控机连接，用于将信息采集模块数据输入至工控机，及将工控机所发送指令输出至液压制动模块和电机再生制动模块；
显示器，用于显示工控机运行数据；
动力电池，与工控机连接，用于存储电机再生制动模块进行制动能量回收产生的电能。
优选地，电机再生制动模块包括前轮电机驱动电路、左前轮电机、右前轮电机、后桥电机驱动电路和后桥电机，左前轮电机、右前轮电机均与前轮电机驱动电路连接，后桥电机驱动电路与后桥电机连接，前路电机驱动电路、后桥电机驱动电路均与接线端子板连接。
优选地，信息采集模块包括轮缸压力传感器、轮缸压力信号调理电路、轮速传感器、轮速信号调理电路、制动踏板位移传感器和电池信息管理电路，制动踏板位移传感器与接线端子板连接，轮速传感器通过轮速信号调理电路与接线端子板连接，动力电池通过电池信息管理电路与接线端子板连接，轮缸压力传感器通过轮缸压力信号调理电路与接线端子板连接。
优选地，液压制动模块包括液压制动驱动电路、液压制动调节器和车轮制动器，液压制动驱动电路与接线端子板连接，液压制动驱动电路通过液压制动调节器与车轮制动器控制连接。
优选地，电机再生制动模块与接线端子板通过导线连接，和/或，液压制动模块与接线端子板通过导线连接，和/或，信息采集模块与接线端子板通过导线连接，和/或，接线端子板与工控机通过串口线连接。
本发明中提供的一种三电机电动汽车的复合制动快速控制***，以工控机作为数据的采集与处理中心，可以将相关软件输入工控机中，建立快速控制原型模型，通过接线端子板进行工控机信号的输入与输出；***包括电机再生制动模块、液压制动模块、信息采集模块、动力电池，快速控制原型模型中建立车辆动力学模型、控制器模型、电池管理***模型、输入信号处理模块、输出信号处理模块，车辆动力学模型和电池管理***模型均与控制器模型连接，信息采集模块输入工控机的信息由输入信号处理模块接收并转换后，提供给车辆动力学模型和电池管理***模型，车辆动力学模型和电池管理***模型将运行结果输入给控制器模型，控制器模型根据处理结果形成指令，并由输出信号处理模块转换后，经接线端子板输出至电机再生制动模块、液压制动模块进行执行；显示器可以对工控机运行的结果进行显示。
本发明还提供一种三电机电动汽车的复合制动快速控制方法，包括以下步骤：
S1：获取动力电池的SOC值，若动力电池的SOC值小于或等于0.8，则转入步骤S2，若动力电池的SOC值大于0.8，则转入步骤S9；
S2：获取制动踏板的开度信息，根据制动踏板的开度信息计算制动强度Z值，若制动强度Z值小于或等于0.2，则转入步骤S3；若制动强度Z值大于0.2且小于或等于0.8，则转入步骤S4；若制动强度Z值大于0.8，则转入步骤S9；
S3：获取ABS的工作状态信息，若ABS为工作状态，则转入步骤S9；若ABS为非工作状态，则转入步骤S10；
S4：获取ABS的工作状态信息，若ABS为工作状态，则转入步骤S8；若ABS为非工作状态，获取驱动形式信息；若驱动形式为前驱，则转入步骤S5；若驱动形式为后驱，则转入步骤S6；若驱动形式为四驱，则转入步骤S7；
S5：采用第一电液复合制动模式，其中，第一电液复合制动模式为前轮采用电机再生制动和制动器液压制动联合工作，后轮采用制动器液压制动，前轮电机再生制动力Fbf_reg、前轮制动器制动力Fbf_hyd和后轮制动器制动力Fbr_hyd之间的分配按***欧洲经济委员会汽车法规曲线分配；
S6：采用第二电液复合制动模式，其中，第二电液复合制动模式为前轮采用制动器液压制动，后轮采用电机再生制动和制动器液压制动联合工作，后轮电机再生制动力Fbr_reg、前轮制动器制动力Fbf_hyd和后轮制动器制动力Fbr_hyd之间的分配按***欧洲经济委员会汽车法规曲线分配；
S7：采用第三电液复合制动模式，其中，第三电液复合制动模式为前轮采用电机再生制动和制动器液压制动联合工作，后轮采用电机再生制动和制动器液压制动联合工作，前轮电机再生制动力Fbf_reg、后轮电机再生制动力Fbr_reg、前轮制动器制动力Fbf_hyd和后轮制动器制动力Fbr_hyd之间的分配按***欧洲经济委员会汽车法规曲线分配；
S8：采用第四电液复合制动模式，其中，第四电液复合制动模式为前轮采用电机再生制动和制动器液压制动联合工作，后轮采用电机再生制动和制动器液压制动联合工作，前轮电机再生制动和后轮电机再生制动均为电机在当前转速下所能产生最大扭矩所产生的制动力；
