一种模拟汽车制动的协调控制装置的制作方法

本发明涉及汽车制动控制技术领域，具体涉及一种模拟汽车制动的协调控制装置。

背景技术：

当前，能源短缺与环境污染是世界各国面临的严峻问题。按照目前的使用速度，地球上的石油只能维持40年左右时间，也就是说以廉价的石油作为动力源的传统汽车将来必然被淘汰，于是世界各国都致力于混合动力汽车的研发、生产及普及。而为了提高能源利用效率，当前工程技术人员则致力于混合动力电机再生制动能量回收技术的研究。

目前，国内外学者已经针对混合动力电机再生制动能量回收和线控制动技术进行了大量的研究，并提出了多种再生制动与液压制动匹配控制的策略和方法。然而，不管是哪一种匹配形式，在实现上均要以液压制动力的灵活控制为基础，通过电控液压制动(EHB)液压调节机构实现再生制动过程中的压力协调控制，这样既能简化再生制动系统，又可以降低再生制动系统的成本。

然而，现有技术中通常以驾驶员手动启用或停止滑行能量回馈充电，未体现再生制动与常规液压制动的情形，导致制动转矩大小取决于车速和蓄电池SOC状态，操作繁琐，只能体现再生制动功能，回馈能量小而且切换过渡波动大。因此对电控液压制动(EHB)的液压制动系统进行改造，实现灵活的液压制动力控制。对提高混合动力汽车的制动能量的回收率和改善混合动力汽车制动性能是很有必要的。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种模拟汽车制动的协调控制装置，将电力系统的电机再生制动和电控液压制动相结合，模拟混合动力电机再生制动与电控液压制动协调控制时的运行工况，在保证汽车制动安全性的基础上，使再生制动能量得到高效回收，可为混合动力汽车能量回收和制动力分配策略研究提供一个真实的试验环境。

根据本发明的一个方面，提供一种模拟汽车制动的协调控制装置，包括：控制系统、电控液压制动系统、电力系统、盘式制动器、飞轮、制动踏板、踏板行程采集单元、以及第一采集模块；

优选地，所述第一采集模块包括：设于所述飞轮处用于采集飞轮转速信号的第一转速传感器、设于所述电力系统处的用于采集电池的电流信号的电流传感器和用于采集电池的电压信号的电压传感器；

优选地，所述踏板行程采集单元，分别连接至制动踏板和控制系统，以采集制动踏板的踏板行程信号，并发送至所述控制系统；

优选地，所述控制系统，分别连接至电控液压制动系统和电力系统，以基于所述踏板行程信号计算踏板位移变化率，并基于所述踏板位移变化率计算总制动力矩，并基于所述飞轮转速信号、所述电流信号和所述电压信号分配所述总制动力矩，以及分别输出电控液压制动力矩和电机制动力矩；

优选地，所述电力系统连接有一转轴，所述转轴连接至飞轮，所述电力系统通过所述转轴将接收的所述电机制动力矩传输至飞轮；

优选地，所述电控液压制动系统，连接至所述盘式制动器，基于接收的电控液压制动力矩形成制动压力并输出至所述盘式制动器；

优选地，所述盘式制动器通过转轴连接至飞轮，以基于所述制动压力对飞轮进行制动。

优选地，所述电流传感器，设置于所述电力系统内设的转换器处；

所述电压传感器，设置于所述电力系统内设的电池处。

优选地，所述控制系统包括:协调控制器和数据采集器，所述数据采集器分别与所述踏板行程采集单元和所述第一采集模块连接，以将接收的模拟量的踏板行程信号和模拟量的飞轮转速信号、模拟量的所述电流信号和模拟量的所述电压信号转换为与各自相对应的数字量的信号，并发送至所述协调控制器；

优选地，所述协调控制器，与所述数据采集器连接，以基于数字量的踏板行程信号计算总制动力矩，并基于数字量的采集信号分配总制动力矩，得到电控液压制动力矩和电机制动力矩。

