基於改善制動踏板感覺的制動能量回饋系統的製作方法

2024-03-08 21:03:15

專利名稱：基於改善制動踏板感覺的制動能量回饋系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及車輛的制動能量回饋系統，特別是關於具有主動制動功能的混合動力車輛，或純電動車輛的一種基於改善制動踏板感覺的制動能量回饋系統。
背景技術：
通過控制電動汽車的動力元件，將制動時耗散的動能進行回收，是提高電動汽車 能量利用率的一項重要技術。在這一過程中，電動機作為發電機來使用，回收的能量以電能 的形式儲存到電池中。電動汽車研究過程中所面臨的關鍵問題之一就是當今市場上提供的 電池的比能量較低，因此造成電動汽車的續駛裡程無法與汽油車相比。要解決這一問題，除 了要在電池這一瓶頸技術上有所突破之外，還應當優化電動汽車的總體設計和建立高效安 全的能量管理系統，因此電動汽車在研製和開發過程中，如何合理使用和節約能源就成為 設計人員面臨的一項重要課題。制動能量回饋技術是目前國內外電動汽車製造商廣泛採用 的一項先進技術，通常情況下，通過電機的輔助制動，可以將制動過程中部分車輛動能回收 到蓄電池，極大提高了能量利用率。目前國外提出的具有回饋制動功能的先進位動控制系 統包括豐田-普銳斯制動控制系統、本田-EV plus制動控制系統，這兩種制動系統均是為 了添加制動回饋功能而對原有制動系統進行較大改造而成，這兩種系統不僅能實現制動能 量回饋功能，而且能保證極限工況下ABS、VSC、TCS功能，可以通過對控制軟體進行完善而 擴展功能。豐田-普銳斯制動控制系統、本田-EV plus制動控制系統代表著制動回饋功能 發展的前沿，但是，這些系統均是對制動系統重新設計以實現制動能量回饋功能。

發明內容
針對上述問題，本發明的目的是提供一種在原有制動系統基礎上進行改進，能極 大實現制動能量回饋，並能改善制動踏板感覺的制動能量回饋系統。為實現上述目的，本發明採取以下技術方案一種基於改善制動踏板感覺的制動 能量回饋系統，包括具有VDC/VSC/ESP功能的壓力調節器、制動主缸、儲液室、主缸推桿真 空助力器、腳踏板、驅動電機、制動控制器、整車控制器，其特徵在於所述儲液室的出油口 與壓力調節器前輪制動油路相連，所述制動主缸的一個出油口與壓力調節器後輪制動油路 相連，所述制動主缸的另一個出油口與一行程模擬器相連，在所述制動主缸與壓力調節器 後輪制動油路相連的管路上設置一主缸壓力傳感器，在所述壓力調節器前輪制動油路中的 一個輪缸上設置一輪缸壓力傳感器；所述主缸壓力傳感器、輪缸壓力傳感器和一向前、後輪 制動油路供油的ABS回油電機，均由制動控制器控制；驅動電機由整車控制器VCU控制；制 動控制器與整車控制器通訊並共同實現制動回饋功能。針對純電動車輛，另設置一電動真空泵，所述電動真空泵與主缸推桿真空助力器 相連接。所述壓力調節器包括十二個電磁閥、一個所述ABS回油電機、兩個回油泵、兩個低 壓蓄能器、四個制動輪缸。
本發明由於採取以上技術方案，其具有以下優點1、本發明應用領域為液壓制動 系統制動能量回饋系統，對傳統混合動力車輛或純電動車輛液壓制動系統進行改造並實現 制動能量回饋功能。本發明利用傳統的VDC/VSC/ESP壓力調節器與驅動電機，將原有前輪 制動油路從制動主缸上拆離，而改裝為與儲液室直接相連；在制動主缸上所空閒出的油出 口上連接一行程模擬器；在後輪制動油路與制動主缸相連的管路上設置一主缸壓力傳感 器；在任一前輪輪缸上設置一輪缸壓力傳感器。由於前輪制動與驅動電機協調動作，同時前 輪制動又是與制動主缸分離的，即不直接與腳踏板聯繫，所以在驅動電機完成能量回饋的 同時，腳踏板的踩踏感覺也不會受到影響，改善了踏板的感覺。2、經本發明改造後的制動系 統能夠繼續實現制動能量回饋與ABS、ASR、ESP 一體化控制，不影響駕駛員的駕駛習慣，制 動性能符合法規要求，改善了車輛燃油經濟性，降低混合動力車輛、純電動車輛系統開發成 本，提高了制動過程中能量回收效率。


