CN113320394B - 一种基于路况识别的自适应多模式能量回收方法和*** - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于路况识别的自适应多模式能量回收方法和***，针对具备电力驱动***的汽车，包含混动和纯电动汽车，通过电子助力器，在制动***的基础上，基于主动路面类型识别实现了多模式的能量回收功能，提高了能量回收效率，并兼顾到了车辆制动的舒适性。本发明能够智能适应不同道路状态的多模式能量回收。本发明完全是基于车辆当下的车辆自身的设备，没有增加任何额外设备，为新增功能降低了改造成本。

Description

一种基于路况识别的自适应多模式能量回收方法和***

技术领域

本发明属于电动汽车驱动技术领域，具体涉及一种基于路况识别的自适应多模式能量回收方法和***。

背景技术

近些年，随着排放法规和能源政策等方面的原因，汽车电动化已成为未来不可阻挡的趋势，近几年电动汽车的销量十分火爆。而对于电动汽车，续航里程是最重要的设计指标。为提高续航里程，一方面是不断提高电池的容量，另一方面，提高电能的有效利用率。在车辆不同的行驶工况下，车辆约有35％-80％的动能经制动转化为热能耗散掉；因此，为了进一步提高电动汽车的续航里程，制动能量回收技术已经成为当下的热点之一。

ESC电子稳定***又叫制动液压调节单元；Ebooster电子助力设备用于放大驾驶员的制动力，与Ibooster线控制动***的作用相同；VCU电动力驱动控制单元在能量回收模式时控制驱动电机进入回收模式产生电能；TCU车辆传动***单元用于实现自动变速控制。

制动能量回收***由传统的机械摩擦制动和电机回收制动两个***构成；其中机械摩擦制动***主要由制动踏板行程传感器、助力器、ESC制动液压调节单元和卡钳总成组成；回收制动***主要由回收蓄电池和前轴驱动电机组成。首先，在日常行车制动过程中，制动能量回收在回收制动和机械液压制动两种模式的协调时，制动踏板感与传统制动时的踏板感有很大不同，需要根据不同的制动工况实时进行调节助特性；而传统机械制动***设计以真空机械助力器为助力放大器，当其结构参数一经固定，后期便无法调节；因此在制动踏板感的调节上受到很大局限性。其次，现有制动能量回收对于回收目标扭矩的确定，都是以车速和制动踏板信号等作为回收扭矩的计算输入条件；此种技术方案并没有考虑实时的车辆参数和路况变化，当车辆参数和路况发生变化时，车辆的动态减速感便有很大差异，对整车的舒适性产生较大影响；再次，由于路面不同，能量回收策略仍无法适应路面类型的变化，在低附路面上，回收效率会降低。另外也无法进行回收多模式的设计。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种基于路况识别的自适应多模式能量回收方法和***，用于实现多模式的能量回收功能。

本发明为解决上述技术问题所采取的技术方案为：一种基于路况识别的自适应多模式能量回收方法，包括以下步骤：

S0：标定路面得到滑行能量回收MAP图和制动协调能量回收MAP图，保存在ESC控制器中；

S1：判断车辆当前状态满足的条件，若满足进入滑行能量回收模式的全部条件，则执行步骤S2；若满足进入制动协调能量回收模式的全部条件，则执行步骤S4；若不满足则重复执行本步骤；

S2：若进入滑行能量回收模式，则对车辆当前行驶的道路进行路况识别，包括基于车辆动力学的轮胎路面摩擦特性进行道路表面类型识别、基于模板匹配方法进行特殊道路工况识别、基于车辆运动学方法进行道路坡度识别；

S3：滑行能量回收模式按能量回收强度的由强到弱依次包括强回收模式、中回收模式、轻回收模式；ESC控制器根据路况识别的结果调整能量回收强度、切换能量回收模式，根据车辆的当前行驶状态和滑行能量回收MAP图计算实际回收扭矩请求，并发送给VCU控制器；执行步骤S5；

S4：若进入制动协调能量回收模式，则ESC控制器根据由驾驶员的制动踏板行程计算的总制动扭矩需求、VCU控制器发出的车辆回收潜能扭矩、制动协调能量回收MAP图计算实际回收扭矩请求，并发送给VCU控制器；

S5：VCU控制器根据实际回收扭矩请求控制动力电机进行回收操作，并将回收的电能存储在动力电池中。

按上述方案，所述的步骤S1中，具体步骤为：

车辆进入滑行能量回收模式的条件包括驾驶员完全松开油门踏板且没有制动动作、车辆行驶速度大于最低回收阀值车速、车辆动力电池满足回收充电条件；

车辆进入制动协调能量回收模式的全部条件包括驾驶员踩制动踏板且踏板行程超过制动协调能量回收功能的触发阀值、车辆行驶速度大于最低回收阀值车速、车辆动力电池满足回收充电条件。

