CN116176529A - 一种电子机械制动***及车辆 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电子机械制动***及车辆，包括制动信息采集模块、整车控制器、第一电子控制单元和电子机械制动执行器；制动信息采集模块与第一电子控制单元连接，制动信息采集模块用于获得制动踏板被踩下时的制动请求信号，分析计算得到各个车轮的第一制动转矩并发送至第一电子控制单元；整车控制器与第一电子控制单元连接，整车控制器用于获得车速、车身运动姿态和车载网络中的制动请求信号，分析计算得到各个车轮的第二制动转矩并发送至第一电子控制单元；第一电子控制单元与电子机械制动执行器连接，按预设程序确定分配后各个车轮的目标制动转矩并将目标制动转矩发送至电子机械制动执行器，输出相应的制动转矩。有利于提升制动响应速度。

Description

一种电子机械制动***及车辆
技术领域
本发明涉及汽车线控制***制动技术领域，具体涉及一种电子机械制动***及车辆。
背景技术
随着汽车工业的发展，客户对汽车智能化程度的要求日渐严苛，汽车行业都在开发更高级别的无人驾驶技术，从而汽车线控底盘成为发展趋势，传统制动***采用制动液/气体等中间控制介质产生制动，制动***存在通讯接口有限，与整车智联网联交互有限，已不能满足汽车智能化/网联化的发展，制动***需要实现线控。
现有制动***的制动信息采集模块与整车控制器连接，整车控制器获得制动踏板被踩下时的制动请求信号，基于获得的制动请求信号分析计算得到各个车轮的制动转矩并将制动转矩发送至制动单元，产生对应的制动力。因此，基础制动时信息传递过程为：制动请求信号先传递到整车控制器，整车控制器内部校核/判断计算后，再传递到制动单元的电子控制单元，控制制动单元执行，进而制动请求从发出到执行会有一定延迟，制动响应较慢，影响行驶质感。
参见图1，目前车辆存在扭矩响应延迟问题，ESC的升/降扭请求需先传递到VCU，内部进行校核/判断计算后，再传递到IPU，再控制驱电机***执行，理论时间就为240ms，包括整车网络传输100ms和IPU执行80-140ms，升/降扭请求从发出到执行会有延迟，扭矩动态响应慢，会导致一系列问题，例如：特殊路面上，车辆加速过程中，车轮突然打滑，车辆出现甩尾；或者特殊路面上，强回收模式下，车轮有抱死趋势，车辆耸动，稳定性差；再或者轻踩/松制动踏板时，减速度由VCU控制电机倒拖实现，响应存在延迟。ESC为汽车电子稳定控制***的英文简称，VCU为整车控制器的英文简称，IPU为驱动电机的电子单元控制器的英文简称。
目前车辆一般采用ESC+VCU联合控制滑行能量回收策略，在满电等特殊工况，液压制动实现滑行减速度，会带来如下问题：1、整车满电滑行时，会误导用户，误以为是通过能量回收实现的。2、特殊工况下出现长时间制动(如电机回收故障，VCU响应慢导致能量回收禁用)，制动盘非预期的过热及异味，引发客户抱怨。
发明内容
本发明的目的是提供一种电子机械制动***及车辆，有利于提升制动响应速度。
本发明所述的电子机械制动***，包括制动信息采集模块、整车控制器、第一电子控制单元以及布置于各个车轮上的电子机械制动执行器；所述制动信息采集模块与第一电子控制单元的第一输入端连接，制动信息采集模块用于获得制动踏板被踩下时的制动请求信号，基于获得的制动请求信号分析计算得到各个车轮的第一制动转矩并将第一制动转矩发送至第一电子控制单元；整车控制器与第一电子控制单元的第二输入端连接，所述整车控制器用于获得车速、车身运动姿态以及车载网络中的制动请求信号，基于获得的信息分析计算得到各个车轮的第二制动转矩并将第二制动转矩发送至第一电子控制单元；所述第一电子控制单元与电子机械制动执行器连接，基于第一制动转矩和第二制动转矩并按照预设程序确定分配后各个车轮的目标制动转矩并将目标制动转矩发送至电子机械制动执行器，控制各个车轮上的电子机械制动执行器输出相应的制动转矩。
