專利名稱：電動汽車組合制動控制系統(tǒng)及控制方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種電動汽車組合制動控制系統(tǒng)及控制方法。
背景技術：
隨著電動汽車的不斷改進與完善，為了在電池總電量一定的條件下實現(xiàn)續(xù)駛里程的延長，目前很多電動汽車都帶有能量回收的裝置。特別在汽車的制動過程中，電動機暫時處于反饋制動狀態(tài)，可以給電池充電，從而實現(xiàn)能量的回收。但是因為電動機在發(fā)電狀態(tài)下產(chǎn)生的制動力矩有限，因此有必要加入液壓制動。所以所謂的電動汽車組合制動系統(tǒng)，即包括進行能量回饋的電制動和傳統(tǒng)液壓制動。由于電制動的存在，為了使組合制動符合傳統(tǒng)車的制動感覺，即產(chǎn)生線性制動的效果，有必要限制液壓制動力，而被限制的部分即被電制動取代。
現(xiàn)有技術中，實現(xiàn)組合制動多采用傳統(tǒng)車的液壓制動系統(tǒng)，調(diào)節(jié)電機的制動轉矩，僅根據(jù)踏板位移是否大于一定值判斷是否需要加入液壓制動。這一方面不利于能量的最大回收；另一方面，電機的特性決定了其制動力矩并非在各種車速條件下都線性可調(diào)，因此這種方案的總制動力的線性度不好，容易使駕駛員產(chǎn)生不一樣的制動感覺。

發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的就是為了解決以上問題，提供一種電動汽車組合制動控制系統(tǒng)及控制方法，其操控性能更好、制動效果更佳，能量利用效率更高。
為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提出一種電動汽車組合制動的控制系統(tǒng)，包括組合制動ECU、制動踏板位移傳感器、比例閥、主缸油壓傳感器、輪缸油壓傳感器，所述比例閥、制動踏板位置傳感器、主缸油壓傳感器、輪缸油壓傳感器分別與所述組合制動ECU電連接，所述比例閥與主缸油路連接；所述制動踏板位移傳感器和主缸壓力傳感器采集制動信號，輸入至所述組合制動ECU綜合判斷得到總的制動需求，組合制動ECU同時采集電機控制模塊發(fā)出的可提供的最大電制動力矩，并由此計算出所需的液壓制動力矩，輸出控制信號給比例閥，實現(xiàn)電制動與液壓制動的組合制動。
上述的控制系統(tǒng)，還包括二通電磁閥，與所述比例閥并聯(lián)于油路，所述二通電磁閥為常開閥，在制動踏板返回時保證輪缸處的高壓油可以回到油壺里，減小或解除液壓制動力；在電制動失效或比例閥失效時仍然可以完全通過液壓制動提供制動力矩。還包括單向閥，串接于所述比例閥后端，使輪缸處的油壓始終低于或等于比例閥輸出端的油壓，不致于在比例閥處發(fā)生回流的現(xiàn)象。
同時本發(fā)明提出了一種電動汽車組合制動控制方法，包括如下步驟1)由踏板位移傳感器實時采集制動踏板位移信號，主缸壓力傳感器實時采集主缸油壓，組合制動ECU綜合判斷得到總的制動需求；同時組合制動ECU采集電機ECU發(fā)出的此時可提供的最大電制動力矩；2)組合制動ECU根據(jù)以上的兩個值作差得到所需的液壓制動；3)組合制動ECU計算出比例閥輸出值，控制所述比例閥輸出所需的輪缸油壓制動力，實現(xiàn)電制動與液壓制動的組合制動。