圖1是本發明的系統原理圖
具體實施例方式下面結合附圖和實施例對本發明的進行詳細的描述。如圖1所示，本發明是利用傳統車輛制動系統中的VDC/VSC/ESP壓力調節器與混 合動力車輛或電動車輛中的驅動電機，對控制軟體進行合理、可靠設計，提出的新型制動能 量回饋改造方案。改造包括1、將原有前輪制動油路從制動主缸1上拆離， 而改裝為與儲液 室2直接相連；2、在前輪制動油路從制動主缸1上拆離後，制動主缸1上所空閒出的油出口 上，連接一行程模擬器3 ;3、針對純電動車輛來講，另設置一電動真空泵4，將主缸推桿真空 助力器5連接到電動真空泵4上(腳踏板6與主缸推桿直接相連)；4、在後輪制動油路與 制動主缸1相連的管段上，設置一主缸壓力傳感器MCP ；5、在任一前輪輪缸上設置一輪缸壓 力傳感器WCP。因為本發明是在原有壓力調節器上進行的改造，所以在介紹本發明功能實現之 前，先簡單介紹一下原有VDC/VSC/ESP壓力調節器的系統組成它包括前、後兩路制動油 路，每一制動油路上都包括6個電磁閥、一個回油泵、一個回油電機、一個低壓蓄能器、兩個 車輪輪缸，具體標記如下後輪制動油路後腔主路電磁閥USV1、後腔旁路電磁閥HSV1、回油泵P1、ABS回油 電機M、低壓蓄能器Al、左後輪進油電磁閥LR-EV、右後輪進油電磁閥RR-EV、左後輪出油電 磁閥LR-AV、右後輪出油電磁閥RR-AV。左後輪輪缸LR、右後輪輪缸RR。前輪制動油路前腔主路電磁閥USV2、前腔旁路電磁閥HSV2、回油泵P2、ABS回油 電機M、低壓蓄能器A2、左前輪進油電磁閥LF-EV、右前輪進油電磁閥RF-EV、左前輪出油電 磁閥LF-AV、右前輪出油電磁閥RF-AV、左前輪輪缸LF、右前輪輪缸RF。前輪和後輪共用一 個ABS回油電機M。針對壓力調節器的這種結構，這裡所做的主要改造就是將前輪制動油路連接到儲 液室2的出口上；在制動主缸1與後輪制動連接的油路上安裝一主缸壓力傳感器MCP ；在左 前輪輪缸LF或右前輪輪缸RF輪缸上加一輪缸壓力傳感器WCP。主缸壓力傳感器MCP信號和輪缸壓力傳感器WCP信號傳送給制動控制器BCU ；ABS回油電機M由制動控制器BCU控制； 驅動電機D由整車控制器VCU控制；制動控制器B⑶與整車控制器VCU通訊並共同實現制 動回饋功能。在制動過程中，電驅動車輛中驅動電機D可以當作發電機使用，從而實現制動能 量回饋。基於改善制動踏板感覺的制動能量回饋系統是指根據駕駛員的制動需求，儘可能 多地利用驅動電機進行制動以實現能量回饋，當驅動電機制動不足以滿足駕駛員制動需求 時，對VDC/VSC/ESP壓力調節器進行合理控制以補償不足的制動需求，既滿足安全性又可 以最大限度回收制動能量。值得注意的是應用本發明提出的制動回饋解決方案可以得到與 傳統車相同的制動踏板感覺，這是因為一，經過改造後的壓力調節器前輪制動迴路脫離了 制動主缸1的控制，也就是脫離了與腳踏板6的聯繫，而在原有主缸出油口上連接一行程模 擬器3，行程模擬器3可以在踩踏腳踏板6時接收從主缸中流出的油，可以在鬆開腳踏板6 時再將油回送到主缸，使踩踏腳踏板6時感到舒適；二，經過改造後的液壓制動系統可以使 駕駛員感覺不到制動能量回饋過程產生的制動踏板不舒適性。制動能量回饋時，驅動電機 產生的制動力作用在驅動輪上，即左前輪LF和右前輪RF，與此同時，左前輪和右前輪的液 壓制動力進行相應地減小，最終保持總制動力(驅動電機制動力+液壓制動力)不變。兩 個前輪液壓制動力的減小是通過給電磁閥LF-AV、LF-EV、RF-AV、RF-EV上電實現的，制動液 流入低壓蓄能器A2裡面，當監測到低壓蓄能器不能容納制動液時，需要將ABS電機上電，將 A2中制動液抽回至儲液室2裡面。