CN106043256B - 一种电动汽车电液复合制动***及其优化方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电动汽车电液复合制动***及其优化方法，其中，电动车电液复合制动***包括电机再生制动力模块、液压制动力模块和复合制动力控制模块。电机再生制动力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，液压制动力模块包括油泵电机、液压油泵和第二ECU。在汽车行驶过程中，通过检测车辆行驶的车速、轮速和制动踏板位置信号，复合制动力控制模块对电机再生制动力模块和液压制动力模块之间的分配比进行控制。同时通过对电液复合制动***的多目标优化，以制动踏板感觉、电机回收能量为目标，在ECE法规下获得较高的能量回收率和合适的制动踏板感觉。
Description
技术领域
本发明涉及电动汽车电液复合制动***领域，尤其涉及一种基于电动汽车电液复合制动***及其优化方法。
背景技术
相比传统的液压制动***，电液复合制动***拥有良好的制动稳定性和一定的能量回收率等优势，由于该***能在制动过程中回收一部分制动能量，所以在轻度制动时，ECU可以增加电机再生制动力的比例增加能量回收率。相反，在高强度制动时，制动力可以完全由液压制动力提供，保证制动效能。
但是，现有的电动汽车电液复合制动***的研究中，但是对于以制动感觉为性能指标的优化研究还十分少。然而制动感觉也是评价制动性能好坏的一个重要因素，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一些感觉。电动汽车复合制动的实际制动工况中，一方面，同一制动踏板角度下，由于再生制动与液压摩擦制动输出的动态特性各异，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。另一方面，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。显然，这些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稳定性问题，而且在很大程度上也会限制着制动能量的回收效果。目前，针对制动踏板感觉的电液复合制动***多目标优化设计，使得***获得较高能量回收率的同时达到较好的制动踏板感觉的报道尚未公开。
发明内容
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，提供一种基于电动汽车电液复合制动***及其优化方法。
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***，包括电机再生制动力模块、液压制动力模块和复合制动力控制模块；
所述电机再生制动力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；
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器相连，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控制模块，并接收所述复合制动力控制模块的命令对两个轮毂电机进行调整；
所述液压制动力模块包括油泵电机、液压油泵和第二ECU；
并与第二ECU电气连接用于驱动液压油泵并控制液压油压力；
所述液压油泵设置在电动汽车制动主缸的进油腔和出油腔之间，用于调节电动汽车制动主缸的进油腔和出油腔之间的液压差值；
所述油泵电机用于驱动所述液压油泵进行工作；
所述第二ECU分别和制动踏板位置传感器、轮速传感器、车速传感器、油泵电机、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油泵电机控制液压油泵工作，将液压油泵的工作状态传递给所述复合制动力控制模块，并接收所述复合制动力控制模块的命令对液压油泵进行调整；
所述复合制动力控制模块包含第三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液压油泵的工作状态调整电机再生制动力模块、液压制动力模块的制动力大小。
本发明还公开了一种基于该电动汽车电液复合制动***的优化方法，包含以下步骤：
