技术领域
[0001] 本实用新型涉及一种电、液联合制动的实验车，即
再生制动和液压制动联合制动的实验车，尤其是一种兼具多种驱动模式和转向模式的混合动
力实验车。
背景技术
[0002] 再生制动技术是目前电动
汽车技术研究的热点问题，合理稳定的再生制动控制策略可以提高整车的经济性能，同时也满足低
碳、环保的要求。目前，现有的电动汽车试验车往往只是单一的追求如何提高再生制动力，但再生制动技术本身受到
电机控制技术和
电池充放电技术的限制，其提供给电动汽车的制动力是有限的，由此可见现有电动汽车试验车的制动的
稳定性和安全性无法得到充分保障。液压
制动系统应用在传统燃油汽车上技术成熟，制动的稳定性和安全性可靠，因此为开发一种能够考虑电动汽车制动安全性和稳定性的试验车，有必要将液压制动系统装配在电动试验车上，并在此
基础上研究再生制动和液压制动的联合制动技术。电动汽车作为一个新兴项目其驱动模式种类繁多，单一的考虑某种特定的驱动模式而制定的制动控制策略是不具备普遍适用性的，因此制定的制动控制策略应能适用于不同驱动模式的电动汽车。此外，目前仅有考虑液压制动系统和电动助力转向系统的协调控制，而对再生制动系统和液压制动系统联合制动的电动汽车实现稳定有效的电动助力转向是技术空白。从传统燃油车市场看，电动助力转向系统应用在电动汽车上是必然的趋势，因此再生制动与电动助力转向系统的协调控制问题亟待解决。实用新型内容
[0003] 出于上述目的，需要开发一种具备多种驱动模式且装配有电动助力转向系统的再生制动和液压制动联合控制的实验车，并在此基础上研究能够稳定有效的实现相应功能的控制技术。
[0004] 为了实现上述目的，本实用新型采取了如下技术方案：
[0005] 电、液联合制动实验车，包括
发动机1、半轴2、前轮转向机构3、液压制动器6、
转向轴减速器7、转向盘9、
制动主缸11、
制动助力器13、制动
踏板16、
加速踏板
开关17、加速踏板18、
主减速器及
差速器19、中央
驱动电机20、
变速器21、动力
电池组22、DC/DC直流转直流电源23、
电池管理系统24、转向助力电机29、变速箱30、
离合器31；
[0006] 还设置了四个轮速
传感器4、前后共四个电动轮5、转矩传感器8、ABS
控制器10、
压力传感器12、制动踏板开关14、踏板
角度传感器15、电机控制器25、整车控制器26、电动助力转向控制器27、
电流传感器28；从前轴来看，发动机1、离合器31、变速箱30、主减速器及差速器19、半轴2、液压制动器6、电动轮5顺次机械连接；前轴两个电动轮5与前轮转向机构3机械连接；前轮转向机构3、转向轴减速器7、转向助力电机29顺次机械连接；从后轴来看，中央驱动电机20、变速器21、主减速器及差速器19、半轴2、液压制动器6、电动轮5顺次机械连接；制动主缸11、制动助力器13、制动踏板16顺次机械连接；
[0007] 制动踏板16触发制动踏板开关14产生制动触发
信号，该信号传递至整车控制器26；根据制动触发信号，踏板角度传感器15采集制动踏板16的角度信号并传递至整车控制器26，压力传感器12采集制动主缸11的压力信号并传递至整车控制器26，
轮速传感器4采集轮速信号传递至整车控制器26和ABS控制器10；整车控制器26通过ABS控制器10控制液压制动器6对电动轮5进行液压制动，同时ABS控制器10向整车控制器26反馈其工作状态信息；整车控制器26通过电机控制器25对电动轮5进行再生制动，同时电机控制器25向整车控制器26反馈其工作状态信息；整车控制器26通过电机控制器25控制中央驱动电机20对电动轮5进行再生制动，同时电机控制器25向整车控制器26反馈其工作状态信息；整车控制器26依据上述传感器采集到的信息，针对不同情况对三种制动方式进行组合，实现不同的制动方案；
