技术领域
[0001] 本
发明属于电动汽车制动技术领域，涉及一种电动汽车的制动系统和制动方法。
背景技术
[0002] 汽车制动
能量回收系统（ERB）是指一种能够将汽车制动时产生的
热能转换成机械能并将其存储起来的系统。目前常见的制
动能量回收系统方案主要有两种：一种是使用
电子控制单元（ECU）控制液压控制单元，
修改其电子控制单元的控制策略从而实现制动能量的回收；另一种是通过使用
踏板感觉
模拟器和单独的
液压泵来实现制动能量的回收。
[0003] 第一种方案的优点是它和目前基于ECU和液压控制单元（HCU）的
防抱死制动系统（ABS）、电子稳定控制（ESC）系统在结构上是相近的，方便制造商使用成熟的加工制造设备和技术。但这种技术方案也存在一些缺点：第一，为了获得更高的压
力估算
精度和压力控制品质，在系统中需要采用更多的压力
传感器和线性比例
阀，如丰田公司第一代电子控制制动（ECB）系统使用了6个
压力传感器和6个线性
比例阀，这将显著增加了系统的成本；第二，为了控制成本就需要减少压力传感器和线性比例阀的个数，而这又将导致某些工况下压力估算精度和压力控制品质的下降，如丰田第二代ECB系统，其压力传感器和线性比例阀数目都减少为2个，但压力的估算精度和控制品质大大下降。
[0004] 第二种方案则舍弃原有制动系统方案，新增踏板感觉模拟器。这种方案的优点是实现了踏板和制动执行器的完全解耦，缺点是对原有制动系统的结构和控制策略改动很大，几乎是放弃原有制动系统。此外，系统要求建压源的工作压力很高并匹配高
质量的高压
蓄能器以辅助实现电液复合制动的控制。目前只有国外具有这种成熟的技术产品，如大陆-混合制动系统（EHC），其对制动系统进行了重新设计以实现制动能量回馈的功能，不仅结构复杂，而且对制造工艺要求也很高，因此成本昂贵。
[0005] 现有典型的复合制动系统控制策略有两种，分别是并联式制动策略和
串联式制动策略。并联式制动策略是在
摩擦制动力的
基础上
叠加再生制动力，再生制动力与制动踏板行程成一定的比例关系。串联式制动策略是在保证制动安全的情况下，优先进行再生制动，尽可能多地回收制动能量，而额外的制动力需求再由摩擦制动力提供。并联式策略的特点是结构简单，容易实现，成本较低，但是制动能量回收率低，制动感觉不好。串联式策略的特点是能量回收率较大，但是制动系统和控制策略也较为复杂。
[0006] 制动控制策略的好坏最直观的评价方式是制动踏板感觉，制动踏板感觉直接关系到车辆的制动安全性和驾驶舒适性。在传统的液压制动系统中，踏板通过杠杆机构与
真空助力器及
制动主缸相连。踩下制动踏板，克服机构间隙以后在真空助力器的作用下，推动主缸
活塞运动，管路油压升高并推动制动分泵。由于真空助力、油压系统特性以及系统阻尼的作用，不同制动工况下驾驶员踩踏板的力、行程和速度各不相同，另一方面驾驶员从踏板力和踏板行程来感觉车辆的制动强度，再加上车辆的制动减速度，使驾驶员能够根据车辆状态反馈进一步调整车辆状态。随着电子技术的发展，电子控制系统在汽车上得到越来越多的应用，由于取消了制动踏板和液压主缸的直接连接，必须采用踏板力模拟器来模拟制动踏板感觉，保证给驾驶员一定的反馈信息。为了使车辆拥有和传统车辆同样的踏板感觉，必须进行踏板感觉的研究以作为制动系统的一个标杆。由于制动踏板感觉是驾驶员的主观评价，其评价标准来自于驾驶员，很多情况下以踏板感觉的冲击度来描述制动踏板的感觉。
发明内容
[0007] 本发明的目的在于提供一种结构简单、制动能量回收率高且制动感觉良好的电动汽车电液复合制动系统及其制动控制方法。
[0008] 为了达到上述目的，本发明的解决方案是：
[0009] 一种电动汽车电液复合制动控制方法，包括以下步骤：
[0010] （1）在制动系统的基础上，增加制动系统的踏板空行程，同时采用液压制动和
电机制动，构成空行程更大的复合制动系统；