上述的電動汽車組合制動控制方法，在油門踏板松開而未采集到制動踏板踩下的信號時，電動機進入反饋制動狀態(tài)，提供固定值的制動力矩。
上述的電動汽車組合制動控制方法，比例閥后端加入一個單向閥作為保護，使輪缸處的油壓始終低于或等于比例閥輸出端的油壓，不致于在比例閥處發(fā)生回流的現(xiàn)象。。與所述比例閥并聯(lián)設置常開的二通電磁閥，當踏板的狀態(tài)由踩下變?yōu)樘饡r，所述二通電磁閥打開，保證輪缸處的高壓油可以回到油壺里，減小或解除液壓制動力。在電制動失效或比例閥失效時完全通過液壓制動提供制動力矩。
上述的電動汽車組合制動控制方法，所述由踏板角位移和主缸油壓換算出的總制動力矩以及由液壓制動參與的部分制動力矩換算出的所需輪缸油壓，根據(jù)在相同機械結構下純液壓制動系統(tǒng)的實測曲線獲得。所述比例閥輸出值依據(jù)該比例閥的輸入電流～輸出油壓特性曲線獲得。組合制動ECU采用按任務執(zhí)行頻率分配優(yōu)先級的方法，即任務執(zhí)行頻率越高，該任務的優(yōu)先級越高。
由于采用了以上的方案，帶來了如下的有益效果
在液壓系統(tǒng)中加入比例閥限制液壓制動力矩，通過電機ECU和制動ECU的通訊，對比例閥和電機進行協(xié)調(diào)控制，實時計算、分配電制動和液壓制動，保證了制動過程中的與傳統(tǒng)車一致的制動效果和制動感覺，又最大限度的回收能量，使其操控性能更好、制動效果更佳，能量利用效率更高。
當電制動能夠滿足制動需求時，可以完全由電制動承擔制動，比例閥輸出接近0；當電制動不足時再加入比例閥輸出的液壓制動，以電制動為優(yōu)先，爭取最大限度的回收能量。
本系統(tǒng)通過采樣主缸油壓與制動踏板角位移綜合判斷制動需求的大小，由踏板角位移和主缸油壓換算出的總制動力矩以及由液壓制動參與的部分制動力矩換算出的所需輪缸油壓，根據(jù)在相同機械結構下純液壓制動系統(tǒng)的實測曲線獲得；比例閥輸出值依據(jù)該比例閥的輸入電流～輸出油壓特性曲線獲得；這樣得到的結果更為準確、且可靠。使本發(fā)明的整體操控性能更優(yōu)化。

圖1是本發(fā)明組合制動系統(tǒng)管路布置圖。
圖2是本發(fā)明組合制動的制動力矩分配示意圖。
圖3本發(fā)明組合制動ECU系統(tǒng)硬件結構圖。
圖4本發(fā)明組合制動系統(tǒng)軟件結構圖。
具體實施方式
下面通過具體的實施例并結合附圖對本發(fā)明作進一步詳細的描述。
液壓管路描述該組合制動系統(tǒng)的主要控制部件為一個可以控制輸出壓力的比例閥，輔助部件包括為回油提供通路的二位二通電磁閥5，以及探知制動油壓的主缸油壓傳感器2、輪缸油壓傳感器3。該系統(tǒng)的管路連接如圖1所示。在本系統(tǒng)中電制動只作用在前輪上。
系統(tǒng)控制原理描述在松開油門踏板而不踩下制動踏板的時候，電動機即進入反饋制動狀態(tài)，提供固定值的制動力矩(使整車減速度在0.15G，與傳統(tǒng)車相一致)，這相當于燃油車從高速行駛進入怠速行駛過程中的發(fā)動機制動。
當制動踏板踩下時，由踏板位角移傳感器1和主缸壓力傳感器2得到的信號綜合判斷得到總的制動需求。同時，由CAN總線上得到電機控制模塊(電機ECU)發(fā)出的此時可提供的最大電制動力矩，以上的兩個值作差即可得到所需的液壓制動(此時所需液壓制動可能為0)。再由此計算出比例閥的控制信號并輸出給比例閥5，實現(xiàn)電制動與液壓制動的組合制動。組合制動中各部分的制動力矩分配如圖2所示。
