一種用于電動汽車的制動控制裝置及控制方法與流程

本發(fā)明是關(guān)于一種用于電動汽車的制動控制裝置及控制方法，屬于電動車輛技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

在純電動汽車、混合動力電動汽車和燃料電池電動汽車等電動汽車中，可以通過電機回饋制動功能將部分車輛動能轉(zhuǎn)化為電能以提升整車能量經(jīng)濟性，還可以利用電機轉(zhuǎn)矩控制具有快速準(zhǔn)確的特性對電動汽車以較高頻率進行動態(tài)調(diào)節(jié)，實現(xiàn)改善車輛防抱死制動的效果?，F(xiàn)有技術(shù)中，當(dāng)通過電機進行回饋制動時默認傳動系是剛性的，并且對電機回饋制動轉(zhuǎn)矩的控制是開環(huán)的，在利用電機回饋制動轉(zhuǎn)矩實現(xiàn)防抱死制動時，通過控制電機的回饋制動轉(zhuǎn)矩實現(xiàn)相應(yīng)車輪處的目標(biāo)滑移率。

實際上由于傳動系中包含半軸等具有彈性的部件，傳動系在傳遞轉(zhuǎn)矩時能夠表現(xiàn)出一定的彈性，當(dāng)傳動系中包含齒輪副時還有可能引入齒隙。研究人員發(fā)現(xiàn)在利用電機轉(zhuǎn)矩進行電動汽車制動的過程中，傳動系所表現(xiàn)出的彈性使得轉(zhuǎn)矩經(jīng)傳動系傳遞前后的幅值及相位的對應(yīng)性發(fā)生改變。且當(dāng)車輛由驅(qū)動轉(zhuǎn)為制動時，傳動系中齒輪接觸面反向，傳動系穿過齒隙會引起齒輪重新接觸時的沖擊，導(dǎo)致車輪處轉(zhuǎn)矩的振蕩。當(dāng)電機回饋制動力矩以較高頻率進行動態(tài)調(diào)節(jié)時，尤其是在利用電機實現(xiàn)的防抱死制動過程中，傳動系的彈性和齒隙的負面影響加劇，導(dǎo)致滑移率控制效果和駕乘舒適性進一步惡化。

現(xiàn)有技術(shù)中針對內(nèi)燃機汽車的驅(qū)動過程提出了傳動系特性補償方法，然而該補償方法僅涉及在傳統(tǒng)內(nèi)燃機汽車的驅(qū)動過程中對傳動系特性進行補償，并沒有針對電動汽車、尤其是在電動汽車制動過程中對傳動系特性進行補償。由于電動汽車的電機轉(zhuǎn)矩響應(yīng)更快，并且制動過程中可能存在回饋制動力與液壓制動力的耦合，因而對于電機回饋制動時傳動系特性的補償控制更加復(fù)雜。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對上述問題，本發(fā)明的目的是提供一種能夠在電動汽車回饋制動時對傳動系特性進行補償?shù)挠糜陔妱悠嚨闹苿涌刂蒲b置及控制方法。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取以下技術(shù)方案：一種用于電動汽車的制動控制裝置，通過調(diào)節(jié)電機的回饋制動力和液壓控制系統(tǒng)的液壓制動力對傳動系特性進行補償，其特征在于，包括電機轉(zhuǎn)矩傳感器、電機轉(zhuǎn)速傳感器、車輪轉(zhuǎn)速傳感器和車載制動控制系統(tǒng)，其中，所述車載制動控制系統(tǒng)包括半軸轉(zhuǎn)矩確定模塊、齒隙狀態(tài)確定模塊、齒隙補償控制模塊、彈性補償控制模塊和控制時間檢測模塊；所述電機轉(zhuǎn)矩傳感器用于采集所述電機的轉(zhuǎn)矩并發(fā)送到所述半軸轉(zhuǎn)矩確定模塊；所述電機轉(zhuǎn)速傳感器用于采集所述電機的轉(zhuǎn)速分別發(fā)送到所述半軸轉(zhuǎn)矩確定模塊和齒隙狀態(tài)確定模塊；所述車輪轉(zhuǎn)速傳感器用于采集所述電動汽車車輪的轉(zhuǎn)速分別發(fā)送到所述半軸轉(zhuǎn)矩確定模塊和齒隙狀態(tài)確定模塊；所述半軸轉(zhuǎn)矩確定模塊用于根據(jù)接收的所述電機轉(zhuǎn)矩、電機轉(zhuǎn)速和車輪轉(zhuǎn)速計算所述傳動系的半軸轉(zhuǎn)矩值并發(fā)送到所述齒隙狀態(tài)確定模塊；所述齒隙狀態(tài)確定模塊用于根據(jù)所述電機轉(zhuǎn)速、車輪轉(zhuǎn)速和傳動系半軸轉(zhuǎn)矩值確定所述傳動系中齒輪嚙合處的齒隙狀態(tài)，其中，齒隙狀態(tài)包括穿越狀態(tài)和嚙合狀態(tài)，將確定的齒隙狀態(tài)發(fā)送到所述齒隙補償控制模塊，同時將確定的齒隙狀態(tài)和所述傳動系半軸轉(zhuǎn)矩值發(fā)送到所述彈性補償控制模塊；所述傳動系齒隙補償控制模塊用于根據(jù)所述傳動系中齒隙兩側(cè)齒輪的轉(zhuǎn)速差對齒隙狀態(tài)為穿越狀態(tài)時所述電機的回饋制動力和所述液壓控制系統(tǒng)的液壓制動力進行調(diào)節(jié)，完成對所述傳動系的齒隙補償控制；所述彈性補償控制模塊用于預(yù)先設(shè)定所述電機的回饋制動轉(zhuǎn)矩目標(biāo)值，并根據(jù)所述傳動系的半軸轉(zhuǎn)矩值和預(yù)設(shè)的所述電機回饋制動轉(zhuǎn)矩目標(biāo)值對齒隙狀態(tài)為嚙合狀態(tài)時所述電機的回饋制動力進行調(diào)節(jié)，完成對所述傳動系的彈性補償控制；所述控制時間檢測模塊用于預(yù)先設(shè)定控制時間閾值，當(dāng)檢測到進行齒隙補償控制所用的控制時間超過預(yù)設(shè)的控制時間閾值時發(fā)送停止信號到所述齒隙補償控制模塊，所述齒隙補償控制模塊根據(jù)停止信號停止對所述傳動系的齒隙補償控制。

