基于ABS硬件的HEV/EV再生制动压力协调控制系统

摘要

本发明公开了一种基于ABS硬件的HEV/EV再生制动压力协调控制系统，包括液压制动子系统、电机再生制动子系统和用于控制液压制动子系统和电机再生制动子系统的控制系统，所述液压制动子系统包括真空助力系统、制动主缸、储油罐、行程模拟器、前轮ABS调压系统、前轮制动轮缸、后轮ABS调压系统和后轮制动轮缸，制动主缸的工作腔Ⅰ与行程模拟器连通；本发明基于ABS硬件的HEV/EV再生制动压力协调控制系统，能根据具体情况灵活选择纯电机制动、电液复合制动、纯液压制动和防抱死制动等工作模式，并能提供准确的制动力；同时在踩踏制动踏板时，其行程模拟器可产生良好的阻滞制动感觉；在加压过程中，其溢流阀和电磁换向阀可保护回油泵Ⅰ驱动电机，使系统可靠稳定工作。

说明书

技术领域

本发明涉及混合动力轿车、纯电动轿车和燃料电池轿车的综合制动系统，特别涉及一种基于ABS硬件的再生制动压力协调控制系统。

背景技术

[0002] 随着全球能源危机和环境污染，混合动力汽车（HEV）、纯电动汽车(EV)和燃料电池电动汽车是汽车工业发展的一个方向，再生制动是上述车型的一大优点，也是其关键技术之一。国内外学者对再生制动已进行了大量的研究，提出了多种再生制动与液压制动匹配控制的策略和方法。不管是哪一种匹配形式,在实现上均要以液压制动力的灵活控制为基础,如果仅仅采用传统的液压制动系统，液压制动力与驾驶员的踏板力输入为一固定的函数关系，则无法实现再生制动力与液压制动力的分配控制方案。在传统车辆中作为主动安全部件的液压防抱死制动系统（ABS）越来越多的配置在国产车上；在发达国家，ABS已经成为一种标准配置。ABS的核心部件为高速开关阀，高速开关阀与脉宽调制（PWM）控制相结合后，可以通过控制一定频率的脉冲宽度来实现对液压制动力的连续控制。所以可以通过ABS液压调节机构实现再生制动过程中的压力协调控制，这样既能简化再生制动系统，又可以降低再生制动系统的成本。

因此对传统的带有ABS的液压制动系统进行改造，实现灵活的液压制动力控制,对提高混合动力汽车的制动能量的回收率和改善混合动力汽车制动性能是很有必要的。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种基于ABS硬件的HEV或EV再生制动压力协调控制系统，其具有纯电机制动、电液复合制动、纯液压制动和防抱死制动等多种工作模式，并能灵活的控制液压制动力,协调分配电机制动力和液压制动力，能明显提高混合动力汽车的制动能量的回收率和改善混合动力汽车制动性能。

本发明基于ABS硬件的HEV/EV再生制动压力协调控制系统，包括液压制动子系统、电机再生制动子系统和用于控制液压制动子系统和电机再生制动子系统的控制系统，

所述液压制动子系统包括真空助力系统、制动主缸、储油罐、行程模拟器、前轮ABS调压系统、前轮制动轮缸、后轮ABS调压系统和后轮制动轮缸，真空助力系统的动力输入端同汽车制动踏板相连，真空助力系统的动力输出端同制动主缸的动力输入端相连，制动主缸包括工作腔Ⅰ和工作腔Ⅱ，储油罐与工作腔Ⅰ和工作腔Ⅱ连通；

制动主缸的工作腔Ⅰ与行程模拟器连通；

前轮ABS调压系统包括高速开关阀组Ⅰ、低压蓄能器Ⅰ、回油泵Ⅰ和回油泵Ⅰ驱动电机，

所述高速开关阀组Ⅰ包括常开高速开关阀Ⅰ和常闭高速开关阀Ⅰ，储油罐通过连有单向阀Ⅰ的油管Ⅰ分别与常闭高速开关阀Ⅰ和低压蓄能器Ⅰ的进口连通，低压蓄能器Ⅰ的出口同回油泵Ⅰ的进口连通，回油泵Ⅰ的出口同常开高速开关阀Ⅰ的进口连通，回油泵Ⅰ的出口还通过溢流阀与储油罐连通，常开高速开关阀Ⅰ的出口分别同常闭高速开关阀Ⅰ和前制动轮缸进口连通；