由于比例閥只能單向輸出，故而在其后端加入一個單向閥4作為保護，使輪缸處的油壓始終低于或等于比例閥輸出端的油壓，不致于在比例閥處發(fā)生回流的現(xiàn)象。當踏板的狀態(tài)由踩下變?yōu)樘饡r，與比例閥并聯(lián)的二位二通閥打開(考慮到系統(tǒng)的安全性，該二位二通閥為常開閥，在電制動失效或比例閥失效時仍然能夠提供制動力矩)，保證輪缸處的高壓油可以回到油壺里，減小或解除液壓制動力。
其中，由踏板角位移和主缸油壓換算出的總制動力矩以及由液壓制動參與的部分制動力矩換算出的所需輪缸油壓，均是在相同機械結構下純液壓制動系統(tǒng)的實測曲線所得。由所需輪缸油壓得到的比例閥輸出值則是依據(jù)該比例閥的C(輸入電流)～P(輸出油壓)特性曲線所得。在輪缸處測得的輪缸油壓實際值可作為負反饋在控制程序中實現(xiàn)PD調(diào)節(jié)，從而使系統(tǒng)具有較好的動態(tài)響應特性(剎車系統(tǒng)由于本身帶有反饋環(huán)節(jié)——駕駛員眼睛的輸入和腳的輸出構成天然的負反饋，因而對系統(tǒng)的靜態(tài)響應特性要求并不十分嚴格)。
硬件系統(tǒng)設計由于制動是汽車上關系到人身生命安全的重要部分，因此對系統(tǒng)的安全性，可靠性有較高的要求。特別是電制動失效，比例閥、電磁閥、傳感器等重要部件故障，系統(tǒng)死機等情況發(fā)生時，硬件的可靠性及軟件的健壯性更顯得尤為重要。
硬件系統(tǒng)結構組合制動ECU硬件系統(tǒng)結構如圖3所示本控制系統(tǒng)的硬件系統(tǒng)具體實現(xiàn)主要包括三大模塊內(nèi)容主處理器模塊，輸入輸出模塊，以及其他模塊。
·主處理器模塊本應用的硬件系統(tǒng)以PHILIPS公司生產(chǎn)的ARM7微處理器LPC2119為核心。
LPC2119芯片是以ARM7TDMI-S為內(nèi)核的PHILIPS中低價位ARM7系列產(chǎn)品之一，帶有16K的片內(nèi)靜態(tài)RAM和128K的片內(nèi)FLASH EEPROM，對于可剪裁的uC/OSII系統(tǒng)，在操作系統(tǒng)的移植過程中，可以將操作系統(tǒng)固化在FLASH上，只有常用的代碼和數(shù)據(jù)結構才進入RAM，而這對于系統(tǒng)性能基本不構成影響。該微處理器內(nèi)部1.8V的低工作電壓和睡眠/喚醒模式，降低了芯片的功耗；其內(nèi)置的CAN接口和超小的LPFP64封裝還大大縮小了電路板的面積；片上內(nèi)置的看門狗提高了系統(tǒng)的可靠性。此外，其最高可達60MHz的工作頻率也可以使系統(tǒng)的運行速度和任務的響應時間達到較高的水平。制動ECU采用ARM7-TDMI為內(nèi)核的主控芯片，處理速度遠大于一般8位、16位單片機，穩(wěn)定性和可靠性同時也有所保證，符合制動控制在時間上和可靠性上的較高要求。
·輸入輸出模塊及其它模塊輸入輸出模塊包括了AD采樣電路、DA輸出電路、數(shù)字IO輸入輸出電路。AD采樣電路主要由運算放大器和精密電阻以及濾波電路組成，保證了AD采樣的精度和抗干擾的能力；DA輸出則采用帶有四路DA轉換的芯片-DAC8420來完成，同時帶有跟隨器電路等，增加DA輸出的驅動能力；數(shù)字IO輸入輸出主要由隔離光耦，MOS管組成。