优选地，所述电力系统包括电机和与所述电机连接的电机控制器；

所述电机控制器，连接至所述控制系统，用于接收所述电机制动力矩，并形成目标电机转速信号传输至电机；

所述电机，通过转轴连接至飞轮，以将接收的目标电机转速信号传输至飞轮。

优选地，所述电力系统还包括转换器和电池；

所述转换器，连接至电机，用于接收电机产生的交流电，并将所述交流电转换成直流电发送至所述电池；

所述电池，连接至所述转换器，用于存储所述直流电，和将存储的所述直流电发送至所述电机以提供电能。

优选地，所述电控液压制动系统包括电控液压控制器和与所述电控液压控制器连接的电控液压执行模块；

其中，所述电控液压执行模块包括液压控制单元、电磁阀、蓄能器、储油杯和轮缸；

优选地，所述轮缸处设有轮缸压力传感器，所述轮缸压力传感器连接至所述电控液压控制器，所述轮缸压力传感器用于采集所述轮缸的实际压力；

优选地，所述电控液压控制器，用于基于所述电控液压制动转矩计算得到电控液压制动系统的目标压力，并基于所述实际压力和所述目标压力进行判断；

若所述实际压力小于所述目标压力，则所述电控液压控制器输出第一增压控制信号至所述液压控制单元；

若所述实际压力等于所述目标压力，则所述电控液压控制器输出保压控制信号至所述液压控制单元；

若所述实际压力大于所述目标压力，则所述电控液压控制器输出第一减压控制信号至所述液压控制单元。

优选地，所述电磁阀包括：增压电磁阀、减压电磁阀；

所述液压控制单元，连接至所述电控液压控制器、增压电磁阀、减压电磁阀，以在接收到第一增压控制信号时，控制所述增压电磁阀打开以增加所述轮缸中的液压；在接收到所述第一减压控制信号时，控制所述减压电磁阀打开以降低所述轮缸中的液压；在接收到所述保压控制信号时，控制所述增压电磁阀和所述减压电磁阀同时关闭以保持所述轮缸中的液压；

所述增压电磁阀，分别连接至蓄能器和轮缸，以在打开状态下使蓄能器中制动液进入所述轮缸以实现对轮缸中液压进行增压；或在闭合状态下，且所述减压电磁阀为闭合状态时，使所述轮缸中液压不变；

所述减压电磁阀，分别连接至所述蓄能器、所述轮缸和所述储油杯，以在打开状态下使所述轮缸中制动液流入储油杯以实现对所述轮缸中液压进行减压；或在闭合状态下，且所述增压电磁阀为闭合状态时，使所述轮缸中液压不变。

优选地，所述电控液压执行模块还包括液压泵，所述储油杯通过液压泵连接至所述蓄能器，所述蓄能器上设置有安全阀，以在当所述蓄能器中制动液压力低于最低压力值时，安全阀关闭并通过所述液压泵向所述蓄能器注入制动液直到所述蓄能器的制动液压力达到安全压力；和当所述蓄能器中制动液压力高于最高压力值时，触发安全阀打开以对所述蓄能器进行泄压直到所述蓄能器中制动液压力低于或等于所述最高压力值。

优选地，所述采集单元还包括：第二转速传感器，连接至所述电机控制器，用于采集实际转速信号，并发送至所述电机控制器；

所述电机控制器，用于基于所述目标转速信号和所述实际转速信号监测所述电机是否正常工作，其中，所述电机在正常工作时，所述目标转速信号和所述实际转速信号的差值在第一误差范围内。

优选地，所述采集单元还包括：第一转矩传感器和第二转矩传感器；

优选地，所述第一转矩传感器，设置于所述飞轮处，用于采集所述飞轮的转矩信号，并发送至所述控制系统；

优选地，所述第二转矩传感器，设置于所述盘式制动器处，用于采集所述盘式制动器的转矩信号，并发送至所述控制系统；

优选地，所述控制系统，与所述第一转矩传感器连接，用于基于总制动转矩和所述飞轮的转矩信号判断所述电控液压制动系统和电力系统是否能够对所述飞轮进行正常制动，其中，在正常制动时，所述总制动力转矩与所述飞轮转矩的差值在第二误差范围内；

