技术领域
[0001] 本
发明属于
汽车技术领域，涉及一种汽车制动控制方法，尤其是一种双电机驱动电子液压制动系统控制方法。
背景技术
[0002] 电子液压制动系统(EHB)作为一种较为新型的制动系统，是
线控制动系统的一种，它用电子元件替代了部分机械元件，制动
踏板与制动轮缸之间不再直接相连，利用
传感器采集驾驶员操作信息并作为控制意图，完全由液压执行器来完成制动操作。新
能源汽车在制动过程中，液压制动
力施加于
车轮的同时，使
驱动电机工作在再生发
电制动状态也对车轮施加
再生制动力，从而在完成车辆有效制动的同时回收制动时产生的
能量并储存在储能设备中以供再次利用。
[0003] 电子液压制动系统主要由制动踏板、踏板位移传感器(或踏板
角度传感器)、
电子控制单元(ECU)、液压执行机构组成。踏板位移传感器(踏板角度传感器)用于检测踏板位移量(踏板转角)，然后将位移(转角)
信号转
化成电信号传给ECU，进行制动力的调控。
[0004] 1994年Analog公司用Saber仿真模拟的方法开发出一套电控液压制动系统的控制系统；2001年，在
法兰克福车展上，Bosch公司展出研发的电子液压制动系统，配备在Benz公司第5代双
门跑车SL500上，此后，Bosch和Daimler Chrysler公司开始研究用于商业的EHB系统，并在2002年将其装配在Mercedes E级车上；2002年，福特汽车公司的Focus FCV制动系统采用德国大陆公司开发的EHB系统；2003年，Continental Teves也开始了其EHB计划，试装在大众公司的一些概念车上。与传统液压制动系统相比，电子液压制动系统取消了体积庞大的
真空助力器，结构更为紧凑，控制方便，制动噪声减小，改善了制动效能。
[0005] 一般的电子液压制动系统由高压
蓄能器、电机和
泵共同作用实现对液压制动系统液压制动力的主动控制，但此项技术尚不成熟，可靠性和安全性还存在隐患，同时不能保证踏板感觉或者需要采用踏板
模拟器模拟踏板感觉；另外其没有充分利用人力，即驾驶员踩下的踏板力进行制动，造成一定程度上能源的浪费。用电机和机械结构代替电子液压制动系统中的
高压蓄能器和泵，制动踏板与
制动主缸间没有液压管路，因此不存在液压管路泄露、高压蓄能器安全隐患等问题，更加可靠、安全，且方便进行液压力的主动控制，可以通过机械机构主动控制踏板力，省去了结构复杂的踏板模拟器，在充分利用驾驶员踩下的踏板力的同时实现ABS、TCS等功能。自动驾驶的车辆需要不依靠人力制动，这种形式的复合制动系统也符合要求。
[0006] 虽然其结构相较于其他电子液压制动系统有较明显的优势，但由于其采用了双电机控
制模式，控制难度相应增加。此外，为了充分利用驾驶员的制动踏板力，系统采取了非完全解耦的系统解耦。因此，双电机系统的控制目标较之于一般的液压式电子液压制动系统从单一的主缸推力矩控制，扩展为主缸推力与制动踏板回馈力两个控制目标的控制，对液压式双电机驱动电子液压制动系统的控制方法提出了较高的要求。
发明内容
[0007] 本发明的目的在于提供一种基于力矩控制的液压式双电机驱动电子液压制动系统控制方法，该控制方法采用第一和第二电控直线运动模
块的电机控制逻辑实现制动踏板反馈力和主缸推力的独立控制，从而在满足整车制动力需求的前提下，保证良好的制动踏板感觉，以克服上述所说双电机驱动电子液压制动系统控制难度较高的问题。
[0008] 为达到上述目的，本发明的解决方案是：
[0009] 一种液压式双电机驱动电子液压制动系统控制方法，当判断车辆处于制动开始或制动进行中时：