[0008] 转矩传感器8采集转向盘9中心转矩信号传递至整车控制器26和电动助力转向控制器27，整车控制器26根据上述采集到的信号控制电动助力转向控制器27，电动助力转向控制器27根据整车控制器26的控制指令和电流传感器28采集的转向助力电机29的工作电流信号控制转向助力电机29，从而实现转向助力功能；
[0009] 整车控制器26控制电机控制器25，电机控制器25控制电池管理系统24，驱动状态下，动力电池组22通过电池管理系统24向中央驱动电机20和电动轮5供电；制动状态下，电动轮5和中央驱动电机20在电机控制器25的控制下将再生制动
能量通过电池管理系统24向动力电池组22充电；
[0010] DC/DC直流转直流电源(23)与动力电池组(22)为各控制器和传感器提供工作电源。
[0011] 电、液联合制动实验车根据制动时刻轮速传感器4、踏板角度传感器15和压力传感器12采集到的信号，整车控制器26分配相应的制动方案，具体如下：
[0012] 1)、当处于高速制动或者紧急制动时，整车控制器26通过ABS控制器10控制液压制动器6对四个电动轮5进行常规液压制动，实现常规制动模式下前、后轴纯液压制动；
[0013] 2)、当处于非高速制动且非紧急制动时，整车控制器26依据压力传感器12发送的信号计算出前后轴所需要的制动力，并将其划分为高、中、低三个档位区间，
[0014] 2.1)、在低档区间内，整车控制器26通过电机控制器25控制四个电动轮5实现再生制动；
[0015] 2.2)、在中档区间内，整车控制器26通过电机控制器25控制前轴两个电动轮5，整车控制器26通过电机控制器25和中央驱动电机20同时控制后轴两个电动轮5，实现再生制动；
[0016] 2.3)、在高档区间内，前轴两个电动轮5由电机控制器25和液压制动器6共同进行制动，而后轴电动轮则由电机控制器25、中央驱动电机20、液压制动器6共同进行制动，实现电、液联合制动。
[0017] 电、液联合制动实验车设置了动力电池组22、中央驱动电机20和发动机1三种动力源，整车控制器26控制发动机向前轴电动轮5提供动力，整车控制器26通过电机控制器25控制中央驱动电机为后轴电动轮5提供动力，整车控制器26控制电机控制器25，动力电池组22在电机控制器25控制下，通过电源管理系统24为前、后轴电动轮5提供动力源；通过动力源的不同的组合，实验车可以实现多种驱动模式。
[0018] 制动踏板开关14在制动踏板16触发下产生制动触发信号；轮速传感器4根据制动触发信号采集轮速信号；转矩传感器8根据制动触发信号采集转向盘9中心转矩信号；整车控制器26根据上述信号，通过对ABS控制器10和电动助力转向控制器27的不同控制组合，实现弯道制动状况下的不同转向模式，具体如下：
[0019] 1)、当弯道制动初速度小于标定值A时，整车控制器26控制ABS控制器10停止工作，并控制电动助力转向控制器27进行常规转向控制，实现弯道制动模式下的电动助力转向；
[0020] 2)、当弯道制动初速度大于标定值B时，整车控制器26控制ABS控制器10工作，并控制电动助力转向控制器27停止工作，实现弯道制动模式下的无助力转向；
[0021] 3)、当弯道制动初速度值介于标定值A和标定值B之间时，整车控制器26同步控制ABS控制器10和电动助力转向控制器27工作；ABS控制器10保持常规控制策略不变，电动助力转向控制器27根据电流传感器28的电流信号以及整车控制器的控制指令，按照其内部预先设置的弯道制动助力特性曲线对转向助力电机29输入工作电流，实现弯道制动工况下ABS与电动助力转向的协调控制。