按上述方案，所述的步骤S2中，

道路表面类型识别的具体步骤为：

S21：车辆进入能量回收模式时采用的缺省道路表面类型为上一次制动时识别出的道路表面类型；

S22：采集在制动工况下轮胎与各种道路表面类型的摩擦动态变化数据，绘制道路表面类型的附着系数-滑移率曲线谱图，通过切片得到道路表面类型的减速度识别区间，并保存在车辆的ESC控制器中；

S23：ESC控制器采集最近n次制动的工况信息，计算制动时的车辆滑移率和车辆减速度，并与ESC控制器存储的道路表面类型的减速度识别区间进行对比，基于车辆动力学的轮胎路面摩擦特性完成道路表面类型识别；

特殊道路工况识别的具体步骤为：

S24：采集特殊道路工况的路谱获取轮速脉冲的特征和垂向加速度的特征，提取特殊道路工况对应的模板，并保存在车辆的ESC控制器中；

S25：ESC控制器采集实时的垂向加速度信号和轮速脉冲信号与模板匹配，完成特殊道路工况识别；

道路坡度识别的具体步骤为：

S26：设从车辆的纵向惯量传感器采集的车辆惯性加速度为α_x，根据车轮转速计算得到的车辆纵向速度为v_x，车辆纵向加速度为

车辆的ESC控制器基于运动学方法估计道路的坡度θ：

S27：在坡度为零的工况下对加速工况进行多次数据采样；设由VCU控制器获取的纵向驱动力为F_x，则ESC控制器对车辆质量的估计为：

估计多个质量的数值并求平均值，保存在ESC控制器中。

按上述方案，所述的步骤S3中，具体步骤为：

S31：若路况识别到包括铁轨路、坑洼路、减速带、搓板路的特殊道路工况时，退出能量回收模式进入等待模式；

S32：若路况识别到坡度大于10％的上坡道路时，退出能量回收模式进入等待模式；

若路况识别到坡度处于5％～10％之间的上坡道路时，能量回收模式进入轻回收模式，且坡度范围与轻回收模式的范围比例对应，能量回收强度随着坡度的增减在轻回收模式的基准标称值上进行反比例调整；

若路况识别到坡度处于0～5％之间的上坡道路时，能量回收模式进入中回收模式，并坡度范围与中回收的范围比例相对应，能量回收强度随着坡度的增减在中回收模式的基准标称值上进行反比例调整；

若路况识别到下坡道路时，能量回收模式进入强回收模式；

S33：若路况识别到包括干沥青路面、湿沥青路面、湿鹅卵石路面、雪面路面、冰面路面的道路表面类型时，则能量回收强度的初始值以干沥青的标定路面的能量回收强度为基准，根据道路表面类型和附着系数调整能量回收强度，若调整程度在当前能量回收模式的预设范围内时，则在当前能量回收模式下调整能量回收强度；若调整程度超出当前能量回收模式的预设范围时，则切换能量回收模式。

进一步的，所述的步骤S33中，车辆的轮胎在干沥青路面、湿沥青路面、湿鹅卵石路面、雪面路面、冰面路面的附着系数从1.0依次下降到0.1；道路表面类型对应的附着系数每下降0.1，则对应的能量回收强度提高5％；当能量回收强度超过预设范围则切换能量回收模式；若达到能量回收强度的上限值则采用强回收模式。

进一步的，所述的步骤S3中，

强回收模式的实际回收扭矩占车辆最大回收潜能扭矩的比值在70％～100％之间；

中回收模式的实际回收扭矩占车辆最大回收潜能扭矩的比值在30％～70％之间；

轻回收模式的实际回收扭矩占车辆最大回收潜能扭矩的比值在0～30％之间；

对每种回收模式分别取上述对应范围的上限和下限的中位数值作为基准标称值，用于调整实际回收扭矩请求以切换能量回收模式：

设强回收模式的基准标称值为85％；

设中回收模式的基准标称值为50％；

设轻回收模式的基准标称值为15％。

按上述方案，所述的步骤S4中，具体步骤为：

S41：踏板行程传感器PTS采集制动踏板行程信号并发送给Ebooster电子助力设备；ESC控制器将制动液压信号发送给Ebooster电子助力设备；

S42：Ebooster电子助力设备根据收到的制动踏板行程信号和制动液压信号计算驾驶员的总制动扭矩需求，并实时发送给ESC控制器；

S43：VCU控制器根据包括车速、电机转速、挡位、电池状态的整车工作状态估算在当前工况下供驱动电机进行能量回收的车辆回收潜能扭矩，并实时发送给ESC控制器；

S44：ESC控制器根据总制动扭矩需求、车辆回收潜能扭矩、制动协调能量回收MAP计算实际回收扭矩请求，并发送给VCU控制器。

按上述方案，所述的步骤S4中，若实际回收扭矩请求满足总制动扭矩需求，则全部制动力由能量回收制动***提供；若实际回收扭矩请求不满足总制动扭矩需求，则除了能量回收制动提供的制动力的其余制动力由机械制动***补充。