S9：采用液压制动模式；
S10：采用电机再生制动模式。
本发明中提供的一种三电机电动汽车的复合制动快速控制方法，通过实时监控动力电池的SOC值，判断动力电池是否具有方向充电能力，当动力电池的SOC值大于0.8，说明电池电量充足，无需进行电机再生制动回收能量，因此跳过制动模式判断，只进行液压制动；通过制动踏板的开度信息计算制动强度从而判断驾驶员的制动意图，当制动强度为紧急制动时，以制动安全性为首要因素，只采用液压制动；当制动强度为轻度制动时，结合ABS工作状态，采用电机再生制动模式或液压制动模式；当制动强度为中度制动时，根据驱动形式的不同并结合ABS工作状态，设计了四种电液复合制动模式对应不同的驱动形式及ABS工作状态。
综上所述，本发明提供的提供的一种三电机电动汽车的复合制动快速控制***及控制方法具有以下优点：
1、能够快速验证电动汽车电、液复合制动控制算法与策略的正确性与可行性，能够使设计的错误与缺陷在产品开发前解决，降低了开发成本，提高了开发效率，缩短了开发周期；
2、可以通过使用MATLAB/Simulink等相关软件转化为C代码移植到真实控制器中，进一步降低了控制器开发难度与成本，提高了开发速度；
3、针对具体的驱动形式的电动汽车进行电、液复合制动控制，可以进一步的提高制动能量回收效率、提升电动汽车制动稳定性与安全性。
附图说明
图1为本发明提出的一种三电机电动汽车电、液复合制动快速控制***的示意框图；
图2为本发明提出的一种三电机电动汽车电、液复合制动快速控制***的结构示意图；
图3为本发明提出的一种三电机电动汽车电、液复合制动快速控制方法的流程图。
在图2中，1.车轮；2.右前轮电机；3.液压制动调节器；4.液压制动驱动电路；5.显示器；6.工控机；7.接线端子板；8.电池信息管理电路；9.后桥电机；10.动力电池；11.轮速传感器；12.车轮制动器；13.轮缸压力传感器；14.轮缸压力信号调理电路；15.后桥电机驱动电路；16.前轮电机驱动电路；17.轮速信号调理电路；18.制动踏板位移传感器；19.制动踏板；20.左前轮电机。
具体实施方式
如图1-3所示，图1为本发明提出的一种三电机电动汽车电、液复合制动快速控制***的示意框图；图2为本发明提出的一种三电机电动汽车电、液复合制动快速控制***的结构示意图；图3为本发明提出的一种三电机电动汽车电、液复合制动快速控制方法的流程图。
下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。
参照图1-2，本发明提出的一种三电机电动汽车的复合制动快速控制***，包括：
电机再生制动模块，与接线端子板7连接，用于根据指令为车辆提供电机再生制动；
液压制动模块，与接线端子板7连接，用于根据指令为车辆提供液压制动；
信息采集模块，与接线端子板7连接，用于采集车辆动力电池10的SOC值、制动踏板19开度信息、轮速信息和轮缸压力信息；
工控机6，用于处理信息采集模块所采集的信息，并根据上述信息处理结果发送指令控制液压制动模块和电机再生制动模块工作；
接线端子板7，与工控机6连接，用于将信息采集模块数据输入至工控机6，及将工控机6所发送指令输出至液压制动模块和电机再生制动模块；
显示器5，用于显示工控机6运行数据；
动力电池10，与工控机6连接，用于存储电机再生制动模块进行制动能量回收产生的电能；
电机再生制动模块包括前轮电机驱动电路16、左前轮电机20、右前轮电机2、后桥电机驱动电路15和后桥电机9，左前轮电机20、右前轮电机2均与前轮电机驱动电路16连接，后桥电机驱动电路15与后桥电机9连接，前路电机驱动电路、后桥电机驱动电路15均与接线端子板7连接；
信息采集模块包括轮缸压力传感器13、轮缸压力信号调理电路14、轮速传感器11、轮速信号调理电路17、制动踏板位移传感器18和电池信息管理电路8，制动踏板位移传感器18与接线端子板7连接，轮速传感器11通过轮速信号调理电路17与接线端子板7连接，动力电池10通过电池信息管理电路8与接线端子板7连接，轮缸压力传感器13通过轮缸压力信号调理电路14与接线端子板7连接；
液压制动模块包括液压制动驱动电路4、液压制动调节器3和车轮制动器12，液压制动驱动电路4与接线端子板7连接，液压制动驱动电路4通过液压制动调节器3与车轮制动器12控制连接；
