CN111301384A - 一种电液复合制动防抱死***及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种电液复合制动防抱死***及其控制方法，包括液压制动执行机构、电机制动执行机构以及环境感知与控制决策机构，液压制动执行机构的控制模式为3通道式后轴低选ABS，依据不同的路况，电机制动执行机构采用不同的控制模式，与液压制动执行机构进行组合并交替补偿，对车轮进行制动。电机制动执行机构在整个调控过程中起快速调节与精准调节的作用，液压制动执行机构起到提供大转矩的作用。本发明最大化利用路面附着力，将电机与液压两执行机构的各自优点结合起来，以满足不同工况下的制动需求。

Description

一种电液复合制动防抱死***及其控制方法

技术领域

本发明属于车辆制动领域，具体涉及一种电液复合制动防抱死***及其控制方法。

背景技术

节能、环保和安全是现代汽车工业发展的三大主题，电动轮汽车是最受关注的领域之一。电动汽车保有量逐年增加，行驶环境日趋复杂。这对驾驶员提出了更高的要求，同时也对车辆的智能水平提出挑战。在汽车的行车安全中，制动性能是重中之重。

在某些紧急制动工况下，电动轮汽车所采用的电机制动方式无法提供足够大的需求制动力矩，而液压制动机构虽能保证在任何工况下产生足够大的制动力矩，但其布置形式固定(后轴低选控制)，不能灵活改变，无法充分利用地面附着力，因此由液压防抱死制动与电机制动构成的电液复合制动***成为了电动轮汽车制动方式的必然选择之一。

发明内容

为了解决现有技术中后轴低选控制时地面附着力不能得到充分利用这个问题，本发明提供了一种电液复合制动防抱死***及其控制方法。

本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。

一种电液复合制动防抱死***，包括液压制动执行机构、电机制动执行机构以及环境感知与控制决策机构，所述环境感知与控制决策机构包括电控单元ECU，电控单元ECU计算各车轮的滑移率，进行分析、判别、放大后，输出所需制动力至液压控制器HCU和电机控制器MCU，液压控制器HCU控制制动压力调节器根据所需制动力对液压回路中压力大小进行调节，电机控制器MCU控制轮毂电机按照期望转矩值工作。

上述技术方案中，所述电机制动执行机构的工作模式包括四轮独立控制形成4通道式 ABS，两前轮独立控制、后轮按低选控制原则形成3通道式后轴低选ABS，两后轮独立控制、前轮按高选控制原则形成3通道式前轴高选ABS，两后轮独立控制、前轮按低选控制原则形成3通道式前轴低选ABS。

一种电液复合制动防抱死***的控制方法，液压制动执行机构与电机制动执行机构依据不同的路况进行不同控制模式组合，对车轮进行制动。

进一步，所述控制模式组合具体为：

模式一：当车辆驶过均匀路面时，电机制动执行机构的工作模式采用任意一种；

模式二：当车辆由附着系数低的路面驶向附着系数高的路面时，电机制动执行机构的工作模式采用任意一种；

模式三：当车辆驶向对开路面时，电机制动执行机构的工作模式采用3通道式前轴低选 ABS控制或3通道式后轴低选ABS或4通道式ABS；

模式四：当车辆前后轮均接触对开路面时，电机制动执行机构的工作模式采用4通道式 ABS；

模式五：当车辆由对开路面驶出时，电机制动执行机构采用3通道式前轴低选ABS或3 通道式前轴高选ABS或4通道式ABS。

更进一步，所述模式二中，液压制动执行机构与电机制动执行机构需要调整前后轴的制动压力分配，加大前轮制动力，减小后轮制动力。

更进一步，所述模式三中，电机制动执行机构加大对开路面附着系数较高一侧的前车轮制动力，两后轮采取制动力均匀分配，且后轮制动力与两前轮制动力均不同。

更进一步，所述模式四中，电机制动执行机构加大对开路面附着系数较高一侧的车轮制动力，两侧车轮制动力不同，且同侧前后轮制动力不同。

更进一步，所述模式五中，电机制动执行机构加大对开路面附着系数较高一侧的后车轮制动力，两前轮采取制动力均匀分配，且前轮制动力与两后轮制动力均不同。

更进一步，所述控制模式采用液压制动执行机构和电机制动执行机构交替补偿。

更进一步，所述交替补偿具体为：电机制动执行机构限制车轮滑移率，液压制动执行机构将车轮滑移率限制在理想滑移率附近，精确补偿电机制动力；在***抖动时，当车轮滑移率没有接近理想滑移率，重新调整液压制动力，再进行电机制动力精确补偿。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

