基于新能源工程车的气制动和电制动的动态扭矩分配方法与流程

1.本发明涉及工程车制动控制技术领域。更具体地说，本发明涉及一种基于新能源工程车的气制动和电制动的动态扭矩分配方法。


背景技术：

2.在现有传统工程运输车中，制动系统主要采用压缩空气的气制动方法。因工程运输车的满载质量大、工况复杂、工作量饱满，尤其在重载下工况，长时间制动容易引起各个制动鼓温度过高，存在制动失效风险。因此，传统车型在重载下工况使用时，在制动系统会单独增加电涡流辅助制动系统，而且在主制动系统增加制动鼓水冷却设备，避免长期刹车轮毂高温风险。
3.现有新能源工程运输设备中，制动系统有气压制动和电驱系统反馈制动，大大减少制动系统的配置复杂度和降低了气制动参与程度，但现有新能源工程运输车中，制动工况依然会因为制动力分配不合理导致系列问题，尤其是重载下坡工况，车辆在滑行时电驱回馈制动扭矩设为定值，当车辆运行状态和工况发生变化时，制动效果也随之发生变化时强时弱，很难满足驾驶意愿；车辆在驾驶员脚踩踏板制动时，电制动与气制动会共同参与或者气制动在制动踏板达到一定开度后再参与——此扭矩分配方法仅仅是将电、气制动扭矩简单叠加，容易制动过度。
4.在重载下坡工况中还存在一些其它问题，如驾驶员需频繁在制动踏板和油门踏板之间来回切换，使得整车驾驶感极差同时整车能耗也高；另外由于工程运输设备与大多数乘用车或商用车不同，不属于电机直驱传动系统，普遍配置变速箱。乘用车制动扭矩分配方法中采用制动踏板开度和电机转速的查表方式发送给电机制动目标扭矩，而此方法不能准确满足工程运输设备各挡位下的实时制动需求。


技术实现要素：

5.本发明的一个目的是解决至少上述问题，并提供至少后面将说明的优点。
6.本发明还有一个目的是提供一种基于新能源工程车的气制动和电制动的动态扭矩分配方法，在满足整车制动安全和驾驶需求的基础上，实时采集车辆状态信息和工况信息，通过pid动态算法准确分配电驱制动力矩和气压制动力矩，提高制动安全性的同时，极大的回收了电能，从而减少整车能耗。
7.为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种基于新能源工程车的气制动和电制动的动态扭矩分配方法，其包括：
8.基于采集的车辆状态信息和工况信息，确定车辆制动模式的类型，车辆制动模式包括滑行自主制动模式、人工参与制动模式、滑行自主制动到人工参与制动切换模式以及人工参与制动到滑行自主制动切换模式；
9.基于车辆制动模式类型确定扭矩分配策略，其包括：
10.滑行自主制动模式，判断实际需求功率是否大于最大允许电制动功率，若是则执
行电制动扭矩和气制动扭矩，否则执行电制动扭矩；
11.人工参与制动模式，手柄参与制动情况下，判断实际需求功率是否大于最大允许电制动功率，若是则执行电制动扭矩和气制动扭矩，否则执行电制动扭矩；制动踏板参与制动、手柄和制动踏板同时参与制动的情况下，均执行电制动扭矩和气制动扭矩；
12.滑行自主制动到人工参与制动切换模式，切换之前扭矩分配遵循滑行自主制动模式，切换之后扭矩分配遵循人工参与制动模式，切换时刻执行电制动扭矩和气制动扭矩；
13.人工参与制动到滑行自主制动切换模式，切换之前扭矩分配遵循人工参与制动模式，切换之后扭矩分配遵循滑行自主制动模式，切换时刻执行电制动扭矩。
14.优选的是，所述的基于新能源工程车的气制动和电制动的动态扭矩分配方法，滑行制动模式中，以及人工参与制动模式的手柄参与制动情况下：当实际需求功率大于最大允许电制动功率时，均按照公式(2)～(3)分别计算得到电制动扭矩和气制动扭矩的分配百分比；当实际需求功率小于等于最大允许电制动功率时，均按照公式(1)的计算得到电制动扭矩；
[0015][0016][0017][0018]
式中，p1为实际需求功率，其中，在滑行制动模式中，实际需求功率为传动轴的需求功率，在人工参与制动模式的手柄参与制动情况下的实际需求功率为手柄需求功率；p2为最大允许电制动功率；p3为最大允许气制动功率；i
currentgear
为变速箱当前挡位，n
transout
为传动轴转速。
[0019]
优选的是，所述的基于新能源工程车的气制动和电制动的动态扭矩分配方法，最大允许电制动功率p2的计算公式为：
[0020][0021]
式中，soc＝电池充电容量/电池额定容量
×
100％；v
bat
为电池电压、i
batpermitmaxincurt_pulse
为电池最大允许充电电流，η为系统电功率到机械功率的转换效率。
[0022]