进一步，所述制动信息采集模块包括依次连接的制动踏板、电子踏板模拟器和第二电子控制单元，所述电子踏板模拟器通过获得制动踏板被踩下的行程和速度信息，识别驾驶员制动意图并产生相应的制动请求信号；所述第二电子控制单元接收电子踏板模拟器发出的制动请求信号，基于获得的制动请求信号分析计算得到各个车轮的第一制动转矩并将第一制动转矩发送至第一电子控制单元。
进一步，还包括电源模块，所述电源模块能够为电子机械制动***提供电源及电源交互管理。
进一步，所述电子机械制动执行器通过安全电路与电源模块连接，所述安全电路呈常开状态，当检测到制动信息采集模块、整车控制器或第一电子控制单元故障时，该安全电路导通，控制电子机械制动执行器执行应急制动。
进一步，所述制动信息采集模块、整车控制器和第一电子控制单元与车载网络通信连接，且所述制动信息采集模块、整车控制器和第一电子控制单元的通讯网关的网关接口为转速接口。
进一步，所述电子机械制动执行器包括第一电机和作动件，所述作动件在第一电机驱动下与制动盘接触配合，通过控制第一电机的输出转矩，调节作动件与制动盘的之间的制动力，使得电子机械制动执行器输出相应的制动转矩。
进一步，所述第一电子控制单元与制动单元上的传感器连接，实时监测传感器的反馈信息，基于反馈信息调整各个车轮上的电子机械制动执行器输出的制动转矩的大小；所述传感器包括横摆角速度传感器、横向减速度传感器、纵向减速度传感器、俯仰梯度传感器。
进一步，还包括第三电子控制单元以及分别布置于各个车轮上的第二电机，制动盘与第二电机输出端连接且制动盘与第二电机输出端同步旋转，所述第三电子控制单元输入端与整车控制器连接，第三电子控制单元输出端与第二电机连接，整车控制器获得滑行能量回收信号并将滑行能量回收信号发送至第三电子控制单元，控制第二电机执行滑行能量回收。
进一步，所述第三电子控制单元上集成有DTCS功能模块、DECD功能模块。所述DTCS功能指的是分布式电机牵引力控制功能，所述DECD功能指的是分布式电机拖滞力矩控制功能。
进一步，所述第一电子控制单元的数量与车轮数量相同或者第一电子控制单元的数量为车轮数量的二分之一，即各个车轮上的电子机械制动执行器与一个第一电子控制单元对应连接或者相对的两个车轮上的电子机械制动执行器与一个第一电子控制单元连接。
一种车辆，包括本发明所述的电子机械制动***。
进一步，所述车辆还包括动力电池，所述动力电池的充电饱和度＜100％。
本发明与现有技术相比具有如下有益效果。
1、本发明所述制动信息采集模块与第一电子控制单元的第一输入端连接，整车控制器与第一电子控制单元的第二输入端连接，通过制动信息采集模块检测出制动踏板加速度、制动踏板行程以及制动踏板力的大小等制动请求信号。第一电子控制单元基于制动请求信号识别到驾驶员意图后，分析、计算得到各个车轮的电子机械制动执行器需要执行的第一制动转矩，并将请求输入给第一电子控制单元。另外，整车控制器通过车载网络接收制动请求信号，且综合当前车辆行驶状态下的其他传感器信号计算出每个车轮各自实时所需的第二制动转矩，输入给第一电子控制单元。第一电子控制单元接受整车控制器和制动信息采集模块的制动请求后，按照预设程序计算、分析输出电子机械制动执行器的目标制动转矩的控制信号，控制电子机械制动执行器来产生相应的制动力实现制动。同时为了保证车辆制动平稳可靠，所述第一电子控制单元将实时监测各个车轮上制动单元的各传感器的反馈信息，及时调整制动力的大小。
2、本发明由于所述电子机械制动执行器通过安全电路与电源模块连接，所述安全电路呈常开状态，当检测到制动信息采集模块、整车控制器或第一电子控制单元故障时，该安全电路导通，控制电子机械制动执行器执行应急制动，完成基础制动功能。