优选地，所述控制系统，还与所述第二转矩传感器连接，用于基于所述电控液压制动转矩和制动器转矩判断所述电控液压制动系统是否能够正常制动，其中，在电控液压制动系统进行正常制动时，所述电控液压制动转矩与制动器转矩的差值在第三误差范围内。

本发明的有益效果是：由于本发明设置有踏板行程采集单元和设置于飞轮处的用于采集车速信号的第一转速传感器，协调控制器根据踏板行程采集单元采集的踏板位移信号计算制动所需的总制动转矩，能够保证汽车进行有效制动，保证汽车制动安全性；而且，协调控制器基于踏板位移信号、电压信号、电机转速信号以及电流信号进行综合考量对所述总制动转矩进行合理分配并分别输出电控液压制动转矩和电机制动转矩，能够保证电控液压制动系统和电力系统进行协调控制，有效保证了汽车在保证制动安全性的基础上提供驾驶员良好的制动感受，而且电力系统的再生制动能够进行制动能量的回收。因此本发明能够实现对电控液压制动和再生制动的协调控制，可以在保证车辆稳定性和制动安全性的前提下，利用电机的再生制动回收制动能量，提高能源利用效率。

附图说明

图1为本发明提供的模拟汽车制动的协调控制装置的结构示意图；

图2为本发明提供的电控液压制动系统的结构示意图。

附图说明：

1、控制系统，11、协调控制器，12、数据采集器，2-电控液压制动系统，21、电控液压控制器，22、电控液压执行模块，221、液压控制单元，222、电磁阀，223、蓄能器，224、储油杯，225、轮缸，226、液压泵，3、电力系统，31、电机控制器，32、电机，33、转换器，34、电池，4、盘式制动器，5、飞轮，6、制动踏板，71、踏板行程采集单元，72、第一转速传感，73、轮缸压力传感器，74、第二转速传感器，75、电流传感器，76、电压传感器，77、第一转矩传感器，78、第二转矩传感器，8、转轴。

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明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。

根据图1所示，本发明提供的模拟汽车制动的协调控制装置，包括：控制系统1、电控液压制动系统2、电力系统3、盘式制动器4、飞轮5、制动踏板6、踏板行程采集单元71、以及第一采集模块；

所述第一采集模块包括：设于所述飞轮5处用于采集飞轮转速信号的第一转速传感器72、设于所述电力系统3处的用于采集电池34的电流信号的电流传感器75和用于采集电池34的电压信号的电压传感器76；

所述踏板行程采集单元71，分别连接至制动踏板6和控制系统1，以采集制动踏板6的踏板行程信号，并发送至所述控制系统1；

所述控制系统1，分别连接至电控液压制动系统2和电力系统3，以基于所述踏板行程信号计算踏板位移变化率，并基于所述踏板位移变化率计算总制动力矩，并基于所述飞轮转速信号、所述电流信号和所述电压信号分配所述总制动力矩，以及分别输出电控液压制动力矩和电机制动力矩；

所述电力系统3连接有一转轴8，所述转轴8连接至飞轮5，所述电力系统3通过所述转轴8将接收的所述电机制动力矩传输至飞轮5；

所述电控液压制动系统2，连接至所述盘式制动器4，基于接收的电控液压制动力矩形成制动压力并输出至所述盘式制动器4；

所述盘式制动器4通过转轴8连接至飞轮5，以基于所述制动压力对飞轮5进行制动。

具体地说，总制动转矩的计算公式为：总制动转矩＝mgz；其中，m为汽车质量，g为重力加速度，z为制动强度,所述制动强度基于所述踏板行程采集单元采集的踏板位移信号计算得到；协调控制器11根据踏板位移信号计算出所需的总制动转矩，以确定驾驶员的制动意图，并将制动控制模式划分为第一控制模式和第二控制模式。