進一步地，所述齒隙補償控制模塊采用滑模控制方法，所述齒隙補償控制模塊的輸入量為所述傳動系中齒隙兩側(cè)齒輪的轉(zhuǎn)速差，所述齒隙補償控制模塊的輸出量為所述電機和液壓控制系統(tǒng)的制動轉(zhuǎn)矩值。

進一步地，所述彈性補償控制模塊采用pid控制方法，所述彈性補償控制模塊的輸入量為所述傳動系的半軸轉(zhuǎn)矩值和所述電機的回饋制動轉(zhuǎn)矩目標(biāo)值，所述彈性補償控制模塊的輸出量為所述電機的轉(zhuǎn)矩補償值。

進一步地，所述半軸轉(zhuǎn)矩確定模塊采用卡爾曼濾波器。

一種用于電動汽車的制動控制方法，其特征在于，包括以下步驟：

1)將傳動系中各組齒輪之間的齒隙簡化為傳動系的單個齒隙轉(zhuǎn)角，并將單個齒隙轉(zhuǎn)角的變化范圍定義為2α；將當(dāng)電機處于驅(qū)動模式且傳動系中齒隙兩側(cè)齒輪為嚙合狀態(tài)時定義為正向，單個齒隙轉(zhuǎn)角為α；將當(dāng)電機處于制動模式且傳動系中齒隙兩側(cè)齒輪為穿越狀態(tài)時定義為負向，單個齒隙轉(zhuǎn)角為-α：當(dāng)電機從驅(qū)動模式切換為制動模式時需要穿越傳動系齒隙，單個齒隙轉(zhuǎn)角從α過渡到-α，當(dāng)電機從制動模式切換為驅(qū)動模式時需要穿過傳動系齒隙，單個齒隙轉(zhuǎn)角從-α過渡到α；

2)在電機由驅(qū)動模式到制動模式的穿越過程中，通過半軸轉(zhuǎn)矩確定模塊根據(jù)電機轉(zhuǎn)矩傳感器采集的電機轉(zhuǎn)矩、電機轉(zhuǎn)速傳感器采集的電機轉(zhuǎn)速、車輪轉(zhuǎn)速傳感器采集的車輪轉(zhuǎn)速計算傳動系的半軸轉(zhuǎn)矩值；

