CN112744083B - 一种制动***故障的安全控制方法、装置及电动汽车 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种制动***故障的安全控制方法、装置及电动汽车，涉及汽车安全技术领域，所述方法包括：在接收到制动***故障信号时，获取电动汽车的需求制动力，并判断驱动***是否故障；若所述驱动***无故障，则根据所述驱动***的能量回收最大制动力、所述驱动***的安全状态下的最大制动力和所述需求制动力调整所述电动汽车的输出制动力；若所述驱动***故障，则根据所述安全状态下的最大制动力和所述需求制动力调整所述电动汽车的输出制动力。本发明的方案实现了在机械制动失效故障后通过控制驱动***对所述电动汽车进行制动，提高了驾乘的安全性。
Description
技术领域
本发明涉及汽车安全技术领域，尤其是涉及一种制动***故障处理方法、装置及电动汽车。
背景技术
制动***征程工作时车辆安全行驶的基础前提，电动汽车也不例外。目前主流的四轮驱动纯电动汽车大多通过在车辆的前轴与后轴中分别布置驱动电机来实现，该类型的电动汽车前轮与后轮均能够实现动力的输出，因此较一般电动汽车而言具有更优的加速性能以及最高车速。由于四轮驱动纯电动汽车的以上特点，一经推出市场便深受广大消费者的推崇。
另外随着纯电动汽车技术的发展，制动能量回收技术也取得了快速的进步，相对于早期的并联式能量回收，串联式能量回收具有更高的自由度以及更好的能量回收效率，因此逐渐成为纯电动汽车主流的能量回收方式。虽然串联式制动能量回收具有以上优点，但是其结构比较复杂，具有该结构的电动汽车其制动踏板在很大程度上面临着与机械制动***的解耦问题，即车辆中的制动踏板与制动***无机械连接或机械连接程度较低，其中制动踏板与制动***无机械连接的情况可称之为线控制动。这种解耦所带来的问题便是由于缺乏耦合，导致在发生一些机械制动失效故障时无法通过人为对制动踏板施加踏板力在车辆中产生制动效果，即：由于制动踏板与制动***缺乏机械连接因此踏板力不会通过机械***产生制动所需要的制动压力，因此串联式能量回收纯电动汽车，尤其是制动踏板与机械制动***完全解耦的车辆，其制动***故障后的安全保障机制成为当前的研究热点。
发明内容
本发明的目的在于提供一种制动***故障的安全控制方法、装置及电动汽车，从而解决现有技术中车辆发生一些机械制动失效故障时无汽车的安全保障机制不足的问题。
为了达到上述目的，本发明提供一种制动***故障的安全控制方法，应用于电动汽车，所述方法包括：
在接收到制动***故障信号时，获取电动汽车的需求制动力并判断驱动***是否故障；
若所述驱动***无故障，则根据所述驱动***的能量回收最大制动力、所述驱动***的安全状态下的最大制动力和所述需求制动力调整所述电动汽车的输出制动力；
若所述驱动***故障，则根据所述安全状态下的最大制动力和所述需求制动力调整所述电动汽车的输出制动力。
可选的，调整所述电动汽车的输出制动力的步骤之后，所述方法还包括：
根据调整后的所述输出制动力、预设机械***传动效率、预设传动系数速比和车轮半径，确定驱动电机的输出扭矩，并控制所述驱动电机输出所述输出扭矩。
可选的，根据所述驱动***的能量回收最大制动力、所述驱动***的安全状态下的最大制动力和所述需求制动力调整所述电动汽车的输出制动力的步骤包括：
获取所述驱动***的能量回收最大制动力和所述安全状态下的最大制动力；
若所述能量回收最大制动力大于所述需求制动力，则将所述输出制动力的值调整为所述需求制动力的值；
若所述能量回收最大制动力小于或等于所述需求制动力，则在所述安全状态下的最大制动力小于或等于所述需求制动力时，将所述输出制动力的值调整为所述能量回收最大制动力和所述安全状态下的最大制动力中较大的一个；在所述安全状态下的最大制动力大于所述需求制动力时，采用比例积分算法调节所述输出制动力。
可选的，根据所述安全状态下的最大制动力和所述需求制动力调整所述输出制动力的步骤包括：
获取所述安全状态下的最大制动力；
在所述安全状态下的最大制动力大于所述需求制动力时，采用比例积分算法调节所述输出制动力；
在所述安全状态下的最大制动力小于或等于所述需求制动力时，将所述输出制动力的值调整为所述安全状态下的最大制动力的值。
可选的，获取所述安全状态下的最大制动力的步骤包括：
采集驱动电机的转速；
根据所述转速确定安全状态下的最大扭矩；
根据所述最大扭矩、预设传动***速比、预设机械***传动效率和车轮半径，计算所述安全状态下的最大制动力。
可选的，采用比例积分算法调节所述输出制动力的步骤包括：
根据所述需求制动力和所述电动汽车的质量，计算所述电动汽车的目标减速度；
采集所述电动汽车的当前减速度；
对所述目标减速度和所述当前减速度的差值进行比例积分调节，获取关管模式安全状态的第一占空比和主动短路模式安全状态的第二占空比；其中，所述第一占空比和所述第二占空比之和为控制周期与脉冲宽度调制周期的比值；
修正所述第一占空比和所述第二占空比；
根据修正后的所述第一占空比和修正后的所述第二占空比，调节所述输出制动力。
可选的，修正所述第一占空比和所述第二占空比的步骤包括：
在所述第一占空比/第二占空比大于第一预设值时，将所述第一占空比/第二占空比修正为所述第一预设值；在所述第一占空比/第二占空比小于第二预设值时，将所述第一占空比/第二占空比修正为所述第二预设值；其中，所述第一预设值大于所述第二预设值。