(1)本发明中电机制动执行机构的工作模式包括四轮独立控制形成4通道式ABS，两前轮独立控制、后轮按低选控制原则形成3通道式后轴低选ABS，两后轮独立控制、前轮按高选控制原则形成3通道式前轴高选ABS，两后轮独立控制、前轮按低选控制原则形成3通道式前轴低选ABS；充分利用四个轮毂电机单独精准可控的优点，灵活的变换多种布置形式以满足不同工况下的制动需求。

(2)本发明对车轮进行制动时，依据不同的路况，液压制动执行机构与电机制动执行机构进行不同控制模式组合，将电机与液压两执行机构的各自优点结合起来，同时互相弥补各自缺点，在各车轮不发生抱死的情况下最大化利用路面附着力。

(3)本发明的液压制动执行机构与电机制动执行机构进行不同控制模式组合时，液压制动执行机构和电机制动执行机构交替补偿，快速、精准且可靠地进行车轮滑移率的控制。

附图说明

当结合附图考虑时，能够更完整更好地理解本发明。此处所说明的附图用来提供对本发明进一步的理解，实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定，其中：

图1为本发明一种电液复合制动防抱死***的整车布置方式示意图；

图2为本发明一种电液复合制动防抱死***工作过程经历的路况示意图；

图3为本发明针对不同工况的电液复合制动防抱死***布置组合方式切换流程框图；

图4为本发明所涉及控制模式内部具体控制流程图。

图中，1-电控单元ECU，2-轮毂电机，3-制动压力调节器，4-液压制动主缸，5-轮速传感器，6-压力传感器，7-液压控制器HCU，8-电机控制器MCU，9-附着系数为0.4的路面，10-附着系数为0.7的路面，11-附着系数为0.8的路面，12-附着系数为0.2的路面。

具体实施方式

下面结合附图以及具体实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的保护范围并不限于此。

一种电液复合制动防抱死***(ABS)，包括液压制动执行机构、电机制动执行机构以及环境感知与控制决策机构。

液压制动执行机构由液压制动主缸4、液压控制器HCU7、制动压力调节器3和压力传感器6组成，液压制动主缸4通过导线与液压控制器HCU7连接，制动压力调节器3通过液压管路与液压控制器HCU7连接；液压制动主缸4布置在液压回路中，且与制动踏板通过制动助力器连接，制动压力调节器3、压力传感器6布置在液压回路中，且压力传感器6安装在轮毂上；制动压力调节器3接收液压控制器HCU7的指令，通过电磁阀的动作来实现制动压力的增加、保持和降低；压力传感器6用于采集车轮制动轮缸的压力，并传输给电控单元 ECU1；液压制动主缸4与电控单元ECU1信号连接。

电机制动执行机构由电机控制器MCU8和轮毂电机2组成，电机控制器MCU8与轮毂电机2通过导线连接，轮毂电机2安装在车轮上，接收电机控制器MCU8的指令，为车轮提供驱动或者制动力矩。

环境感知与控制决策机构由轮速传感器5和电控单元ECU1组成，电控单元ECU1与轮速传感器5通过信号线连接，电控单元ECU1与液压控制器HCU7、电机控制器MCU8通过 CAN总线连接；轮速传感器5安装在轮毂上，用于检测车轮转速，并向电控单元ECU1提供转速信号，电控单元ECU1计算各个车轮的滑移率，再将滑移率分析、判别、放大，输出所需制动力至液压控制器HCU7和电机控制器MCU8，再由液压控制器HCU7和电机控制器MCU8分别控制制动压力调节器3和轮毂电机2工作，其中制动压力调节器3位于液压回路中，根据所需制动力对液压管路中的压力大小进行调节，轮毂电机2按照电机控制器MCU8 的期望转矩值工作，驱动车辆行驶。