一种基于路面识别的自适应多模式能量回收***，包括踏板行程传感器PTS、Ebooster电子助力设备、ESC控制器、VCU控制器、制动器总成；踏板行程传感器PTS、Ebooster电子助力设备、ESC控制器、VCU控制器分别挂接在数据总线上，VCU控制器的控制端连接制动器总成的受控端；踏板行程传感器PTS安装在制动踏板处，用于采集制动踏板行程信号；E-Booster电子助力设备用于放大车辆制动***的踏板力，通过软件标定得到实时可调的制动助力曲线，并根据不同的能量回收模式调节制动助力曲线以适应不同的能量回收模型；通过控制器控制助力电机实现无驾驶员介入的主动制动；E-Booster电子助力设备包括助力电机和传动齿轮。

一种计算机存储介质，其内存储有可被计算机处理器执行的计算机程序，该计算机程序执行一种基于路况识别的自适应多模式能量回收方法。

本发明的有益效果为：

1.本发明的一种基于路况识别的自适应多模式能量回收方法和***，针对具备电力驱动***的汽车，包含混动和纯电动汽车，通过电子助力器，在制动***的基础上，基于主动路面类型识别实现了多模式的能量回收功能，提高了能量回收效率，并兼顾到了车辆制动的舒适性。

2.本发明能够智能适应不同道路状态的多模式能量回收。

3.本发明所述的道路状况主动识别模块完全是基于车辆当下的车辆自身的设备，ESC控制单元、轮速传感器等，并没有增加任何额外设备，为新增功能降低了改造成本。

附图说明

图1是本发明实施例的功能框图。

图2是本发明实施例的制动能量回收工作原理图。

图3是本发明实施例的回收模式切换流程图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

参见图1，本发明根据不同的回收模式调节制动助力曲线，用于适应不同的能量回收模型。

本发明的实施例采用的路面类型识别算法可以适应不同的路面类型，根据不同的路面类型采用不同的能量回收策略，从而获得更好的回收效率和舒适的制动感。比如车辆处于滑行状态时：如果在冰面上需要提高回收制动的目标扭矩；在高附路上需要保持常规回收强度。通过滑行回收使车辆在低附路面上的制动感与高附路面上接近，也提高了在低附路面上的回收效率。

根据不同的回收效率和舒适性策略进行多模式能量回收，按回收强度包括三种模式：(1)强回收模式，能量回收达到的减速度超过0.15g；(2)中回收模式，能量回收达到的减速度在0.15g～0.05g之间；(3)轻回收模式，能量回收达到的减速度小于0.05g；还包括传统无收模式，用于关闭回收功能。不同于现有的能量回收调节技术只是简单地根据回收强度设置强中弱三种回收等级，本发明的多模式能量回收兼顾了回收效率和回收时车辆的制动感舒适性：第一种为经济模式，以回收效率优先，尽可能的用尽回收潜力，牺牲舒适性；第二种为舒适模式，是一种传统回收模式，以舒适性为主，仅以高附路面进行标定确定一组回收参数，回收目标多在0.1g，为保证舒适性，即便有更高的回收潜力也不会再加以利用。第三为中和模式，依据以上两种模式，根据工况不同进行智能判断，并自适应调节，以在两种模式之间进行智能切换。

本发明主要实现方法如下：

本的适用对象为纯电动汽车；本发明的能量回收包括滑行能量回收和制动能量回收。

本发明所设计的能量回收方案基于电子助力方案的基础制动***；基础制动***中的踏板力放大模块采用电子助力设备(E-Booster)取代传统真空助力器；

电子助力设备的工作特性是电子助力，其助力模块由助力电机和传动齿轮构成；一方面，可以根据需要，通过软件标定实现实时可调的制动助力曲线；另一方面，可以通过控制器对助力电机控制，实现无驾驶员介入的主动制动。

本发明的核心技术点在于，上述所设计制动***的基础上，创造性地设计一种基于主动路面类型识别的智能多模式能量回收方法；最终实现能量回收的多模式，以提高能量回收效率，并兼顾到车辆制动舒适性。

