CN116691357A - 制动过程中能量回收制动与机械制动的控制方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开制动过程中能量回收制动与机械制动的控制方法及系统，涉及制动控制领域；所述方法包括：获取刹车踏板的行程和当前车速；根据刹车踏板的行程和所述当前车速，得到目标减速度；根据目标减速度和当前车辆质量采用牛顿第二定律得到车辆的总制动力；根据车辆的总制动力得到能量回收制动分量与机械制动分量；根据能量回收制动分量与机械制动分量对车辆进行制动控制。本发明将常见的以制动力为目标的控制方式，转变为以控制车辆减速度为目标的控制方式，可以优化动能回收、驾驶性表现、缩短开发时长和简化开发过程，再根据当前的工况对能量回收制动与机械制动进行分配。

Description

制动过程中能量回收制动与机械制动的控制方法及系统

技术领域

本发明涉及制动控制领域，特别是涉及制动过程中能量回收制动与机械制动的控制方法及系统。

背景技术

在当前电机参与驱动的新能源车辆中，制动过程的能量回收已经成为一项节能减排的默认具有功能。能量回收和机械制动的计算和控制对于车辆实际的节能减排效果和制动表现具有决定性的影响。

常见的控制策略直接、简单，但缺点也很明显：比如制动扭矩的目标值在开发工作完成后基本是一个固定的数值，当车辆的行驶阻力变化时(比如坡度或载荷的影响)，制动的实际效果和主观感受就会有差异；同时，由于减速过程中，车辆自身的阻力是在持续变化的，为了保证刹车过程的安全性和舒适性，开发工程师需要对整个速度区间进行连续的多点位的标定调试，且每次要调整刹车力度，以上工作都需要重复一遍，导致开发过程耗时且繁重。

发明内容

本发明的目的是提供制动过程中能量回收制动与机械制动的控制方法及系统，以控制车辆减速度为目标的控制方式，可以优化动能回收、驾驶性表现、缩短开发时长和简化开发过程，再根据当前的工况对能量回收制动与机械制动进行分配。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