优选的是，所述的基于新能源工程车的气制动和电制动的动态扭矩分配方法，传动轴功率的计算为：滑行自主制动模式下，手柄不参与制动时，判断坡度值是否小于预设坡度阈值，若是则将车辆目标转速和车辆实际转速的差值作为控制输入，通过动态pid控制算法，得到传动轴功率p
11
；若不小于，则基于车辆实际转速和转速差值，通过公式(5)计算得到传动轴功率p
12
；滑行自主制动模式下，手柄参与制动时，传动轴功率等于手柄需求功率p
13
；
[0023][0024]
式中，v为车速、δn为传动轴转速差值、m为整车质量；r为车辆轮胎的半径；i0为主减速比；转速差值δn的获取为：当坡度值大于等于预设坡度阈值时，等间隔时间(200ms)采
集转速，并统计标定转速变化的差值表，通过查表得到实时的转速差值δn。
[0025]
优选的是，所述的基于新能源工程车的气制动和电制动的动态扭矩分配方法，手柄需求功率p
13
是基于手柄开度与驱动轮输入转速信号实时查询电机转速-扭矩外特性表得到。
[0026]
优选的是，所述的基于新能源工程车的气制动和电制动的动态扭矩分配方法，人工参与制动模式的制动踏板参与制动情况下，实际需求功率为制动踏板需求功率p
14
，电制动扭矩在最大允许功率范围内全部参与制动，根据机械行程的大小会将气制动扭矩由小到大参与制动，以补全实际需求功率与电制动最大允许功率之间的差值；制动踏板需求功率是基于制动踏板开度与驱动轮输入转速信号实时查询电机转速-扭矩外特性表得到。
[0027]
优选的是，所述的基于新能源工程车的气制动和电制动的动态扭矩分配方法，人工参与制动模式的手柄和制动踏板同时参与制动情况下，取手柄需求功率和制动踏板需求功率中的最大值作为实际需求功率p
15
，电制动扭矩在最大允许功率范围内全部参与制动，根据机械行程的大小会将气制动扭矩由小到大参与制动，以补全实际需求功率与电制动最大允许功率之间的差值；制动踏板需求功率是基于制动踏板开度与驱动轮输入转速信号实时查询电机转速-扭矩外特性表得到。
[0028]
优选的是，所述的基于新能源工程车的气制动和电制动的动态扭矩分配方法，滑行自主制动到人工参与制动切换模式中，切换时刻对应的电制动分配扭矩为滑行自主模式退出时刻对应的扭矩值；气制动扭矩的分配百分比为滑行自主模式退出时刻对应的气制动扭矩百分比与手柄开度或制动踏板开度之和。
[0029]
优选的是，所述的基于新能源工程车的气制动和电制动的动态扭矩分配方法，人工参与制动到滑行自主制动切换模式中，切换时刻对应的电制动分配扭矩为人工参与制动模式退出时刻对应的电制动扭矩与滑行自主制动模式进入时刻对应的电制动扭矩之和。
[0030]
优选的是，所述的基于新能源工程车的气制动和电制动的动态扭矩分配方法，预设坡度阈值为-5
±
1％。
[0031]
本发明至少包括以下有益效果：
[0032]
本发明车辆运行工况和驾驶员操作方式，实时计算和分配制动系统中电制动与气制动参与程度，达到在满足制动安全和性能基础上，尽可能回收电制动能量。在制动工况，实时采集车辆的状态信息(车辆的驱动轮的转速、手柄信号、油门踏板信号、制动踏板信号、脚制动阀等)和车辆工况信息(坡度等)，基于车辆状态信息和工况信息，进行逻辑判断，确定车辆的制动模式(制动状态)，本发明将制动状态分为滑行制动状态、脚踏板制动状态和两者切换状态。针对不同制动状态，采用不同的动态计算方法，进行合理分配电驱制动力矩(电制动扭矩)和气压制动力矩(气制动扭矩分配百分比)，尤其在中间转换模式中，为了解决模式转换带来的扭矩突变和冲击，根据不同的转换状态进行单独计算和分配，本发明经过重载下坡工况的矿区测试，与常用电、气制动策略及方法对比，满足同样制动效果和安全性能的基础上，电制动回馈率提升30～40％。
[0033]
本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
附图说明
[0034]
图1为本发明所述的基于新能源工程车的气制动和电制动的动态扭矩分配方法的流程示意图。
具体实施方式
[0035]
下面结合附图及实施例对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
[0036]
应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不排除一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。
[0037]