[0022] 电、液联合制动实验车弯道制动助力特性曲线如下：
[0023]
[0024] 其中，I为电动助力转向控制器27对转向助力电机29输入的目标电流，[0025] v为当前车速，
[0026] Td为转向盘输入转矩，
[0027] Td0为启动助力时的转向盘输入转矩，
[0028] Td1为折点处转向盘输入转矩，即两段线段的交点，
[0029] Td max为最大转向盘输入转矩，
[0030] k1(v)为第一段折线的斜率，
[0031] k2(v)为第二段折线的斜率，
[0032] k1(v)、k2(v)伴随速度的增长而减少，且相同速度对应的k1(v)＞k2(v)，[0033] A、B为标定速度。
[0034] 电、液联合制动实验车通过
锁止或解锁前、后轴的主减速器及差速器19，[0035] 同时通过电机控制器25控制电动轮5的转速，实现不同的转向模式。
[0036] 本实用新型实现了再生制动和液压制动的联合制动，保证了制动过程的稳定性和安全性；并且具备多种驱动模式，可以研究适用于不同驱动模式的制动控制策略也可以针对某特定的驱动模式来研究相应的制动控制策略，从而满足实验的多样化需求；此外本实用新型还实现了弯道再生制动与电动助力转向的协调控制；综上所述，本实用新型具有制动过程稳定安全，具备多种驱动模式且实现了电动助力转向与电、液联合制动协调控制的优势。
附图说明
[0037] 图1本实用新型的结构示意图
[0039] 图3本实用新型的
制动力分配控制
流程图[0040] 图4本实用新型的电动助力转向与再生制动协调控制流程图
[0041] 图中：1.发动机 2.半轴 3.前轮转向机构 4.轮速传感器 5.电动轮 6.液压制动器 7.转向轴减速器 8.转矩传感器 9.转向盘 10.ABS控制器 11.制动主缸 12.压力传感器 13.制动助力器 14.制动踏板开关 15.踏板角度传感器 16.制动踏板 17.加速踏板开关 18.加速踏板 19.主减速器及差速器 20.中央驱动电机21.变速器 22.动力电池组 23.DC/DC(直流转直流电源) 24.电池管理系统 25.电机控制器 26.整车控制器 27.电动助力转向控制器 28.电流传感器 29.转向助力电机 30.变速箱 31.离合器
具体实施方式
[0042] 现结合附图1～3对本
实施例作进一步说明。
[0043] 本实用新型为了实现稳定有效的再生制动，提供了不同工况下的电、液制动力分配方案。具体如下：
[0044] 制动分配方案1：适用于高速或紧急制动工况，当整车控制器26依据轮速传感器4和制动踏板开关14发送的信号计算得到制动初速度值，并判定为高速制动工况时，或者整车控制器26依据踏板角度传感器15和制动踏板开关14发送的信号，并判定紧急制动工况时，整车控制器26通过ABS控制器10控制液压制动器6对四个电动轮5进行常规液压制动，实现常规制动模式下前、后轴液压制动。
[0045] 制动分配方案2：适用于非高速制动且非紧急制动工况，整车控制器26依据压力传感器12发送的信号计算出前后轴所需制动压力值，当前、后轴所需的制动力均低于70％对应轴电动轮5的最大再生制动力之和时，整车控制器26判定为低档区间；此时，整车控制器26控制电机控制器25同步对四个电动轮5进行再生制动；电动轮5工作于发电状态，电机控制器25控制电源管理系统24对动力电池组22进行充电，实现纯
电制动模式下的前、后轴电动轮制动。