可选的，对所述目标减速度和所述当前减速度的差值进行比例积分调节，获取关管模式安全状态的第一占空比和主动短路模式安全状态的第二占空比的步骤包括：
获取驱动电机的转速；
在所述转速大于预设转速时，通过对所述差值进行比例积分调节，获取所述第一占空比，并根据所述比值和所述第一占空比的差值获取所述第二占空比；
在所述转速小于或等于所述预设转速时，通过对所述差值进行比例积分调节，获取所述第二占空比，并根据所述比值和所述第二占空比的差值获取所述第一占空比。
可选的，根据修正后的所述第一占空比和修正后的所述第二占空比，调节所述输出制动力的步骤包括：
在所述转速大于所述预设转速时，控制所述驱动***在一个控制周期的第一时刻之前处于关管模式安全状态，在第一时刻之后处于主动短路模式安全状态；其中，所述控制周期的起始时刻与所述第一时刻之间的时长为修正后的所述第一占空比与所述脉冲宽度调制的周期的乘积；
在所述转速小于或等于所述预设转速时，控制所述驱动***在一个控制周期的第二时刻之前处于主动短路模式安全状态，在所述第二时刻之后处于关管模式安全状态；其中，所述控制周期的起始时刻与所述第一时刻之间的时长为修正后的所述第二占空比与所述脉冲宽度调制的周期的乘积。
本发明实施例还提供一种制动***故障的安全控制装置，应用于电动汽车，所述装置包括：
处理模块，用于在接收到制动***故障信号时，获取电动汽车的需求制动力，并判断驱动***是否故障；
第一调整模块，用于若所述驱动***无故障，则根据所述驱动***的能量回收最大制动力、所述驱动***的安全状态下的最大制动力和所述需求制动力调整所述电动汽车的输出制动力；
第二调整模块，用于若所述驱动***故障，则根据所述安全状态下的最大制动力和所述需求制动力调整所述电动汽车的输出制动力。
可选的，所述制动***故障的安全控制装置还包括：
控制模块，用于根据调整后的所述输出制动力、预设机械***传动效率、预设传动系数速比和车轮半径，确定驱动电机的输出扭矩，并控制所述驱动电机输出所述输出扭矩。
可选的，所述第一调整模块包括：
第一获取子模块，用于获取所述驱动***的能量回收最大制动力和所述安全状态下的最大制动力；
第一调整子模块，用于若所述能量回收最大制动力大于所述需求制动力，则将所述输出制动力的值调整为所述需求制动力的值；
第二调整子模块，用于若所述能量回收最大制动力小于或等于所述需求制动力，则在所述安全状态下的最大制动力小于或等于所述需求制动力时，将所述输出制动力的值调整为所述能量回收最大制动力和所述安全状态下的最大制动力中较大的一个；在所述安全状态下的最大制动力大于所述需求制动力时，采用比例积分算法调节所述输出制动力。
可选的，所述第一获取子模块包括：
第一采集单元，用于采集驱动电机的转速；
第一确定单元，用于根据所述转速确定安全状态下的最大扭矩；
第一计算单元，用于根据所述最大扭矩、预设传动***速比、预设机械***传动效率和车轮半径，计算所述安全状态下的最大制动力。
可选的，所述第二调整子模块包括：
第三计算单元，用于根据所述需求制动力和所述电动汽车的质量，计算所述电动汽车的目标减速度；
第二采集单元，用于采集所述电动汽车的当前减速度；
第一获取单元，用于对所述目标减速度和所述当前减速度的差值进行比例积分调节，获取关管模式安全状态的第一占空比和主动短路模式安全状态的第二占空比；其中，所述第一占空比和所述第二占空比之和为控制周期与脉冲宽度调制周期的比值；
第一修正单元，用于修正所述第一占空比和所述第二占空比；
第一调节单元，用于根据修正后的所述第一占空比和修正后的所述第二占空比，调节所述输出制动力。
可选的，所述第一修正单元具体用于在所述第一占空比/第二占空比大于第一预设值时，将所述第一占空比/第二占空比修正为所述第一预设值；在所述第一占空比/第二占空比小于第二预设值时，将所述第一占空比/第二占空比修正为所述第二预设值；其中，所述第一预设值大于所述第二预设值。
可选的，所述第一获取单元包括：
第一获取子单元，用于获取驱动电机的转速；
第二获取子单元，用于在所述转速大于预设转速时，通过对所述差值进行比例积分调节，获取所述第一占空比，并根据所述比值和所述第一占空比的差值获取所述第二占空比；
第三获取子单元，在所述转速小于或等于所述预设转速时，通过对所述差值进行比例积分调节，获取所述第二占空比，并根据所述比值和所述第二占空比的差值获取所述第一占空比。
可选的，所述第一调节单元包括：
第一控制子单元，用于在所述转速大于所述预设转速时，控制所述驱动***在一个控制周期的第一时刻之前处于关管模式安全状态，在第一时刻之后处于主动短路模式安全状态；其中，所述控制周期的起始时刻与所述第一时刻之间的时长为修正后的所述第一占空比与所述脉冲宽度调制的周期的乘积；
第二控制子单元，用于在所述转速小于或等于所述预设转速时，控制所述驱动***在一个控制周期的第二时刻之前处于主动短路模式安全状态，在所述第二时刻之后处于关管模式安全状态；其中，所述控制周期的起始时刻与所述第一时刻之间的时长为修正后的所述第二占空比与所述脉冲宽度调制的周期的乘积。
可选的，所述第二调整模块包括：
第二获取子模块，用于获取所述安全状态下的最大制动力；
第一调节子模块，用于在所述安全状态下的最大制动力大于所述需求制动力时，采用比例积分算法调节所述输出制动力；
第三调整子模块，用于在所述安全状态下的最大制动力小于或等于所述需求制动力时，将所述输出制动力的值调整为所述安全状态下的最大制动力的值。