3)通過齒隙狀態(tài)確定模塊根據(jù)電機轉(zhuǎn)速、車輪轉(zhuǎn)速和傳動系的半軸轉(zhuǎn)矩值確定傳動系中齒隙兩側(cè)齒輪的齒隙狀態(tài)，如果是穿越狀態(tài)則進入步驟3)，如果是嚙合狀態(tài)則進入步驟6)；

4)若確定的齒隙狀態(tài)為穿越狀態(tài)，即當(dāng)傳動系的單個齒隙轉(zhuǎn)角從-α過渡到α?xí)r，則通過齒隙補償控制模塊根據(jù)傳動系中齒隙兩側(cè)齒輪的轉(zhuǎn)速差對電機的回饋制動力和液壓控制系統(tǒng)的液壓制動力進行調(diào)節(jié)，完成對傳動系的齒隙補償控制；

5)若控制時間檢測模塊檢測到進行齒隙補償控制所用控制時間沒有超過預(yù)設(shè)的控制時間閾值時，則直接進入步驟3)；

若通過控制時間檢測模塊預(yù)設(shè)控制時間閾值并檢測到進行齒隙補償控制所用控制時間超過預(yù)設(shè)的控制時間閾值時，則通過控制時間檢測模塊發(fā)送停止信號到齒隙補償控制模塊，齒隙補償控制模塊根據(jù)停止信號停止對傳動系進行齒隙補償控制，則確定的齒隙狀態(tài)為嚙合狀態(tài)，進入步驟6)通過彈性補償控制模塊對傳動系進行彈性補償控制；

6)若確定的齒隙狀態(tài)為嚙合狀態(tài)，即當(dāng)傳動系的單個齒隙轉(zhuǎn)角從α過渡到-α?xí)r，則直接通過彈性補償控制模塊根據(jù)傳動系的半軸轉(zhuǎn)矩值和預(yù)設(shè)的電機回饋制動轉(zhuǎn)矩目標(biāo)值對電機的回饋制動力進行調(diào)節(jié)，完成對傳動系的彈性補償控制。

本發(fā)明由于采取以上技術(shù)方案，其具有以下優(yōu)點：1、本發(fā)明由于設(shè)置有齒隙狀態(tài)確定模塊、彈性補償控制模塊和齒隙補償控制模塊，通過齒隙狀態(tài)確定模塊確定齒隙狀態(tài)，并根據(jù)傳動系中齒輪嚙合處的齒隙狀態(tài)通過齒隙補償控制模塊或彈性補償控制模塊對傳動系進行齒隙補償控制或彈性補償控制，能夠減小由于傳動系的齒隙和彈性而引起相應(yīng)車輪處回饋制動轉(zhuǎn)矩沖擊和振蕩的風(fēng)險，有利于確?；坡士刂频臏?zhǔn)確度和實現(xiàn)防抱死制動，能改善制動控制效果和駕乘舒適性。2、本發(fā)明由于設(shè)置有控制時間檢測模塊，齒隙補償控制模塊進行齒隙補償控制的控制時間通過控制時間檢測模塊進行檢測，能夠避免由于穿過齒隙用時過長而影響電機回饋制動力的動態(tài)響應(yīng)特性，可以廣泛應(yīng)用于電動車輛技術(shù)領(lǐng)域中。

附圖說明

圖1是現(xiàn)有電動汽車中驅(qū)動和制動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是本發(fā)明彈性補償控制的原理示意圖；

圖4是本發(fā)明的流程示意圖。

具體實施方式

以下結(jié)合附圖來對本發(fā)明進行詳細的描繪。然而應(yīng)當(dāng)理解，附圖的提供僅為了更好地理解本發(fā)明，它們不應(yīng)該理解成對本發(fā)明的限制。

如圖1所示，本發(fā)明以電動汽車的驅(qū)動和制動系統(tǒng)包括傳動系1和液壓控制系統(tǒng)2，其中，傳動系1包括變速箱11、差速器12和兩半軸13，液壓控制系統(tǒng)2包括制動壓力調(diào)節(jié)模塊21和液壓制動管路22，電動汽車的電機3通過變速箱11和差速器12經(jīng)兩半軸13分別連接電動汽車的一車輪4，制動壓力調(diào)節(jié)模塊21分別通過一液壓制動管路22連接一半軸13作為具體實施例進行詳細說明，但是傳動系1和液壓控制系統(tǒng)2中的各部件及其連接不局限于此，可以根據(jù)具體情況進行相應(yīng)改變。