综上所述，本发明的主要内容分为3部分：

能量回收时路面类型识别设计；

电动车能量回收***方案设计；

智能多模式能量回收策略设计；

第一部分：路面工况识别

本发明创新的第一部分就是能量回收时的路面工况的识别：

其主要内容分为道路表面类型识别、特殊道路工况和路面坡度识别三种工况:

(1)道路表面类型：常规5种路面(干沥青、湿沥青、湿鹅卵石、雪面、冰面)，

(2)特殊类型：铁轨路、坑洼路、减速带、搓板路等路面类型；

(3)道路坡度识别：上下坡度和整车质量估计；

在车辆进入能量回收模式时，根据所识别的路面工况进行能量回收。能量回收时的路面类型识别方法按上述三种大类分别进行识别。

第1类识别，对于常规路面类型的识别实现方法如下：

每次车辆进入能量回收阶段时所采用的常规路面类型为上一次驾驶员制动时所识别出的路面类型结果；由于驾驶员制动频次十分高的操作，因此可以保证对于常规路面识别结果的有效性；

本发明所设计的常规路面识别一共涉及5种常见路面，分别为：干沥青、湿沥青、湿鹅卵石、雪面、冰面等。方法基于车辆动力学的轮胎路面摩擦特性进行设计；具体实现如下：

(1)在车辆设计阶段，通过试验车在上述5种路面上进行数据采集，主要是制动工况下，轮胎与地面的摩擦动态变化数据；最终绘制在不同路面类型下的附着系数-滑移率曲线谱图，并通过切片得到不同路面类型下的减速度识别区间，然后存放在车辆的ESC控制器的内存中；

(2)本发明所述常规路面的识别由ESC控制器完成；具体识别通过采集最近三次的制动工况信息来进行匹配识别；并重点参考最近一次制动时的识别结果。识别方法是，以最近一次的驾驶员制动为例，计算出当时的车辆滑移率和车辆减速度，然后与ESC控制器中所存储的不同路面类型下的减速度识别区间进行对比，从而完成一次路面类型识别。由于能量回收属于功能安全要求较低的功能；且上述5种路面类型出现突变的可能性并不高，本发明所设计的方法足够保证有效性。

第2类识别，对于特殊路面工况的识别实现方法如下：

本发明所涉及的特殊路面主要指异常路面，具体有铁轨路、坑洼路、减速带、搓板路等路面类型；当车辆路过这些特征路况时，车轮运动状态处于异常状态，车身垂向处于较大的跳动状态；因此对能量回收功能会产生较大的不确定性影响。

对于上述路面类型，本发明设计一种模板匹配方法进行识别；本识别过程由ESC控制器进行完成；ESC通过接收到垂向加速度信号和轮速脉冲信号作为输入；然后通过模样匹配识别出具体的特征类型。

模板识别方法如下：在车辆设计阶段，将试验车在上述各种特征类型路面上进行反复测试，采集到相应的路谱，即轮速脉冲的特征和垂向加速度的特征，然后提取出各自类型对应的模板map；以后在实际的行驶过程中，便可以根据实时的动态数据进行匹配，从而识别出相应的特殊路面类型。

第3类识别，对于路面坡度估算和车辆质量估计实现方法如下：

目前中高端车辆，由于其配置较高，车辆自身配置了GPS或者陀螺仪设备，可以直接实时输出道路坡度，并发送到汽车的CAN总线上，供应相关控制器采用。而对于配置较低的车辆，并没有配置GPS或者陀螺仪设备，无法直接获取得到道路动态坡度，只能通过间接法进行坡度估计；本发明采用基于车辆运动学方法的坡度估计。

基于运动学方法的坡度估计，主要通过车辆自身所配置的纵向加速度传感器和轮速信号来进行间接估算；计算原理如公式X所示：

上式中，α_x为车辆惯性加速度，其数值可由固定于车身上的纵向惯量传感器实时获取，v_x为车辆的纵向速度，

为车辆的纵向加速度，可由车轮转速综合计算得出。

ESC控制器通过硬线获得上述惯量传感器信号α_x和4个轮速信号，然后通过上述算法实时估算出道路的坡度数值；并通过报文传送到CAN总线上，供应相关控制器调用。

在上述完成道路坡度的估计后，当在坡度为0的工况下，对于车辆实时载荷的估计原理可简化如下：

上式中，F_x为纵向驱动力，可由车辆驱动控制器VCU处获取；

为车辆的纵向加速度，可由车轮转速综合计算得出。由于车辆的质量一旦车辆启动后，一般情况下其质量是不会变动的，因此只需要在一次行驶过程中，只需要进行一次估计即可。

对于车辆质量的估计由ESC控制器来完成；首先要在坡度为零的工况下，对于加速工况进行采集，取3次数据采样，并通过上面原理公式估计出三个质量，并求取平均值；然后将质量数据存储在ESC控制器的内存中供其他功能取用。