电机再生制动模块与接线端子板7通过导线连接，液压制动模块与接线端子板7通过导线连接，信息采集模块与接线端子板7通过导线连接，接线端子板7与工控机6通过串口线连接。
参照图3，基于上述三电机电动汽车的复合制动快速控制***，本发明提出的一种三电机电动汽车的复合制动快速控制方法，包括以下步骤：
S1：获取动力电池10的SOC值，若动力电池10的SOC值小于或等于0.8，则转入步骤S2，若动力电池10的SOC值大于0.8，则转入步骤S9；
S2：获取制动踏板19的开度信息，根据制动踏板19的开度信息计算制动强度Z值，若制动强度Z值小于或等于0.2，则转入步骤S3；若制动强度Z值大于0.2且小于或等于0.8，则转入步骤S4；若制动强度Z值大于0.8，则转入步骤S9；
S3：获取ABS的工作状态信息，若ABS为工作状态，则转入步骤S9；若ABS为非工作状态，则转入步骤S10；
S4：获取ABS的工作状态信息，若ABS为工作状态，则转入步骤S8；若ABS为非工作状态，获取驱动形式信息；若驱动形式为前驱，则转入步骤S5；若驱动形式为后驱，则转入步骤S6；若驱动形式为四驱，则转入步骤S7；
S5：采用第一电液复合制动模式，其中，第一电液复合制动模式为前轮采用电机再生制动和制动器液压制动联合工作，后轮采用制动器液压制动，前轮电机再生制动力Fbf_reg、前轮制动器制动力Fbf_hyd和后轮制动器制动力Fbr_hyd之间的分配按***欧洲经济委员会汽车法规曲线分配；
S6：采用第二电液复合制动模式，其中，第二电液复合制动模式为前轮采用制动器液压制动，后轮采用电机再生制动和制动器液压制动联合工作，后轮电机再生制动力Fbr_reg、前轮制动器制动力Fbf_hyd和后轮制动器制动力Fbr_hyd之间的分配按***欧洲经济委员会汽车法规曲线分配；
S7：采用第三电液复合制动模式，其中，第三电液复合制动模式为前轮采用电机再生制动和制动器液压制动联合工作，后轮采用电机再生制动和制动器液压制动联合工作，前轮电机再生制动力Fbf_reg、后轮电机再生制动力Fbf_reg、前轮制动器制动力Fbf_hyd和后轮制动器制动力Fbr_hyd之间的分配按***欧洲经济委员会汽车法规曲线分配；
S8：采用第四电液复合制动模式，其中，第四电液复合制动模式为前轮采用电机再生制动和制动器液压制动联合工作，后轮采用电机再生制动和制动器液压制动联合工作，前轮电机再生制动和后轮电机再生制动均为电机在当前转速下所能产生最大扭矩所产生的制动力；
S9：采用液压制动模式；
S10：采用电机再生制动模式。
在上述控制***及相应控制方法中，四种电液复合制动模式与ABS协调制动模式的制动力分配流程如下：
工控机6根据当前动力电池10的SOC信号、左前轮电机20当前转速信号、右前轮电机2当前转速信号以及左后桥电机9当前转速信号，确定出当前所能提供的最大再生制动力，并与所需求的制动力进行对比，在满足驱动轮不抱死的前提下，不超过三个电机最大制动扭矩值中的最小值时将制动力分配给三个电机，以满足获得最大制动能量的要求，如果驱动电机提供的最大制动转矩还不能满足驱动轮上制动力的需求，制动转矩不足部分将由液压制动来补充。相应的控制信号将传送给液压制动驱动电路4，通过对液压制动调节器3的控制达到制动目标。制动过程中，轮缸压力、车轮1转速、车速、电池SOC、电机转速将被作为输入信号反馈回制动控制单元，进行闭环控制。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种三电机电动汽车的复合制动快速控制***，其特征在于，包括：
电机再生制动模块，与接线端子板(7)连接，用于根据指令为车辆提供电机再生制动；
液压制动模块，与接线端子板(7)连接，用于根据指令为车辆提供液压制动；
信息采集模块，与接线端子板(7)连接，用于采集车辆动力电池(10)的SOC值、制动踏板(19)开度信息、轮速信息和轮缸压力信息；
工控机(6)，用于处理信息采集模块所采集的信息，并根据上述信息处理结果发送指令控制液压制动模块和电机再生制动模块工作；
接线端子板(7)，与工控机(6)连接，用于将信息采集模块数据输入至工控机(6)，及将工控机(6)所发送指令输出至液压制动模块和电机再生制动模块；