可选的，所述第二获取子模块包括：
第二采集单元，用于采集驱动电机的转速；
第二确定单元，用于根据所述转速确定安全状态下的最大扭矩；
第二计算单元，用于根据所述最大扭矩、预设传动***速比、预设机械***传动效率和车轮半径，计算所述安全状态下的最大制动力。
可选的，所述第一调节子模块包括：
第四计算单元，用于根据所述需求制动力和所述电动汽车的质量，计算所述电动汽车的目标减速度；
第三采集单元，用于采集所述电动汽车的当前减速度；
第二获取单元，用于对所述目标减速度和所述当前减速度的差值进行比例积分调节，获取关管模式安全状态的第一占空比和主动短路模式安全状态的第二占空比；其中，所述第一占空比和所述第二占空比之和为控制周期与脉冲宽度调制周期的比值；
第二修正单元，用于修正所述第一占空比和所述第二占空比；
第二调节单元，用于根据修正后的所述第一占空比和修正后的所述第二占空比，调节所述输出制动力。
可选的，所述第二修正单元具体用于在所述第一占空比/第二占空比大于第一预设值时，将所述第一占空比/第二占空比修正为所述第一预设值；在所述第一占空比/第二占空比小于第二预设值时，将所述第一占空比/第二占空比修正为所述第二预设值；其中，所述第一预设值大于所述第二预设值。
可选的，所述第二获取单元包括：
第四获取子单元，用于获取驱动电机的转速；
第五获取子单元，用于在所述转速大于预设转速时，通过对所述差值进行比例积分调节，获取所述第一占空比，并根据所述比值和所述第一占空比的差值获取所述第二占空比；
第六获取子单元，在所述转速小于或等于所述预设转速时，通过对所述差值进行比例积分调节，获取所述第二占空比，并根据所述比值和所述第二占空比的差值获取所述第一占空比。
可选的，所述第二调节单元包括：
第三控制子单元，用于在所述转速大于所述预设转速时，控制所述驱动***在一个控制周期的第一时刻之前处于关管模式安全状态，在第一时刻之后处于主动短路模式安全状态；其中，所述控制周期的起始时刻与所述第一时刻之间的时长为修正后的所述第一占空比与所述脉冲宽度调制的周期的乘积；
第四控制子单元，用于在所述转速小于或等于所述预设转速时，控制所述驱动***在一个控制周期的第二时刻之前处于主动短路模式安全状态，在所述第二时刻之后处于关管模式安全状态；其中，所述控制周期的起始时刻与所述第一时刻之间的时长为修正后的所述第二占空比与所述脉冲宽度调制的周期的乘积。
本发明的上述技术方案至少具有如下有益效果：
本发明实施例的制动***故障的安全控制方法，在接收到制动***故障信号时，获取电动汽车的需求制动力，并判断驱动***是否故障，在所述驱动***无故障时，根据所述驱动***的能量回收最大制动力、所述驱动***的安全状态下的最大制动力和所述需求制动力调整所述电动汽车的输出制动力，使所述输出制动力满足所述需求制动力；在所述驱动***故障时，根据所述安全状态下的最大制动力和所述需求制动力调整所述电动汽车的输出制动力，使所述输出制动力满足所述需求制动力，从而确保电动汽车具有制动***故障后的安全保障机制，使得电动汽车能够安全停车，提高了驾乘的安全性。
附图说明
图1为应用本发明实施例的制动***故障的安全控制方法的控制***架构示意图；
图2为本发明实施例的制动***故障的安全控制方法的基本步骤的示意图；
图3为本发明实施例的制动***故障的安全控制装置的基本组成的示意图。
附图标记说明：
1-整车控制器，2-电机控制器，3-线控制动***，4-前电机，5-后电机，6-前车轮，7-后车轮，8-第一单级减速器，9-第二单级减速器。
为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。
具体实施方式
本发明针对现有技术中的电动汽车在制动***故障后无安全保障机制，导致易发生交通事故的问题，提供了一种制动***故障的安全控制方法、装置及电动汽车，实现了在制动***故障后，通过控制驱动***实现车辆的制动，提高了驾乘安全性。
首先，需要说明的是，本发明实施例的制动***故障的安全控制方法应用于具有如图1所示的控制***架构的电动汽车，所述控制***架构包括：整车控制器1，分别与所述整车控制器1连接的电机控制器2和线控制动***3，设置于电动汽车的前轴的前电机4，设置于所述电动汽车的后轴的后电机5，所述前电机4和所述后电机5分别与所述电机控制器2连接，分别与所述线控制动***3连接的前车轮6和后车轮7，以及，连接在所述前电机4和所述前车轮6之间的第一单级减速器8和连接在所述后电机5和所述后车轮7之间的第二单级减速器9。另外，优选地，所述前电机4和所述后电机5为永磁同步电机，且所述前电机4和所述后电机5的性能参数完全一致，第一单级减速器8的速比与第二单级减速器9的速比完全相同。
由图1可知，前电机4通过第一单级减速比8与前车轮6相连接，后电机5通过第二单级减速比9与后车轮7相连接，中间无换挡机构，因此，前电机4和后电机5所产生的扭矩将直接作用于车轮中，另外，车辆中的制动踏板与线控制动***3之间无机械连接。虽然制动踏板与线控制动***3实现了完全的解耦，但是由于驱动***与制动***均是通过在车轮中产生期望的驱动扭矩或制动力来实现各自的功能，因此，它们是强耦合。本发明实施例正是利用这一特点，在所述线控制动***3发生故障后，利用控制驱动***进入到能量回收状态或安全状态，在车辆的前、后电机中产生制动力，以此来实现车辆的制动。
下面，结合图2，对本发明实施例的制动***故障的安全控制方法进行详细说明。