[0046] 制动分配方案3：适用于非高速制动且非紧急制动工况，整车控制器26依据压力传感器12发送的信号计算出前后轴所需制动压力值，当前、后轴任意轴所需的制动力高于对应轴电动轮5的最大再生制动力之和的70％，且后轴所需制动力低于后轴两个电动轮5、中央驱动电机20三者的最大再生制动力之和的70％时，整车控制器26判定为中档区间；此时，整车控制器26通过电机控制器25对前轴两个电动轮5进行再生制动；整车控制器26通过电机控制器25和中央驱动电机20对后轴两个电动轮5进行再生制动；电动轮工作于发电状态，电机控制器25控制电源管理系统24对动力电池组22进行充电；实现了纯电制动模式下前轴电动轮制动、后轴电动轮与电机联合制动。
[0047] 制动分配方案4：适用于非高速制动且非紧急制动工况，整车控制器26依据压力传感器12发送的信号计算出前后轴所需制动压力值，当前、后轴任意轴所需的制动力高于对应轴电动轮5的最大再生制动力之和的70％，且后轴所需制动力高于后轴两个电动轮5、中央驱动电机20三者的最大再生制动力之和的70％时，整车控制器26判定为高档区间；此时电机控制器25对前轴两个电动轮5进行再生制动，为前轴提供所需最大制动力的
70％，不足的制动力由液压制动器6提供；电机控制器25和中央驱动电机20为后轴提供所需最大制动力的70％，不足的制动力由液压制动器6提供；电动轮工作于发电状态，电机控制器25控制电源管理系统24对动力电池组22进行充电；实现了电、液联合制动；
[0048] 整车控制器26依据压力传感器12发送的信号计算出前后轴所需要的制动力，还可以根据实际情况选择其他的划分标准，将其划分为高、中、低三个档位区间。
[0049] 以上四种制动分配方案中，制动分配方案1和制动分配方案4涉及到液压制动系统，在制动过程中采用制动防抱死系统方案，制动防抱死方案采用现在汽车产业中典型的
门限值控制法，从而避免制动过程中出现
车轮抱死情况，进一步提高了汽车制动的安全性和稳定性。
[0050] 本实用新型可以实现动力源的自由组合，具有多种驱动模式，可在典型的驱动模式下研究汽车的动力学特点。具体驱动模式如下：
[0051] 两轮前驱模式1：整车控制器26通过电机控制器25驱动前轴电动轮5工作，发动机1和中央驱动电机20不参与工作；此时动力电池组22在电机控制器25控制下，通过电源管理系统24为前轴电动轮5提供动力电源，实现纯电动两轮前驱模式；
[0052] 两轮前驱模式2：整车控制器26仅通过发动机1驱动前轴电动轮5工作，实现纯发动机工作下的两轮前驱模式；
[0053] 两轮前驱模式3：整车控制器26通过电机控制器25驱动前轴电动轮5工作，同时整车控制器26通过发动机1驱动前轴电动轮5工作；此时动力电池组22在电机控制器25控制下，通过电源管理系统24为前轴电动轮5提供动力电源，实现混合动力两轮前驱模式。
[0054] 两轮后驱模式1：整车控制器26通过电机控制器25驱动后轴电动轮5工作，发动机1和中央驱动电机20不参与工作；此时动力电池组22在电机控制器25控制下，通过电源管理系统24为后轴电动轮5提供动力电源，实现纯电动两轮后驱模式。
[0055] 两轮后驱模式2：整车控制器26通过电机控制器25控制中央驱动电机20，进而驱动后轴电动轮5，发动机不参与工作；此时动力电池组22在电机控制器25控制下，通过电源管理系统24为中央驱动电机20提供动力电源，实现纯电动两轮后驱模式；
[0056] 两轮后驱模式3：整车控制器26通过电机控制器25驱动后轴电动轮5工作，同时，整车控制器26通过电机控制器25控制中央驱动电机20，进而驱动后轴电动轮5；此时，此时动力电池组22在电机控制器25控制下，通过电源管理系统24为后轴电动轮5和中央驱动电机20提供动力电源，实现纯电动两轮后驱模式；
[0057]