其中，制动控制模式根据基于踏板位移信号计算的踏板位移变化率进行划分：若踏板位移变化率大于等于变化率预定值(例如22cm/s，仅以此为例，但不限于此)，进行紧急制动，制动控制进入第一制动控制模式；若踏板位移变化率小于变化率预定值(22cm/s)，则制动控制进入第二制动控制模式。

进入第一制动控制模式时，为了保障车辆横向或者纵向的稳定性，采用紧急制动模式，此时所需电机制动转矩为0，所需电控液压制动转矩为总制动转矩，由协调控制器11分别将电机制动转矩和电控液压制动转矩发送到电机控制器31和电控液压控制器21。

进入第二制动控制模式时，协调控制器11根据各采集信号对制动模式进行判断，并分别将相应的电机制动转矩信号和电控液压制动转矩信号发送到电机控制器31和电控液压控制器21。

具体的：

①电池保护模式：即根据电流传感器75和电压传感器76采集的信号估算得到电池的荷电状态(SOC)值，且当该荷电状态(SOC)值大于预定值(例如0.85，仅以此为例，但不限于此)时，电机转速为任意值时，控制系统1将会启动电池保护模式，这么做是为了保证电池不会因为过度充电而损坏。此时所需电机制动转矩为0，所需电控液压制动转矩位为总制动转矩。

②电控液压制动(EHB)模式：即电池的荷电状态(SOC)值小于等于预定值0.85，且电机32的角速度小于定值(例如40rad/s，仅以此为例，但不限于此)。此时由于没有足够的动能去产生足够高的电能去反馈给电池，如果在这一阶段使用再生制动，实际回馈给电池的能量小于在这过程中消耗的能量，造成电池能量的损耗，此时所需电机32制动转矩为0，所需电控液压制动转矩为总制动转矩。

③电控液压制动(EHB)+电机再生制动模式：即电池的荷电状态(SOC)值小于等于预定值0.85，且电机32的角速度大于等于预定值，同时所需的总制动转矩大于等于电机32所能提供的最大电机制动转矩。其中，电机32所能提供的最大电机制动转矩由协调控制器11根据电池的荷电状态(SOC)值和电机32当前转速信号计算得到。此时，电机32提供所能提供的最大制动转矩，剩余部分由电控液压制动系统2提供，也即所需电机制动转矩等于最大电机制动转矩，所需电控液压制动转矩等于总制动转矩减去最大电机制动转矩。

④电机再生制动模式：即电池的荷电状态(SOC)值小于等于预定值0.85，且电机32的角速度大于等于预定值，同时所需的总制动转矩小于电机32所能提供的最大电机制动转矩，电机32提供所有的制动转矩，即所需电机制动转矩等于总制动转矩，所需电控液压制动转矩等于0。

其中，电机32的角速度基于设置于飞轮5处的第一转速传感器72采集的飞轮转速信号计算得到，计算公式为ω＝2*π*n/60，其中，ω为角速度，n为转速，即每分钟物体的转数。

所述多个采集单元至少包括第一采集模块；所述第一采集模块包括:第一转速传感器72，设置于飞轮5处，用于采集飞轮转速；电压传感器76，设置于所述电力系统3内设的电池34处，用于采集电池34的电压信号；电流传感器75，设置于所述电力系统3内设的转换器33处，用于采集电池34的电流信号。

所述控制系统1包括数据采集器12和协调控制器11，所述数据采集器12分别与所述踏板行程采集单元71和所述第一采集模块连接，以将接收的模拟量的踏板行程信号和模拟量的多个采集信号转换为数字量的踏板行程信号和数字量的采集信号，并发送至所述协调控制器11；所述协调控制器11，与所述数据采集器12连接，以基于数字量的踏板行程信号计算总制动力矩，并基于数字量的采集信号分配总制动力矩，得到电控液压制动力矩和电机制动力矩。