步骤1)，建立电动汽车电液复合制动***的模型以及制动力分配模型，所述电液复合制动***模型包括制动踏板模型、真空助力器模型、主缸模型、轮缸模型、直流电机模型，和二象限DC-DC变换器模型；
步骤2)，在制动工况下，以制动踏板被踏下的行程、能量回收率作为电液复合制动***的性能评价指标，以ECE法规规定的前后轴制动力分配比范围作为电动汽车电液复合制动***的约束条件，并建立电机再生制动力模块、液压制动力模块和复合制动力控制模块ECE的性能指标的目标函数；
步骤3)，根据电机再生制动力模块、液压制动力模块和复合制动力控制模块ECE的性能指标的目标函数建立电动汽车电液复合制动***的多目标优化模型；
步骤4)，设置优化变量、性能指标范围和约束条件范围，基于NSGA-Ⅱ算法对复合制动***进行优化计算，得到电动汽车电液复合制动***有关所述优化变量的优化参数，并根据得到优化变量的优化参数对电动汽车电液复合制动***的对应参数进行调整。
作为本发明一种电动汽车复合制动***的优化方法进一步的优化方案，所述步骤2)中：
1)，液压制动力模块ECE性能指标的目标函数为f(x1)：
式中，f1(X)表示制动踏板感觉在路面信息有效频率范围(0，ω0)内的频域能量平均值；ω0表示路面信息中有用信号的最大频率值；为制动踏板感觉路感传递函数：
式中，KT为制动踏板回位弹簧刚度，Am为制动主缸面积，τp为真空助力器等效模型的时间常数，Aw为活塞轮缸面积，βe为电机制动力与液压制动力分配比，Mm为主缸质量，Cm为主缸阻尼，Km为主缸弹簧刚度，k为真空助力器等效模型的放大系数；
2)，电机再生制动力模块ECE的性能指标的目标函数为P：
式中，r为车轮等效半径，F为设计工况的总制动力，R为电机等效内阻，ke为反电动势常数，ωm为车轮的角速度，kt为电机转矩常数；
3)，复合制动力控制模块ECE的性能指标的目标函数为：
式中，βhyb为电机制动力与液压制动力分配比，b为质心到后轴的距离，hg为质心高度，z为制动强度，a为质心到前轴的距离，L为前后轴之间的距离。
作为本发明一种电动汽车复合制动***的优化方法进一步的优化方案，所述步骤3)中电动汽车电液复合制动***的多目标优化模型f(X)为：
式中，k1和k2为预先设置的权重。
作为本发明一种电动汽车复合制动***的优化方法进一步的优化方案，所述步骤4)中设置的优化变量为：制动踏板回位弹簧刚度KT、电机转矩系数Kt、制动主缸质量Mm、真空助力器等效时间常数τp。
作为本发明一种电动汽车复合制动***的优化方法进一步的优化方案，所述步骤4)中设置的约束条件范围为：
(1)在优化过程中，制动踏板感觉传递函数的分母应满足Routh判据的约束条件；
(2)在优化过程中，制动减速度应满足a≤0.52g，g是重力加速度；
(3)在优化过程中，滑移率应在0.13≤λ≤0.2。
作为本发明一种电动汽车复合制动***的优化方法进一步的优化方案，所述步骤4)中设置的性能指标的范围为：
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：
1.本发明提出一种电动汽车电液复合制动***根据由传感器得到的车速、轮速、制动踏板位置信号及路面信号的基础上，同时对电机再生制动力模块、液压制动力模块以及路面输入的影响进行优化，提高了电动轮汽车的制动效率，更好的分析电及再生力单元和液压制动力模块之间的协同关系；
2.本发明可以在保证车辆制动稳定性、平顺性和安全性的基础上，有效增加汽车制动踏板感觉，使驾驶员在各种工况下均可以实现对制动性能的良好把握，有效地改善整车制动性能，为制动踏板感觉模拟器的设计和优化提供理论基础；
3.本发明以制动踏板感觉、制动能量回收率为目标进行多目标优化，不仅可以考虑单个子***的优化，而且可以设置全局优化参数，提高了电动轮汽车的整体优化能力。
附图说明
图1为本发明电动汽车电液复合制动***布置示意图；
图2为本发明多目标优化流程图。
图中，1-制动踏板，2-真空助力器，3-制动主缸，4-制动液管路，5-驱动轮，6-制动踏板位置传感器，7-轮毂电机，8-感载比例阀，9-从动轮。
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：
如图1所示，本发明公开了一种电动汽车电液复合制动***,包括电机再生制动力模块、液压制动力模块和复合制动力控制模块；
所述电机再生制动力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；