3、本发明由于制动信息采集模块与第一电子控制单元的第一输入端连接，在整车处于正常状态进行基础制动时，制动信息采集模块的制动请求信号直接发送到第一电子控制单元，经第一电子控制单元分析、计算后直接控制电子机械制动执行器来产生相应的制动力实现制动，无需制动请求信号先传递至整车控制器、再由整车控制器传递至第一电子控制单元，减短了信号传递时间，提高了制动响应速度。
4、本发明在各个车轮上布置电子机械制动执行器执行车轮制动，能够通过第一电子控制单元实现各个电子机械制动执行器的独立控制，取消了传统车辆的复杂制动液压/气压管路，全部由电信号取代，提供了一种能够实现高集成度、可支持更高级别无人驾驶的电子机械制动***。
5、本发明将制动***与动力***扭矩相关的部分从ESC中摘出来，集成到与各个车轮上的第二电机连接的第三电子控制单元中，ESC不与整车控制器交互，直接将相关功能请求发送给第一电子控制单元和第三电子控制单元，控制电子机械制动执行器和第二电机执行相应功能，并且整车采用转速接口控制，从而优化整车动力响应延迟的问题。
6、本发明由整车控制器单独控制整车滑行能量回收，电子机械制动执行器不参与协调，解决ESC+VCU联合控制滑行能量回收策略，满电等特殊工况制动实现滑行减速度带来的整车问题。
7、本发明所述车辆的动力电池的充电饱和度＜100％，避免了动力***由于满电而不能执行能量回收的问题。
8、在制动过程中，通过控制电子机械制动执行器的第一电机的输入电流的大小或方向使车辆产生ABS功能，从而让汽车的轮胎处于最大附着系数，实现最短的制动距离。ABS启用时，制动***对电子机械制动执行器的第一电机输出的制动力进行偏正修复，将轮胎滑移率作为目标控制量，通过控制算法使轮胎处于当前路面下的最佳滑移率，使轮胎尽可能处于最大附着系数状态。
附图说明
图1是现有整车制动***与整车动力***扭矩控制关系示意图；
图2是本发明所述电子机械制动***的结构示意图；
图3是本发明整车制动***与整车动力***扭矩控制关系示意图；
图4是本发明制动驱动时轮胎纵向力和侧向力特性图；
图5是制动力分配计算示意图；
图6是线性二自由度车轮横板角速度识别示意图。
图中，1—整车控制器，2—第一电子控制单元，3—电子机械制动执行器，4—电子踏板模拟器，5—第二电子控制单元，6—车轮，7—第三电子控制单元，8—第二电机，9—电源模块，10—传感器单元，11—安全电路，12—网关接口，13—车载网络。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
参见图2，所示的电子机械制动***，包括制动信息采集模块、整车控制器1、第一电子控制单元2以及布置于整车四个车轮6上的电子机械制动执行器3；
所述制动信息采集模块与第一电子控制单元2的第一输入端连接，制动信息采集模块用于获得制动踏板被踩下时的制动请求信号，基于获得的制动请求信号分析计算得到各个车轮6的第一制动转矩并将第一制动转矩发送至第一电子控制单元2。具体地，所述制动信息采集模块包括依次连接的制动踏板、电子踏板模拟器4和第二电子控制单元5，所述电子踏板模拟器4通过获得制动踏板被踩下的行程和速度信息，识别驾驶员制动意图并产生相应的制动请求信号。所述第二电子控制单元5接收电子踏板模拟器4发出的制动请求信号，基于获得的制动请求信号分析计算得到各个车轮6的第一制动转矩并将第一制动转矩发送至第一电子控制单元。
电子机械踏板模拟器4集成了位移传感器、角度传感器和压力传感器，要对传感器和微控制器进行冗余，可避免单一类型传感器共态故障的影响，该部分主要是模拟制动踏板踩踏感、识别驾驶员驾驶意图，并将驾驶员意图计算/分析后，得到四个车轮6上的电子机械制动执行器3需要执行的制动力，输入给第一电子控制单元2。