對於兩前輪，採取增壓、保壓、減壓控制都不會影響制動 踏板感覺，因為兩前輪的制動液來自儲液罐2，並且沒有流經制動主缸。所以制動回饋過程 中不會產生制動踏板感覺的不舒適性。基於改善制動踏板感覺的制動能量回饋系統特別之處在於液壓制動系統改造較 小，制動能量回饋效率高，制動踏板感覺良好，實現了制動能量回饋與ABS、ASR、ESP 一體化 控制。下面分別介紹一下各功能的實現過程1、制動回饋功能實施過程假設電驅動車輛為前輪驅動，當駕駛員踩腳踏板6實施制動時，電磁閥USV2上電 進入不導通狀態、電磁閥HSV2上電進入導通狀態，主缸壓力傳感器MCP檢測出制動主缸1 的壓力值M和主缸壓力變化率ΔΜ/At，傳給制動控制器B⑶。制動控制器B⑶根據M值 和ΔΜ/At計算出ABS回油電機控制佔空比並利用該佔空比控制ABS回油電機工作使儲液 室中制動液進入兩前輪輪缸LF、RF J^ABS回油電機進行佔空比控制的目的是使前輪輪缸 壓力增長速率接近於後輪輪缸壓力增長速率，當前輪輪缸壓力傳感器WCP檢測值等於主缸 壓力傳感器檢測值時，ABS回油電機停止工作，此時前輪制動力等於後輪制動力。制動控制 器B⑶根據M值計算出兩前輪制動力矩T並通過CAN通訊發送到整車控制器VCU，整車控 制器VCU可以估算出當前驅動電機能夠提供的最大回饋力矩T1 (相當於給驅動電機加反相 電壓而產生的制動力矩)並使回饋力矩以一定增長斜率K1從零增長至T1,同時制動控制器 B⑶得到T1並以一定減小斜率K1減小兩前輪輪缸壓力。減小兩前輪輪缸壓力是通過電磁閥 LF-AV、LF-EV、RF-AV、RF-EV上電實現的，兩前輪輪缸壓力減小速率控制是通過改變電磁閥 LF-AV、RF-AV控制佔空比實現的，LF-AV、RF-AV控制佔空比越大，減壓速率越快，也就是說 回饋力矩的增長與兩前 輪輪缸壓力的減小是同時進行的，從而使得總制動力保持不變。當 車速較低時，驅動電機產生的回饋力矩逐漸變小(這是有電機本身特性決定的)，整車控制器VCU控制回饋力矩以一定減小斜率K2從當前值減小為零，同時，制動控制器BCU控制ABS 回油電機以相同斜率(此處取斜率絕對值)增長兩前輪輪缸壓力，增壓過程中，電磁閥USV2 上電進入不導通狀態，直到停車，制動控制器BCU復位所有電磁閥和ABS回油電機。2、ABS功能實施過程 由於本專利提出的制動回饋解決方案對傳統制動系統進行了改造，所ABS功能實 現過程與傳統制動系統ABS功能實現有所不同，下面分別說明前輪增壓、保壓、減壓過程和 後輪增壓、保壓、減壓過程。前輪增壓過程電磁閥USV2上電進入不導通狀態、電磁閥HSV2 上電進入導通狀態、ABS回油電機工作；前輪保壓過程電磁閥USV2上電進入不導通狀態、 電磁閥HSV2掉電進入不導通狀態；前輪減壓過程電磁閥USV2掉電進入導通狀態、電磁閥 HSV2掉電進入不導通狀態、左前輪出油電磁閥LF-AV、右前輪出油電磁閥RF-AV上電進入導 通狀態、ABS回油電機工作。後輪增壓過程與常規制動增壓過程相同；後輪保壓過程電磁 閥USVl上電進入不導通狀態、電磁閥HSVl掉電進入不導通狀態，左後輪進油電磁閥LR-EV、 右後輪進油電磁閥RR-EV上電進入不導通狀態；後輪減壓過程左後輪進油電磁閥LR-EV、 右後輪進油電磁閥RR-EV上電進入不導通狀態、左後輪出油電磁閥LR-AV、右後輪出油電磁 閥RR-AV上電進入導通狀態、ABS回油電機工作。3、制動回饋與ABS —體化控制通常在沒有車輪抱死趨勢時儘量採用制動回饋進行制動以達到回收能量的目的， 前提是電池充電狀態(SOC)沒有達到極限，當車輪有抱死趨勢時，必須撤掉制動回饋，ABS 開始起作用。