如圖2所示，本發(fā)明的用于電動汽車的制動控制裝置包括電機轉(zhuǎn)矩傳感器5、電機轉(zhuǎn)速傳感器6、車輪轉(zhuǎn)速傳感器7和車載制動控制系統(tǒng)8，其中，車載制動控制系統(tǒng)8包括半軸轉(zhuǎn)矩確定模塊81、齒隙狀態(tài)確定模塊82、齒隙補償控制模塊83、彈性補償控制模塊84和控制時間檢測模塊85。

電機轉(zhuǎn)矩傳感器5用于采集電機3的轉(zhuǎn)矩并發(fā)送到半軸轉(zhuǎn)矩確定模塊81。

電機轉(zhuǎn)速傳感器6用于采集電機3的轉(zhuǎn)速分別發(fā)送到半軸轉(zhuǎn)矩確定模塊81和齒隙狀態(tài)確定模塊82。

車輪轉(zhuǎn)速傳感器7用于采集車輪4的轉(zhuǎn)速分別發(fā)送到半軸轉(zhuǎn)矩確定模塊81和齒隙狀態(tài)確定模塊82。

半軸轉(zhuǎn)矩確定模塊81用于根據(jù)接收的電機3轉(zhuǎn)矩、電機3轉(zhuǎn)速和車輪4轉(zhuǎn)速計算半軸13的半軸轉(zhuǎn)矩值(經(jīng)傳動系1最終傳遞至車輪4的轉(zhuǎn)矩)并發(fā)送到齒隙狀態(tài)確定模塊82。

齒隙狀態(tài)確定模塊82用于根據(jù)接收的電機3轉(zhuǎn)速、車輪4轉(zhuǎn)速和半軸13的半軸轉(zhuǎn)矩值確定變速箱11和差速器12中齒輪嚙合處的齒隙狀態(tài)，其中，齒隙狀態(tài)包括穿越狀態(tài)和嚙合狀態(tài)，將確定的齒隙狀態(tài)發(fā)送到齒隙補償控制模塊83，同時將確定的齒隙狀態(tài)和半軸13的半軸轉(zhuǎn)矩值發(fā)送到彈性補償控制模塊84。

齒隙補償控制模塊83用于根據(jù)變速箱11和差速器12中齒輪的轉(zhuǎn)速差對齒隙狀態(tài)為穿越狀態(tài)時電機3的回饋制動力和制動壓力調(diào)節(jié)模塊21的液壓制動力進行調(diào)節(jié)，完成對傳動系1的齒隙補償控制。

彈性補償控制模塊84用于預(yù)先設(shè)定電機3的回饋制動轉(zhuǎn)矩目標(biāo)值，并根據(jù)半軸13的半軸轉(zhuǎn)矩值和預(yù)設(shè)的電機3回饋制動轉(zhuǎn)矩目標(biāo)值對齒隙狀態(tài)為嚙合狀態(tài)時電機3的回饋制動力進行調(diào)節(jié)，完成對傳動系1的彈性補償控制。

控制時間檢測模塊85用于預(yù)先設(shè)定控制時間閾值，當(dāng)檢測到進行齒隙補償控制所用的控制時間超過預(yù)設(shè)的控制時間閾值時發(fā)送停止信號到齒隙補償控制模塊83，齒隙補償控制模塊83根據(jù)停止信號停止對傳動系1的齒隙補償控制。

在一個優(yōu)選的實施例中，齒隙補償控制模塊83可以采用滑?？刂品椒▽鲃酉?進行齒隙補償控制，齒隙補償控制模塊83的輸入量為傳動系1中齒隙兩側(cè)齒輪的轉(zhuǎn)速差(即變速箱11和差速器12中齒輪的轉(zhuǎn)速差)，齒隙補償控制模塊83的輸出量為電機3和液壓控制系統(tǒng)2的制動轉(zhuǎn)矩值，通過降低變速箱11和差速器12中齒輪的齒隙重新處于嚙合狀態(tài)時的轉(zhuǎn)速差以降低沖擊，使電機3完成由驅(qū)動模式到制動模式的穿越過程。

如圖3所示，彈性補償控制模塊84可以采用pid控制方法對傳動系1進行彈性補償控制，彈性補償控制模塊84的輸入量為半軸13的半軸轉(zhuǎn)矩值和電機3的回饋制動轉(zhuǎn)矩目標(biāo)值，彈性補償控制模塊84的輸出量為電機3的轉(zhuǎn)矩補償值。通過彈性補償控制模塊84輸出轉(zhuǎn)矩補償值至電機3，電機3根據(jù)接收的轉(zhuǎn)矩補償值驅(qū)動傳動系1運動后，半軸13的半軸轉(zhuǎn)矩值又反饋至彈性補償控制模塊84，通過該閉環(huán)方式的彈性補償控制能夠減小半軸轉(zhuǎn)矩值和電機3回饋制動轉(zhuǎn)矩目標(biāo)值之間的誤差。