请参阅图2，为本发明实施例的制动***故障的安全控制方法的基本示意图，所述方法包括：
步骤S201，在接收到制动***故障信号时，获取电动汽车的需求制动力，并判断驱动***是否故障；
在本实施例中，制动***故障的判断由线控制动***3自行完成，该故障状态经由控制器局域网络（Controller Area Network，简称：CAN）发送给整车控制器1，本发明实施例不涉及到制动***故障判断的具体实现，这里仅用到其判断结果。
另外，在本实施例中，所述需求制动力由整车控制器1根据当前车辆各***的状态、车辆的制动踏板开度、加速踏板开度以及档位等一系列信息，根据一定逻辑计算得到的，本发明实施例定义整车控制器1计算得到需求制动力，并通过CAN网络发送至电机控制器2。同样，本发明实施例不涉及到需求制动力的计算过程，仅用到其结果。
步骤S202，若所述驱动***无故障，则根据所述驱动***的能量回收最大制动力、所述驱动***的安全状态下的最大制动力和所述需求制动力调整所述电动汽车的输出制动力；
本发明实施例中，当驱动***无法按照要求有效输出扭矩时，则认为发生驱动***输出扭矩故障。该故障属于驱动***故障范畴，本发明实施例不用到故障判断的具体实现过程，仅用到其判断结果。
步骤S203，若所述驱动***故障，则根据所述安全状态下的最大制动力和所述需求制动力调整所述电动汽车的输出制动力。
本发明实施例的制动***故障的安全控制方法，在接收到制动***故障信号时，获取电动汽车当前的需求制动力，并判断驱动***是否故障，在驱动***功能正常时，根据驱动***的能量回收最大制动力、安全状态下的最大制动力和需求制动力调整所述电动汽车的输出制动力，控制所述电动汽车制动；在驱动***故障时，控制驱动***进入安全状态，并根据安全状态下的最大制动力和需求制动力调整所述电动汽车的输出制动力，从而控制所述电动汽车制动，在不改变车辆硬件的基础上，实现了制动***故障后，控制所述电动汽车安全制动，降低了在制动***失效时整车所面临的制动安全风险，提高了驾乘安全性。
进一步的，在调整所述电动汽车的输出制动力的步骤之后，所述方法还包括：
根据调整后的所述输出制动力、预设机械***传动效率、预设传动系数速比和车轮半径，确定驱动电机的输出扭矩，并控制所述驱动电机输出所述输出扭矩。
本步骤的具体实现可以为根据公式：
计算所述输出扭矩。其中，T为输出扭矩，F为输出制动力，
表示传动***速比（驱动电机与车辆驱动轮间），η表示机械***传动效率，R表示车轮半径。
由于本发明实施例中的前电机与后电机的参数相同，因此，分配至前电机的第一输出扭矩为0.5T，分配至后电机的第二输出扭矩为0.5T。
优选地，步骤S202，根据所述驱动***的能量回收最大制动力、所述驱动***的安全状态下的最大制动力和所述需求制动力调整所述电动汽车的输出制动力的步骤包括：
首先，获取所述驱动***的能量回收最大制动力和所述安全状态下的最大制动力；
本步骤中，驱动***能量回收所能够产生的最大制动力计算实际上是计算驱动电机在能量回收过程中所能够产生的最大制动扭矩，该制动扭矩将转换成相应的制动力。其中，驱动***最大能量回收强度也即能量回收最大制动扭矩与车辆动力电池最大允许充电电流、电机当前转速、驱动电机外特性等因素有关。
定义驱动***最大能量回收扭矩（前电机4和后电机5的总扭矩）为
，则能量回收最大制动力的计算为：
其中，
表示能量回收最大制动力，
表示驱动***最大能量回收扭矩，
表示传动***速比（驱动电机与车辆驱动轮间），η表示机械***传动效率，R表示车轮半径。
需要说明的是，安全状态下最大的最大制动力的计算过程将在后文中详细介绍。
其次，若所述能量回收最大制动力大于所述需求制动力，则将所述输出制动力的值调整为所述需求制动力的值；
本步骤中，若所述能量回收最大制动力大于所述需求制动力，则说明单纯的利用驱动***进入到能量回收状态所产生的制动力来满足整车的制动需求。将需求制动力平均分配到车辆的前电机与后电机中，即：前、后电机能量回收所需要缠身的制动力均为0.5Fc。通过确定前、后电机输出扭矩命令的方式使其分别产生0.5Fc的制动力，此时驱动***能量回收控制的问题转化为前、后电机扭矩命令的计算；具体为：
其中，
表示前电机的能量回收控制扭矩命令；
表示后电机的能量回收控制扭矩命令；
表示传动***速比（驱动电机与车辆驱动轮间）；η表示机械***传动效率；R表示车轮半径。
最后，若所述能量回收最大制动力小于或等于所述需求制动力，则在所述安全状态下的最大制动力小于或等于所述需求制动力时，将所述输出制动力的值调整为所述能量回收最大制动力和所述安全状态下的最大制动力中较大的一个；在所述安全状态下的最大制动力大于所述需求制动力时，采用比例积分算法调节所述输出制动力。
本步骤中，若Fe>Fc条件不成立则表明单纯利用驱动***能量回收控制所产生的制动力不能够满足整车的制动需求，此时继续进行Fa>Fc条件判断，其中，Fa为安全状态下的最大制动力，当该条件得到满足则表明利用控制驱动***进入到安全状态所产生的制动力能够满足当前整车的制动需求，则控制驱动***进入安全状态，采用比例积分算法调节所述输出制动力；若Fa>Fc条件不成立则表明此时单纯的利用安全状态控制也无法使驱动***产生整车所期望的制动力，则进一步比较Fe和Fa的大小，并控制驱动***进入产生较大的一个制动力的状态，由该状态下产生的制动力控制所述电动汽车制动。