[0010] (1)确定第二电控直线运动模块中第二电机的调节力矩T2，以用于第二电机使之配合驾驶员踩制动踏板力及再生制动力产生制动力矩，获得目标制动力；
[0011] (1-1)分别获取整车总制动力需求Ftotal以及最大再生制动力Frege以得到目标
摩擦制动力Fb，则
[0012] Fb＝Ftotal-Frege；
[0013] (1-2)根据 确定驾驶员踏板力建立的前轴轮缸推力Fw大小，则系统所需的液压制动压力 故确定第二电机的调节力矩T2大小为：
[0014]
[0015] 式中β为
制动力分配系数；rwheel为车轮
滚动半径；rf为
摩擦片有效制动半径；μ为前制动片与
制动盘之间的
摩擦系数；P1为主缸出口处管路压力；rw为轮缸半径；S2为次级主缸
活塞截面积；R2为第二电控直线运动模块的第二运动调整机构中
齿轮的半径；i2为第二电控直线运动模块内第二运动调整机构蜗轮
蜗杆的转矩比；
[0016] (2)确定调节力矩T2的同时，确定第一电控直线运动模块中第一电机的调节力矩T1，以用于第一电机使之提供给驾驶员制动踏板感觉；
[0017] (2-1)获取制动踏板力目标值Ftarget_p以及制动主缸所受推力大小；
[0018] (2-2)将制动踏板力目标值Ftarget_p和制动主缸所受推力求差得到的第一电机调节力F1＝Ph×S1-Ftarget_p·i，则第一电机调节力矩T1大小为：
[0019] T1＝(F1×R1)/i1
[0020] 式中S1为制动主缸活塞截面积；i为踏板杠杆比；R1为第一电控直线运动模块内第一运动调整机构中齿轮的半径；i1为第一电控直线运动模块第一运动调整机构中
蜗轮蜗杆的转矩比；。
[0021] 所述步骤(1)前还包括判断系统是否故障步骤：
[0022] (a)若判断无故障，则转入步骤(1)；
[0023] (b)当判断制动主缸和次级主缸的第二
工作腔失效时，电控单元接收到失效信息后发送指令关闭第一电磁
阀和第三
电磁阀，分别利用所述制动主缸和所述次级主缸的第一工作腔进行制动，第二电机驱动其所带动的第二运动调整机构产生相应的液压制动力；第一电机驱动其所带动的第一运动调整机构给一端与制动踏板相连、一端与制动主缸第一活塞相连的
推杆(38)提供作用力，产生相应的制动踏板感觉；
[0024] (c)当判断制动主缸和次级主缸的第一工作腔失效时，电控单元接收到失效信息后发送指令关闭第二电磁阀、第四电磁阀，分别利用制动主缸和次级主缸的第二工作腔进行制动，第二电机驱动其所带动的第二运动调整机构产生相应的液压制动力；第一电机驱动其所带动的第一运动调整机构给一端与制动踏板相连、一端与制动主缸第一活塞相连的推杆(38)提供作用力，产生相应的制动踏板感觉；
[0025] (d)当判断第一电控直线运动模块内第一电机或第一运动调整机构失效，电控单元接收到失效信息后使得第一电磁阀、第二电磁阀、第三电磁阀、第四电磁阀仍保持失效前的开启状态，同时对第二电控直线运动模块中的第二电机进行调节，驱动第二运动调整机构，推动次级主缸第一活塞做期望的直线运动，与驾驶员踏板力产生的液压力一起进行各个轮缸的制动，此时第二电机的控制力矩T2与正常工作时相同，即T2＝(Ph×S2×R2)/i2；
[0026] (e)当判断第二电控直线运动模块的第二电机或第二运动调整机构失效，电控单元30接收到失效信息后使第一电磁阀、第四电磁阀关闭，第二电磁阀、第三电磁阀打开，同时对第一电控直线运动模块中的电机2进行调节，驱动运动调整机构31，推动制动主缸第一活塞运动，产生制动系统所需的液压力，此时电机控制力矩F1＝(Ph×S1×R1)/i1；
[0027] (f)当判断第一、第二电控直线运动模块同时失效时，此时电磁阀第一电磁阀、第四电磁阀关闭，第二电磁阀、第三电磁阀打开，驾驶员猛踩制动踏板，通过推杆38直接推动制动主缸。