所述电力系统3包括电机32和与所述电机连接的电机控制器31；所述电机控制器31，连接至所述控制系统1，用于接收所述电机制动力矩，并形成目标电机转速信号传输至电机32；所述电机32，通过转轴8连接至飞轮5，以将接收的目标电机转速信号传输至飞轮5。

所述电力系统3还包括转换器33和电池34；所述转换器33，连接至电机32，用于接收电机32产生的交流电，并将所述交流电转换成直流电发送至所述电池34；所述电池34，连接至所述转换器33，用于存储所述直流电，和将存储的直流电发送至所述电机32以提供电能。

如图2所示，所述电控液压制动系统2包括电控液压控制器21和与所述电控液压控制器21连接的电控液压执行模块22；

其中，所述电控液压执行模块22包括液压控制单元221、电磁阀222、蓄能器223、储油杯224和轮缸225；

所述轮缸225处设有轮缸压力传感器73，所述轮缸压力传感器73连接至所述电控液压控制器21，所述轮缸压力传感器73用于采集所述轮缸225的实际压力；

所述电控液压控制器21，用于基于所述电控液压制动转矩计算得到电控液压制动系统2的目标压力，并基于所述实际压力和所述目标压力进行判断；

若所述实际压力小于所述目标压力，则所述电控液压控制器21输出第一增压控制信号至所述液压控制单元221；若所述实际压力等于所述目标压力，则所述电控液压控制器21输出保压控制信号至所述液压控制单元221；若所述实际压力大于所述目标压力，则所述电控液压控制器21输出第一减压控制信号至所述液压控制单元221。

所述电磁阀222包括增压电磁阀、减压电磁阀；所述电控液压控制器21，用于基于所述电控液压制动转矩计算得到电控液压制动系统2的目标压力，并基于所述实际压力和所述目标压力进行判断；所述目标压力的计算公式为现有公式，P＝T/A*r*摩擦系数，其中，P为目标压力，T为电控液压制动转矩，A为所述轮缸与盘式制动器4的接触面积，r为盘式制动器4的制动盘的半径；若所述实际压力小于所述目标压力，则，所述电控液压控制器21输出第一增压控制信号至所述液压控制单元；若所述实际压力等于所述目标压力，则，所述电控液压控制器21输出保压控制信号至所述液压控制单元；若所述实际压力大于所述目标压力，则，所述电控液压控制器21输出第一减压控制信号至所述液压控制单元。

如图2所示，所述液压控制单元221，连接至所述电控液压控制器21、增压电磁阀、减压电磁阀，以在接收到第一增压控制信号时，控制所述增压电磁阀打开以增加所述轮缸225中的液压；在接收到所述第一减压控制信号时，控制所述减压电磁阀打开以降低所述轮缸225中的液压；在接收到所述保压控制信号时，控制所述增压电磁阀和所述减压电磁阀同时关闭以保持所述轮缸225中的液压。

所述增压电磁阀，分别连接至蓄能器223和轮缸225，以在打开状态下使蓄能器223中制动液进入所述轮缸225以实现对轮缸225中液压进行增压；或在闭合状态下，且所述减压电磁阀222为闭合状态时，使所述轮缸225中液压不变；

所述减压电磁阀，分别连接至所述蓄能器223、所述轮缸225和所述储油杯224，以在打开状态下使所述轮缸225中制动液流入储油杯以实现对所述轮缸225中液压进行减压；或在闭合状态下，且所述增压电磁阀为闭合状态时，使所述轮缸225中液压不变。

所述电控液压执行模块22还包括液压泵226，所述储油杯224通过液压泵226连接至所述蓄能器223，所述蓄能器223上设置有安全阀，以在当所述蓄能器223中制动液压力低于最低压力值时，安全阀关闭并通过所述液压泵226向所述蓄能器223注入制动液直到所述蓄能器223的制动液压力达到安全压力；和当所述蓄能器223中制动液压力高于最高压力值时，触发安全阀打开以对所述蓄能器223进行泄压直到所述蓄能器223中制动液压力低于或等于所述最高压力值。