制动过程中能量回收制动与机械制动的控制方法，所述制动过程中能量回收与机械制动的控制方法包括：

获取刹车踏板的行程和当前车速；

根据刹车踏板的行程和所述当前车速，得到目标减速度；

根据所述目标减速度和当前车辆质量采用牛顿第二定律得到车辆的总制动力；

根据车辆的总制动力得到能量回收制动分量与机械制动分量；

根据所述能量回收制动分量与所述机械制动分量对车辆进行制动控制。

可选地，所述制动过程中能量回收与机械制动的控制方法利用闭环控制法。

可选地，根据车辆的总制动力得到能量回收制动分量与机械制动分量，具体包括：

根据车辆的总制动力和车辆在道路上行驶的总阻力计算得到车辆制动系统的制动力；

根据车辆制动系统的制动力计算得到所述能量回收制动分量与所述机械制动分量。

可选地，计算车辆在道路上行驶的总阻力，具体包括：

根据所述当前车速获取车辆在道路上行驶的实验阻力；

获取道路坡角值；

根据所述道路坡角值、所述当前车辆质量和重力加速度计算得到车辆的坡道阻力；

根据车辆在道路上行驶的实验阻力和车辆的坡道阻力得到车辆在道路上行驶待修正阻力；

获取车辆的实际减速度；

根据所述实际减速度和所述目标减速度采用闭环控制，得到闭环学习系数；

在车辆稳态行驶时，根据制动电机输出功率、车辆在道路上行驶待修正阻力和所述当前车速，得到稳态学习系数；

根据车辆在道路上行驶待修正阻力、所述稳态学习系数和所述闭环学习系数，计算得到车辆在道路上行驶的总阻力。

可选地，根据所述道路坡角值、所述当前车辆质量和重力加速度计算得到车辆的坡道阻力，公式为：

F_P＝sinα*m*g；

其中，F_P表示车辆的坡道阻力；α表示道路坡角值；m表示当前车辆质量；g表示重力加速度。

可选地，根据车辆在道路上行驶的实验阻力和车辆的坡道阻力得到车辆在道路上行驶待修正阻力，公式为：

其中，F_x表示车辆在道路上行驶待修正阻力；F_s表示车辆在道路上行驶的实验阻力。

可选地，根据制动电机输出功率、车辆在道路上行驶待修正阻力和所述当前车速，得到稳态学习系数，公式为：

x＝P/F_x/v；

其中，x表示稳态学习系数；P表示制动电机输出功率；v表示当前车速。

可选地，根据车辆在道路上行驶待修正阻力、所述稳态学习系数和所述闭环学习系数，计算得到车辆在道路上行驶的总阻力，公式为：

F₁＝F_x*x*y；

其中，F₁表示车辆在道路上行驶的总阻力；y表示闭环学习系数。

可选地，根据车辆制动系统的制动力计算得到所述能量回收制动分量与所述机械制动分量，具体包括：

车辆制动系统的制动力包括：能量回收提供的阻力和机械制动提供的阻力；

获取当前动能回收系统能力、当前工况下的电池和制动电机数据；

根据当前动能回收系统能力、当前工况下的电池和制动电机数据计算得到制动电机能提供的最大制动力；

判断制动电机能提供的最大制动力是否小于车辆制动系统的制动力，得到第四判断结果；

若所述第四判断结果为是，则能量回收提供的阻力等于制动电机能提供的最大制动力；机械制动提供的阻力等于车辆制动系统的制动力减去能量回收提供的阻力；

根据能量回收提供的阻力得到所述能量回收制动分量；

根据机械制动提供的阻力得到所述机械制动分量；

若所述第四判断结果为否，则机械制动提供的阻力等于零，能量回收提供的阻力等于车辆制动系统的制动力；

根据能量回收提供的阻力得到所述能量回收制动分量。

制动过程中能量回收制动与机械制动的控制系统，所述制动过程中能量回收制动与机械制动的控制系统应用于上述所述的制动过程中能量回收与机械制动的控制方法，所述系统包括：

获取模块，用于获取刹车踏板的行程和当前车速；

第一计算模块，用于根据刹车踏板的行程和所述当前车速，得到目标减速度；

第二计算模块，用于根据所述目标减速度和当前车辆质量采用牛顿第二定律得到车辆的总制动力；

第三计算模块，用于根据车辆的总制动力得到能量回收制动分量与机械制动分量；

控制模块，用于根据所述能量回收制动分量与所述机械制动分量对车辆进行制动控制。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

制动过程中能量回收制动与机械制动的控制方法及系统，所述方法包括：获取刹车踏板的行程和当前车速；根据刹车踏板的行程和所述当前车速，得到目标减速度；根据所述目标减速度和当前车辆质量采用牛顿第二定律得到车辆的总制动力；根据车辆的总制动力得到能量回收制动分量与机械制动分量；根据所述能量回收制动分量与所述机械制动分量对车辆进行制动控制。本发明将常见的以制动力为目标的控制方式，转变为以控制车辆减速度为目标的控制方式，可以优化动能回收、驾驶性表现、缩短开发时长和简化开发过程，再根据当前的工况对能量回收制动与机械制动进行分配。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施中制动过程中能量回收制动与机械制动的控制方法的流程图；

图2为本发明实施中制动过程中能量回收制动与机械制动的控制方法的闭环学习系数的计算流程图；

图3为本发明实施中制动过程中能量回收制动与机械制动的控制方法的计算流程图。

具体实施方式

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。

本发明的目的是提供制动过程中能量回收制动与机械制动的控制方法及系统，通过控制车辆减速度为目标的控制方式，可以优化动能回收、驾驶性表现、缩短开发时长和简化开发过程，再根据当前的工况对能量回收制动与机械制动进行分配。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，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。