第二部分：基于路面识别后的能量回收制动***方案设计：

本发明对于纯电动汽车设计了一个基于电动制动助力的制动能量回收***，具体***方案如图1所示。

与传统基础制动***不同的是，本制动***的制动助力模块采用电子助力设备，驾驶员的脚踩的踏板力可以被电子助力设备的助力电机进行放大，从而输出更高的制动液压进入ESC液压调节模块。采用此种方案的优点是，EBooster电子助力设备，可以通过软件标定来实现多种助力模式，获得更好的踏板感；因上可以实现更高水平的能量回收；本方案最高可以实现0.3g减速度的回收制动效能。

上述能量回收制动***进行能量回收时的原理说明，如图2所示；

制动踏板处安装有制动踏板行程传感器PTS，其可输出制动踏板行程信号进行ESC控制单元和eBooster单元。

eBooster控制单元根据接收到的PTS信号和制动液压信号综合判断并计算出驾驶员总的制动力矩需求；与此同时，eBooster控制单元实时将此驾驶总的制动需求力矩数值发送到CAN总线上，供ESC进行获取；

VCU控制模块根据整车工作状态(车速、电机转速、挡位、电池状态等)综合判断估算出当下工况，驱动电机用作发电模式时，能够进行能量回收的力矩潜能；与此同时，VCU控制单元实时将此电机潜在回收力矩数值发送到CAN总线上，给ESC进行获取；

据上述，ESC控制单元从CAN总线上实时获取到eBooster控制单元发出的驾驶员总制动需求力矩和VCU控制单元发出的电机潜在回收力矩后，根据设计阶段所做好的能量回收逻辑和标定MAP图进行计算，从而得出实际的制动能量回收请求力矩；ESC控制单元算后，并将实际的回收请求力矩发送到CAN总线上，供VCU控制单元接收，并通过动力电机进行回收，然后将电能存储到动力电池中。

上述完成路面类型及工况识别后，根据识别的输出结果，需要进行车辆能量回收策略的设计；关于车辆能量回收策略的设计，根据驾驶员的操作，可以分为两部分，即驾驶员无制动操作时的纯滑行能量回收和驾驶员制动时的协调能量回收；本发明创造性地通过考虑路况的识别结果，来设计一种多模式回收的能量回收策略。

第三部分：基于路面识别的回收多模式智能切换功能设计如下：

上半部分：智能多模式功能技术方案

目前市场上都是简单地采用手工模式，缺点是当选定某个回收模式后，无论车辆遇到什么样的道路工况，就只能一直以此种回收模式进行工作，无法针对车辆道路工况的不同，进行回收模式的切换，结果无论是回收效率还是车辆行驶舒适性上都无法做到最优。

本发明在现有手工调节模式的基础上，另外创造性地设计了三种回收模式的智能切换逻辑。当车辆选用智能调节模式后，车辆在进行能量回收时，能量回收***可以根据实时识别到的道路状况和路面类型进行，实时自动切换到最合适的回收模式，以适应当前的道路状况和路面类型；从而兼顾回收效率和车辆动态表现。

本发明设计了多模式的能量回收，根据回收强度设计了三种回收模式，包括强回收模式、中回收模式、轻回收模式；

关于纯滑行回收模式下回收强度的分级，强、中、轻的分级以最大回收潜能的利用率来计算；当实际回收扭矩占车辆最大回收潜能扭矩70％-100％之间，称为强回收模式；当实际回收扭矩车辆最大回收潜能扭矩30％-70％之间，称为中等回收模式；当实际回收扭矩占车辆最大回收潜能扭矩低于0-30％，称为轻回收模式。

对于三种回收强度定义回收范围如上所述，此外，每个强度的回收模式分别设定一个基准标称值，分别取每个范围上下限的中位数值。所以，强回收模式的基准标称值设定为85％；中回收模式的基准标称值设定为50％；轻回收模式的基准标称值设定为15％。

上述对于三种强度的回收模式分别进行了范围定义和基准标称值设定；其目的在于，在不同的回收模式切换时，实际回收扭矩请求，可以直接以此范围的基准标称值进行切换；然后在车辆识别到不同的道路状态，如不同的道路坡度、路面类型等状态时，回收请求可以进行两级调整；当需要较大的请求调整时，就直接切换回收模式；当需要较小的请求调整时，可以在当前模式的回收范围内，做小范围的增减。