可选的，步骤S203，根据所述安全状态下的最大制动力和所述需求制动力调整所述输出制动力的步骤包括：
首先，获取所述安全状态下的最大制动力；
其次，一方面，在所述安全状态下的最大制动力大于所述需求制动力时，采用比例积分算法调节所述输出制动力；
本步骤中，在所述安全状态下的最大制动力大于所述需求制动力时，若驱动***产生的制动力大于所述需求制动力，则会引起车轮打滑或抱死，为了避免发生上述现象，本发明实施例采用比例积分算法调节所述驱动***输出的所述输出制动力，使所述输出制动力满足所述需求制动力。
另一方面，在所述安全状态下的最大制动力小于或等于所述需求制动力时，将所述输出制动力的值调整为所述安全状态下的最大制动力的值。
具体的，获取所述安全状态下的最大制动力的步骤包括：
首先，采集驱动电机的转速；其次，根据所述转速确定安全状态下的最大扭矩；最后，根据所述最大扭矩、预设传动***速比、预设机械***传动效率和车轮半径，计算所述安全状态下的最大制动力。
需要说明的是，所述驱动***的安全状态包括：关管模式安全状态和主动短路模式安全状态。永磁同步电机在高转速工况下进入到关管模式安全状态后所产生的制动扭矩会远大于进入到主动短路模式安全状态所产生的制动扭矩，随着电机转速的降低，关管模式安全状态所产生的制动扭矩会逐渐降低；而主动短路模式安全状态虽然在高转速时所产生的制动扭矩较小，但该制动扭矩会随着电机转速的降低逐渐增大，在一个特定的转速点，关管模式安全状态的制动扭矩与主动短路模式安全状态的制动扭矩相等。
通过台架测试的方法确定车辆驱动电机的关管模式安全状态和主动短路模式安全状态的制动扭矩转换切换点，定义前电机的转速表示为
，其制动扭矩转速切换点为
；定义后电机的转速表示为
，其制动扭矩转速切换点为
，则安全状态下驱动***前、后电机所能够产生的最大制动扭矩为：
其中，
表示安全状态下前电机所能够产生的最大制动扭矩；
表示进入到关管模式安全状态下驱动电机所产生的制动扭矩，可以看出该制动扭矩是电机转速
的函数，其随着电机转速的变化而变化；
表示进入到主动短路模式安全状态下驱动电机所产生的制动扭矩，同样该制动扭矩是电机转速
的函数。本发明中以前电机的制动扭矩转速切换点
为转速界限，
≥
时关管模式安全状态所产生的制动扭矩较大，因此
等于
；若
<
条件成立，则主动短路模式安全状态所产生的制动扭矩较大，此时
等于
。关于
与
曲线与电机特性有关，其通过台架试验获得，具体获得方法属于电机领域常识性内容，因此本发明不对其进行介绍，这里仅用到其结果。
其中
表示安全状态下后电机所能够产生的最大制动扭矩；
表示进入到关管模式安全状态下驱动电机所产生的制动扭矩；
表示进入到主动短路模式安全状态下驱动电机所产生的制动扭矩，同样它们均是后电机转速
的函数。同样的，后电机的制动扭矩转速切换点以
为界限，获得后电机的最大制动扭矩，因此本发明不再详细说明。
根据式以上两公式可以获得驱动***所能够产生的最大制动转矩，定义该转矩为
，则其表达式为：
其中，
表示驱动***所能够产生的安全状态下最大制动力，
表示安全状态下驱动***所能够产生的最大制动扭矩，
表示传动***速比（驱动电机与车辆驱动轮间），η表示机械***传动效率，R表示车轮半径。
可选的，采用比例积分算法调节所述输出制动力的步骤包括：
第一，根据所述需求制动力和所述电动汽车的质量，计算所述电动汽车的目标减速度；
本步骤中，所述电动汽车的质量可以为安装在所述电动汽车上的传感器实时采集的数据，也可以为在所述电动汽车自重的基础上增加一预设质量获得。
计算所述目标减速度的具体实现为：
其中，B表示目标减速度，
表示需求制动力，M表示电动汽车的质量。
第二，采集所述电动汽车的当前减速度；
第三，对所述目标减速度和所述当前减速度的差值进行比例积分调节，获取关管模式安全状态的第一占空比和主动短路模式安全状态的第二占空比；其中，所述第一占空比和所述第二占空比之和为控制周期与脉冲宽度调制周期的比值；
例如，定义100个电机控制器脉冲宽度调制周期为一个控制周期，在一个控制周期内通过分配关管模式安全状态与主动短路模式安全状态的占空比来保证驱动***所产生的制动力满足制动需求。因此，本发明实施例引入比例积分调节控制，以所述目标减速度为控制目标，以车辆当前的实际减速度与目标减速度B的差值为比例积分控制器的输入，通过比例积分调节计算出关管模式安全状态在100次脉冲宽度调制控制内的占比，也即占空比，以此来满足整车的制动需求（将减速度偏差调节至0）。
第四，修正所述第一占空比和所述第二占空比；本步骤使所述第一占空比和所述第二占空比均小于控制周期与脉冲宽度调制周期的比值，避免了比例积分调节可能存在的饱和问题。
第五，根据修正后的所述第一占空比和修正后的所述第二占空比，调节所述输出制动力。本步骤通过根据修正后的所述第一占空比和修正后的所述第二占空比调节所述输出制动力，实现了对制动过程中车辆实际减速度与期望减速度间的偏差进行自适应调节，从而最终达到满足整车制动需求的目的，使车辆制动过程中所产生的实际减速度与目标减速度保持一致。
具体的，修正所述第一占空比和所述第二占空比的步骤包括：
在所述第一占空比/第二占空比大于第一预设值时，将所述第一占空比/第二占空比修正为所述第一预设值；在所述第一占空比/第二占空比小于第二预设值时，将所述第一占空比/第二占空比修正为所述第二预设值；其中，所述第一预设值大于所述第二预设值。
需要说明的是，本步骤中，所述第一预设值优选控制周期与脉冲宽度调制周期的比值，所述第二预设值优选零。