[0028] 制动主缸第一活塞和制动主缸第一回位
弹簧以及制动主缸缸壁构成制动主缸第一工作腔；制动主缸
第二活塞和制动主缸第二回位弹簧以及制动主缸缸壁构成制动主缸第二工作腔；次级主缸第一活塞和次级主缸第一回位弹簧以及次级主缸缸壁构成次级主缸第一工作腔；次级主缸第二活塞和次级主缸第二回位弹簧以及次级主缸缸壁构成次级主缸第二工作腔。
[0029] 所述步骤(1-1)中，系统通过制动踏板位移/目标制动力特性曲线获取整车总制动力需求Ftotal。
[0030] 所述步骤(1-1)中，VMS通过车辆的行车状态获取再生制动力矩，同时综合考虑车辆的运行参数从而确定最大再生制动力。
[0031] 不同的车辆行车状态与再生制动力矩的之间的对应关系如下：
[0032] 当车辆以非常低的车速行驶时，再生制动不工作，车辆的制动全部由传统的液压制动系统完成；
[0033] 当车辆处于低速状态时，最大再生制动力矩随车速增加而增加；
[0034] 当车辆处于中速时，再生制动力矩被限制在一个恒定的最大力矩线以下；
[0035] 当车辆处于高速时，再生制动的最大制动力又受
控制器最大功率线限制，再生制动力矩被最高电机转速限制在一定的车速以内。
[0036] 所述车辆运行参数包括车载
电池以及SOC(电池荷载状态)值。
[0037] 所述步骤(2-1)中，通过理想制动踏板位移/踏板力关系曲线获取制动踏板力目标值。
[0038] 系统通过制动踏板位移传感器接受到制动踏板的位移信号判断车辆于制动开始或制动进行中。
[0039] 由于采用上述方案，本发明的有益效果是：
[0040] 本发明所示的一种基于力矩控制的液压式双电机驱动电子液压制动系统控制方法，基于制动踏板位移传感器接收到制动踏板的位移信号判断出车辆处于制动开始或制动进行中的状态，进而判断制动系统中是否存在故障，若不存在则采用正常工作模式下的控制逻辑，即通过控制两个电机的转矩实现制动踏板感觉和系统液压力的主动控制，第一电控直线运动模块电机控制逻辑用于控制系统提供给驾驶员的制动踏板感觉，第二电控直线运动模块电机控制逻辑用于控制第二电控直线运动模块电机实现目标力矩，从而配合驾驶员踩制动踏板及再生制动力产生相应的目标制动力；若存在则通过电磁阀
开关控制逻辑则实现控制策略在不同失效模式下的转换。
[0041] 该控制方法控制精确，响应速度快，且具有良好的鲁棒性，可以实现系统液压力和制动踏板反馈力的独立主动控制，在实现驾驶员制动意图的前提下，提供给驾驶员优良的制动感觉，并主动控制液压力，实现制
动能量回收最大化，满足自动驾驶车辆的制动要求。通过与整车控制系统的通讯配合，合理耦合再生制动力和摩擦制动力，实现系统的制动能量回收最大化；通过踏板行程与理想制动踏板力以及踏板行程与目标制动力之间的关系获得目标制动踏板力和目标总制动力，在满足整车制动力需求的前提下，保证良好的制动踏板感觉。
附图说明
[0042] 图1示出了根据本发明的一个示例性
实施例的基于力矩控制的液压式双电机驱动电子液压制动系统控制方法正常工作时的简图；
[0043] 图2示出了根据本发明的一个示例性实施例的基于力矩控制的液压式双电机驱动电子液压制动系统正常工作时控制逻辑图；
[0044] 图3示出了根据本发明的一个示例性实施例的基于力矩控制的液压式双电机驱动电子液压制动系统控制方法的简图；
[0045] 图4示出了根据本发明的一个示例性实施例的运用所提出的一种基于力矩控制的液压式双电机驱动电子液压制动系统控制方法系统的简图；
[0046] 图5示出了本发明所涉及到的最大再生制动力随车速的变化图；