显示器(5)，用于显示工控机(6)运行数据；
动力电池(10)，与工控机(6)连接，用于存储电机再生制动模块进行制动能量回收产生的电能；
基于所述三电机电动汽车的复合制动快速控制***的控制方法，包括如下步骤：
S1：获取动力电池(10)的SOC值，若动力电池(10)的SOC值小于或等于0.8，则转入步骤S2，若动力电池(10)的SOC值大于0.8，则转入步骤S9；
S2：获取制动踏板(19)的开度信息，根据制动踏板(19)的开度信息计算制动强度Z值，若制动强度Z值小于或等于0.2，则转入步骤S3；若制动强度Z值大于0.2且小于或等于0.8，则转入步骤S4；若制动强度Z值大于0.8，则转入步骤S9；
S3：获取ABS的工作状态信息，若ABS为工作状态，则转入步骤S9；若ABS为非工作状态，则转入步骤S10；
S4：获取ABS的工作状态信息，若ABS为工作状态，则转入步骤S8；若ABS为非工作状态，获取驱动形式信息；若驱动形式为前驱，则转入步骤S5；若驱动形式为后驱，则转入步骤S6；若驱动形式为四驱，则转入步骤S7；
S5：采用第一电液复合制动模式，其中，第一电液复合制动模式为前轮采用电机再生制动和制动器液压制动联合工作，后轮采用制动器液压制动，前轮电机再生制动力Fbf_reg、前轮制动器制动力Fbf_hyd和后轮制动器制动力Fbr_hyd之间的分配按***欧洲经济委员会汽车法规曲线分配；
S6：采用第二电液复合制动模式，其中，第二电液复合制动模式为前轮采用制动器液压制动，后轮采用电机再生制动和制动器液压制动联合工作，后轮电机再生制动力Fbr_reg、前轮制动器制动力Fbf_hyd和后轮制动器制动力Fbr_hyd之间的分配按***欧洲经济委员会汽车法规曲线分配；
S7：采用第三电液复合制动模式，其中，第三电液复合制动模式为前轮采用电机再生制动和制动器液压制动联合工作，后轮采用电机再生制动和制动器液压制动联合工作，前轮电机再生制动力Fbf_reg、后轮电机再生制动力Fbr_reg、前轮制动器制动力Fbf_hyd和后轮制动器制动力Fbr_hyd之间的分配按***欧洲经济委员会汽车法规曲线分配；
S8：采用第四电液复合制动模式，其中，第四电液复合制动模式为前轮采用电机再生制动和制动器液压制动联合工作，后轮采用电机再生制动和制动器液压制动联合工作，前轮电机再生制动和后轮电机再生制动均为电机在当前转速下所能产生最大扭矩所产生的制动力；
S9：采用液压制动模式；
S10：采用电机再生制动模式。
2.根据权利要求1所述的三电机电动汽车的复合制动快速控制***，其特征在于，电机再生制动模块包括前轮电机驱动电路(16)、左前轮电机(20)、右前轮电机(2)、后桥电机驱动电路(15)和后桥电机(9)，左前轮电机(20)、右前轮电机(2)均与前轮电机驱动电路(16)连接，后桥电机驱动电路(15)与后桥电机(9)连接，前路电机驱动电路、后桥电机驱动电路(15)均与接线端子板(7)连接。
3.根据权利要求1所述的三电机电动汽车的复合制动快速控制***，其特征在于，信息采集模块包括轮缸压力传感器(13)、轮缸压力信号调理电路(14)、轮速传感器(11)、轮速信号调理电路(17)、制动踏板位移传感器(18)和电池信息管理电路(8)，制动踏板位移传感器(18)与接线端子板(7)连接，轮速传感器(11)通过轮速信号调理电路(17)与接线端子板(7)连接，动力电池(10)通过电池信息管理电路(8)与接线端子板(7)连接，轮缸压力传感器(13)通过轮缸压力信号调理电路(14)与接线端子板(7)连接。
4.根据权利要求1所述的三电机电动汽车的复合制动快速控制***，其特征在于，液压制动模块包括液压制动驱动电路(4)、液压制动调节器(3)和车轮制动器(12)，液压制动驱动电路(4)与接线端子板(7)连接，液压制动驱动电路(4)通过液压制动调节器(3)与车轮制动器(12)控制连接。
5.根据权利要求1所述的三电机电动汽车的复合制动快速控制***，其特征在于，电机再生制动模块与接线端子板(7)通过导线连接，和/或，液压制动模块与接线端子板(7)通过导线连接，和/或，信息采集模块与接线端子板(7)通过导线连接，和/或，接线端子板(7)与工控机(6)通过串口线连接。
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