以一个控制周期包含100个脉冲宽度调制周期时，修正第一占空比为例，本步骤的具体实现为根据公式：
对所述第一占空比进行修正。其中，
表示经过限制后的第一占空比（该值四舍五入后取整）；根据该式可以看出，限制环节将比例积分计算得到的占空比限制在了[0,100]区间，以此来保证不超出实际控制所需的范围，进而保证本发明实施例所提供控制方法的有效性。另外，第二占空比的修正方式与第一占空比的修正方式类似，在此不再赘述。
可选的，对所述目标减速度和所述当前减速度的差值进行比例积分调节，获取关管模式安全状态的第一占空比和主动短路模式安全状态的第二占空比的步骤包括：
第一，获取驱动电机的转速；
第二，在所述转速大于预设转速时，通过对所述差值进行比例积分调节，获取所述第一占空比，并根据所述比值和所述第一占空比的差值获取所述第二占空比；
第三，在所述转速小于或等于所述预设转速时，通过对所述差值进行比例积分调节，获取所述第二占空比，并根据所述比值和所述第二占空比的差值获取所述第一占空比。
本步骤中，本发明中以车辆的目标减速度B为控制目标，在不同的电机转速下通过控制车辆在主动短路模式与关管模式安全状态间的切换来实现整车的制动目标（产生减速度B），具体实现方法为，首先判断电机的当前转速是否高于“制动扭矩转速切换点”所对应的转速（预设转速），若高于该转速，则此时驱动电机关管模式所产生的制动力将高于主动短路模式所产生的制动力，这种情况下通过在以关管模式安全状态为主的控制中加入主动短路模式控制以降低驱动***所产生的制动力；反之若电机转速小于等于“制动扭矩转速切换点”所对应的转速（预设转速），则此时主动短路模式安全状态所产生的制动力大于关管模式控制所产生的制动力，这种情况下将通过在以主动短路模式安全状态为主的控制中加入关管模式控制以降低驱动***所产生的制动力。本发明实施例正是通过以上方法来使驱动***安全状态控制所产生的制动力满足整车的需求。
接下来，以转速大于预设转速时对差值进行比例积分调节，获取第一占空比为例，具体说明调节过程。
根据公式：
获取所述第一占空比，其中，
表示第一占空比；
表示比例积分控制的比例系数；
表示比例积分控制的积分系数。所述比例系数和所述积分系数均为预先确定的参数。
可选的，根据修正后的所述第一占空比和修正后的所述第二占空比，调节所述输出制动力的步骤包括：
在所述转速大于所述预设转速时，控制所述驱动***在一个控制周期的第一时刻之前处于关管模式安全状态，在第一时刻之后处于主动短路模式安全状态；其中，所述控制周期的起始时刻与所述第一时刻之间的时长为修正后的所述第一占空比与所述脉冲宽度调制的周期的乘积；
在所述转速小于或等于所述预设转速时，控制所述驱动***在一个控制周期的第二时刻之前处于主动短路模式安全状态，在所述第二时刻之后处于关管模式安全状态；其中，所述控制周期的起始时刻与所述第一时刻之间的时长为修正后的所述第二占空比与所述脉冲宽度调制的周期的乘积。
请参阅图3，为本发明实施例的制动***故障的安全控制装置的基本做成的示意图，所述制动***故障的安全控制装置包括：
处理模块301，用于在接收到制动***故障信号时，获取电动汽车的需求制动力，并判断驱动***是否故障；
第一调整模块302，用于若所述驱动***无故障，则根据所述驱动***的能量回收最大制动力、所述驱动***的安全状态下的最大制动力和所述需求制动力调整所述电动汽车的输出制动力；
第二调整模块303，用于若所述驱动***故障，则根据所述安全状态下的最大制动力和所述需求制动力调整所述电动汽车的输出制动力。
本发明实施例的制动***故障的安全控制装置还包括：
控制模块，用于根据调整后的所述输出制动力、预设机械***传动效率、预设传动系数速比和车轮半径，确定驱动电机的输出扭矩，并控制所述驱动电机输出所述输出扭矩。
本发明实施例的制动***故障的安全控制装置中，所述第一调整模块302包括：
第一获取子模块，用于获取所述驱动***的能量回收最大制动力和所述安全状态下的最大制动力；
第一调整子模块，用于若所述能量回收最大制动力大于所述需求制动力，则将所述输出制动力的值调整为所述需求制动力的值；
第二调整子模块，用于若所述能量回收最大制动力小于或等于所述需求制动力，则在所述安全状态下的最大制动力小于或等于所述需求制动力时，将所述输出制动力的值调整为所述能量回收最大制动力和所述安全状态下的最大制动力中较大的一个；在所述安全状态下的最大制动力大于所述需求制动力时，采用比例积分算法调节所述输出制动力。
本发明实施例的制动***故障的安全控制装置中，所述第一获取子模块包括：
第一采集单元，用于采集驱动电机的转速；
第一确定单元，用于根据所述转速确定安全状态下的最大扭矩；
第一计算单元，用于根据所述最大扭矩、预设传动***速比、预设机械***传动效率和车轮半径，计算所述安全状态下的最大制动力。
本发明实施例的制动***故障的安全控制装置中，所述第二调整子模块包括：
第三计算单元，用于根据所述需求制动力和所述电动汽车的质量，计算所述电动汽车的目标减速度；
第二采集单元，用于采集所述电动汽车的当前减速度；
第一获取单元，用于对所述目标减速度和所述当前减速度的差值进行比例积分调节，获取关管模式安全状态的第一占空比和主动短路模式安全状态的第二占空比；其中，所述第一占空比和所述第二占空比之和为控制周期与脉冲宽度调制周期的比值；
第一修正单元，用于修正所述第一占空比和所述第二占空比；