[0011] （2）实时检测踏板行程，并将所述踏板行程分别与所述原制动系统最大空行程与所述复合制动系统最大空行程的大小进行比较；
[0012] （3）根据比较结果确定由电机制动还是由电机制动和液压制动组合制动。
[0013] 所述步骤（3）包括：
[0014] （31）当所述踏板行程小于所述原制动系统的最大空行程时，无制动力矩需求；
[0015] （32）当所述踏板行程处于所述原制动系统最大空行程和所述复合制动系统最大空行程之间时，需求制动力矩全部由电机制动提供；
[0016] （33）当所述踏板行程大于所述复合制动系统的最大空行程时，需求制动力矩由电机制动力矩和液压制动力矩共同提供。
[0017] 所述步骤（32）中电机提供的制动力矩为：
[0018] Tdes=Temax·(S-S0)/(S1-s0)
[0019] 其中，Tdes为所述复合制动系统的总需求制动力矩；Temax为设定的电机最大制动力矩；s为踏板行程，s0为所述原制动系统的最大空行程，s1为所述复合制动系统的最大空行程。
[0020] 所述步骤（33）中电机制动提供的力矩和液压制动提供的制动力矩分配为：
[0021] Tdes=Temax+Tpmax·(S-S1)/(S2-S1)
[0022] 其中，Tdes为所述复合制动系统的总需求制动力矩；Temax为设定的电机最大制动力矩；Tpmax为液压制动提供的总的最大液压制动力矩；s为踏板行程，s1为所述复合制动系统的最大空行程，s2为液压制动起作用的最大踏板行程。
[0023] 一种实现上述电动汽车电液复合制动控制方法的电动汽车电液复合制动系统，包括真空助力器、分别与所述真空助力器相连的制动主缸和空行程机械构件、与所述空行程机械构件相连的复合制动控制系统、分别与所述复合制动控制系统相连的电机
控制器和液压控制单元以及与所述电机控制器相连的电机；所述液压控制单元还与所述制动主缸相连；其中，所述空行程机械构件是空行程大于原有制动系统中踏板空行程的机械构件。
[0024] 所述电液复合制动控制系统为单独设立或者集成在整车控制器里。
[0025] 所述空行程机械构件包括第一制动踏板构件、第二制动踏板构件、回位
弹簧以及
角位移传感器；其中，所述第一制动踏板构件为直线杆件；所述第二制动踏板构件为与所述第一制动踏板构件的转动轴线重合的踏板；所述第一制动踏板构件和所述第二制动踏板构件通过所述回位弹簧进行连接并传递踏板力。
[0027] 所述回位弹簧的长度根据所述电机所能提供的最大电机制动力与最大需求制动力的比值来选择；优选的，所述回位弹簧
刚度按如下公式选择：
[0028]
[0029] 其中，k为所述回位弹簧的刚度；F0为预紧力，即踏板行程为最大空行程时所述回位弹簧的弹力；L为所述第二制动踏板构件从转动轴处到与所述回位弹簧相连处的长度，称为弹簧运动半径；θmax为最大空行程角位移。
[0030] 所述系统设定所述电机提供的最大再生制动力矩处于所述电机的转矩能力范围内；优选的，所述电机制动力矩的变化率满足如下条件：
[0031]
[0032] 其中：Temax为设定的电机最大制动力矩；t为所述电机的运行时间；a0为所述电机制动力矩变化率绝对值上限；
[0033] 进一步优选的，所述电机制动力矩变化率绝对值上限a0的计算公式为：
[0034] a0=10Mr
[0036] 由于采用上述方案，本发明的有益效果是：本发明对原有的液压制动系统改动较小，结构简单紧凑；同时又兼顾了驾驶员的传统制动踏板感觉和制动感受，使得驾驶员可保持传统的驾驶习惯，保证其良好的主观感觉。
附图说明
[0037] 图1本发明
实施例中电动汽车电液复合制动系统的结构原理图；
[0038] 图2a本发明实施例中空行程机械构件的主视图；
[0039] 图2b本发明实施例中空行程机械构件的侧视图；
[0040] 图3本发明实施例中制动转矩随踏板行程的变化曲线；
[0041] 图4本发明实施例中制动控制方法的
流程图；
