专利名称：具有主动辅助制动功能的混合制动系统及控制方法
技术领域：
本发明涉及电动汽车制动领域，尤其涉及具有主动辅助制动功能的混合制动系统。
背景技术：
目前，由于汽车保有量的迅速增加，人类面临着极其严峻的能源消耗和环境污染等问题，电动汽车可以较好地解决此问题。电动汽车可以通过电机进行驱动，而在制动时通过控制使电机反转，产生制动力矩，与机械摩擦制动系统共同制动汽车，这就是电动汽车的混合制动系统。混合制动系统包含三种工作模式纯电机制动、机电混合制动以及纯机械摩擦制动。在保证车辆制动性能的前提下，尽可能多地回收制动能量，就必须制定完善的控制策略，进行工作模式间的合理切换，合理分配前后轴的制动力，充分协调驱动轴上电机制动与机械摩擦制动以及ABS之间的关系，这是目前混合制动技术的核心与难点。
随着道路车流量的不断增加，对于一些驾驶辅助系统，例如主动避撞系统(CAS)、 自适应巡航控制(ACC)以及走-停巡航(S&G)等技术的开发越来越迫切，要求也越来越高， 此类驾驶辅助系统都具有主动制动功能，能够避免多种危险工况的发生。
中国专利公开号为CN1923559A、名称为“电动汽车混合制动系统”通过制动控制器的控制，尽可能使用电机回收制动，制动控制器控制电机控制器与ABS控制器，协调气动摩擦制动力和电机制动力之间的分配关系，在确保制动性能的前提下，尽可能多地回收制动能量，其不足之处是机械摩擦制动力的增加是通过ABS控制阀和压力调节阀的调节，并没有涉及到辅助制动系统，因此不能快速、实时地调节制动助力输出，会造成在制动强度需求较大的工况中，机械摩擦制动力的增长相对较慢，影响制动安全性和踏板感觉，另外会增加驾驶员的操作强度。美国专利US6176556B1公开发动机通过离合器与变速器的输入轴相连，电机通过齿轮传动系与变速器的另一端输入轴相连，车辆制动时，电机反转作为发电机进行工作，产生制动力矩通过变速器、差速器作用到驱动轴上进行制动；电机同时产生交流电，通过电机控制器的作用转换成直流电，充入到储能装置中；传动系统控制模块通过检测连接制动踏板的位置传感器信号来控制电磁阀阀口的流通面积，从而调节真空助力器的压力差，达到调节机械摩擦制动力的目的；其不足之处是真空助力机构中没有涉及到真空储能罐，真空助力器的真空腔直接与真空源(发动机进气歧管或者真空泵)相连，这样会造成真空助力器内真空度瞬时波动较大，不利于制动助力的平稳输出，同时也会给行车操纵造成不便；此外，也没有考虑ABS对所设计的再生制动系统造成的影响。发明内容
本发明的目的是为克服上述现有技术的不足，在现有混合制动系统的基础上，改进电动真空助力机构，使其具有主动辅助制动功能；本发明同时提供该混合制动系统的控制方法。
本发明的具有主动辅助制动功能的混合制动系统采用的技术方案是包括机械摩擦制动系统与电机再生制动系统，机械气制动系统具有制动主缸，制动主缸分别连接ABS 控制器及执行机构、储气罐和真空助力器，ABS控制器及执行机构连接各个传感器，储气罐通过气体管路连接空气压缩机，真空助力器的输出连接制动踏板；真空储能罐连接真空助力器且通过真空压力传感器连接电动真空助力机构控制器，电动真空助力机构控制器分别电连接压力调节阀和电动真空泵，压力调节阀连接真空储能罐；所述电机再生制动系统具有电动机，电动机通过变速器与驱动桥相连、通过电动机控制器电连接整车控制器，整车控制器分别电连接储能装置、制动踏板位置传感器、前、后轴制动管路压力传感器、ABS控制器及执行机构和电动真空助力机构控制器，储能装置电连接电动机。
上述具有主动辅助制动功能的混合制动系统的控制方法的技术方案是具有如下步骤1)整车控制器根据制动踏板位置传感器的信号计算制动需求，采集车速传感器的信号、前、后轴制动管路压力传感器的信号以及储能装置的状态参数，通过制定的控制策略计算出实际的电机制动力与气压制动力，向电动机控制器及ABS控制器发出控制信号；当ABS 控制器判断出有车轮即将抱死时，向ABS执行机构发送指令，减小相对应的制动管路气压； 2)整车控制器向电动真空助力机构控制器发出控制指令，驱动电动真空泵，由电动真空助力机构控制器控制压力调节阀阀口的开闭状态以及通流面积，提高真空罐的真空度，加大真空助力器中真空腔与工作腔的压力差，增强摩擦制动力。