实施例1

如图1所示，本发明制动过程中能量回收制动与机械制动的控制方法，所述制动过程中能量回收与机械制动的控制方法包括：

步骤101：获取刹车踏板的行程和当前车速。

步骤102：根据刹车踏板的行程和所述当前车速，得到目标减速度。

在实际应用中，利用表1可以得到目标减速度，如表1所示，其中a为当前车速，y为刹车踏板的行程百分比。表1中对应的目标减速度可以根据情况适时调整。

表1制动减速度主表

步骤103：根据所述目标减速度和当前车辆质量采用牛顿第二定律得到车辆的总制动力。

步骤104：根据车辆的总制动力得到能量回收制动分量与机械制动分量。

步骤105：根据所述能量回收制动分量与所述机械制动分量对车辆进行制动控制。

所述制动过程中能量回收与机械制动的控制方法利用闭环控制法。

在具体实施中，制动过程中能量回收与机械制动的控制方法采用闭环控制法，重复实施例1中的步骤，直至车辆速度为零，即车辆停止行驶。

根据车辆的总制动力得到能量回收制动分量与机械制动分量，具体包括：

根据车辆的总制动力和车辆在道路上行驶的总阻力计算得到车辆制动系统的制动力。

根据车辆制动系统的制动力计算得到所述能量回收制动分量与所述机械制动分量。

在实际应用中，用滑行法获得车辆的道路载荷，即可计算出车辆在各个车速下的道路总阻力，具体方式如下：

为了消除实际的道路载荷的变化(如上坡或下坡，空载或重载)对制动过程的影响，又引入实际道路载荷学习修正。实际道路载荷学习修正分两个部分：一是根据坡度传感器测得的坡角，对车辆在道路上行驶的总阻力F₁进行修正，方法根据坡度传感器测得的路面角度的正弦值，乘以当前车辆质量和重力加速度，再加上原有的道路总阻力(制动电机输出功率)即为F₁；二是在车辆匀速、稳态行驶时，对F₁进行实时学习，根据是此时的电机输出功率应与道路总阻力相等，故稳态学习系数x＝驱动电机功率除以v再除以F₁，其中v为当前车速。

如图3所示，计算车辆在道路上行驶的总阻力，具体包括：

根据所述当前车速获取车辆在道路上行驶的实验阻力。

车辆在道路上行驶的实验阻力可根据当前车速查询国家规定得到。

获取道路坡角值。

根据所述道路坡角值、所述当前车辆质量和重力加速度计算得到车辆的坡道阻力。

车辆的坡道阻力是由重力造成的。

根据车辆在道路上行驶的实验阻力和车辆的坡道阻力得到车辆在道路上行驶待修正阻力。

获取车辆的实际减速度。

根据所述实际减速度和所述目标减速度采用闭环控制，得到闭环学习系数。

目标减速度的闭环控制是根据系统控制的目标减速度a与根据车速v计算出的实际减速度a＇的差值，分别查表(可标定)，得出对应的I项和P项，加1即为闭环学习值y，实现制动过程在不同车辆状态和路面状态下的一致性。