所述整车控制器1与第一电子控制单元2的第二输入端连接，所述整车控制器1与传感器单元10连接，用于获得车速、车身运动姿态以及车载网络中的制动请求信号，基于获得的信息分析计算得到各个车轮6的第二制动转矩并将第二制动转矩发送至第一电子控制单元2。所述整车控制器1还能够监控、识别四个车辆轮胎的滑移率，结合本发明所述电子机械制动***实现车辆ABS功能。
所述第一电子控制单元2与电子机械制动执行器3连接，基于第一制动转矩和第二制动转矩并按照预设程序确定分配后各个车轮6的目标制动转矩并将目标制动转矩发送至电子机械制动执行器3，控制各个车轮6上的电子机械制动执行器3输出相应的制动转矩。
本发明所述电子机械制动***还包括电源模块9，所述电源模块9能够为电子机械制动***提供电源及电源交互管理。
为了进一步提升安全性，所述电子机械制动执行器3通过安全电路11与电源模块9连接，所述安全电路11呈常开状态，当检测到制动信息采集模块、整车控制器1或第一电子控制单元2故障时，该安全电路11导通，控制电子机械制动执行器3执行应急制动，从而有效保证了电子元件失效后的安全性。
所述制动信息采集模块、整车控制器1和第一电子控制单元2与车载网络13通信连接，实现制动信息采集模块、整车控制器1和第一电子控制单元2与车载网络的信息交互。所述车载网络为TTP/C、CAN网络或者Flexray，根据实际应用需求进行合理选择。且所述制动信息采集模块、整车控制器1和第一电子控制单元2的通讯网关的网关接口12为转速接口，相较于常规的扭矩类型的网关接口，响应更迅速，利于优化响应延迟的问题。
所述电子机械制动执行器3包括第一电机和作动件，所述作动件在第一电机驱动下与制动盘接触配合，通过控制第一电机的输出转矩，调节作动件与制动盘的之间的制动力，使得电子机械制动执行器输出相应的制动转矩。
所述第一电子控制单元2与制动单元上的传感器连接，实时监测传感器的反馈信息，基于反馈信息调整各个车轮6上的电子机械制动执行器3输出的制动转矩的大小；所述传感器包括横摆角速度传感器、横向减速度传感器、纵向减速度传感器、俯仰梯度传感器。
本发明所述电子机械制动***还包括第三电子控制单元7以及分别布置于各个车轮6上的第二电机8，制动盘与第二电机8输出端连接且制动盘与第二电机8输出端同步旋转，所述第三电子控制单元7输入端与整车控制器1连接，第三电子控制单元7输出端与第二电机8连接，整车控制器1获得滑行能量回收信号并将滑行能量回收信号发送至第三电子控制单元7，控制第二电机8执行滑行能量回收。由整车控制器1单独控制整车滑行能量回收，电子机械制动执行器3不参与协调，解决ESC+VCU联合控制滑行能量回收策略，满电等特殊工况制动实现滑行减速度带来的整车问题。
所述第三电子控制单元7上集成有DTCS功能模块、DECD功能模块。参见图3，由于将制动***与动力***扭矩相关的部分从ESC中摘出来，集成到与各个车轮6上的第二电机8连接的第三电子控制单元7中，ESC不与整车控制器1交互，直接将相关功能请求发送给第一电子控制单元2和第三电子控制单元7，控制电子机械制动执行器3和第二电机8执行相应功能，并且由于整车采用转速接口控制，从而优化整车动力响应延迟的问题。所述第二电机能够产生0.3g以上的滑行减速度。
所述第一电子控制单元2的数量与车轮6数量相同，即各个车轮6上的电子机械制动执行器3与一个第一电子控制单元2对应连接。
所述电子踏板模拟器4和第二电子控制单元5之间通过互反馈信号线连接，实现驾驶员意图信号识别/传递。
所述第二电子控制单元5与四个车轮对应的第一电子控制单元2通过互反馈信号线连接，实现电子机械踏板模拟器4识别驾驶员意图识别后，经第二电子控制单元5计算分析后，得到四个车轮即左前轮、右前轮、左后轮、右后轮需要执行的制动力分配，通过互反馈信号线能够在电子机械踏板模拟器4与电子机械制动执行器3之间在线闭环传递互反馈信号。