本发明的有益效果是将摩擦制动系统与电机再生制动系统相集成，整车控制器能够根据驾驶员的制动意图以及各相关系统的状态参数进行控制，在需要增加机械摩擦制动力的工况中，独立于驾驶员主动调节真空助力器的制动助力输出，起到了较好的辅助制动系统的作用，可以减少驾驶员制动踏板力的增加，降低驾驶员的操作强度，确保制动踏板感觉，提高摩擦制动力矩，提高制动安全性。
图1是本发明的结构连接示意图；图中1.制动踏板；2.制动踏板位置传感器；3.真空助力器；4.真空储能罐；5.压力调节阀；6.电动真空泵；7.真空压力传感器；8.电动真空助力机构控制器；9.制动主缸； 10.储气罐；11.空气压缩机；12.前轴制动管路压力传感器；13.后轴制动管路压力传感器；14.车轮；15.车速传感器；16. ABS控制器及执行机构；17.整车控制器；18.储能装置； 19.电动机控制器；20.电动机；21.变速器；22.驱动桥；23.压力报警器。
具体实施方式
如图1所示，本发明混合制动系统包括机械摩擦制动系统与电机再生制动系统， 其保留了所有原来常规气制动的主要部件，通过传动机构在汽车后轴上附加电机制动力矩。机械气制动系统由制动主缸9、电动真空助力机构、ABS控制器及执行机构16、储气罐 10、空气压缩机11等组成，其中，电动真空助力机构包括真空储能罐4、压力调节阀5、电动真空泵6、真空压力传感器7、电动真空助力机构控制器8等。制动主缸9分别连接ABS控制器及执行机构16、储气罐10和真空助力器3，储气罐10通过气体管路连接空气压缩机11， 真空储能罐4连接真空助力器3，真空储能罐4通过真空压力传感器7连接电动真空助力机构控制器8，电动真空助力机构控制器8分别电连接压力调节阀5和电动真空泵6，压力调节阀5同时连接真空储能罐4。真空助力器3的输出连接制动踏板1，在制动踏板1处设置制动踏板位置传感器2。在四个车轮14处均设置车速传感器15，各个车速传感器15均电连接ABS控制器及执行机构16，ABS控制器及执行机构16机械连接四个车轮14。电机再生制动系统由电动机20、电动机控制器19、储能装置18等组成。其中，电动机20通过变速器21与驱动桥22相连。电动机20通过电动机控制器19电连接整车控制器17，整车控制器17分别电连接储能装置18、制动踏板位置传感器2、前、后轴制动管路压力传感器12、13、压力报警器23、ABS控制器及执行机构16和电动真空助力机构控制器 8，储能装置18电连接电动机20。整车控制器17根据制动踏板位置传感器2的信号计算出驾驶员的制动需求，然后采集车速传感器15的信号、前后轴制动管路压力传感器12、13的信号以及储能装置18的状态参数，通过制定的控制策略计算出实际的电机制动力与气压制动力，向电动机控制器 19及ABS控制器发出控制信号来执行。当ABS控制器采集车速传感器15的信号，判断出有车轮即将抱死时，即刻向ABS执行机构发送指令，减小相对应的制动管路气压，以使制动力降低，车轮14脱离抱死区域。一般制动工况中，驾驶员的制动减速度需求增加时，如果根据储能装置18的状态参数(即SOC值)、电机转速、最大充电功率等数据得出的电机制动力能够满足驾驶员的制动需求，出于制动能量回收最大化的目的，整车控制器17发出指令到ABS控制器及执行机构16，使得制动高压气体输出为0，此时只有电机制动力作用在驱动桥22的轴上进行制动， 非驱动轴上无制动力矩。如果根据前述状态数据得出的电机制动力不能满足驾驶员的制动需求，则需要增加机械摩擦制动力进行补充，整车控制器17发出指令到ABS控制器及执行机构16，控制执行机构输出相应制动高压气体，前后机械摩擦制动力的增加按照β曲线进行分配。另外，在紧急制动工况中，由于电机制动力的稳定性及可靠性相对较差，为确保制动安全，整车控制器17通过向电机控制器19发送指令，使得电机制动系统不工作，仅机械摩擦制动系统为前后轮提供制动力。
