CN107618495A - 一种多轴驱动车辆机电复合制动系统及制动方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种多轴驱动车辆机电复合制动系统及制动方法，包括：制动子系统、整车主控制器和整车动力线；整车主控制器通过整车动力线与制动子系统连接；制动子系统包括：动力电池、高压控制箱、辅助制动单元、电机制动单元；动力电池、辅助制动单元、电机制动单元分别与高压控制箱连接，电机制动单元制动车辆车轮。本发明优化动力电池的充电区间，既合理利用了电机回馈制动能量又对电池进行了很好的保护；配置智能APU辅助制动单元，充分利用了电机的再生制动能量，从而更好的保护了机械制动单元。

Description

一种多轴驱动车辆机电复合制动系统及制动方法

技术领域

本发明涉及车辆制动系统，具体涉及一种多轴驱动车辆机电复合制动系统及制动方法。

背景技术

面对能源危机、环境污染以及全球气候变暖的挑战，节能减排减碳已成为中国汽车产业的首要任务，而节能与新能源汽车可以为此提供一种很好的解决方案。特别是近几年，我国新能源汽车产业有了很大的发展，其中又以纯电动汽车为主要的发力点。

相比于传统汽车，新能源汽车在制动时可以将一部分制动能量以再生制动的形式进行回收给电池补电，起到了很好的节能效果。但是通常再生制动量多于电池需求电量，而多出的制动能量最终就只能以摩擦生热的形式浪费掉。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种可有效利用制动能量的多轴驱动车辆机电复合制动系统和制动方法。

本发明的技术方案是：一种多轴驱动车辆机电复合制动系统，包括：制动子系统、整车主控制器和整车动力线；所述整车主控制器通过整车动力线与制动子系统连接；

所述制动子系统包括：动力电池、高压控制箱、辅助制动单元、电机制动单元；所述动力电池、辅助制动单元、电机制动单元分别与高压控制箱连接，所述电机制动单元制动车辆车轮；

所述整车主控制器：获取动力电池荷电状态，当电机制动单元进行制动时，若动力电池荷电小于第一荷电预设值，则整车主控制器将电机制动单元的初始剩余制动能量经高压控制箱传递给动力电池充电，经动力电池充电之后的二次剩余制动能量经高压控制箱传递给辅助制动单元；若动力电池荷电大于第一荷电预设值，则整车主控制器将电机制动单元的初始剩余制动能量经高压控制箱传递给辅助制动单元；

所述初始剩余制动能量为电机制动单元产生的总制动能量除去电机制动单元进行制动本身所消耗能量之后的剩余制动能量；所述二次剩余制动能量为初始剩余制动能量除去动力电池充电所消耗能量之后的剩余制动能量。

进一步地，制动子系统还包括机械制动单元，所述机械制动单元制动车辆车轮。

进一步地，整车主控制器还获取车辆的制动踏板行程、车辆车速和油门踏板行程；

当制动踏板行程小于第一行程预设值，或车速大于第一车速预设值且制动踏板、油门踏板均无行程时，整车主控制器控制电机制动单元进行制动；

当制动踏板行程大于第一行程预设值，整车主控制器控制电机制动单元和机械制动单元共同进行制动。

进一步地，第一荷电预设值为90%，第一行程预设值为20%，第一车速预设值为30km/h。

进一步地，包含多个制动子系统。

本发明还提供一种基于上述的多轴驱动车辆机电复合制动系统的制动方法，包括以下步骤：

整车主控制器获取动力电池荷电状态；

当电机制动单元进行制动时，若动力电池荷电小于第一荷电预设值，则整车主控制器将电机制动单元的初始剩余制动能量经高压控制箱传递给动力电池充电，经动力电池充电之后的二次剩余制动能量经高压控制箱传递给辅助制动单元；

若动力电池荷电大于第一荷电预设值，则整车主控制器将电机制动单元的初始剩余制动能量经高压控制箱传递给辅助制动单元；

所述初始剩余制动能量为电机制动单元产生的总制动能量除去电机制动单元进行制动本身所消耗能量之后的剩余制动能量；所述二次剩余制动能量为初始剩余制动能量除去动力电池充电所消耗能量之后的剩余制动能量。