或者所述高速开关阀组Ⅰ包括常闭高速开关阀Ⅰ和常闭高速开关阀Ⅲ，储油罐通过连有单向阀Ⅰ的油管Ⅰ分别与常闭高速开关阀Ⅰ和低压蓄能器Ⅰ的进口连通，低压蓄能器Ⅰ的出口同回油泵Ⅰ的进口连通，回油泵Ⅰ的出口同常闭高速开关阀Ⅲ的进口连通，回油泵Ⅰ的出口还通过溢流阀与储油罐连通，常闭高速开关阀Ⅲ的出口分别同常闭高速开关阀Ⅰ和前制动轮缸进口连通；

后轮ABS调压系统包括高速开关阀组Ⅱ、低压蓄能器Ⅱ、回油泵Ⅱ和回油泵Ⅱ驱动电机，所述高速开关阀组Ⅱ包括常开高速开关阀Ⅱ和常闭高速开关阀Ⅱ，制动主缸的工作腔Ⅱ与常开高速开关阀Ⅱ的进口连通，常开高速开关阀Ⅱ的出口别同常闭高速开关阀Ⅱ和后制动轮缸进口连通，常闭高速开关阀Ⅱ的出口同低压蓄能器进口连通，低压蓄能器出口同回油泵Ⅱ进口连通，回油泵Ⅱ出口同制动主缸的工作腔Ⅱ连通；

所述电机制动子系统包括再生制动电机和与再生制动电机电连接的蓄电电池组；

所述控制系统包括上层控制器、下层控制器、用于检测踏板位移的位移传感器、用于检测前制动轮缸油液压力的压力传感器Ⅰ、用于检测后制动轮缸油液压力的压力传感器Ⅱ、用于检测前车轮转速的转速传感器Ⅰ和用于检测后车轮转速的转速传感器Ⅱ，位移传感器的信号输出端同上层控制器的信号输入端连接、上层控制器的信号输出端分别同再生制动电机和下层控制器的信号输入端连接，压力传感器Ⅰ、压力传感器Ⅱ、转速传感器Ⅰ和转速传感器Ⅱ的信号输出端分别同下层控制器的信号输入端连接，下层控制器的信号输出端分别同回油泵Ⅰ驱动电机、回油泵Ⅱ驱动电机、高速开关阀组Ⅰ和高速开关阀组Ⅱ的信号输入端连接。

进一步，所述高速开关阀组Ⅰ包括常开高速开关阀Ⅰ和常闭高速开关阀Ⅰ，所述回油泵Ⅰ和回油泵Ⅱ的出口通过电磁换向阀连通；

或者进一步，所述高速开关阀组Ⅰ包括常闭高速开关阀Ⅰ和常闭高速开关阀Ⅲ，连接回油泵Ⅰ和溢流阀的油管上设置有高压蓄能器和压力继电器Ⅰ，压力继电器Ⅰ用于接通或断开回油泵Ⅰ驱动电机的工作电路；

进一步，所述行程模拟器包括管状缸体、以可拆卸的方式密封设置在管状缸体两端的前端盖和后端盖、设置在管状缸体中的活塞、设置在管状缸体中两端分别与前端盖和活塞相接触的用于模拟制动轮缸回位弹簧的模拟弹簧Ⅰ、设在管状缸体中用于模拟制动系统刚度的模拟弹簧Ⅱ，所述后端盖设置有进油阻尼孔，管状缸体上还设置有将渗入弹簧一侧的油液排出的排油孔，进油阻尼孔与制动主缸的工作腔Ⅰ连通，排油孔通过连有单向阀Ⅱ的油管Ⅱ与储油罐连通；