如图2所示，根据刹车踏板行程和所述当前车速，得到目标减速度，根据目标减速度和实际减速度计算得到对应的闭环学习I项和闭环学习P项，加1即为闭环学习值y。

在车辆稳态行驶时，根据制动电机输出功率、车辆在道路上行驶待修正阻力和所述当前车速，得到稳态学习系数。

根据车辆在道路上行驶待修正阻力、所述稳态学习系数和所述闭环学习系数，计算得到车辆在道路上行驶的总阻力。

根据所述道路坡角值、所述当前车辆质量和重力加速度计算得到车辆的坡道阻力，公式为：

F_P＝sinα*m*g。

其中，F_P表示车辆的坡道阻力；α表示道路坡角值；m表示当前车辆质量；g表示重力加速度。

根据车辆在道路上行驶的实验阻力和车辆的坡道阻力得到车辆在道路上行驶待修正阻力，公式为：

其中，F_x表示车辆在道路上行驶待修正阻力；F_s表示车辆在道路上行驶的实验阻力。

如图3所示，在具体应用中加减的选择主要的判断依据为上坡还是下坡，上坡为加，即车辆的坡道阻力大，下坡为减，即车辆的坡道阻力相对上坡会小。

根据制动电机输出功率、车辆在道路上行驶待修正阻力和所述当前车速，得到稳态学习系数，公式为：

x＝P/F_x/v。

其中，x表示稳态学习系数；P表示制动电机输出功率；v表示当前车速。

根据车辆在道路上行驶待修正阻力、所述稳态学习系数和所述闭环学习系数，计算得到车辆在道路上行驶的总阻力，公式为：

F₁＝F_x*x*y。

其中，F₁表示车辆在道路上行驶的总阻力；y表示闭环学习系数。

作为一种实施例，本发明中根据车辆的总制动力和车辆在道路上行驶的总阻力计算得到车辆制动系统的制动力，公式为：

F₂＝F-F₁。

其中，F表示车辆的总制动力；F₂表示车辆制动系统的制动力。

在实际应用中，车辆制动系统的制动力又进一步分成能量回收提供的阻力和机械制动提供的阻力。其中，为了最大程度的降低能耗，提高经济型，在保证电机和电池安全的前提下(根据当前工况下的电池和电机数据，得出制动电机提供的最大制动力)，制动力F₂尽量由制动电机来提供，故F_2a＝F₂(当F₂<＝F_2aMAX)或F_2a＝F_2aMAX(当F₂>F_2aMAX)，而机械制动力F_2b＝F₂-F_2a。然后，将F_2a发往电机控制器执行，将F_2b发往机械制动单元进行，从而实现整个的制动过程。需要调整和改变制动过程的主观感受时，只需要更改制动减速度主表即可(目标减速度)，能量回收制动分量与机械制动分量会根据调整后的目标减速度自行进行计算和控制，同时，由于控制目标是目标减速度，因此在不同车型(不同的电机、电池和机械制动系统)上可以轻易的复制减速过程的主观感受，从而实现制动过程控制的经济型易开发性和复用性。

根据车辆制动系统的制动力计算得到所述能量回收制动分量与所述机械制动分量，具体包括：

车辆制动系统的制动力包括：能量回收提供的阻力和机械制动提供的阻力。

获取当前动能回收系统能力、当前工况下的电池和制动电机数据。

根据当前动能回收系统能力、当前工况下的电池和制动电机数据计算得到制动电机能提供的最大制动力。

如图3所示，判断制动电机能提供的最大制动力是否小于车辆制动系统的制动力，得到第四判断结果。

若所述第四判断结果为是，则能量回收提供的阻力等于制动电机能提供的最大制动力；机械制动提供的阻力等于车辆制动系统的制动力减去能量回收提供的阻力。

根据能量回收提供的阻力得到所述能量回收制动分量。

根据机械制动提供的阻力得到所述机械制动分量。

若所述第四判断结果为否，则机械制动提供的阻力等于零，能量回收提供的阻力等于车辆制动系统的制动力。

根据能量回收提供的阻力得到所述能量回收制动分量。

如图3所示，在具体实施中，根据能量回收提供的阻力*轮胎半径/1000，得到扭矩，根据主减速比*当前档位得到总速比，根据总速比与扭矩得到能量回收扭矩(能量回收制动分量)。

实施例2

本发明实施例提供了制动过程中能量回收制动与机械制动的控制系统，所述制动过程中能量回收制动与机械制动的控制系统应用于实施例1所述的制动过程中能量回收与机械制动的控制方法，所述系统包括：

获取模块，用于获取刹车踏板的行程和当前车速。

第一计算模块，用于根据刹车踏板的行程和所述当前车速，得到目标减速度。

第二计算模块，用于根据所述目标减速度和当前车辆质量采用牛顿第二定律得到车辆的总制动力。

第三计算模块，用于根据车辆的总制动力得到能量回收制动分量与机械制动分量。

控制模块，用于根据所述能量回收制动分量与所述机械制动分量对车辆进行制动控制。

对能量回收和机械制动的计算和控制，现有的常见方法主要基于以下几点数据：

车辆的当前车速。

刹车踏板的行程(或刹车开关)。

开发工程师对制动力的主观设定。

当前的电池SOC和电机发电能力。

通过对上述数据的采集和试验，确定目标的制动扭矩交付电机进行能量回收，若还有剩余制动力的需求，则交付机械制动。

本发明提供了一种新的计算和控制方法，将常见的以制动力为目标的控制方式，转变为以控制车辆减速度为目标的控制方式，再根据当前的工况对能量回收和机械制动进行分配。其核心是对制动过程的计算和控制基于车辆减速度这一量化的参数，辅以相关的物理模型对计算过程进行修正和自学习，从而实现制动过程较高的一致性、经济型、易开发性与不同车型控制变量的复用性。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.制动过程中能量回收制动与机械制动的控制方法，其特征在于，所述制动过程中能量回收与机械制动的控制方法包括：