进一步地，还包括以下步骤：

整车主控制器获取车辆的制动踏板行程、车辆车速和油门踏板行程；

当制动踏板行程小于第一行程预设值，或车速大于第一车速预设值且制动踏板、油门踏板均无行程时，整车主控制器控制电机制动单元进行制动；

当制动踏板行程大于第一行程预设值，整车主控制器控制电机制动单元和机械制动单元共同进行制动。

进一步地，第一荷电预设值为90%，第一行程预设值为20%，第一车速预设值为30km/h。

本发明提供的多轴驱动车辆机电复合制动系统及制动方法，优化动力电池的充电区间，既合理利用了电机回馈制动能量又对电池进行了很好的保护；配置智能APU辅助制动单元，充分利用了电机的再生制动能量，从而更好的保护了机械制动单元。

附图说明

图1是本发明具体实施例整车制动系统架构框图。

图2是本发明具体实施例整车制动子系统架构框图。

图中，1-6、整车制动子系统，7、整车主控制器，8、动力电池，9、高压控制箱，10、电机制动单元，11、车轮，12、辅助制动单元，13、机械制动单元。

具体实施方式

下面结合附图并通过具体实施例对本发明进行详细阐述，以下实施例是对本发明的解释，而本发明并不局限于以下实施方式。

本发明提供的多轴驱动车辆机电复合制动系统及制动方法，其核心思想是：整车主控制器7将制动能量整体协调并合理分配给各制动子系统。各制动子系统又包含机械制动、电机再生制动及APU辅助制动三部分。系统采用串联工作模式，即电机制动优先，然后电机制动与机械制动作用。该系统在控制策略中设置了多个阈值，可以充分利用电机再生制动能量，并增加了一套APU辅助制动系统，以提供额外的制动功率。显著提升了整车的制动安全性。为普遍存在的电机制动能量回收不足的问题提供了一种新的解决方案。该机电复合制动系统安全、可靠、节能，可以大幅降低机械制动的摩擦损失，提高其寿命。

如图1所示，本实施例提供的多轴驱动车辆机电复合制动系统，包括：多个制动子系统1-6、整车主控制器7和整车动力线。

整车主控制器7整体协调，各整车制动子系统可独立控制，相互冗余。整车主控制器7根据整车垂直载荷转移来动态调整各制动子系统的制动强度，从而保证整车的制动安全性。

如图2所示，制动子系统包括：动力电池8、高压控制箱9、辅助制动单元12、电机制动单元10和机械制动单元13；动力电池8、辅助制动单元12（APU）、电机制动单元10分别与高压控制箱9连接，电机制动单元10和机械制动单元13分别制动车辆车轮11。

本实施例制动系统的制动策略采用串联模式，即电机制动优先策略。电机制动分两种形式，一种是整车主控制器7先设定一个制动踏板行程限值，当踏板深度小于该限值时，由电机制动起作用；而当踏板深度大于该限值时，电机制动和机械制动共同作用。另一种是整车主控制器7设置一个的车速阀值，当车速大于该阀值时，如果制动踏板和油门踏板都没有行程量，整车通过电机产生一定的制动量。

具体的，整车主控制器7获取车辆的制动踏板行程、车辆车速和油门踏板行程。当制动踏板行程小于第一行程预设值，或车速大于第一车速预设值且制动踏板、油门踏板均无行程时，整车主控制器7控制电机制动单元10进行制动；当制动踏板行程大于第一行程预设值，整车主控制器7控制电机制动单元10和机械制动单元13共同进行制动。