本專利提出制動回饋方案實現制動回饋與ABS —體化控制的控制策略是設 定兩個滑移率門限值Sp S2,並且S1小於S2，所有車輪滑移率均小於S1時，可以應用制動回 饋功能；當監測到某個車輪滑移率大於或等於S1時，立刻退出制動回饋功能，回復常規液壓 制動；當有車輪滑移率大於S2時，ABS進入控制。4、ASR功能實施過程ASR稱為驅動防滑控制，也可成為TCS。通常在低附著路面上駕駛員踩加速踏板過 猛時ASR起作用，ASR控制可以通過對滑轉輪進行制動實現，也可以通過控制驅動電機的驅 動力矩(適用於電驅動車輛)實現。控制驅動電機驅動力矩方式通常是減小驅動力矩達到 減小車輪滑轉程度的目的，與減小發動機驅動力矩原理相似。著重說明通過制動控制實現 ASR功能當某個驅動輪發生滑轉時，假設右前輪滑轉，電磁閥USV2上電進入不導通狀態、 電磁閥HSV2上電進入導通狀態、左前輪進油電磁閥LF-EV上電進入不導通狀態、ABS回油 電機工作，實現了對右前輪增壓控制；當右前輪滑轉減小到一定程度時，電磁閥USV2掉電 進入導通狀態、電磁閥HSV2掉電進入不導通狀態、左前輪進油電磁閥LF-EV仍處於不導通 狀態、右前輪出油電磁閥RF-AV上電進入導通狀態、ABS回油電機工作，實現了對右前輪減 壓控制；對右前輪的保壓控制與ABS保壓類似。5、ESP功能實施過程車輛行駛過程中，當制動控制器BCU監測到車輛有側滑或甩尾趨勢時，通常採取 對某個車輪進行制動控制而避免側滑或甩尾趨勢，根據上面的ABS、ASR工作過程分析可 知，本制動回饋系統完全可以實現ESP功能。上述各過程僅用於說明本發明，其中各功能的具體實現可以在本發明技術方案的 基礎上進行等同變換和改進，均不應排除在本發明的保護範圍之外。
權利要求
一種基於改善制動踏板感覺的制動能量回饋系統，包括具有VDC/VSC/ESP功能的壓力調節器、制動主缸、儲液室、主缸推桿真空助力器、腳踏板、驅動電機、制動控制器、整車控制器，其特徵在於所述儲液室的出油口與壓力調節器前輪制動油路相連，所述制動主缸的一個出油口與壓力調節器後輪制動油路相連，所述制動主缸的另一個出油口與一行程模擬器相連，在所述制動主缸與壓力調節器後輪制動油路相連的管路上設置一主缸壓力傳感器，在所述壓力調節器前輪制動油路中的一個輪缸上設置一輪缸壓力傳感器；所述主缸壓力傳感器、輪缸壓力傳感器和一向前、後輪制動油路供油的ABS回油電機，均由制動控制器控制；驅動電機由整車控制器控制；制動控制器與整車控制器通訊並共同實現制動回饋功能。
2.如權利要求1所述的基於改善制動踏板感覺的制動能量回饋系統，其特徵在於針 對純電動車輛，另設置一電動真空泵，所述電動真空泵與主缸推桿真空助力器相連接。
3.如權利要求1或2所述的基於改善制動踏板感覺的制動能量回饋系統，其特徵在 於所述壓力調節器包括十二個電磁閥、一個所述ABS回油電機、兩個回油泵、兩個低壓蓄 能器、四個制動輪缸。
全文摘要
本發明公開了一種基於改善制動踏板感覺的制動能量回饋系統，其特徵在於儲液室的出油口與壓力調節器前輪制動油路相連，制動主缸的一個出油口與壓力調節器後輪制動油路相連，制動主缸的另一個出油口與一行程模擬器相連，在制動主缸與壓力調節器後輪制動油路相連的管路上設置一主缸壓力傳感器，在壓力調節器前輪制動油路中的一個輪缸上設置一輪缸壓力傳感器；主缸壓力傳感器、輪缸壓力傳感器和向前、後輪油路供油的回油電機均由制動控制器控制；制動控制器和驅動電機共同由整車控制器控制。本發明可以保證與傳統車輛相同的制動踏板感覺，最大限度回收制動能量，同時也能實現ABS、ASR、ESP等功能，延長了電驅動車輛續駛裡程。
文檔編號B60L7/10GK101844518SQ201010183368
公開日2010年9月29日 申請日期2010年5月19日 優先權日2010年5月19日
發明者張俊智, 張彪, 李守波, 陳鑫 申請人:清華大學