所述采集单元还包括：第二转速传感器74，连接至所述电机控制器31，用于采集实际转速信号，并发送至所述电机控制器31；所述电机控制器31，用于基于所述目标转速信号和所述实际转速信号监测所述电机32是否正常工作，其中，所述电机32在正常工作时，所述目标转速信号和所述实际转速信号的差值在第一误差范围内。

所述采集单元还包括：第一转矩传感器77和第二转矩传感器78；所述第一转矩传感器77，设置于所述飞轮5处，用于采集所述飞轮5的转矩信号，并发送至所述控制系统1；所述第二转矩传感器，设置于所述盘式制动器4处，用于采集所述盘式制动器4的转矩信号，并发送至所述控制系统1；所述控制系统1，与所述第一转矩传感器77连接，用于基于总制动转矩和所述飞轮5的转矩信号判断所述电控液压制动系统2和电力系统3是否能够对所述飞轮5进行正常制动，其中，在正常制动时，所述总制动力转矩与所述飞轮转矩的差值在第二误差范围内；具体的说，第一转矩传感器把采集到的飞轮5转矩信号传递给协调控制器11，可以得到实际作用在飞轮5上的转矩值即飞轮5转矩，而在理论上飞轮5转矩应当是电控液压制动转矩与电机制动转矩之和即总制动转矩，将作用在飞轮5上的飞轮5转矩和总制动转矩进行比较，就可以得知电控液压制动转矩和电机制动转矩作用在飞轮5上面的实际效果，进而就可以对制动效果进行监测，进而可以判断电控液压制动系统2和电力系统3是否能够进行正常工作。

所述控制系统1，还与所述第二转矩传感器78连接，用于基于所述电控液压制动转矩和制动器转矩判断所述电控液压制动系统2是否能够正常制动，其中，在电控液压制动系统2进行正常制动时，所述电控液压制动转矩与制动器转矩的差值在第三误差范围内。具体地说，第二转矩传感器78把信号传递给协调控制器11，可以得到作用在盘式制动器4上的转矩即制动器转矩，这个值与协调控制器11分配的电控液压制动转矩对比，就可以得知电控液压制动系统2的制动效果，从而可以起到监测作用

本发明的工作原理是：踏板行程采集单元采集制动踏板的模拟量的位移信号，发送至数据采集器，由数据采集器转换为数字量的位移信号并发送至协调控制器，协调控制器根据模拟量的位移信号计算单位时间内的位移变化率，并根据位移变化率计算汽车制动所需的总制动转矩，其中，计算总制动转矩为现有技术，在此不再赘述。计算得到总制动转矩后，根据其他传感器采集的信号进行制动转矩分配，将总制动转矩分配给电力系统和电控液压制动系统。

本发明旨在保护一种模拟汽车制动的协调控制装置，将再生制动和电控液压制动相结合，本发明设置有踏板行程采集单元和设置于飞轮处的用于采集车速信号的第一转速传感器，协调控制器根据踏板行程采集单元采集的踏板位移信号计算制动所需的总制动转矩，能够保证汽车进行有效制动，保证汽车制动安全性；而且，协调控制器基于踏板位移信号、电压信号、电机转速信号以及电流信号进行综合考量对所述总制动转矩进行合理分配并分别输出电控液压制动转矩和电机制动转矩，能够保证电控液压制动系统和电力系统进行协调控制，有效保证了汽车在保证制动安全性的基础上提供驾驶员良好的制动感受，而且电力系统的再生制动能够进行制动能量的回收。因此本发明能够实现对电控液压制动和再生制动的协调控制，可以在保证车辆稳定性和制动安全性的前提下，利用电机的再生制动回收制动能量，提高能源利用效率。

应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。