下半部分：基于路面识别结果后的智能多模式工作流程

首先对能量回收工作策略进行设计，关于能量回收的策略设计，创新点有2个：

可实时根据路况的识别结果，实时调整滑行回收的目标扭矩；

可以根据路况的识别结果，实时调整滑行回收的最低可回收阀值车速；

基于路面识别结果后的智能多模式回收流程，如图3所示。

滑行回收的进入条件有三条，分别如下：

驾驶员完全松开油门踏板，且没有制动动作；

车辆行驶速度大于最低回收阀值；

车辆动力电池足回收充电条件；

当车辆满足上述3个条件并进行滑行回收模式，本发明的创新点是，根据实时的路况识别结果进行动态地调整回收策略。具体实现方式如下：

在车辆设计阶段，提前在本发明上述所提到的3大类路况下进行标定，并形成回收MAP，并存于ESC控制单元的内存中；

当车辆满足上述3个条件并进行滑行回收模式时，首先对当前的路况类型进行识别，同时估算出自身的车辆质量；

根据当前的车辆自身行驶状态，并结合ESC控制单元内存中的能量回收MAP图，进行判断当前实际的回收力矩请求，并发送到CAN总线上；

VCU控制单元从CAN总线上收到当前的回收力矩请求后，通过动力电机来进行回收操作，并将回收的电能存储在动力电池中。

进入制动协调回收条件：

对于制动协调回收的进入条件有三条，分别如下：

驾驶员踩制动踏板，且踏板行程超过制动协调回收功能的触发阀值；

车辆行驶速度大于最低回收阀值；

车辆动力电池足回收充电条件；

当车辆满足上述3个条件，则能量回收***进入制动协调回收模式，本发明的创新点是，根据实时的路况识别结果，对制动协调回收过程中的实际请求回收扭矩进行动态调整。具体实现方式如下：

在车辆设计阶段，提前在本发明上述所提到的3大类路况下进行标定，并形成制动协调回收MAP，并存于ESC控制单元的内存中；

当车辆满足上述3个条件并进行制动协调回收模式时，首先对当前的路况类型进行识别，同时估算出自身的车辆质量；

ESC根据驾驶员的制动踏板行程可以得到总的制动力矩需求；同时接收到VCU发出的车辆当关可供回收的潜力扭矩；并结合存储在ESC内存中的制动协调回收MAP，综合估算出当前实际的回收请求扭矩，ESC控制单元并将此需求数值通过CAN总线发送给VCU；

VCU控制单元从CAN总线上收到当前的回收力矩请求后，通过动力电机来进行回收操作，并将回收的电能存储在动力电池中。

如果实际的回收扭矩能够满足驾驶员总制动扭矩需求，则所有制动力皆由回收制动提供；如果实际的回收扭矩不能够满足驾驶员总制动扭矩需求，除掉回收制动力矩外，其余的制动力由机械制动***来进来补充。

上述所提到的ESC控制单元根据当前所识别到的道路信息进行回收判断的逻辑设计如下：

当识别到的路面类型为特殊异常路面(铁轨路、坑洼路、减速带、搓板路等特殊路面)时，由于上述路面为异常路面，为减速能量回收到车辆平顺性的影响，回收***暂时退出回收模式，进行等待模式；ESC控制单元内部的回收请求状态进行等待waiting状态，同时ESC发出的实际回收请求力矩值为0；

当识别到的路面类型为坡度时，分为上坡和下坡两种进行分区；当识别到上坡时，如果动态坡度大于10％，由于坡度太大，则能量回收***进入等待模式；当坡度处于5％-10％时，自动进入轻回收模式，并且此范围与轻度回收的范围比例相对应，随着坡度的增减，轻度回收的基准标称值上进行反相关调整；当坡度处于0-5％时，自动进入中度回收模式，并且此范围与中等回收的范围比例相对应，随着坡度的增减，中度回收的基准标称值上进行反相关调整。当是***识别到下坡时，即坡度数值为负，则直接自动进入强回收模式，从而提能量回收效率，并获取更大的减速度。

另外，当识别到的路面类型常规5种路面的结果后，则需要根据道路表面状态和附着系数进行自动切换回收模式和优化微调整回收强度。

本发明所涉及到的5种路面类型，分别为干沥青、湿沥青、湿鹅卵石、雪面、冰面；轮胎在5种路面类型上的附着系数依次下降，范围依次由1.0下降到0.1；由于路面附着系数越小，道路的滚动阻力越小，因此车辆需要更多的回收制动进行补偿，从而获得一致的减速效果，并提高了能量回收效率。

上述基于坡度智能调整的三种回收模式的标定路面是以干沥青为基准值；当***识别到路面类型后，以干沥青为初始基准值，路面类型对应的附着系数，每下降0.1，则对应的回收强度就提高5％；当调整后的回收强度数值超过某个范围，则就自动智能切换回收模式；如果超过100％上限，则就采用强回收模式即可。