进一步，模拟弹簧Ⅱ靠近活塞的一端设置有压环，所述压环与管状缸体滑动配合；

进一步，所述真空助力系统包括真空助力器、与真空助力器低压腔相连的储气罐、与储气罐相连的真空泵、用于驱动真空泵的直流电机和设置在连通储气罐与真空泵管路上的压力继电器Ⅱ，所述压力继电器Ⅱ用于接通或断开直流电机的工作电路，真空助力器的动力输入端同汽车制动踏板相连，真空助力器的动力输出端同制动主缸的动力输入端相连。

本发明的有益效果：本发明基于ABS硬件的HEV/EV再生制动压力协调控制系统，能根据具体情况灵活选择纯电机制动、电液复合制动、纯液压制动和防抱死制动等工作模式，并能提供准确的制动力；同时在踩踏制动踏板时，其行程模拟器可产生良好的阻滞制动感觉，并采集到准确的制动强度信号；在加压过程中，其溢流阀可保护回油泵Ⅰ驱动电机，使系统可靠稳定工作。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述。

图1为本发明基于ABS硬件的HEV/EV再生制动压力协调控制系统的一种实施方式结构示意图；

图2为基于ABS硬件的HEV/EV再生制动压力协调控制系统的另一种实施方式结构示意图；

图3为行程模拟器结构示意图。

具体实施方式

图1为本发明基于ABS硬件的HEV/EV再生制动压力协调控制系统的一种实施方式结构示意图；图2为基于ABS硬件的HEV/EV再生制动压力协调控制系统的另一种实施方式结构示意图；图3为行程模拟器结构示意图。

实施例一，如图1所示，本实施例基于ABS硬件的HEV/EV再生制动压力协调控制系统，包括液压制动子系统、电机再生制动子系统和用于控制液压制动子系统和电机再生制动子系统的控制系统，

所述液压制动子系统包括真空助力系统、制动主缸1、储油罐2、行程模拟器3、前轮ABS调压系统、前轮制动轮缸4、后轮ABS调压系统和后轮制动轮缸5，真空助力系统的动力输入端同汽车制动踏板6相连，真空助力系统的动力输出端同制动主缸1的动力输入端相连，制动主缸1包括工作腔Ⅰ和工作腔Ⅱ，储油罐2与工作腔Ⅰ和工作腔Ⅱ连通；

制动主缸1的工作腔Ⅰ与行程模拟器3连通；

前轮ABS调压系统包括高速开关阀组Ⅰ、低压蓄能器Ⅰ9、回油泵Ⅰ10和回油泵Ⅰ驱动电机11，所述高速开关阀组Ⅰ包括常开高速开关阀Ⅰ7和常闭高速开关阀Ⅰ8，储油罐2通过连有单向阀Ⅰ12的油管Ⅰ分别与常闭高速开关阀Ⅰ8和低压蓄能器Ⅰ9的进口连通，低压蓄能器Ⅰ9的出口同回油泵Ⅰ10的进口连通，回油泵Ⅰ10的出口同常开高速开关阀Ⅰ7的进口连通，回油泵Ⅰ10的出口还通过溢流阀13与储油罐2连通，常开高速开关阀Ⅰ7的出口分别同常闭高速开关阀Ⅰ8和前制动轮缸4进口连通；

后轮ABS调压系统包括由常开高速开关阀Ⅱ14和常闭高速开关阀Ⅱ15组成的高速开关阀组Ⅱ、低压蓄能器Ⅱ16、回油泵Ⅱ17和回油泵Ⅱ驱动电机18，制动主缸1的工作腔Ⅱ与常开高速开关阀Ⅱ14的进口连通，常开高速开关阀Ⅱ14的出口别同常闭高速开关阀Ⅱ15和后制动轮缸5进口连通，常闭高速开关阀Ⅱ14的出口同低压蓄能器16进口连通，低压蓄能器16出口同回油泵Ⅱ17进口连通，回油泵Ⅱ17出口同制动主缸1的工作腔Ⅱ连通；