在本发明的描述中，术语“横向”、“纵向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，并不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
[0038]
如图1所示，本发明提供一种基于新能源工程车的气制动和电制动的动态扭矩分配方法，其包括：
[0039]
步骤一、基于采集的车辆状态信息和工况信息，确定车辆制动模式的类型，车辆制动模式包括滑行自主制动模式、人工参与制动模式、滑行自主制动到人工参与制动切换模式以及人工参与制动到滑行自主制动切换模式；
[0040]
步骤二、基于车辆制动模式类型确定扭矩分配策略，其包括：
[0041]
s1、滑行自主制动模式(油门踏板信号和制动踏板信号同时为0)
[0042]
s1.1、滑行自主制动模式中需求功率计算
[0043]
滑行自主制动模式中，实际需求功率p1为传动轴的需求功率，传动轴功率的计算为：滑行自主制动模式下，手柄不参与制动时(手柄信号不大于零)，判断坡度值是否小于预设坡度阈值，(坡度由车载倾角仪采集获得，预设坡度阈值为-5
±
1％。坡度值是两点的高程差与其路程的百分比，其计算公式如下：坡度＝(高程差/路程)
×
[0044]
100％。)，若是(下坡工况)则将车辆目标转速和车辆实际转速的差值作为控制输入，(驱动轮输入转速即为介入转速，以介入转速为车辆目标转速)；通过动态pid控制算法，得到传动轴功率p
11
；若不小于(为小坡或平路工况)，则基于车辆实际转速和转速差值，通过公式(5)计算得到传动轴功率p
12
＝f(v，
△
n，m)；
[0045][0046]
式中，v为车速、δn为传动轴转速差值、m为整车质量；r为车辆轮胎的半径；i0为主减速比；转速差值δn的获取为：当坡度值大于等于预设坡度阈值时，等间隔时间(200ms)采集转速，并统计标定转速变化的差值表，通过查表得到实时的转速差值δn。
[0047]
滑行自主制动模式下，手柄参与制动时(手柄信号大于零)即通过手柄介入制动，使整车制动效果随制动手柄开度增大而增大，此时根据手柄开度信号，驱动轮输入转速信号实时查表计算手柄需求功率p
13
，即为传动轴功率；
[0048]
s1.2、滑行自主制动模式的扭矩分配
[0049]
1)整车最大允许电制动功率p2的计算公式为：
[0050][0051]
式中，soc＝电池充电容量/电池额定容量
×
100％；v
bat
为电池电压、i
batpermitmaxincurt_pulse
为电池最大允许充电电流，η为系统电功率到机械功率的转换效率。
[0052]
基于驱动轮输入计算系统最大允许的电制动功率，根据电机实时转速和外特性、变速箱各挡位传动比和当前实时挡位及各换挡点转速、电池实时允许回馈电流和电压计算系统最大允许的电制动功率；
[0053]
2)扭矩计算和分配
[0054]
判断实际需求功率是否大于最大允许电制动功率，若是(实际需求功率大于最大允许电制动功率)则电制动和气制动共同参与扭矩，分别按照公式(2)～(3)计算电制动和气制动参与扭矩(计算结果值实际为气制动扭矩的分配百分比，气制动参与百分比发送给制动比例阀实现制动，该阀与驾驶员脚制动阀并联在制动气路中)；若否(实际需求功率小于等于最大允许电制动功率)按照公式(1)计算得到电制动扭矩；
[0055][0056][0057][0058]
式中，p1为实际需求功率，其中，在滑行制动模式中，实际需求功率为传动轴的需求功率，在人工参与制动模式的手柄参与制动情况下的实际需求功率为手柄需求功率；p2为最大允许电制动功率；p3为最大允许气制动功率；i
currentgear
为变速箱当前挡位，n
transout
为传动轴转速。
[0059]
s2、人工参与制动模式(此模式多用于强制减速、停车或者紧急停车场景)
[0060]
s2.1、人工参与制动模式需求功率计算
[0061]
1)手柄需求功率，根据司机操作手柄开度与驱动轮输入转速信号实时查电机转速-扭矩外特性表得到；
[0062]
2)制动踏板功率需求，制动踏板需求功率是基于制动踏板开度与驱动轮输入转速信号实时查询电机转速-扭矩外特性表得到；
[0063]
s2.2、人工参与制动模式扭矩计算和分配
[0064]
1)手柄参与制动，扭矩分配同滑行自动制动模式中扭矩分配一致，需判断需求功率(此处的需求功率为手柄需求功率)与整车最大允许功率大小，当需求功率小于等于最大允许电制动功率时，制动扭矩全部由电制动承担并按照公式(1)计算得到；当需求功率大于最大允许功率时，超出部分，转换为气制动参与百分比，由电制动和气制动联合执行完成制动，并分别按照公式(2)～(3)计算电制动扭矩和气制动扭矩(计算结果值实际为气制动扭矩的分配百分比，气制动参与百分比发送给制动比例阀实现制动，该阀与驾驶员脚制动阀并联在制动气路中)；