[0047] 图中：第一电机2、制动主缸第一活塞5、制动主缸第一工作腔6、制动主缸第一回位弹簧7、制动主缸第二活塞8、制动主缸第二回位弹簧9、制动主缸第二工作腔10、制动主缸11、第一电磁阀14、第二电磁阀15、第三电磁阀16、第四电磁阀17、次级主缸第一活塞19、次级主缸第一回位弹簧20、次级主缸第二活塞21、次级主缸第二回位弹簧22、次级主缸
23、第二电机25、第一电控直线运动模块28、第二电控直线运动模块29、电控单元30、第一运动调整机构31、第二运动调整机构32、推杆38。
具体实施方式
[0048] 以下结合附图所示实施例对本发明作进一步的说明。
[0049] 一种液压式双电机驱动电子液压制动系统控制方法，当通过制动踏板位移传感器接受到制动踏板的位移信号判断车辆处于制动开始或制动进行中时，首先判断制动系统是否故障步骤：
[0050] (a)若判断无故障，车辆处于正常工作状态，则如图1和图2所示[0051] (1)确定第二电控直线运动模块29中第二电机25的调节力矩T2，用于第二电机25使之配合驾驶员踩制动踏板力及再生制动力产生制动力矩，获得目标制动力；
[0052] (1-1)分别获取整车总制动力需求Ftotal以及最大再生制动力Frege以得到目标液压制动力Fb，则
[0053] Fb＝Ftotal-Frege；
[0054] 本实施例中，系统通过制动踏板位移/目标制动力特性曲线获取整车总制动力需求Ftotal，与此同时，VMS通过车辆的行车状态获取再生制动力矩，不同的车辆行驶状态对应不同的最大再生制动力矩，其随车速的变化如图5所示。当车辆以非常低的车速行驶时，由于
电动机在低速时的力矩不稳定，因此，当车辆处于极低速状态下时，再生制动通常不工作，车辆的制动全部由传统的液压制动系统完成；当车辆处于低速状态时，由于在此工作区域电机的工作效率比较低，通常只有50％左右，再生制动系统的发热非常严重，因此，在这区域工作的再生制动力矩被限制在最大再生制动力矩随车速变化关系图即图5所示的斜线段以下；当车辆处于中速时，由于电机控制器的
电流限制使得再生制动力矩被限制在一个恒定的最大力矩线以下；当车辆处于高速时，再生制动的最大制动力又受控制器最大功率线限制，最后再生制动力矩被最高电机转速限制在一定的车速以内。此外其他车辆参数，如车载电池SOC值等也对车辆的最大再生制动力有影响，系统将会综合考虑车辆的运行参数，从而确定最大再生制动力。VMS通过车辆状态获取最大再生制动力后VMS将车辆的最大再生制动力发送给控制系统。
[0055] (1-2)根据 确定驾驶员踏板力建立的前轴轮缸推力Fw大小，则系统所需的液压制动 故确定第第二电机25的调节力矩T2大小为：
[0056]
[0057] 系统获取目标整车总制动力需求后Ftotal减去最大再生制动力Frege，从而得到目标液压制动力，目标液压制动力减去驾驶员踏板力建立的液压力P1得到系统所需的液压制动力Ph，然后通过下述公式最终确定第二电机25的调节力矩T2
[0058]
[0059] 式中Fb为目标摩擦制动力；Fw为前轴轮缸推力；β为制动力分配系数；rwheel为车轮滚动半径；rf为摩擦片有效制动半径；μ为前制动片与制动盘之间的摩擦系数；Ph为系统液压力需求；P1为主缸出口处管路压力；rw为轮缸半径；S2为次级主缸23活塞截面积；R2为第二运动调整机构32中齿轮的半径；i2为第二运动调整机构32中蜗轮蜗杆的转矩比；
[0060] 得到第二电机25的调节力矩T2后，如图2所示，电子控制单元(ECU)30将相应的驱动命令发送给第二电机25，第二电机25驱动其所带动的第二运动调整机构32产生相应的液压制动力。