第一行程预设值可设置为20%，第一车速预设值可设置为30km/h。

另外，在车辆紧急制动状态下，机械制动启动，电机制动退出，实现机械紧急制动，保证制动安全。

为了更大程度的利用电机制动，该系统增加了一套辅助制动系统，即用电机倒拖发动机进行排气制动消耗功率，从而提供额外的制动功率，提升整车的制动安全性。

在整个制动过程中，整车主控制器7根据动力电池8状态、辅助制动单元12状态、电机制动单元10状态等多方因素综合考虑，适时调整电机制动工作点，在电机制动、辅助制动和机械制动三者之间完成制动能量的整体分配，保证各系统正常运行的同时又可最大程度回收制动能量。

正常制动情况下，整车主控制器7主要根据动力电池8的荷电状态（SOC），来分配几种制动能量。原则上先以动力电池8充电为主，然后是辅助制动，最后是机械摩擦制动。

具体的，整车主控制器7获取动力电池8荷电状态，当电机制动单元10进行制动时，若动力电池8荷电小于第一荷电预设值，则整车主控制器7将电机制动单元10的初始剩余制动能量经高压控制箱9传递给动力电池8充电，经动力电池8充电之后的二次剩余制动能量经高压控制箱9传递给辅助制动单元12；若动力电池8荷电大于第一荷电预设值，则整车主控制器7将电机制动单元10的初始剩余制动能量经高压控制箱9传递给辅助制动单元12。其中初始剩余制动能量为电机制动单元10产生的总制动能量除去电机制动单元10进行制动本身所消耗的能量；二次剩余制动能量为初始剩余制动能量除去动力电池8充电所消耗的能量。

下面进一步对制动能量分配进行说明。一般整车主控制器7会对动力电池8的荷电状态划分为三个区间，分别对应两个阈值：A和B（即第一荷电预设值）（0<A<B<1）。

当动力电池8荷电状态小于阈值A时，表明动力电池8处于低电荷状态，整车会结合电机最大制动转矩与动力电池8的最大充电能力进行电机制动反向充电。这个过程中，电机会处于高效率区，而通过电机再生制动回馈的能量一般大于电池所需，此时可以将多余的能量消耗于辅助制动单元12。

当动力电池8荷电状态处于阈值A与阈值B之间时，表明动力电池8处于中等电荷状态，其最大充电能力也会相应的降低，相应的电机制动效率也会降低，电机本身的耗能也会增大，而通过电机再生制动回馈的能量除却电机本身消耗，一部分给动力电池8继续补电，另一部分还消耗在辅助制动单元12上。

当动力电池8荷电状态大于阈值B时，表明动力电池8处于高电荷状态，这时动力电池8不允许回馈充电，而电机的制动效率也会进一步调整降低，电机本身的耗能也会进一步增大，通过电机再生制动回馈的能量除了本身消耗外，只消耗在辅助制动单元12上。

具体的，阈值A可设置为60%，阈值B（即第一荷电预设值）可设置为90%。

本实施例基于上述制动系统的制动方法，具体包括以下步骤：

整车主控制器7获取车辆的制动踏板行程、车辆车速和油门踏板行程；

当制动踏板行程小于第一行程预设值，或车速大于第一车速预设值且制动踏板、油门踏板均无行程时，整车主控制器7控制电机制动单元10进行制动；

当制动踏板行程大于第一行程预设值，整车主控制器7控制电机制动单元10和机械制动单元13共同进行制动。

其中，当电机制动单元10进行制动时，还包括以下步骤：

整车主控制器7获取动力电池8荷电状态；

若动力电池8荷电小于第一荷电预设值，则整车主控制器7将电机制动单元10的初始剩余制动能量经高压控制箱9传递给动力电池8充电，经动力电池8充电之后的二次剩余制动能量经高压控制箱9传递给辅助制动单元12；

若动力电池8荷电大于第一荷电预设值，则整车主控制器7将电机制动单元10的初始剩余制动能量经高压控制箱9传递给辅助制动单元12。

其中，初始剩余制动能量为电机制动单元10产生的总制动能量除去电机制动单元10进行制动本身所消耗的能量；二次剩余制动能量为初始剩余制动能量除去动力电池8充电所消耗的能量。