其它模塊主要有系統(tǒng)時鐘及復位電路，采用11.0592Mhz的晶振和復位芯片；JTAG接口電路，用于下載程序及程序的片上跟蹤調(diào)試；以及CAN收發(fā)器電路、UART串口通訊電路用于與外界通訊的模塊等，這里不再一一贅述。
軟件系統(tǒng)結構組合制動ECU軟件系統(tǒng)結構如圖4所示·實時操作系統(tǒng)本應用中的軟件部分是由uC/OSII為內(nèi)核的實時操作系統(tǒng)組成。采用實時內(nèi)核能大大簡化應用系統(tǒng)的設計，因為它允許將應用分成若干個任務，由實時內(nèi)核來管理它們。內(nèi)核為每個任務分配CPU時間，控制任務的切換，并且負責任務之間的通訊。因此實時內(nèi)核相對于前后臺系統(tǒng)具有顯著的優(yōu)越性。
uC/OSII是可移植的、可剪裁的、只讀的、占先的、實時的、多任務的內(nèi)核，能同時管理高達63個任務。由于其基本無償?shù)奶峁┰闯绦虼a，因此在軟件開發(fā)方面的初始成本可忽略不計。而代碼絕大部分都是用移植性很強的ANSI C編寫的，只是與微處理器硬件相關的部分是用匯編語言編寫，因此可以比較容易的將uC/OSII移植到本應用中所使用的微處理器上。通過提供自身的系統(tǒng)服務，諸如信號量管理，郵箱、消息隊列、延時等，實時內(nèi)核使得CPU的利用更為有效，而其本身對CPU的占用時間一般僅為2～5個百分點。
·任務及應用程序為了使用uC/OSII實現(xiàn)系統(tǒng)的控制目標，必須將整個系統(tǒng)的控制分為諸多任務，并且為每個任務分配適當?shù)膬?yōu)先級，使用實時內(nèi)核實現(xiàn)任務間的切換。分配優(yōu)先級有多種方法，在本應用中采用比較簡單的按任務執(zhí)行頻率分配優(yōu)先級的方法，即任務執(zhí)行頻率越高，該任務的優(yōu)先級也就越高。只有在局部對響應時間要求較高的任務才對其優(yōu)先級做適當調(diào)整(如系統(tǒng)故障檢測及故障處理任務)。
應用程序是為了實現(xiàn)某一特定的功能而編寫的代碼，它介于操作系統(tǒng)和用戶之間，使用操作系統(tǒng)提供的接口函數(shù)。其中一些應用程序還可以直接對系統(tǒng)硬件進行操作。每個任務正是由一個個具體的應用程序組成。在本應用中，有CAN控制，UART控制，AD采樣控制等多個應用程序。
本應用的任務說明、優(yōu)先級分配及任務間共享數(shù)據(jù)方式如表1所示。經(jīng)實驗驗證，按照本方案實施的系統(tǒng)，基本上達到系統(tǒng)整體的控制要求。
表1 任務名稱、優(yōu)先級以及任務間共享數(shù)據(jù)內(nèi)容和方式列表
權利要求
1.一種電動汽車組合制動的控制系統(tǒng)，包括組合制動ECU、制動踏板位移傳感器、比例閥、主缸油壓傳感器、輪缸油壓傳感器，所述比例閥、制動踏板位置傳感器、主缸油壓傳感器、輪缸油壓傳感器分別與所述組合制動ECU電連接，所述比例閥與主缸油路連接；所述制動踏板位移傳感器和主缸壓力傳感器采集制動信號，輸入至所述組合制動ECU綜合判斷得到總的制動需求，組合制動ECU同時采集電機控制模塊發(fā)出的可提供的最大電制動力矩，組合制動ECU得到所需的液壓制動力矩，輸出控制信號給比例閥，實現(xiàn)電制動與液壓制動的組合制動。