本实施中回油泵Ⅰ驱动电机11和回油泵Ⅱ驱动电机18为同一电机，当然在具体实施中也可为两个电机；

所述电机制动子系统包括再生制动电机19和与再生制动电机19电连接的蓄电电池组20；

所述控制系统包括上层控制器21、下层控制器22、用于检测踏板位移的位移传感器23、用于检测前制动轮缸油液压力的压力传感器Ⅰ24、用于检测后制动轮缸油液压力的压力传感器Ⅱ25、用于检测前车轮转速的转速传感器Ⅰ26和用于检测后车轮转速的转速传感器Ⅱ27，位移传感器23的信号输出端同上层控制器21的信号输入端连接、上层控制器21的信号输出端分别同再生制动电机19和下层控制器22的信号输入端连接，压力传感器Ⅰ24、压力传感器Ⅱ25、转速传感器Ⅰ26和转速传感器Ⅱ27的信号输出端分别同下层控制器22的信号输入端连接，下层控制器22的信号输出端分别同回油泵Ⅰ驱动电机11、回油泵Ⅱ驱动电机18、常开高速开关阀Ⅰ7、常闭高速开关阀Ⅰ8、常开高速开关阀Ⅱ14和常闭高速开关阀Ⅱ15的信号输入端连接。本发明基于ABS硬件的HEV/EV再生制动压力协调控制系统，能根据具体情况灵活选择纯电机制动、电液复合制动、纯液压制动和防抱死制动等工作模式，并能提供准确的制动力。

本实施例中，所述行程模拟器包括管状缸体28、以可拆卸的方式密封设置在管状缸体两端的前端盖29和后端盖30、设置在管状缸体28中的活塞31、设置在管状缸体28中两端分别与前端盖29和活塞31相接触的用于模拟制动轮缸回位弹簧的模拟弹簧Ⅰ32、设在管状缸体中用于模拟制动系统刚度的模拟弹簧Ⅱ33，所述后端盖30设置有进油阻尼孔30a，管状缸体上还设置有将渗入弹簧一侧的油液排出的排油孔28a，进油阻尼孔30a与制动主缸1的工作腔Ⅰ连通，排油孔28a通过连有单向阀Ⅱ33的油管Ⅱ与储油罐2连通。行程模拟器可产生良好的阻滞制动感觉，并采集到准确的制动强度信号。

本实施例中，模拟弹簧Ⅱ32靠近活塞的一端设置有压环34，所述压环34与管状缸体28滑动配合。压环34可使活塞所受推力更与活塞轴平行，可减小活塞与管状缸体壁间的摩擦力，减少磨损。

本实施例中，所述真空助力系统包括真空助力器35、与真空助力器35低压腔相连的储气罐36、与储气罐36相连的真空泵37、用于驱动真空泵37的直流电机38和设置在连通储气罐与真空泵管路上的压力继电器Ⅱ39，所述压力继电器Ⅱ39用于接通或断开直流电机38的工作电路，真空助力器35的动力输入端同汽车制动踏板6相连，真空助力器35的动力输出端同制动主缸1的动力输出端相连。

作为对本实施例的改进，所述回油泵Ⅰ10和回油泵Ⅱ17的出口通过电磁换向阀40连通。当前轮制动系统出现故障时，接通电磁换向阀40，前制动轮缸的压力油由制动主缸提供，本结构可提高本发明系统的制动可靠性。

实施例二：如图2所示，本实施例与实施例一的区别在于：一、所述高速开关阀组Ⅰ包括常闭高速开关阀Ⅰ8和常闭高速开关阀Ⅲ43，储油罐2通过连有单向阀Ⅰ12的油管Ⅰ分别与常闭高速开关阀Ⅰ8和低压蓄能器Ⅰ9的进口连通，低压蓄能器Ⅰ9的出口同回油泵Ⅰ10的进口连通，回油泵Ⅰ10的出口同常闭高速开关阀Ⅲ43的进口连通，回油泵Ⅰ10的出口还通过溢流阀13与储油罐2连通，常闭高速开关阀Ⅲ43的出口分别同常闭高速开关阀Ⅰ8和前制动轮缸4进口连通。二、连接回油泵Ⅰ10和溢流阀13的油管上设置有高压蓄能器41和压力继电器Ⅰ42，压力继电器Ⅰ42用于接通或断开回油泵Ⅰ驱动电机11的工作电路。三、取消了连接回油泵Ⅰ10和回油泵Ⅱ17的出口的电磁换向阀40。出上述三处区别，其余结构与实施例一相同。本实施例的有点在于，回油泵Ⅰ驱动电机11先将制动压力能储存在高压蓄能器41中，在制动过程中，前制动轮缸4压力油由高压蓄能器41提供，从而可避免回油泵Ⅰ驱动电机11长时间工作，有利于延长回油泵Ⅰ驱动电机11的寿命。