所述第一电子控制单元2与电子机械制动执行器3之间通过互反馈信号线连接，实现信息传输与交互。所述第一电子控制单元2与对应的转速网关接口通过互反馈信号线连接，实现第一电子控制单元2与车载网络13的信息传输及交互。
所述整车控制器1与四个车轮对应的第一电子控制单元2通过互反馈信号线连接，实现所述整车控制器1与第一电子控制单元2的信息交互，实时接收/计算整车控制器1输入的制动力分配，从而控制电子机械制动执行器3响应制动力分配请求。
一种车辆，包括本发明所述的电子机械制动***。所述车辆还包括动力电池，所述动力电池的充电饱和度＜100％。避免了动力***由于满电而不能执行能量回收，无需在整车仪表上增加满电后车辆不执行能量回收的仪表提示。
参见图4，本发明所述车辆的ABS功能和ASR功能均是通过控制四轮EMB执行机构及车轮的纵向滑动率来使汽车获得良好的纵向和侧向动力学性能。图中阴影部分为本发明在某硬附着路面上ABS/ASR滑动率的控制范围，可实现约为10％～20％滑移率控制及识别。通过控制车轮滑动率，ABS/ASR可使汽车获得较大的纵向力和侧向力，从而保证良好的纵向动力学性能和操纵稳定性。
参见图5，以汽车左转向分离，对四个车轮的制动力的分配策略进行论述。当汽车发生过多转向是，控制车轮以右前轮为主，以右后轮为辅，右后轮的制动力与右前轮的制动力成比例关系，比例系数为c。
则有
Figure BDA0003834604470000071
式中，△Fxfl为左前轮制动力，△Mz为横摆补偿力矩，δf为前轮转角，df为前轮轮距，dr为后轮轮距，lf为质心到前轴距离。
当汽车发生不足转向时，控制车轮为左后轮，制动力与横摆补偿力矩的关系为：
Figure BDA0003834604470000072
忽略滚动阻力的影响，车轮运动学方程可表示为：
Figure BDA0003834604470000073
式中，Re为滚动半径，RB为有效制动半径，μl为附着系数，Iwf为转动惯量，/>
Figure BDA0003834604470000074
为角加速度，△Fclfl为左前轮制动压力。
求得左前轮制动压力为：
Figure BDA0003834604470000081
同理，可求得左后轮制动压力为：
Figure BDA0003834604470000082
参见图6，构建线性二自由度车辆横摆角速度识别示意图，图中符合含义如下：Vx为汽车质心纵向速度，Vy为汽车质心侧向速度，δf为前轮转角，lf为质心到前轴距离，lr为质心到后轴距离，β为汽车质心侧偏角，γ为汽车横摆角速度，αf为前轮质心侧偏角，αr为后轮质心侧偏角，Fyf为作用于前轮的侧向力，Fyr为作用于后轮的侧向力。通过线性二自由度车辆模型可以反映驾驶员的转向输入与车辆横摆角速度之间成线性关系。因此，控制***可通过线性二自由度车辆模型计算得到汽车的名义横摆角速度。
以上所述仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (12)

1.一种电子机械制动***，其特征在于：包括制动信息采集模块、整车控制器(1)、第一电子控制单元(2)以及布置于各个车轮(6)上的电子机械制动执行器(3)；
所述制动信息采集模块与第一电子控制单元(2)的第一输入端连接，制动信息采集模块用于获得制动踏板被踩下时的制动请求信号，基于获得的制动请求信号分析计算得到各个车轮(6)的第一制动转矩并将第一制动转矩发送至第一电子控制单元(2)；
整车控制器(1)与第一电子控制单元(2)的第二输入端连接，所述整车控制器(1)用于获得车速、车身运动姿态以及车载网络中的制动请求信号，基于获得的信息分析计算得到各个车轮(6)的第二制动转矩并将第二制动转矩发送至第一电子控制单元(2)；