[0042] 图5本发明实施例中电机转矩控制曲线图。
[0043] 附图中：1、第一制动踏板构件；2、第二制动踏板构件；3、回位弹簧；4、角位移传感器；5、原制动踏板被去除部分；6、真空助力器；7、制动主缸；8、电机控制器；9、电机。
具体实施方式
[0044] 以下结合附图所示实施例对本发明作进一步的说明。
[0045] 本发明提出一种串联式的电液复合制动控制系统的制动控制方法，该方法主要内容为在踏板行程前段时，仅电机进行回馈控制；之后踏板行程继续增大时，液压制动介入，与电机回馈制动协调工作。
[0046] 该控制方法包括以下步骤：
[0047] （1）在制动系统的基础上，增加制动系统的制动空行程，同时采用液压制动和电机制动，构成空行程更大的复合制动系统；
[0048] （2）实时检测踏板行程，并将该踏板行程分别与原制动系统最大空行程与复合制动系统最大空行程的大小进行比较；
[0049] （3）根据比较结果确定由电机制动还是由电机制动和液压制动组合制动。
[0050] 上述步骤（3）还包括：
[0051] （31）当踏板行程小于原制动系统的最大空行程时，无制动力矩需求；
[0052] （32）当踏板行程处于原制动系统最大空行程和复合制动系统最大空行程之间时，需求制动力矩全部由电机再生制动提供；
[0053] （33）当踏板行程大于复合制动系统最大空行程时，需求制动力矩由电机再生制动力矩和液压制动力矩共同提供。
[0054] 上述步骤（32）中电机提供的制动力矩为：
[0055] Tdes=Temax·(S-S0)l(S1-s0)
[0056] 其中，Tdes为复合制动系统的总需求制动力矩；Temax为设定的电机最大回馈制动力矩；s为踏板行程，s0为原制动系统的最大空行程，S1为复合制动系统的最大踏板空行程。
[0057] 上述步骤（33）中电机制动提供的力矩和液压制动提供的制动力矩分配为：
[0058] Tdes=Temax+Tpmax·(S-S1)l(S2-S1)
[0059] 其中，Tpmax为液压制动提供的总的最大液压制动力矩，S2为液压制动起作用的最大踏板行程。
[0060] 本发明还提出了一种实现上述制动控制方法的电动汽车电液复合制动系统，该系统包括真空助力器6、分别与真空助力器6相连的制动主缸7和空行程机械构件、与空行程机械构件相连的复合制动控制系统、分别与复合制动控制系统相连的电机控制器和液压控制单元以及与电机控制器相连的电机9，液压控制单元还与制动主缸7相连。其中，制动主缸7为液压主缸，空行程机械构件是空行程大于原有制动系统中踏板空行程的机械构件；电液复合制动控制系统可以单独设立，也可以集成在整车控制器里。图1所示为该复合制动系统的结构原理图。
[0061] 本实施例中，空行程机械构件为如图2a和图2b所示的电液复合制动踏板。该复合制动踏板包括第一制动踏板构件1、第二制动踏板构件2、回位弹簧3、角位移传感器4。其中，第一制动踏板构件1为直线杆件，也是去除原有踏板的非直线部分即图1中原制动踏板去除部分5之后留下的直线部分；第二制动踏板构件2为一个新的踏板，与第一制动踏板构件1的转动轴线重合。上述第一制动踏板构件1和第二制动踏板构件2通过回位弹簧3进行连接并传递踏板力；回位弹簧3为圆柱螺旋压缩弹簧，以在制动踏板回放的过程中，辅助第二制动踏板构件2回复至原位。
[0062] 上述回位弹簧3的长度和刚度的选择是影响驾驶员踏板感觉的关键，通过选择合适的压缩弹簧可以模拟出优良的驾驶感觉。回位弹簧3的长度选择可根据电机制动所能提供的最大电机制动力与最大需求制动力的比值来选择。回位弹簧3刚度按如下公式选择：
[0063]
[0064] 其中，k为回位弹簧3的刚度；F0为预紧力，即当踏板行程为最大空行程时回位弹簧3的弹力，它可以通过真空助力器6的限位机构和预紧弹簧进行调节；L为新踏板构件2从转动轴处到其与回位弹簧3相连处的长度，称为弹簧运动半径；θmax为最大空行程角位移。