车轮滑移率的计算公式为：

s＝(v-ωr)/v

其中：s为滑移率，v为当前车速，ω为当前轮速，r为车轮半径。当前车速采用次大轮速法搭配速度变化限制，把轮速排序后选出第二大的轮速作为车速，如果此时刻的车速与上一刻的车速相比超出了最大的速度变化限值(根据经验确定，常用值0.6g，即每秒变化值不超过6m/s)，则将此刻的车速修正为“上一刻车速+速度变化限值”。

滑移率分析、判别、放大的过程为：将滑移率与理想滑移率(20％左右)进行比较，若相差大于一定阈值(±10％左右)，则电控单元ECU1进入制动控制模式选择状态(见图4)。若左右车轮的滑移率相差过大(±10％左右)，则判断此时路面为对开路面；若前后车轮滑移率相差过大(±20％左右)，则判断此时路面为对接路面；若四轮滑移率相差均不大(＜±5％左右)，则判断此时路面为均匀路面。最后将此时计算得到的滑移率放大，减小不断波动带来的影响。

均匀路面是指整个路面的附着系数不变化或基本不变(变化值<0.15)，对开路面是指路面左右两部分的附着系数相差较大(变化值>0.25)，对接路面是指沿车辆行驶方向，路面的附着系数发生突变(变化值>0.35)。

液压制动执行机构一旦确定好布置方式便不可改变，但是电机制动执行机构工作时，由于四个轮毂电机2独立可控，其工作模式多样。包括：电机制动执行机构可以采用四轮独立控制形成4通道式ABS；也可以采用两前轮独立控制、后轮按低选控制原则形成3通道式后轴低选ABS；也可以采用两前轮独立控制、后轮按高选控制原则形成3通道式后轴高选ABS；也可以采用两后轮独立控制、前轮按高选控制原则形成3通道式前轴高选ABS；或者采用两后轮独立控制、前轮按低选控制原则形成3通道式前轴低选ABS。其中低选控制原则是保证附着系数较低一侧的车轮不抱死，选择控制***压力(控制***包括液压制动执行机构和电机制动执行机构)；而高选控制原则是优先保证附着系数较高一侧车轮不发生抱死，通过使附着系数较低一侧的车轮与附着系数较高一侧的车轮保持同样的制动压力来实施制动压力调节。下表以3通道式后轴低选布置方式为例，展示不同工况下两套制动执行机构的不同制动组合方式。由于电机制动方式中后轴高选ABS与液压制动中的后轴低选ABS不能共存，故未在表格中列出。

表1两套制动执行机构的组合方式

当两套制动执行机构的组合方式为：液压制动执行机构为3通道式后轴低选ABS、电机制动执行机构为4通道式ABS，制动过程为：

车辆制动时，四个轮速传感器5首先将测得的转速信号发送给电控单元ECU1，ECU1计算出每个车轮的滑移率。电控单元ECU1对滑移率进行分析、判别、放大，结合车辆的低选控制原则，计算制动力需求(计算方法为在原有制动踏板计算制动力需求的基础上，将滑移率与理想滑移率(20％)的偏差考虑进去，当偏差较大时根据PID调节适当减小制动力需求)，并将需求指令通过CAN总线传输给液压控制器HCU7和电机控制器MCU8，液压控制器HCU7通过PWM控制制动压力调节器3来调节管路中的压力，直到符合需求值；电机控制器MCU8发出指令控制轮毂电机2执行相应动作，车辆开始减速。在计算制动力需求时，液压制动执行机构始终是前轮独立控制、后轴低选控制(为现有技术)。由于电机制动执行机构可以在液压制动执行机构的基础上灵活调整，最大限度的利用路面附着力，电机制动的不同方式切换是通过每个电机控制器MCU8直接对轮毂电机2发出的转矩控制指令来完成的，具体转矩指令的控制过程为现有技术。

当两套制动执行机构的组合方式为其余几种时，具体制动过程与上述制动过程类似，在此不再赘述，只是在不同的电机制动机构布置方式中由各电机控制器MCU8对对应的轮毂电机2发送不同的转矩指令。