所述第一电子控制单元(2)与电子机械制动执行器(3)连接，基于第一制动转矩和第二制动转矩并按照预设程序确定分配后各个车轮(6)的目标制动转矩并将目标制动转矩发送至电子机械制动执行器(3)，控制各个车轮(6)上的电子机械制动执行器(3)输出相应的制动转矩。
2.根据权利要求1所述的电子机械制动***，其特征在于：所述制动信息采集模块包括依次连接的制动踏板、电子踏板模拟器(4)和第二电子控制单元(5)，所述电子踏板模拟器(4)通过获得制动踏板被踩下的行程和速度信息，识别驾驶员制动意图并产生相应的制动请求信号；所述第二电子控制单元(5)接收电子踏板模拟器(4)发出的制动请求信号，基于获得的制动请求信号分析计算得到各个车轮(6)的第一制动转矩并将第一制动转矩发送至第一电子控制单元。
3.根据权利要求1或2所述的电子机械制动***，其特征在于：还包括电源模块(9)，所述电源模块(9)能够为电子机械制动***提供电源及电源交互管理。
4.根据权利要求3所述的电子机械制动***，其特征在于：所述电子机械制动执行器(3)通过安全电路(11)与电源模块(9)连接，所述安全电路(11)呈常开状态，当检测到制动信息采集模块、整车控制器(1)或第一电子控制单元(2)故障时，该安全电路(11)导通，控制电子机械制动执行器(3)执行应急制动。
5.根据权利要求1或2所述的电子机械制动***，其特征在于：所述制动信息采集模块、整车控制器(1)和第一电子控制单元(2)与车载网络(13)通信连接，且所述制动信息采集模块、整车控制器(1)和第一电子控制单元(2)的通讯网关的网关接口(12)为转速接口。
6.根据权利要求1或2所述的电子机械制动***，其特征在于：所述电子机械制动执行器(3)包括第一电机和作动件，所述作动件在第一电机驱动下与制动盘接触配合，通过控制第一电机的输出转矩，调节作动件与制动盘的之间的制动力，使得电子机械制动执行器(3)输出相应的制动转矩。
7.根据权利要求1或2所述的电子机械制动***，其特征在于：所述第一电子控制单元(2)与制动单元上的传感器连接，实时监测传感器的反馈信息，基于反馈信息调整各个车轮(6)上的电子机械制动执行器(3)输出的制动转矩的大小；所述传感器包括横摆角速度传感器、横向减速度传感器、纵向减速度传感器、俯仰梯度传感器。
8.根据权利要求1或2所述的电子机械制动***，其特征在于：还包括第三电子控制单元(7)以及分别布置于各个车轮(6)上的第二电机(8)，制动盘与第二电机(8)输出端连接且制动盘与第二电机(8)输出端同步旋转，所述第三电子控制单元(7)输入端与整车控制器(1)连接，第三电子控制单元(7)输出端与第二电机(8)连接；
整车控制器(1)获得滑行能量回收信号并将滑行能量回收信号发送至第三电子控制单元(7)，控制第二电机(8)执行滑行能量回收。
9.根据权利要求8所述的电子机械制动***，其特征在于：所述第三电子控制单元(3)上集成有DTCS功能模块(分布式电机牵引力控制)、DECD功能模块(分布式电机拖滞力矩控制)。
10.根据权利要求1或2所述的电子机械制动***，其特征在于：所述第一电子控制单元(2)的数量与车轮(6)数量相同或者第一电子控制单元(2)的数量为车轮(6)数量的二分之一，各个车轮(6)上的电子机械制动执行器(3)与一个第一电子控制单元(2)对应连接或者相对的两个车轮(6)上的电子机械制动执行器(3)与一个第一电子控制单元(2)连接。
11.一种车辆，其特征在于：包括权利要求1～10任一项所述的电子机械制动***。
12.根据权利要求11所述的车辆，其特征在于：还包括动力电池，所述动力电池的充电饱和度＜100％。
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