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器相连，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控制模块，并接收所述复合制动力控制模块的命令对两个轮毂电机进行调整；
所述液压制动力模块包括油泵电机、液压油泵和第二ECU；
并与第二ECU电气连接用于驱动液压油泵并控制液压油压力；
所述液压油泵设置在电动汽车制动主缸的进油腔和出油腔之间，用于调节电动汽车制动主缸的进油腔和出油腔之间的液压差值；
所述油泵电机用于驱动所述液压油泵进行工作；
所述第二ECU分别和制动踏板位置传感器、轮速传感器、车速传感器、油泵电机、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油泵电机控制液压油泵工作，将液压油泵的工作状态传递给所述复合制动力控制模块，并接收所述复合制动力控制模块的命令对液压油泵进行调整；
所述复合制动力控制模块包含第三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液压油泵的工作状态调整电机再生制动力模块、液压制动力模块的制动力大小。
如图2所示，本发明还公开了一种基于该电动汽车电液复合制动***的优化方法，包含以下步骤：
步骤1)，建立电动汽车电液复合制动***的模型以及制动力分配模型，所述电液复合制动***模型包括制动踏板模型、真空助力器模型、主缸模型、轮缸模型、直流电机模型，和二象限DC-DC变换器模型；
步骤2)，在制动工况下，以制动踏板被踏下的行程、能量回收率作为电液复合制动***的性能评价指标，以ECE法规规定的前后轴制动力分配比范围作为电动汽车电液复合制动***的约束条件，并建立电机再生制动力模块、液压制动力模块和复合制动力控制模块ECE的性能指标的目标函数；
步骤3)，根据电机再生制动力模块、液压制动力模块和复合制动力控制模块ECE的性能指标的目标函数建立电动汽车电液复合制动***的多目标优化模型；
步骤4)，设置优化变量、性能指标范围和约束条件范围，基于NSGA-Ⅱ算法对复合制动***进行优化计算，得到电动汽车电液复合制动***有关所述优化变量的优化参数，并根据得到优化变量的优化参数对电动汽车电液复合制动***的对应参数进行调整。
所述步骤2)中：
1)，液压制动力模块ECE性能指标的目标函数为f(x1)：
式中，f1(X)表示制动踏板感觉在路面信息有效频率范围(0，ω0)内的频域能量平均值；ω0表示路面信息中有用信号的最大频率值；为制动踏板感觉传递函数：
式中，KT为制动踏板回位弹簧刚度，Am为制动主缸面积，τp为真空助力器等效模型的时间常数，Aw为活塞轮缸面积，βe为电机制动力与液压制动力分配比，Mm为主缸质量，Cm为主缸阻尼，Km为主缸弹簧刚度，k为真空助力器等效模型的放大系数；
2)，电机再生制动力模块ECE的性能指标的目标函数为P：
式中，r为车轮等效半径，F为设计工况的总制动力，R为电机等效内阻，ke为反电动势常数，ωm为车轮的角速度，kt为电机转矩常数；
3)，复合制动力控制模块ECE的性能指标的目标函数为：
式中，βhyb为电机制动力与液压制动力分配比，b为质心到后轴的距离，hg为质心高度，z为制动强度，a为质心到前轴的距离，L为前后轴之间的距离。
所述步骤3)中电动汽车电液复合制动***的多目标优化模型f(X)为：
式中，k1和k2为预先设置的权重。
所述步骤4)中设置的优化变量为：制动踏板回位弹簧刚度KT、电机转矩系数Kt、制动主缸质量Mm、真空助力器等效时间常数τp。
所述步骤4)中设置的约束条件范围为：
(1)在优化过程中，制动踏板感觉传递函数的分母应满足Routh判据的约束条件；
(2)在优化过程中，制动减速度应满足a≤0.52g，g是重力加速度；
(3)在优化过程中，滑移率应在0.13≤λ≤0.2。
所述步骤4)中设置的性能指标的范围为：
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。
Claims (7)
1.一种电动汽车电液复合制动***，其特征在于，包括电机再生制动力模块、液压制动力模块和复合制动力控制模块；
所述电机再生制动力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；