其中，第一荷电预设值为90%，第一行程预设值为20%，第一车速预设值为30km/h。

在本实施例的制动过程中，整车主控制器7全程参与，根据动力电池8、辅助制动单元12等多方因素综合考虑，适时调整电机制动工作点，完成制动能量的整体分配，保证各系统正常运行的同时又可最大程度回收制动能量。

以上公开的仅为本发明的优选实施方式，但本发明并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的没有创造性的变化，以及在不脱离本发明原理前提下所作的若干改进和润饰，都应落在本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种多轴驱动车辆机电复合制动系统，其特征在于，包括：制动子系统、整车主控制器和整车动力线；所述整车主控制器通过整车动力线与制动子系统连接；

所述制动子系统包括：动力电池、高压控制箱、辅助制动单元、电机制动单元；所述动力电池、辅助制动单元、电机制动单元分别与高压控制箱连接，所述电机制动单元制动车辆车轮；

所述整车主控制器：获取动力电池荷电状态，当电机制动单元进行制动时，若动力电池荷电小于第一荷电预设值，则整车主控制器将电机制动单元的初始剩余制动能量经高压控制箱传递给动力电池充电，经动力电池充电之后的二次剩余制动能量经高压控制箱传递给辅助制动单元；若动力电池荷电大于第一荷电预设值，则整车主控制器将电机制动单元的初始剩余制动能量经高压控制箱传递给辅助制动单元；

所述初始剩余制动能量为电机制动单元产生的总制动能量除去电机制动单元进行制动本身所消耗能量之后的剩余制动能量；所述二次剩余制动能量为初始剩余制动能量除去动力电池充电所消耗能量之后的剩余制动能量。

2.根据权利要求1所述的多轴驱动车辆机电复合制动系统，其特征在于，制动子系统还包括机械制动单元，所述机械制动单元制动车辆车轮。

3.根据权利要求2所述的多轴驱动车辆机电复合制动系统，其特征在于，整车主控制器还获取车辆的制动踏板行程、车辆车速和油门踏板行程；

当制动踏板行程小于第一行程预设值，或车速大于第一车速预设值且制动踏板、油门踏板均无行程时，整车主控制器控制电机制动单元进行制动；

当制动踏板行程大于第一行程预设值，整车主控制器控制电机制动单元和机械制动单元共同进行制动。

4.根据权利要求3所述的多轴驱动车辆机电复合制动系统，其特征在于，第一荷电预设值为90%，第一行程预设值为20%，第一车速预设值为30km/h。

5.根据权利要求1-4任一项所述的多轴驱动车辆机电复合制动系统，其特征在于，包含多个制动子系统。

6.一种基于1-5任一项所述的多轴驱动车辆机电复合制动系统的制动方法，其特征在于，包括以下步骤：

整车主控制器获取动力电池荷电状态；

当电机制动单元进行制动时，若动力电池荷电小于第一荷电预设值，则整车主控制器将电机制动单元的初始剩余制动能量经高压控制箱传递给动力电池充电，经动力电池充电之后的二次剩余制动能量经高压控制箱传递给辅助制动单元；

若动力电池荷电大于第一荷电预设值，则整车主控制器将电机制动单元的初始剩余制动能量经高压控制箱传递给辅助制动单元；

所述初始剩余制动能量为电机制动单元产生的总制动能量除去电机制动单元进行制动本身所消耗能量之后的剩余制动能量；所述二次剩余制动能量为初始剩余制动能量除去动力电池充电所消耗能量之后的剩余制动能量。

7.根据权利要求6所述的制动方法，其特征在于，还包括以下步骤：

整车主控制器获取车辆的制动踏板行程、车辆车速和油门踏板行程；

当制动踏板行程小于第一行程预设值，或车速大于第一车速预设值且制动踏板、油门踏板均无行程时，整车主控制器控制电机制动单元进行制动；

当制动踏板行程大于第一行程预设值，整车主控制器控制电机制动单元和机械制动单元共同进行制动。

8.根据权利要求7所述的制动方法，其特征在于，第一荷电预设值为90%，第一行程预设值为20%，第一车速预设值为30km/h。