[0065] 通过以上参数的选择以及不同类型的弹簧的选用可以模拟出不同软硬的踏板感觉。这里弹簧运动半径采用原制动踏板的长度规格，最大空行程角位移θmax根据电机制动能提供的最大制动力以及车辆需求的最大制动力的比值来选择。
[0066] 将本发明的制动控制方法应用于本发明的复合制动系统中时，踏板角位移传感器4的位移
信号为作为复合制动控制系统的输入，复合制动控制系统根据角位移信号计算踏板行程，通过比较踏板行程与原制动系统及复合制动系统的最大空行程，计算需求的电机制动的制动力，并将需求的电机制动力发送到电机控制器8，从而实现电机制动力的控制。
如图1所示，驾驶员制动踏板的角位移小于等于θmax时，驾驶员只是克服复合制动踏板的空行程，复合制动控制系统判断此时为轻度制动，最多只有电机进行制动。当踏板位移超过θmax时，驾驶员克服了制动空行程，此时伴随着驾驶员的踏板力的输入，液压制动与电机制动同时进行。本发明为使电机在制动过程中更多的介入制动回收更多能量，所以在原有制动系统的空行程上增加了一段新的空行程。但是，新增加的空行程和电机回馈制动系统必然会改变原有的制动踏板感觉。
[0067] 图3分别绘出了复合制动系统与原制动系统的制动转矩随踏板行程的变化曲线。其中，Tmax为复合制动系统的最大总制动力矩；O-s0为原制动系统的空行程段；S0~S1为复合制动踏板空行程的增加段；S1~S2为液压制动起作用的总的踏板行程；TP为复合制动系统中由液压制动所提供的制动力矩。针对复合制动系统，当驾驶员刚踩下制动踏板时，同传统车辆一样，在原空行程段无制动力矩需求。当踏板行程传感器检测到制动踏板行程达到增加的空行程s0-s1段时，需求制动力矩全部由电机再生制动力矩提供。当制动踏板行程达到S1时，需求制动力矩达到设定的电机最大制动力矩Temax。之后若踏板行程继续增大，进入S1~S2段，则再生制动力矩保持不变，液压制动力矩介入，需求制动力矩由再生制动力矩和液压制动力矩共同提供。该过程的流程图如图4所示。
[0068] 由于随着制动过程的进行，电机转速逐渐下降，电机所能提供的最大再生制动力的变化曲线如图5中虚线所示，所以应该设定电机最大制动力矩Temax在此范围内。由于制动冲击感觉指标即不舒适度指数随制动力变化率绝对值的增大而变差，因此电机制动力允许的变化率应限制在固定范围内，即 其中 为电机制动力矩的变化率，其绝对值表征着车辆的纵向冲击度，a0为电机制动力矩变化率绝对值上限，可按下式计算：
[0069] a0=10Mr
[0070] 其中，M为整车质量，r为车轮半径。本实施例中设定电机最大制动力矩Temax如图5中实线所示。
[0071] 制动时，第一制动踏板构件1与第二制动踏板构件2产生一个相对角位移，相对角位移的大小可通过真空助力器里的预紧弹簧和限位机构进行调节控制，当新踏板克服此相对角位移时，仅电机进行回馈制动；当新踏板带动原踏板一起产生位移时，液压制动介入，与电机回馈制动协调工作。
[0072] 本发明提出了一种新的适用于电动汽车的电液复合制动系统及其制动控制方法，其中制动控制方法采用串联式的制动方法。本发明可实现在电动汽车制动时，制动踏板行程的前段用电机回馈制动能量；而当制动踏板行程超过某一行程时，液压制动开始介入。本发明对原有的液压制动系统改动较小，结构简单紧凑；同时又兼顾了驾驶员的传统制动踏板感觉和制动感受，使得驾驶员可保持传统的驾驶习惯，保证其良好的主观感觉。
[0073] 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应用本发明。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，本发明不限于这里的实施例，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。