获取刹车踏板的行程和当前车速；

根据刹车踏板的行程和所述当前车速，得到目标减速度；

根据所述目标减速度和当前车辆质量采用牛顿第二定律得到车辆的总制动力；

根据车辆的总制动力得到能量回收制动分量与机械制动分量；

根据所述能量回收制动分量与所述机械制动分量对车辆进行制动控制。

2.根据权利要求1所述的制动过程中能量回收制动与机械制动的控制方法，其特征在于，所述制动过程中能量回收与机械制动的控制方法利用闭环控制法。

3.根据权利要求1所述的制动过程中能量回收制动与机械制动的控制方法，其特征在于，根据车辆的总制动力得到能量回收制动分量与机械制动分量，具体包括：

根据车辆的总制动力和车辆在道路上行驶的总阻力计算得到车辆制动系统的制动力；

根据车辆制动系统的制动力计算得到所述能量回收制动分量与所述机械制动分量。

4.根据权利要求3所述的制动过程中能量回收制动与机械制动的控制方法，其特征在于，计算车辆在道路上行驶的总阻力，具体包括：

根据所述当前车速获取车辆在道路上行驶的实验阻力；

获取道路坡角值；

根据所述道路坡角值、所述当前车辆质量和重力加速度计算得到车辆的坡道阻力；

根据车辆在道路上行驶的实验阻力和车辆的坡道阻力得到车辆在道路上行驶待修正阻力；

获取车辆的实际减速度；

根据所述实际减速度和所述目标减速度采用闭环控制，得到闭环学习系数；

在车辆稳态行驶时，根据制动电机输出功率、车辆在道路上行驶待修正阻力和所述当前车速，得到稳态学习系数；

根据车辆在道路上行驶待修正阻力、所述稳态学习系数和所述闭环学习系数，计算得到车辆在道路上行驶的总阻力。

5.根据权利要求4所述的制动过程中能量回收制动与机械制动的控制方法，其特征在于，根据所述道路坡角值、所述当前车辆质量和重力加速度计算得到车辆的坡道阻力，公式为：

F_P＝sinα*m*g；

其中，F_P表示车辆的坡道阻力；α表示道路坡角值；m表示当前车辆质量；g表示重力加速度。

6.根据权利要求5所述的制动过程中能量回收制动与机械制动的控制方法，其特征在于，根据车辆在道路上行驶的实验阻力和车辆的坡道阻力得到车辆在道路上行驶待修正阻力，公式为：

其中，F_x表示车辆在道路上行驶待修正阻力；F_s表示车辆在道路上行驶的实验阻力。

7.根据权利要求6所述的制动过程中能量回收制动与机械制动的控制方法，其特征在于，根据制动电机输出功率、车辆在道路上行驶待修正阻力和所述当前车速，得到稳态学习系数，公式为：

x＝P/F_x/v；

其中，x表示稳态学习系数；P表示制动电机输出功率；v表示当前车速。

8.根据权利要求7所述的制动过程中能量回收制动与机械制动的控制方法，其特征在于，根据车辆在道路上行驶待修正阻力、所述稳态学习系数和所述闭环学习系数，计算得到车辆在道路上行驶的总阻力，公式为：

F₁＝F_x*x*y；

其中，F₁表示车辆在道路上行驶的总阻力；y表示闭环学习系数。

9.根据权利要求3所述的制动过程中能量回收制动与机械制动的控制方法，其特征在于，根据车辆制动系统的制动力计算得到所述能量回收制动分量与所述机械制动分量，具体包括：

车辆制动系统的制动力包括：能量回收提供的阻力和机械制动提供的阻力；

获取当前动能回收系统能力、当前工况下的电池和制动电机数据；

根据当前动能回收系统能力、当前工况下的电池和制动电机数据计算得到制动电机能提供的最大制动力；

判断制动电机能提供的最大制动力是否小于车辆制动系统的制动力，得到第四判断结果；

若所述第四判断结果为是，则能量回收提供的阻力等于制动电机能提供的最大制动力；机械制动提供的阻力等于车辆制动系统的制动力减去能量回收提供的阻力；

根据能量回收提供的阻力得到所述能量回收制动分量；

根据机械制动提供的阻力得到所述机械制动分量；

若所述第四判断结果为否，则机械制动提供的阻力等于零，能量回收提供的阻力等于车辆制动系统的制动力；

根据能量回收提供的阻力得到所述能量回收制动分量。

10.制动过程中能量回收制动与机械制动的控制系统，其特征在于，所述制动过程中能量回收制动与机械制动的控制系统应用于所述权利要求1-9中任意一项所述的制动过程中能量回收与机械制动的控制方法，所述系统包括：

获取模块，用于获取刹车踏板的行程和当前车速；

第一计算模块，用于根据刹车踏板的行程和所述当前车速，得到目标减速度；

第二计算模块，用于根据所述目标减速度和当前车辆质量采用牛顿第二定律得到车辆的总制动力；

第三计算模块，用于根据车辆的总制动力得到能量回收制动分量与机械制动分量；

控制模块，用于根据所述能量回收制动分量与所述机械制动分量对车辆进行制动控制。