在上述需要增加机械摩擦制动力的工况中，整车控制器17能够根据驾驶员的制动意图以及各相关系统的状态参数，向电动真空助力机构控制器8发出控制指令，驱动电动真空泵6，利用压力调节阀5来提高真空罐4的真空度，加大真空助力器3中真空腔与工作腔的压力差，在制动踏板力的基础上加强制动主缸9的促动力，最终增强摩擦制动力。压力调节阀5为电磁控制的单向节流阀，阀的出口通过气体软管与电动真空泵6的进气口相连，阀的进口经气体软管与真空罐4相连，由电动真空助力机构控制器8控制阀口的开闭状态以及通流面积，从而在电动真空泵6启动时调节真空罐4的真空度，起到了使真空罐4内的真空度平稳变化的作用。上述过程均独立于驾驶员进行，不需要进一步增加制动踏板力，降低了驾驶员的操作强度。电动真空泵6和真空罐5在电动真空助力机构控制器8的控制下， 能够主动调节真空助力器3的制动助力输出，起到了较好的辅助制动功能的作用，能够避免多种危险工况的发生。在增加了真空助力器3的制动助力之后，如果车辆的制动减速度仍然不能满足驾驶员的制动意图，此时通过整车控制器17控制压力报警器23连通，提醒驾驶员增加踏板力，以此加大机械摩擦制动力，确保制动安全。
权利要求
1.一种具有主动辅助制动功能的混合制动系统，包括机械摩擦制动系统与电机再生制动系统，其特征是所述机械气制动系统具有制动主缸(9)，制动主缸(9)分别连接ABS控制器及执行机构(16)、储气罐(10)和真空助力器(3)，ABS控制器及执行机构(16)连接各个传感器，储气罐(10)通过气体管路连接空气压缩机(11)，真空助力器(3)的输出连接制动踏板(1)；真空储能罐(4)连接真空助力器(3)且通过真空压力传感器(7)连接电动真空助力机构控制器(8)，电动真空助力机构控制器(8)分别电连接压力调节阀(5)和电动真空泵 (6)，压力调节阀(5)连接真空储能罐(4);所述电机再生制动系统具有电动机(20)，电动机 (20)通过变速器(21)与驱动桥(22)相连、通过电动机控制器(19)电连接整车控制器(17); 整车控制器(17)分别电连接储能装置(18)、制动踏板位置传感器(2)、前、后轴制动管路压力传感器(12、13)、ABS控制器及执行机构(16)和电动真空助力机构控制器(8)，储能装置 (18)电连接电动机(20)。
2.—种权利要求1所述混合制动系统的控制方法，其特征是具有如下步骤1)整车控制器(17)根据制动踏板位置传感器(2)的信号计算制动需求，采集车速传感器(15)的信号、前、后轴制动管路压力传感器(12、13)的信号以及储能装置(18)的状态参数，通过制定的控制策略计算出实际的电机制动力与气压制动力，向电动机控制器(19)及 ABS控制器发出控制信号；当ABS控制器判断出有车轮即将抱死时，向ABS执行机构发送指令，减小相对应的制动管路气压；2)整车控制器(17)向电动真空助力机构控制器(8)发出控制指令，驱动电动真空泵 (6)，由电动真空助力机构控制器(8)控制压力调节阀(5)阀口的开闭状态以及通流面积， 提高真空罐(4)的真空度，加大真空助力器(3)中真空腔与工作腔的压力差，增强摩擦制动力。
全文摘要
本发明公开一种电动汽车的具有主动辅助制动功能的混合制动系统及控制方法，机械气制动系统的制动主缸分别连接ABS控制器及执行机构、储气罐和真空助力器，储气罐连接空气压缩机，真空储能罐连接真空助力器和连接电动真空助力机构控制器，电动真空助力机构控制器分别电连接压力调节阀和电动真空泵，压力调节阀连接真空储能罐；电机再生制动系统的电动机通过电动机控制器电连接整车控制器，整车控制器分别电连接储能装置、ABS控制器及执行机构和电动真空助力机构控制器；整车控制器根据制动意图及各相关系统状态参数进行控制，在需要增加机械摩擦制动力工况中独立于驾驶员主动调节真空助力器的制动助力输出，起到较好辅助制动系统的作用。
文档编号B60T13/58GK102490617SQ201110358050
公开日2012年6月13日 申请日期2011年11月14日 优先权日2011年11月14日
发明者何仁, 俞剑波 申请人:江苏大学