第一调节单元，用于根据修正后的所述第一占空比和修正后的所述第二占空比，调节所述输出制动力。
本发明实施例的制动***故障的安全控制装置中，所述第一修正单元具体用于在所述第一占空比/第二占空比大于第一预设值时，将所述第一占空比/第二占空比修正为所述第一预设值；在所述第一占空比/第二占空比小于第二预设值时，将所述第一占空比/第二占空比修正为所述第二预设值；其中，所述第一预设值大于所述第二预设值。
本发明实施例的制动***故障的安全控制装置中，所述第一获取单元包括：
第一获取子单元，用于获取驱动电机的转速；
第二获取子单元，用于在所述转速大于预设转速时，通过对所述差值进行比例积分调节，获取所述第一占空比，并根据所述比值和所述第一占空比的差值获取所述第二占空比；
第三获取子单元，在所述转速小于或等于所述预设转速时，通过对所述差值进行比例积分调节，获取所述第二占空比，并根据所述比值和所述第二占空比的差值获取所述第一占空比。
本发明实施例的制动***故障的安全控制装置中，所述第一调节单元包括：
第一控制子单元，用于在所述转速大于所述预设转速时，控制所述驱动***在一个控制周期的第一时刻之前处于关管模式安全状态，在第一时刻之后处于主动短路模式安全状态；其中，所述控制周期的起始时刻与所述第一时刻之间的时长为修正后的所述第一占空比与所述脉冲宽度调制的周期的乘积；
第二控制子单元，用于在所述转速小于或等于所述预设转速时，控制所述驱动***在一个控制周期的第二时刻之前处于主动短路模式安全状态，在所述第二时刻之后处于关管模式安全状态；其中，所述控制周期的起始时刻与所述第一时刻之间的时长为修正后的所述第二占空比与所述脉冲宽度调制的周期的乘积。
本发明实施例的制动***故障的安全控制装置中，所述第二调整模块203包括：
第二获取子模块，用于获取所述安全状态下的最大制动力；
第一调节子模块，用于在所述安全状态下的最大制动力大于所述需求制动力时，采用比例积分算法调节所述输出制动力；
第三调整子模块，用于在所述安全状态下的最大制动力小于或等于所述需求制动力时，将所述输出制动力的值调整为所述安全状态下的最大制动力的值。
本发明实施例的制动***故障的安全控制装置中，所述第二获取子模块包括：
第二采集单元，用于采集驱动电机的转速；
第二确定单元，用于根据所述转速确定安全状态下的最大扭矩；
第二计算单元，用于根据所述最大扭矩、预设传动***速比、预设机械***传动效率和车轮半径，计算所述安全状态下的最大制动力。
本发明实施例的制动***故障的安全控制装置中，所述第一调节子模块包括：
第四计算单元，用于根据所述需求制动力和所述电动汽车的质量，计算所述电动汽车的目标减速度；
第三采集单元，用于采集所述电动汽车的当前减速度；
第二获取单元，用于对所述目标减速度和所述当前减速度的差值进行比例积分调节，获取关管模式安全状态的第一占空比和主动短路模式安全状态的第二占空比；其中，所述第一占空比和所述第二占空比之和为控制周期与脉冲宽度调制周期的比值；
第二修正单元，用于修正所述第一占空比和所述第二占空比；
第二调节单元，用于根据修正后的所述第一占空比和修正后的所述第二占空比，调节所述输出制动力。
本发明实施例的制动***故障的安全控制装置中，所述第二修正单元具体用于在所述第一占空比/第二占空比大于第一预设值时，将所述第一占空比/第二占空比修正为所述第一预设值；在所述第一占空比/第二占空比小于第二预设值时，将所述第一占空比/第二占空比修正为所述第二预设值；其中，所述第一预设值大于所述第二预设值。
本发明实施例的制动***故障的安全控制装置中，所述第二获取单元包括：
第四获取子单元，用于获取驱动电机的转速；
第五获取子单元，用于在所述转速大于预设转速时，通过对所述差值进行比例积分调节，获取所述第一占空比，并根据所述比值和所述第一占空比的差值获取所述第二占空比；
第六获取子单元，在所述转速小于或等于所述预设转速时，通过对所述差值进行比例积分调节，获取所述第二占空比，并根据所述比值和所述第二占空比的差值获取所述第一占空比。
本发明实施例的制动***故障的安全控制装置中，所述第二调节单元包括：
第三控制子单元，用于在所述转速大于所述预设转速时，控制所述驱动***在一个控制周期的第一时刻之前处于关管模式安全状态，在第一时刻之后处于主动短路模式安全状态；其中，所述控制周期的起始时刻与所述第一时刻之间的时长为修正后的所述第一占空比与所述脉冲宽度调制的周期的乘积；
第四控制子单元，用于在所述转速小于或等于所述预设转速时，控制所述驱动***在一个控制周期的第二时刻之前处于主动短路模式安全状态，在所述第二时刻之后处于关管模式安全状态；其中，所述控制周期的起始时刻与所述第一时刻之间的时长为修正后的所述第二占空比与所述脉冲宽度调制的周期的乘积。
本发明实施例还提供一种电动汽车，包括如上所述的制动***故障的安全控制装置。
本发明实施例还提供一种电动汽车，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时实现如上所述的制动***故障的安全控制方法。
本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上所述的制动***故障的安全控制方法的步骤。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (11)
1.一种制动***故障的安全控制方法，应用于电动汽车，其特征在于，包括：