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器相连，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控制模块，并接收所述复合制动力控制模块的命令对两个轮毂电机进行调整；
所述液压制动力模块包括油泵电机、液压油泵和第二ECU；
并与第二ECU电气连接用于驱动液压油泵并控制液压油压力；
所述液压油泵设置在电动汽车制动主缸的进油腔和出油腔之间，用于调节电动汽车制动主缸的进油腔和出油腔之间的液压差值；
所述油泵电机用于驱动所述液压油泵进行工作；
所述第二ECU分别和制动踏板位置传感器、轮速传感器、车速传感器、油泵电机、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油泵电机控制液压油泵工作，将液压油泵的工作状态传递给所述复合制动力控制模块，并接收所述复合制动力控制模块的命令对液压油泵进行调整；
所述复合制动力控制模块包含第三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液压油泵的工作状态调整电机再生制动力模块、液压制动力模块的制动力大小。
2.基于权利要求1所述的电动汽车电液复合制动***的优化方法，其特征在于，包含以下步骤：
步骤1)，建立电动汽车电液复合制动***的模型以及制动力分配模型，所述电液复合制动***模型包括制动踏板模型、真空助力器模型、主缸模型、轮缸模型、直流电机模型，和二象限DC-DC变换器模型；
步骤2)，在制动工况下，以制动踏板被踏下的行程、能量回收率作为电液复合制动***的性能评价指标，以ECE法规规定的前后轴制动力分配比范围作为电动汽车电液复合制动***的约束条件，并建立电机再生制动力模块、液压制动力模块和复合制动力控制模块ECE的性能指标的目标函数；
步骤3)，根据电机再生制动力模块、液压制动力模块和复合制动力控制模块ECE的性能指标的目标函数建立电动汽车电液复合制动***的多目标优化模型；
步骤4)，设置优化变量、性能指标范围和约束条件范围，基于NSGA-Ⅱ算法对复合制动***进行优化计算，得到电动汽车电液复合制动***有关所述优化变量的优化参数，并根据得到优化变量的优化参数对电动汽车电液复合制动***的对应参数进行调整。
3.根据权利要求2所述的电动汽车电液复合制动***的优化方法，其特征在于，所述步骤2)中：
1)，液压制动力模块ECE性能指标的目标函数为f(x1)：
式中，f1(X)表示制动踏板感觉在路面信息有效频率范围(0，ω0)内的频域能量平均值；ω0表示路面信息中有用信号的最大频率值；为制动踏板感觉传递函数：
式中，KT为制动踏板回位弹簧刚度，Am为制动主缸面积，τp为真空助力器等效模型的时间常数，Aw为活塞轮缸面积，βe为电机制动力与液压制动力分配比，Mm为主缸质量，Cm为主缸阻尼，Km为主缸弹簧刚度，k为真空助力器等效模型的放大系数；
2)，电机再生制动力模块ECE的性能指标的目标函数为P：
式中，r为车轮等效半径，F为设计工况的总制动力，R为电机等效内阻，ke为反电动势常数，ωm为车轮的角速度，kt为电机转矩常数；
3)，复合制动力控制模块ECE的性能指标的目标函数为：
式中，βhyb为电机制动力与液压制动力分配比，b为质心到后轴的距离，hg为质心高度，z为制动强度，a为质心到前轴的距离，L为前后轴之间的距离。
4.根据权利要求3所述的电动汽车电液复合制动***的优化方法，其特征在于，所述步骤3)中电动汽车电液复合制动***的多目标优化模型f(X)为：
式中，k1和k2为预先设置的权重。
5.根据权利要求4所述的电动汽车电液复合制动***的优化方法，其特征在于，所述步骤4)中设置的优化变量为：制动踏板回位弹簧刚度KT、电机转矩系数Kt、制动主缸质量Mm、真空助力器等效时间常数τp。
6.根据权利要求4所述的电动汽车电液复合制动***的优化方法，其特征在于，所述步骤4)中设置的约束条件范围为：
(1)在优化过程中，制动踏板感觉传递函数的分母应满足Routh判据的约束条件；
(2)在优化过程中，制动减速度应满足a≤0.52g，g是重力加速度；
(3)在优化过程中，滑移率应在0.13≤λ≤0.2。
7.根据权利要求4所述的电动汽车电液复合制动***的优化方法，其特征在于，所述步骤4)中设置的性能指标的范围为：
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