上述设计主要内容分为3部分，1.能量回收时路面类型识别设计；其主要内容分为道路表面类型识别、特殊道路工况和路面坡度识别三种工况:第1种，道路表面类型：常规5种路面(干沥青、湿沥青、湿鹅卵石、雪面、冰面)，第2种，特殊类型：铁轨路、坑洼路、减速带、搓板路等路面类型；第3种，道路坡度识别：上下坡度和整车质量估计；2.电动车能量回收***方案设计；本发明设计了基于电子助力方案的基础制动***；3.智能多模式能量回收策略设计；本发明的核心技术点在于，上述所设计制动***的基础上，创造性地设计一种基于主动路面类型识别的智能多模式能量回收方法；最终实现能量回收的多模式，以提高能量回收效率，并兼顾到车辆制动舒适性。

本发明通过主动识别路面类型，最终实现了多模式能量回收，提高了能量回收效率，并兼顾到了车辆制动的舒适性。

以上实施例仅用于说明本发明的设计思想和特点，其目的在于使本领域内的技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，本发明的保护范围不限于上述实施例。所以，凡依据本发明所揭示的原理、设计思路所作的等同变化或修饰，均在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种基于路况识别的自适应多模式能量回收方法，其特征在于：包括以下步骤：

S0：标定路面得到滑行能量回收MAP图和制动协调能量回收MAP图，保存在ESC控制器中；

S1：判断车辆当前状态满足的条件，若满足进入滑行能量回收模式的全部条件，则执行步骤S2；若满足进入制动协调能量回收模式的全部条件，则执行步骤S4；若不满足则重复执行本步骤；

S2：若进入滑行能量回收模式，则对车辆当前行驶的道路进行路况识别，包括基于车辆动力学的轮胎路面摩擦特性进行道路表面类型识别、基于模板匹配方法进行特殊道路工况识别、基于车辆运动学方法进行道路坡度识别；

S3：滑行能量回收模式按能量回收强度的由强到弱依次包括强回收模式、中回收模式、轻回收模式；

强回收模式的实际回收扭矩占车辆最大回收潜能扭矩的比值在70％～100％之间；

中回收模式的实际回收扭矩占车辆最大回收潜能扭矩的比值在30％～70％之间；

轻回收模式的实际回收扭矩占车辆最大回收潜能扭矩的比值在0～30％之间；

对每种回收模式分别取上述对应范围的上限和下限的中位数值作为基准标称值，

用于调整实际回收扭矩请求以切换能量回收模式：

设强回收模式的基准标称值为85％；

设中回收模式的基准标称值为50％；

设轻回收模式的基准标称值为15％；

ESC控制器根据路况识别的结果调整能量回收强度、切换能量回收模式，根据车辆的当前行驶状态和滑行能量回收MAP图计算实际回收扭矩请求，并发送给VCU控制器；执行步骤S5；

具体步骤为：

S31：若路况识别到包括铁轨路、坑洼路、减速带、搓板路的特殊道路工况时，退出能量回收模式进入等待模式；

S32：若路况识别到坡度大于10％的上坡道路时，退出能量回收模式进入等待模式；

若路况识别到坡度处于5％～10％之间的上坡道路时，能量回收模式进入轻回收模式，且坡度范围与轻回收模式的范围比例对应，能量回收强度随着坡度的增减在轻回收模式的基准标称值上进行反比例调整；

若路况识别到坡度处于0～5％之间的上坡道路时，能量回收模式进入中回收模式，并坡度范围与中回收的范围比例相对应，能量回收强度随着坡度的增减在中回收模式的基准标称值上进行反比例调整；

若路况识别到下坡道路时，能量回收模式进入强回收模式；

S33：若路况识别到包括干沥青路面、湿沥青路面、湿鹅卵石路面、雪面路面、冰面路面的道路表面类型时，则能量回收强度的初始值以干沥青的标定路面的能量回收强度为基准，根据道路表面类型和附着系数调整能量回收强度，若调整程度在当前能量回收模式的预设范围内时，则在当前能量回收模式下调整能量回收强度；若调整程度超出当前能量回收模式的预设范围时，则切换能量回收模式；车辆的轮胎在干沥青路面、湿沥青路面、湿鹅卵石路面、雪面路面、冰面路面的附着系数从1.0依次下降到0.1；道路表面类型对应的附着系数每下降0.1，则对应的能量回收强度提高5％；当能量回收强度超过预设范围则切换能量回收模式；若达到能量回收强度的上限值则采用强回收模式；

S4：若进入制动协调能量回收模式，则ESC控制器根据由驾驶员的制动踏板行程计算的总制动扭矩需求、VCU控制器发出的车辆回收潜能扭矩、制动协调能量回收MAP图计算实际回收扭矩请求，并发送给VCU控制器；