[0061] (2)确定调节力矩T2的同时，确定第一电控直线运动模块28的第一电机2的调节力矩T1，用于第一电机2使之提供给驾驶员制动踏板感觉；
[0062] (2-1)获取制动踏板力目标值Ftarget_p以及动主缸所受推力大小，系统通过理想制动踏板位移/踏板力关系曲线获取制动踏板力目标值Ftarget_p。
[0063] (2-2)将制动踏板力目标值Ftarget_p和制动主缸11所受推力求差得到第一电机2的调节力F1＝Ph×S1-Ftarget_p·i，则第一电机2的调节力矩T1大小为：
[0064] T1＝(F1×R1)/i1
[0065] 式中S1为制动主缸11活塞截面积；Ftarget_p为制动踏板力目标值；i为踏板杠杆比；R1为第一运动调整机构31中齿轮的半径；i1为第一运动调整机构31中蜗轮蜗杆的转矩比；
T1为第一电机2的调节力矩。
[0066] 当得到第一电控直线运动模块28踏板力模拟电机的调节力矩T1后，如图2所示，电子控制单元(ECU)30将相应的驱动命令发送给第一电机2，第一电机2驱动其所带动的第一运动调整机构31给一端与制动踏板1相连、一端与制动主缸第一活塞5相连的推杆38提供作用力，产生相应的制动踏板感觉。
[0067] 本发明所示的控制方法可以实现系统液压力和制动踏板反馈力的独立主动控制，通过与整车控制系统的通讯配合，合理耦合再生制动力和摩擦制动力，实现系统的制动能量回收最大化；通过踏板行程与理想制动踏板力以及踏板行程与目标制动力之间的关系获得目标制动踏板力和目标总制动力，在满足整车制动力需求的前提下，保证良好的制动踏板感觉。此为本发明的主要创新所在。
[0068] 以下以一具体实施例对本发明所示的控制方法进行说明。
[0069] 设置车辆的相关参数如下：制动力分配系数β＝0.7；制动轮与制动盘之间的摩擦系数μ＝0.4；车轮滚动半径rwheel＝367mm；摩擦片有效制动半径rf＝95mm；轮缸半径2
rw＝52mm；制动主缸11和次级主缸23活塞截面积S1＝S2＝388mm ；第一、第二电控直线运动模块运动调整机构中齿轮的半径R1＝R2＝50mm；第一、第二电控直线运动模块运动调整机构中蜗轮蜗杆的转矩比i1＝i2＝3；踏板杠杆比i＝4；车辆
质量m＝1907kg。驾驶员踩下制动踏板后，踏板位移为65.5mm，假设系统得到目标摩擦制动力Fb＝0.1mg，则由[0070]
[0071] 代入得Fw＝3223N。由于
[0072]
[0073] 设P1由液
压力传感器测得为5bar，则根据上式计算系统所需液压力Ph＝10.2bar。控制器根据Ph的值得到对应的第二电机25应提供的转矩T2＝6.592N/m。
[0074] 同时，根据踏板位移查表得到的理想踏板力Ftarget_p＝120N，则踏板里模拟第一电机2输出的调节力应为
[0075] F1＝Ph×S1-Ftarget_p·i
[0076] 计算得F1＝-84.24N，由
[0077] T1＝(F1×R1)/i1
[0078] 得第一电机2应提供转矩T1＝1.4Nm，并使第一电控直线运动模块28的第一运动调整机构31向踏板方向运动。
[0079] 如图3所示，(b)当判断与制动主缸11和次级主缸23的两个第二工作腔相连的一路管路失效时，电控单元30接收到失效信息，发送指令关闭第一电磁阀14、第三电磁阀16，此时制动主缸11和次级主缸23的第二工作腔可以近似看作刚体，利用其第一工作腔进行制动，控制策略与正常工作时相同。第二电机25驱动其所带动的第二运动调整机构32产生相应的液压制动力；第一电机2驱动其所带动的第一运动调整机构31给一端与制动踏板1相连、一端与制动主缸第一活塞5相连的推杆38提供作用力，产生相应的制动踏板感觉。