[0065]
2)若制动踏板参与制动，电制动扭矩在最大允许功率范围内全部参与制动，同时
制动踏板会根据机械行程的大小将气制动扭矩由小到大参与制动，此时两者制动力扭矩叠加作用于整车；电制动根据转速信号与制动踏板开度信号，实时查表计算电需求功率，从而得到电制动扭矩；而气制动根据制动踏板开度，由脚制动阀分配得到气制动扭矩大小；
[0066]
3)若手柄和制动踏板同时参与制动时，需求功率取两者最大值，电制动扭矩会在最大允许功率范围内全部参与制动，同时制动踏板会根据机械行程的大小会将气制动扭矩由小到大参与制动，此时两者制动力扭矩叠加作用于整车；
[0067]
s3、滑行自主制动到人工参与制动切换模式，切换之前扭矩分配遵循滑行自主制动模式，具体参考s1，且在此过程中，车辆目标转速不是定值，而是随着切换进度更新的；切换之后扭矩分配遵循人工参与制动模式，具体参考s2；切换时刻执行电制动扭矩和气制动扭矩；
[0068]
在整车状态由滑行自主制动到人工参与制动切换(简称滑行到人工)时，即在滑行自主制动过程中，手柄开度或者脚制动踏板开度大于0，将记录滑行模式退出时刻的电制动扭矩t
e_tor1
和气制动参与百分比i
pressure1
，在滑行到人工切换时刻，驾驶员操作的手柄开度或者脚制动踏板开度记为i
_join
，因此滑行到人工切换时刻扭矩分配：
[0069]
电制动扭矩保持滑行模式退出时刻扭矩值不变：t
_out1
＝t
e_tor1
[0070]
气制动百分比为滑行模式退出时刻叠加驾驶员操作把手柄开度或者制动踏板开度：i
_out1
＝i
pressure1
+i
_join
[0071]
即滑行自主制动到人工参与制动切换模式中，切换时刻对应的电制动分配扭矩为滑行自主模式退出时刻对应的扭矩值；气制动扭矩的分配百分比为滑行自主模式退出时刻对应的气制动扭矩百分比与手柄开度或制动踏板开度之和；
[0072]
s4、人工参与制动到滑行自主制动切换模式，切换之前扭矩分配遵循人工参与制动模式，具体参考s2；切换之后扭矩分配遵循滑行自主制动模式，具体参考s1，且在此过程中，车辆目标转速不是定值，而是随着切换进度更新的；切换时刻执行电制动扭矩。
[0073]
在整车状态由人工参与制动到滑行自主制动，即在人工参与制动过程中，手柄开度或者脚制动踏板开度等于0，将记录人工参与制动模式退出时刻的电制动扭矩t
e_tor2
和气制动参与百分比i
pressure2
，因此人工到滑行切换时刻扭矩分配如下：
[0074]
电制动扭矩将记录退出时刻电制动扭矩t
e_tor2
叠加加此次进入滑行模式的电制动扭矩t
e_tor3
为此刻的电制动扭矩，具体为：t
_out2
＝t
e_tor2
+t
e_tor3
[0075]
气制动百分比在人工到滑行转化时全部清零：i
_out2
＝0；
[0076]
人工参与制动到滑行自主制动切换模式中，切换时刻对应的电制动分配扭矩为人工参与制动模式退出时刻对应的电制动扭矩与滑行自主制动模式进入时刻对应的电制动扭矩之和，气制动不参与制动。
[0077]
本发明车辆运行工况和驾驶员操作方式，实时计算和分配制动系统中电制动与气制动参与程度，达到在满足制动安全和性能基础上，尽可能回收电制动能量。在制动工况，实时采集车辆的状态信息(车辆的驱动轮的转速、手柄信号、油门踏板信号、制动踏板信号、脚制动阀等)和车辆工况信息(坡度等)，基于车辆状态信息和工况信息，进行逻辑判断，确定车辆的制动模式(制动状态)，本发明将制动状态分为滑行制动状态、脚踏板制动状态和两者切换状态。针对不同制动状态，采用不同的动态计算方法，进行合理分配电驱制动力矩(电制动扭矩)和气压制动力矩(气制动扭矩分配百分比)，尤其在中间转换模式中，为了解
决模式转换带来的扭矩突变和冲击，根据不同的转换状态进行单独计算和分配，本发明经过重载下坡工况的矿区测试，与常用电、气制动策略及方法对比，满足同样制动效果和安全性能的基础上，电制动回馈率提升30～40％。
[0078]
这里说明的设备数量和处理规模是用来简化本发明的说明的。对本发明的应用、修改和变化对本领域的技术人员来说是显而易见的。
[0079]
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。