下面以车辆按图2中的路况行驶为例，结合图3的控制框图对液压制动执行机构与电机制动执行机构所采取的组合制动方式进行逐一详细介绍，图2中车辆首先驶过均匀路面9、路面10，然后驶过对开路面(路面11和路面12组成)，且路面9的附着系数为0.4，路面10的附着系数为0.7，路面11的附着系数为0.8，路面12的附着系数为0.2。

当车辆驶过均匀路面时，液压制动执行机构采用前轮独立控制、后轴低选控制的方式；电机制动执行机构采用四轮独立控制的方式，但是由于此时为均匀路面，左、右轮接地点的附着系数相差无几，因此可以看成四轮制动力是基于轴载均匀分配的。此情况下，无论电机制动执行机构采用哪一种布置方式效果都是一样的。

当车辆由路面9行驶到路面10时，两前轮接触路面10，两后轮还与路面9接触时，液压制动执行机构与电机制动执行机构需要调整前后轴的制动压力分配，加大前轮制动力而减小后轮制动力，由于此时左右轮所处路面附着系数相同，所以左右轮采取平均分配制动力的方式。此情况下，无论电机制动执行机构采用哪一种布置方式效果都是一样的。

当车辆从路面10驶向对开路面(由路面11、12组成)时，液压制动执行机构与电机制动执行机构均采取前轮独立控制的方法，使得路面11一侧的前车轮具有更大的制动力，在不发生抱死的前提下充分利用路面附着力。此时两后轮仍采取制动力均匀分配的控制，但与两前轮制动力均不同，根据两后轮的滑移率来调整两后轮的制动力。此情况下，电机制动执行机构可采用3通道式前轴低选ABS或3通道式后轴低选ABS或4通道式ABS。

当车辆前后轮均接触对开路面(由路面11、12组成)时，液压制动执行机构与电机制动执行机构均采取前轮独立控制的方法，使得路面11一侧的车轮具有更大的制动力；由于液压制动执行机构无法对后轮采取独立控制，只能使两后轮具有相同的制动力，无法使路面11一侧的车轮充分利用路面附着力；因此电机制动执行机构此时应加大对路面11一侧车轮的制动力，使得路面11、路面12一侧的前后车轮制动力分别相同，且两后轮制动力不同。此情况下，电机制动执行机构只能采用4通道式ABS。

当车辆由对开路面驶出时，为了使路面12一侧的车轮不抱死，液压制动执行机构采用的低选控制方式使得附着系数较高(路面11)一侧的车轮和路面12一侧的车轮具有一样小的制动力，此时由于左右轮接地点处的附着系数相差较大，采用这种单一的控制方式无法充分利用路面附着力；可利用电机制动执行机构对附着系数较高一侧的后车轮施加额外的电机制动力，即采取液压后轴低选控制+电机四轮独立控制模式，在不发生抱死的前提下最大限度的利用地面附着力。两前轮制动力均匀分配，但与两后轮制动力均不同，根据两前轮的滑移率来调整两前轮的制动力。此情况下，电机制动执行机构可采用3通道式前轴低选ABS或3通道式前轴高选ABS或4通道式ABS。

针对路面的具体情况可进行表1中四种制动控制模式切换，但对某一车轮而言，可能既存在液压制动又存在电机制动，因此在决策出合适的制动模式后，还需要考虑两制动执行机构的具体控制方式，与常规控制方式不同，此时需要采取“循环补偿法”进行两执行机构的交替补偿，具体如下：

(1)首先利用电机响应快的优点在一开始进行电机制动，快速将车轮滑移率限制住；

(2)若需求制动力大小在电机制动执行机构的调控范围内，则直接对电机制动力进行微调，由轮毂电机2跟随滑移率波动对车轮制动力矩实施精准实时调控(袁磊.四轮轮毂驱动电动汽车滑移率控制***研究[D])；若需求制动力大小超出电机制动执行机构的调控范围，随后利用液压制动执行机构可输出大转矩的特性进行液压制动的介入，将此时的滑移率进一步限制在理想滑移率附近，最终再改变电机制动的力度，起到“补偿***抖动与滑移率波动”的作用。