本实施例中，如图4所示，制动主缸第二活塞8和制动主缸第二回位弹簧9以及主缸缸壁构成制动主缸第二工作腔10；次级主缸第二活塞21和次级主缸第二回位弹簧22以及次级主缸缸壁构成次级主缸第二工作腔。
[0080] (c)当制动开始或制动进行中，判断与制动主缸11和次级主缸23的两个第一工作腔相连的一路管路失效时，与(b)中所示情况类似，电控单元30接收到失效信息后发送指令关闭第二电磁阀15、第四电磁阀17，此时制动主缸11和次级主缸23的第二工作腔可以近似看作刚体，利用其第二工作腔进行制动，控制策略与正常工作时相同。第二电机25驱动其所带动的第二运动调整机构32产生相应的液压制动力；第一电机2驱动其所带动的第一运动调整机构31给一端与制动踏板1相连、一端与制动主缸第一活塞5相连的推杆38提供作用力，产生相应的制动踏板感觉；本实施例中，如图4所示，制动主缸第一活塞5和制动主缸第一回位弹簧7以及主缸缸壁构成制动主缸第一工作腔6，次级主缸第一活塞19和次级主缸第一回位弹簧20以及次级主缸缸壁构成次级主缸第一工作腔。
[0081] (d)当制动开始或制动进行中，判断第一电控直线运动模块28中的第一电机2或第一运动调整机构31失效，电控单元30接收到失效信息通过控制线路36使第一电磁阀14、第二电磁阀15、第三电磁阀16、第四电磁阀17仍保持失效前的开启状态，同时对第二电控直线运动模块29中的第二电机25进行调节，驱动第二运动调整机构32，推动次级主缸第一活塞19做期望的直线运动，与驾驶员踏板力产生的液压力一起进行各个轮缸的制动，此时第二电机25的调节力矩T2与正常工作时相同，即T2＝(Ph×S2×R2)/i2。
[0082] (e)当制动开始或制动进行中时，判断第二电控直线运动模块第二电机25或第二运动调整机构32失效，电控单元30接收到失效信息通过控制线路36使第一电磁阀14、第四电磁阀17关闭，第二电磁阀15、第三电磁阀16打开，同时对第一电控直线运动模块28中的第一电机2进行调节，驱动第一运动调整机构31，推动制动主缸第一活塞5运动，产生制动系统所需的液压力，此时第一电机的控制力F1＝(Ph×S1×R1)/i1。
[0083] (f)当判断第一、第二电控直线运动模块同时失效时，此时第一电磁阀14、第四电磁阀17关闭，第二电磁阀15、第三电磁阀16打开，驾驶员猛踩制动踏板，通过推杆38直接推动制动主缸11。此时虽然没有了助力，不能提供足够的制动力，但在紧急制动时，这一定程度的制动力仍然对驾驶员的安全有较大的帮助。
[0084] 上述几种不同的失效情况下4个第一电磁阀14、第二电磁阀15、第三电磁阀16、第四电磁阀17的开关状态如下表所示。
[0085]
[0086] 当第一电控直线运动模块28失效时，通过关闭与制动主缸11相连的电磁阀，利用第二电控直线运动模块29的第二电机25为系统提供液压制动力；当第二电控直线运动模块25失效时，通过关闭与次级主缸23相连的电磁阀，利用第一电控直线运动模块28的第一电机2为系统提供液压制动力；当系统ESC模块与制动主缸11和次级主缸23之间的某一管路失效时，通过关闭与该管路相连的两个电磁阀，使制动主缸11和次级主缸23相应的工作腔可以近似看作刚体，利用其另一工作腔进行制动，从而在该失效模式下进行液压力主动控制同时可以保证踏板感觉。
[0087] 上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种
修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。