四轮驱动模式1：整车控制器26通过电机控制器25驱动前后轴电动轮5工作，发动机1和中央驱动电机20不参与工作；此时动力电池组22在电机控制器25控制下，通过电源管理系统24为电动轮5提供动力电源，实现纯电动四轮驱动模式；
[0058] 四轮驱动模式2：整车控制器26通过电机控制器25驱动前轴电动轮5工作，同时整车控制器26通过电机控制器25控制中央驱动电机20，进而驱动后轴电动轮5工作，发动机不参与工作；此时动力电池组22在电机控制器25控制下，通过电源管理系统24为前轴电动轮5和中央驱动电机20提供动力电源，实现纯电动四驱模式。
[0059] 四轮驱动模式3：整车控制器26通过电机控制器25驱动前后轴电动轮5工作，同时整车控制器26通过电机控制器25控制中央驱动电机20，进而驱动后轴电动轮5工作，发动机不参与工作；此时动力电池组22在电机控制器25控制下，通过电源管理系统24为前后轴电动轮5和中央驱动电机20提供动力电源，实现纯电动四驱模式。
[0060] 四轮驱动模式4：整车控制器26通过电机控制器25驱动后轴电动轮5工作，同时，整车控制器26控制发动机1驱动前轴电动轮5工作，中央驱动电机不工作；此时，此时动力电池组22在电机控制器25控制下，通过电源管理系统24为后轴电动轮5提供动力电源，实现混合动力四驱模式。
[0061] 四轮驱动模式5：整车控制器26通过电机控制器25驱动前后轴电动轮5工作，同时，整车控制器26控制发动机1驱动前轴电动轮5工作，中央驱动电机不工作；此时，此时动力电池组22在电机控制器25控制下，通过电源管理系统24为前后轴电动轮5提供动力电源，实现混合动力四驱模式。
[0062] 四轮驱动模式6：整车控制器26通过电机控制器25控制中央驱动电机20，进而驱动后轴电动轮5工作，同时整车控制器26控制发动机1驱动前轴电动轮5工作；此时，此时动力电池组22在电机控制器25控制下，通过电源管理系统24为中央驱动电机20提供动力电源，实现混合动力四驱模式。
[0063] 四轮驱动模式7：整车控制器26通过电机控制器25控制中央驱动电机20，进而驱动后轴电动轮5工作，整车控制器26控制发动机1驱动前轴电动轮5工作，同时整车控制器26控制电机控制器25驱动前轴电动轮；此时，此时动力电池组22在电机控制器25控制下，通过电源管理系统24为中央驱动电机20和前后轴电动轮提供动力电源，实现混合动力四驱模式。
[0064] 四轮驱动模式8：整车控制器26通过电机控制器25控制中央驱动电机20，进而驱动后轴电动轮5工作，整车控制器26控制发动机1驱动前轴电动轮5工作，同时整车控制器26控制电机控制器25驱动后轴电动轮；此时，此时动力电池组22在电机控制器25控制下，通过电源管理系统24为中央驱动电机20和后轴电动轮提供动力电源，实现混合动力四驱模式。
[0065] 四轮驱动模式9：整车控制器26通过电机控制器25控制中央驱动电机20，进而驱动后轴电动轮5工作，整车控制器26控制发动机1驱动前轴电动轮5工作，同时整车控制器26控制电机控制器25驱动前后轴电动轮；此时，此时动力电池组22在电机控制器25控制下，通过电源管理系统24为中央驱动电机20和前后轴电动轮提供动力电源，实现混合动力四驱模式。
[0066] 本实用新型为了实现弯道制动工况下电动助力转向与再生制动的协调控制，提供了常规电动助力转向模式和弯道制动电动助力转向模式。具体如下：
[0067] 常规电动助力转向模式：当汽车处于弯道转向时，整车控制器26控制ABS控制器10停止工作，并控制电动助力转向控制器27进行常规电动助力转向控制，实现弯道模式下的电动助力转向。