2.如權利要求1所述的控制系統(tǒng)，其特征是還包括二通電磁閥，與所述比例閥并聯(lián)于油路，所述二通電磁閥為常開閥，在制動踏板返回時保證輪缸處的高壓油可以回到油壺里，減小或解除液壓制動力；在電制動失效或比例閥失效時仍然可以完全通過液壓制動提供制動力矩。
3.如權利要求1所述的控制系統(tǒng)，其特征是還包括單向閥，串接于所述比例閥后端，使輪缸處的油壓始終低于或等于比例閥輸出端的油壓，不致于在比例閥處發(fā)生回流的現(xiàn)象。
4.一種電動汽車組合制動控制方法，包括如下步驟1)由踏板位移傳感器實時采集制動踏板位移信號，主缸壓力傳感器實時采集主缸油壓，組合制動ECU綜合判斷得到總的制動需求；同時組合制動ECU采集電機ECU發(fā)出的此時可提供的最大電制動力矩；2)組合制動ECU根據(jù)以上的兩個值作差得到所需的液壓制動力；3)組合制動ECU計算出比例閥輸出值，控制所述比例閥輸出所需的輪缸油壓制動力，實現(xiàn)電制動與液壓制動的組合制動。
5.根據(jù)權利要求4所述的電動汽車組合制動控制方法，其特征在于在油門踏板松開而未采集到制動踏板踩下的信號時，電動機進入反饋制動狀態(tài)，提供固定值的制動力矩。
6.根據(jù)權利要求4所述的電動汽車組合制動控制方法，其特征在于比例閥后端加入一個單向閥作為保護，使輪缸處的油壓始終低于或等于比例閥輸出端的油壓，不致于在比例閥處發(fā)生回流的現(xiàn)象。
7.根據(jù)權利要求4所述的電動汽車組合制動控制方法，其特征在于與所述比例閥并聯(lián)設置常開的二通電磁閥，當踏板的狀態(tài)由踩下變?yōu)樘饡r，所述二通電磁閥打開，保證輪缸處的高壓油可以回到油壺里，減小或解除液壓制動力；在電制動失效或比例閥失效時仍然可以完全通過液壓制動提供制動力矩。
8.根據(jù)權利要求4-7中任一項所述的電動汽車組合制動控制方法，其特征在于所述由踏板角位移和主缸油壓換算出的總制動力矩以及由液壓制動參與的部分制動力矩換算出的所需輪缸油壓，根據(jù)在相同機械結構下純液壓制動系統(tǒng)的實測曲線獲得。
9.根據(jù)權利要求4-7中任一項所述的電動汽車組合制動控制方法，其特征在于所述比例閥輸出值依據(jù)該比例閥的輸入電流～輸出油壓特性曲線獲得。
10.根據(jù)權利要求4-7中任一項所述的電動汽車組合制動控制方法，其特征在于組合制動ECU采用按任務執(zhí)行頻率分配優(yōu)先級的方法，即任務執(zhí)行頻率越高，該任務的優(yōu)先級越高。
全文摘要
本發(fā)明公開一種電動汽車組合制動控制系統(tǒng)及控制方法，系統(tǒng)包括組合制動ECU、制動踏板位移傳感器、比例閥、主缸油壓傳感器、輪缸油壓傳感器；制動踏板位移傳感器和主缸壓力傳感器采集制動信號，輸入至組合制動ECU綜合判斷得到總的制動需求，組合制動ECU同時采集電機ECU發(fā)出的可提供的最大電制動力矩，組合制動ECU得到所需的液壓制動，輸出控制信號給比例閥輸出液壓制動力，實現(xiàn)電制動與液壓制動的組合制動。本發(fā)明對比例閥和電機進行協(xié)調(diào)控制，實時計算、分配電制動和液壓制動，既保證了制動過程中的與傳統(tǒng)車一致的制動效果和制動感覺，又最大限度的回收能量，使其操控性能更好、制動效果更佳，能量利用效率更高。
文檔編號B60L7/00GK1986272SQ20051002238
公開日2007年6月27日 申請日期2005年12月19日 優(yōu)先權日2005年12月19日
發(fā)明者張凱, 單明磊 申請人:比亞迪股份有限公司