S5：VCU控制器根据实际回收扭矩请求控制动力电机进行回收操作，并将回收的电能存储在动力电池中。

2.根据权利要求1所述的一种基于路况识别的自适应多模式能量回收方法，其特征在于：所述的步骤S1中，具体步骤为：

车辆进入滑行能量回收模式的条件包括驾驶员完全松开油门踏板且没有制动动作、车辆行驶速度大于最低回收阈值车速、车辆动力电池满足回收充电条件；

车辆进入制动协调能量回收模式的全部条件包括驾驶员踩制动踏板且踏板行程超过制动协调能量回收功能的触发阈值、车辆行驶速度大于最低回收阈值车速、车辆动力电池满足回收充电条件。

3.根据权利要求1所述的一种基于路况识别的自适应多模式能量回收方法，其特征在于：所述的步骤S2中，

道路表面类型识别的具体步骤为：

S21：车辆进入能量回收模式时采用的缺省道路表面类型为上一次制动时识别出的道路表面类型；

S22：采集在制动工况下轮胎与各种道路表面类型的摩擦动态变化数据，绘制道路表面类型的附着系数-滑移率曲线谱图，通过切片得到道路表面类型的减速度识别区间，并保存在车辆的ESC控制器中；

S23：ESC控制器采集最近n次制动的工况信息，计算制动时的车辆滑移率和车辆减速度，并与ESC控制器存储的道路表面类型的减速度识别区间进行对比，

基于车辆动力学的轮胎路面摩擦特性完成道路表面类型识别；

特殊道路工况识别的具体步骤为：

S24：采集特殊道路工况的路谱获取轮速脉冲的特征和垂向加速度的特征，提取特殊道路工况对应的模板，并保存在车辆的ESC控制器中；

S25：ESC控制器采集实时的垂向加速度信号和轮速脉冲信号与模板匹配，完成特殊道路工况识别；

道路坡度识别的具体步骤为：

S26：设从车辆的纵向惯量传感器采集的车辆惯性加速度为α_x，根据车轮转速计算得到的车辆纵向速度为v_x，车辆纵向加速度为

车辆的ESC控制器基于运动学方法估计道路的坡度θ：

S27：在坡度为零的工况下对加速工况进行多次数据采样；设由VCU控制器获取的纵向驱动力为F_x，则ESC控制器对车辆质量的估计为：

估计多个质量的数值并求平均值，保存在ESC控制器中。

4.根据权利要求1所述的一种基于路况识别的自适应多模式能量回收方法，其特征在于：所述的步骤S4中，具体步骤为：

S41：踏板行程传感器PTS采集制动踏板行程信号并发送给Ebooster电子助力设备；ESC控制器将制动液压信号发送给Ebooster电子助力设备；

S42：Ebooster电子助力设备根据收到的制动踏板行程信号和制动液压信号计算驾驶员的总制动扭矩需求，并实时发送给ESC控制器；

S43：VCU控制器根据包括车速、电机转速、挡位、电池状态的整车工作状态估算在当前工况下供驱动电机进行能量回收的车辆回收潜能扭矩，并实时发送给ESC控制器；

S44：ESC控制器根据总制动扭矩需求、车辆回收潜能扭矩、制动协调能量回收MAP计算实际回收扭矩请求，并发送给VCU控制器。

5.根据权利要求1所述的一种基于路况识别的自适应多模式能量回收方法，其特征在于：所述的步骤S4中，若实际回收扭矩请求满足总制动扭矩需求，则全部制动力由能量回收制动***提供；若实际回收扭矩请求不满足总制动扭矩需求，则除了能量回收制动提供的制动力的其余制动力由机械制动***补充。

6.一种用于权利要求1至5中任意一项所述的基于路面识别的自适应多模式能量回收方法的***，其特征在于：

包括踏板行程传感器PTS、Ebooster电子助力设备、ESC控制器、VCU控制器、制动器总成；踏板行程传感器PTS、Ebooster电子助力设备、ESC控制器、VCU控制器分别挂接在数据总线上，VCU控制器的控制端连接制动器总成的受控端；踏板行程传感器PTS安装在制动踏板处，用于采集制动踏板行程信号；

E-Booster电子助力设备用于放大车辆制动***的踏板力，通过软件标定得到实时可调的制动助力曲线，并根据不同的能量回收模式调节制动助力曲线以适应不同的能量回收模型；通过控制器控制助力电机实现无驾驶员介入的主动制动；E-Booster电子助力设备包括助力电机和传动齿轮。

7.一种计算机存储介质，其特征在于：其内存储有可被计算机处理器执行的计算机程序，该计算机程序执行如权利要求1至权利要求5中任意一项所述的一种基于路况识别的自适应多模式能量回收方法。

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