在一個優(yōu)選的實施例中，半軸轉(zhuǎn)矩確定模塊81可以采用卡爾曼濾波器。

如圖4所示，下面通過具體實施例詳細說明本發(fā)明用于電動汽車的制動控制方法：

1)將變速箱11和差速器12中各組齒輪之間的齒隙簡化為傳動系1的單個齒隙轉(zhuǎn)角，并將單個齒隙轉(zhuǎn)角的變化范圍定義為2α；將當(dāng)電機3處于驅(qū)動模式且傳動系1中齒隙兩側(cè)齒輪為嚙合狀態(tài)時定義為正向，單個齒隙轉(zhuǎn)角為α；將當(dāng)電機3處于制動模式且傳動系1中齒隙兩側(cè)齒輪為穿越狀態(tài)時定義為負向，單個齒隙轉(zhuǎn)角為-α：當(dāng)電機3從驅(qū)動模式切換為制動模式時需要穿越傳動系1齒隙，單個齒隙轉(zhuǎn)角從α過渡到-α；當(dāng)電機3從制動模式切換為驅(qū)動模式時需要穿過傳動系1齒隙，單個齒隙轉(zhuǎn)角從-α過渡到α。

2)在電機3由驅(qū)動模式到制動模式的穿越過程中，通過半軸轉(zhuǎn)矩確定模塊81根據(jù)電機轉(zhuǎn)矩傳感器5采集的電機3轉(zhuǎn)矩、電機轉(zhuǎn)速傳感器6采集的電機3轉(zhuǎn)速、車輪轉(zhuǎn)速傳感器7采集的車輪4轉(zhuǎn)速計算傳動系1的半軸轉(zhuǎn)矩值。

3)通過齒隙狀態(tài)確定模塊82根據(jù)電機3轉(zhuǎn)速、車輪4轉(zhuǎn)速和傳動系1的半軸轉(zhuǎn)矩值確定傳動系1中齒隙兩側(cè)齒輪的齒隙狀態(tài)，如果是穿越狀態(tài)則進入步驟3)，如果是嚙合狀態(tài)則進入步驟6)。

4)若確定的齒隙狀態(tài)為穿越狀態(tài)，即當(dāng)傳動系1的單個齒隙轉(zhuǎn)角從-α過渡到α?xí)r，則通過齒隙補償控制模塊83根據(jù)傳動系1中齒隙兩側(cè)齒輪的轉(zhuǎn)速差對電機3的回饋制動力和液壓控制系統(tǒng)2的液壓制動力進行調(diào)節(jié)，完成對傳動系1的齒隙補償控制。

5)若控制時間檢測模塊85檢測到進行齒隙補償控制所用控制時間沒有超過預(yù)設(shè)的控制時間閾值時，則進入步驟3)。

若通過控制時間檢測模塊85預(yù)設(shè)控制時間閾值并檢測到進行齒隙補償控制所用控制時間超過預(yù)設(shè)的控制時間閾值時，則通過控制時間檢測模塊85發(fā)送停止信號到齒隙補償控制模塊83，齒隙補償控制模塊83根據(jù)停止信號停止對傳動系1進行齒隙補償控制，則確定的齒隙狀態(tài)為嚙合狀態(tài)，進入步驟6)通過彈性補償控制模塊84對傳動系1進行彈性補償控制。

6)若確定的齒隙狀態(tài)為嚙合狀態(tài)，即當(dāng)傳動系1的單個齒隙轉(zhuǎn)角從α過渡到-α?xí)r，則直接通過彈性補償控制模塊84根據(jù)傳動系1的半軸轉(zhuǎn)矩值和預(yù)設(shè)的電機3回饋制動轉(zhuǎn)矩目標(biāo)值對電機3的回饋制動力進行調(diào)節(jié)，完成對傳動系1的彈性補償控制。

上述各實施例僅用于說明本發(fā)明，其中各部件的結(jié)構(gòu)、連接方式和制作工藝等都是可以有所變化的，凡是在本發(fā)明技術(shù)方案的基礎(chǔ)上進行的等同變換和改進，均不應(yīng)排除在本發(fā)明的保護范圍之外。