3.由于液压制动机构存在***抖动等缺点，需要判断滑移率是否始终保持在理想值允许范围附近(20％±5％)，若某时刻超出上述限制值则重新调整液压制动执行机构的制动力，重复(2)，两个制动执行机构不断交替调整，直到***状态与控制效果符合要求为止。

总之，电机制动执行机构在整个调控过程中起快速调节与精准调节的作用，液压制动执行机构则起到提供大转矩的作用。可以提供常规电液复合制动中“同时制动策略”或“先电机制动后液压制动策略”所无法提供的优点，在各轮滑移率的控制中做到快速、精准且可靠。如图4所示。

所述实施例为本发明的优选的实施方式，但本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员能够做出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种电液复合制动防抱死***，其特征在于，包括液压制动执行机构、电机制动执行机构以及环境感知与控制决策机构，所述环境感知与控制决策机构包括电控单元ECU(1)，电控单元ECU(1)计算各车轮的滑移率，进行分析、判别、放大后，输出所需制动力至液压控制器HCU(7)和电机控制器MCU(8)，液压控制器HCU(7)控制制动压力调节器(3)根据所需制动力对液压回路中压力大小进行调节，电机控制器MCU(8)控制轮毂电机(2)按照期望转矩值工作。

2.根据权利要求1所述的电液复合制动防抱死***，其特征在于，所述电机制动执行机构的工作模式包括四轮独立控制形成4通道式ABS，两前轮独立控制、后轮按低选控制原则形成3通道式后轴低选ABS，两后轮独立控制、前轮按高选控制原则形成3通道式前轴高选ABS，两后轮独立控制、前轮按低选控制原则形成3通道式前轴低选ABS。

3.一种根据权利要求1-2任意一项所述的电液复合制动防抱死***的控制方法，其特征在于，液压制动执行机构与电机制动执行机构依据不同的路况进行不同控制模式组合，对车轮进行制动。

4.根据权利要求3所述的电液复合制动防抱死***的控制方法，其特征在于，所述控制模式组合具体为：

模式一：当车辆驶过均匀路面时，电机制动执行机构的工作模式采用任意一种；

模式二：当车辆由附着系数低的路面驶向附着系数高的路面时，电机制动执行机构的工作模式采用任意一种；

模式三：当车辆驶向对开路面时，电机制动执行机构的工作模式采用3通道式前轴低选ABS控制或3通道式后轴低选ABS或4通道式ABS；

模式四：当车辆前后轮均接触对开路面时，电机制动执行机构的工作模式采用4通道式ABS；

模式五：当车辆由对开路面驶出时，电机制动执行机构采用3通道式前轴低选ABS或3通道式前轴高选ABS或4通道式ABS。

5.根据权利要求4所述的电液复合制动防抱死***的控制方法，其特征在于，所述模式二中，液压制动执行机构与电机制动执行机构需要调整前后轴的制动压力分配，加大前轮制动力，减小后轮制动力。

6.根据权利要求4所述的电液复合制动防抱死***的控制方法，其特征在于，所述模式三中，电机制动执行机构加大对开路面附着系数较高一侧的前车轮制动力，两后轮采取制动力均匀分配，且后轮制动力与两前轮制动力均不同。

7.根据权利要求4所述的电液复合制动防抱死***的控制方法，其特征在于，所述模式四中，电机制动执行机构加大对开路面附着系数较高一侧的车轮制动力，两侧车轮制动力不同，且同侧前后轮制动力相同。

8.根据权利要求4所述的电液复合制动防抱死***的控制方法，其特征在于，所述模式五中，电机制动执行机构加大对开路面附着系数较高一侧的后车轮制动力，两前轮采取制动力均匀分配，且前轮制动力与两后轮制动力均不同。

9.根据权利要求4-8任意一项所述的电液复合制动防抱死***的控制方法，其特征在于，所述控制模式采用液压制动执行机构和电机制动执行机构交替补偿。

10.根据权利要求9所述的电液复合制动防抱死***的控制方法，其特征在于，所述交替补偿具体为：电机制动执行机构限制车轮滑移率，液压制动执行机构将车轮滑移率限制在理想滑移率附近，精确补偿电机制动力；在***抖动时，当车轮滑移率没有接近理想滑移率，重新调整液压制动力，再进行电机制动力精确补偿。

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