[0068] 弯道制动电动助力转向模式1：适用于弯道制动工况，整车控制器26依据轮速传感器4和制动踏板开关14发送的信号计算得到制动初速度值，当制动初速度值低于标定值A(15km/h≤A≤25km/h)时，整车控制器26控制ABS控制器10停止工作，并控制电动助力转向控制器27进行常规电动助力转向控制，实现弯道制动模式下的电动助力转向。
[0069] 弯道制动电动助力转向模式2：适用于弯道制动工况，整车控制器26依据轮速传感器4和制动踏板开关14发送的信号计算得到制动初速度值，当制动初速度值介于标定值A(15km/h≤A≤25km/h)和标定值B(60km/h≤A≤75km/h)之间时，整车控制器26同步控制ABS控制器10和电动助力转向控制器27，ABS控制器10保持常规控制策略不变，电动助力转向控制器27根据电流传感器28的电流信号以及整车控制器的控制指令，按照其内部预先设置的弯道制动助力特性曲线对转向助力电机29输出工作电流，从而实现弯道制动工况下ABS与电动助力转向的协调控制，弯道制动助力特性曲线如下：
[0070]
[0071] 其中，I为电动助力转向控制器27向转向助力电机29输入的目标电流，Td为转向盘输入转矩，该信号由电动助力转向控制器27根据转矩传感器8采集的转向盘9中心转矩信号计算得到，Td0为启动助力时的转向盘输入转矩，Tdmax为最大转向盘输入转矩，Td1为折点处转向盘输入转矩，k1(v)为第一段折线的斜率，k2(v)为第二段折线的斜率，k1(v)、k2(v)伴随速度的增长而减少，且相同速度对应的k1(v)≥k2(v)；该曲线表示在不同的车速下，转向盘输入转矩与电动助力转向控制器27向转向助力电机29提供的工作电流之间的关系。该工作电流越大，转向助力电机29输出的助力转矩越大。
[0072] 在不同驱动模式下，对于以上参数的赋值应采用工程经验和实验结合的方法来逐步修正。如前轮采用发动机1驱动时，设定A为20km/h，B为70km/h，Td0设定为1Nm，Td1设定为3Nm，Tdmax设定为6Nm，当车速为20km/h、30km/h、40km/h、50km/h、60km/h、70km/h时，k1(v)分别设定为4、3、2.5、2、0.9、0.7，k2(v)分别设定为2.5、1.5、0.9、0.6、0.5。如果采用混合动力驱动或电驱动时，以上参数值应适当减小。
[0073] 弯道制动电动助力转向模式3：适用于弯道制动工况，整车控制器26依据轮速传感器4和制动踏板开关14发送的信号计算得到制动初速度值，当制动初速度值高于标定值B(60km/h≤A≤75km/h)时，整车控制器26控制ABS控制器10保持常规控制策略不变，同时控制电动助力转向控制器27停止工作，实现弯道制动模式下的无助力转向。
[0074] 本实用新型还可以实现以下几种转向模式：
[0075] 差速转向模式1：实验前，将前轴主减速器及差速器19锁止，使前轴左右电动轮5刚性连接，后轴主减速器及差速器19解锁，整车控制器26通过电机控制器25，进而控制两前电动轮5不同转速转动，实现前轮差速转向。
[0076] 差速转向模式2：实验前，将前、后轴主减速器及差速去19锁止，使前、后轴左右电动轮5刚性连接，整车控制器26通过电机控制器25，进而控制四个电动轮5不同转速转动，实现四轮差速转向。
[0077] 差动助力转向模式：实验前，将前、后轴主减速器及差速器19解锁，使前、后轴左右电动轮5柔性连接，整车控制器26通过控制电机控制器25进而控制前轴两个电动轮5以不同转速转动，实现差速助力转向；
[0078] 此外，该实验车还可以实现转向盘常规转向：车辆行驶时也可以通过转向盘9实现常规的转向盘转向。