在接收到制动***故障信号时，获取电动汽车的需求制动力，并判断驱动***是否故障；
若所述驱动***无故障，则根据所述驱动***的能量回收最大制动力、所述驱动***的安全状态下的最大制动力和所述需求制动力调整所述电动汽车的输出制动力；
若所述驱动***故障，则根据所述安全状态下的最大制动力和所述需求制动力调整所述电动汽车的输出制动力。
2.根据权利要求1所述的制动***故障的安全控制方法，其特征在于，调整所述电动汽车的输出制动力的步骤之后，所述方法还包括：
根据调整后的所述输出制动力、预设机械***传动效率、预设传动系数速比和车轮半径，确定驱动电机的输出扭矩，并控制所述驱动电机输出所述输出扭矩。
3.根据权利要求1所述的制动***故障的安全控制方法，其特征在于，根据所述驱动***的能量回收最大制动力、所述驱动***的安全状态下的最大制动力和所述需求制动力调整所述电动汽车的输出制动力的步骤包括：
获取所述驱动***的能量回收最大制动力和所述安全状态下的最大制动力；
若所述能量回收最大制动力大于所述需求制动力，则将所述输出制动力的值调整为所述需求制动力的值；
若所述能量回收最大制动力小于或等于所述需求制动力，则在所述安全状态下的最大制动力小于或等于所述需求制动力时，将所述输出制动力的值调整为所述能量回收最大制动力和所述安全状态下的最大制动力中较大的一个；在所述安全状态下的最大制动力大于所述需求制动力时，采用比例积分算法调节所述输出制动力。
4.根据权利要求1所述的制动***故障的安全控制方法，其特征在于，根据所述安全状态下的最大制动力和所述需求制动力调整所述输出制动力的步骤包括：
获取所述安全状态下的最大制动力；
在所述安全状态下的最大制动力大于所述需求制动力时，采用比例积分算法调节所述输出制动力；
在所述安全状态下的最大制动力小于或等于所述需求制动力时，将所述输出制动力的值调整为所述安全状态下的最大制动力的值。
5.根据权利要求3或4所述的制动***故障的安全控制方法，其特征在于，获取所述安全状态下的最大制动力的步骤包括：
采集驱动电机的转速；
根据所述转速确定安全状态下的最大扭矩；
根据所述最大扭矩、预设传动***速比、预设机械***传动效率和车轮半径，计算所述安全状态下的最大制动力。
6.根据权利要求3或4所述的制动***故障的安全控制方法，其特征在于，采用比例积分算法调节所述输出制动力的步骤包括：
根据所述需求制动力和所述电动汽车的质量，计算所述电动汽车的目标减速度；
采集所述电动汽车的当前减速度；
对所述目标减速度和所述当前减速度的差值进行比例积分调节，获取关管模式安全状态的第一占空比和主动短路模式安全状态的第二占空比；其中，所述第一占空比和所述第二占空比之和为控制周期与脉冲宽度调制周期的比值；
修正所述第一占空比和所述第二占空比；
根据修正后的所述第一占空比和修正后的所述第二占空比，调节所述输出制动力。
7.根据权利要求6所述的制动***故障的安全控制方法，其特征在于，修正所述第一占空比和所述第二占空比的步骤包括：
在所述第一占空比/第二占空比大于第一预设值时，将所述第一占空比/第二占空比修正为所述第一预设值；在所述第一占空比/第二占空比小于第二预设值时，将所述第一占空比/第二占空比修正为所述第二预设值；其中，所述第一预设值大于所述第二预设值。
8.根据权利要求6所述的制动***故障的安全控制方法，其特征在于，对所述目标减速度和所述当前减速度的差值进行比例积分调节，获取关管模式安全状态的第一占空比和主动短路模式安全状态的第二占空比的步骤包括：
获取驱动电机的转速；
在所述转速大于预设转速时，通过对所述差值进行比例积分调节，获取所述第一占空比，并根据所述比值和所述第一占空比的差值获取所述第二占空比；
在所述转速小于或等于所述预设转速时，通过对所述差值进行比例积分调节，获取所述第二占空比，并根据所述比值和所述第二占空比的差值获取所述第一占空比。
9.根据权利要求8所述的制动***故障的安全控制方法，其特征在于，根据修正后的所述第一占空比和修正后的所述第二占空比，调节所述输出制动力的步骤包括：
在所述转速大于所述预设转速时，控制所述驱动***在一个控制周期的第一时刻之前处于关管模式安全状态，在第一时刻之后处于主动短路模式安全状态；其中，所述控制周期的起始时刻与所述第一时刻之间的时长为修正后的所述第一占空比与所述脉冲宽度调制的周期的乘积；
在所述转速小于或等于所述预设转速时，控制所述驱动***在一个控制周期的第二时刻之前处于主动短路模式安全状态，在所述第二时刻之后处于关管模式安全状态；其中，所述控制周期的起始时刻与所述第一时刻之间的时长为修正后的所述第二占空比与所述脉冲宽度调制的周期的乘积。
10.一种制动***故障的安全控制装置，应用于电动汽车，其特征在于，包括：
处理模块，用于在接收到制动***故障信号时，获取电动汽车的需求制动力，并判断驱动***是否故障；
第一调整模块，用于若所述驱动***无故障，则根据所述驱动***的能量回收最大制动力、所述驱动***的安全状态下的最大制动力和所述需求制动力调整所述电动汽车的输出制动力；
第二调整模块，用于若所述驱动***故障，则根据所述安全状态下的最大制动力和所述需求制动力调整所述电动汽车的输出制动力。
11.一种电动汽车，其特征在于，包括如权利要求10所述的制动***故障的安全控制装置。
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