下面结合实施例的第一种改进方案对本发明工作模式进行简要分析：

Ⅰ.纯电机制动模式

假设车辆为前轮驱动，当驾驶员踩下制动踏板6时，由位移传感器23测得踏板位移的变化并将该信号传入上层控制器21，上层控制器21根据踏板位移信号及其变化率、电池SOC值、再生制动电机19和车轮的运动状态等计算出总制动力、电机制动力和液压制动力的大小；当电机制动力等于总制动力和系统允许再生制动时，系统进入纯电机制动模式，下层控制器22控制回油泵Ⅰ驱动电机11和回油泵Ⅱ驱动电机18不工作，同时给高速开关阀组Ⅰ和高速开关阀组Ⅱ一个占空比为1的信号，关闭了制动系统的进油路，使制动系统中液压制动力为零；制动主缸中的油液只进入行程模拟器3，行程模拟器进入其模拟工作方式；同时上层控制器21控制再生制动电机19进入发电模式，使其转矩的等效制动力等于目标制动力来实现车辆制动，并将所发的电能储存在蓄电电池组20中。

Ⅱ.电液复合制动模式

当驾驶员踩下制动踏板6时，由位移传感器23测得踏板位移的变化并将该信号传入上层控制器21，上层控制器21根据踏板位移信号及其变化率、电池SOC值、再生制动电机19和车轮的运动状态等计算出总制动力、电机制动力和液压制动力的大小；当电机制动力小于总制动力和系统允许再生制动时，系统进入电液复合制动模式：上层控制器21控制再生制动电机19进入发电模式，使其转矩的等效制动力等于目标制动力来实现车辆制动，并将所发的电能储存在蓄电电池组20中，前轮液压制动力为前轮总制动力减去电机所能提供的制动力；制动轮缸压力大小的具体控制方式为：下层控制器22控制回油泵Ⅰ驱动电机11进行工作，回油泵Ⅰ驱动电机11带动回油泵Ⅰ10将储液罐2的油液经过单向阀Ⅰ12泵入前轮制动轮缸4，多余的油液由溢流阀9溢流回储液罐2，每个前轮制动轮缸4压力的大小采用对应的高速开关阀分别控制制动轮缸中的进油流量和出油流量，从而控制制动轮缸的压力，以前右制动轮缸为例，当对应的这组常开高速开关阀和常闭高速开关阀均不通电时，制动轮缸处于增压状态；当常开高速开关阀通电、常闭高速开关阀不通电时，轮缸处于保压状态；当这组常开高速开关阀和常闭高速开关阀均通电、在制动轮缸回位弹簧力的作用下，液压油流出制动轮缸进入低压蓄能器Ⅰ9，最终由回油泵Ⅰ10将其泵入储液罐2，系统处于降压状态；通过压力传感器Ⅰ24测得制动轮缸的实时压力，并将该信号反馈给下层控制器22，下层控制器22根据反馈值与上层控制器21给出的目标值所形成的误差信号计算出相应高速开关阀的占空比，最终实现对前轮目标制动压力的追踪；后轮液压动力源来自制动主缸13，其制动液压力的大小控制方式为：由通过压力传感器Ⅱ25测得制动轮缸的实时压力，并将该信号反馈给下层控制器22，下层控制器22根据反馈值与上层控制器21给出的目标值所形成的误差信号计算出相应高速开关阀的占空比，最终实现对后轮目标制动压力的追踪；行程模拟器3依旧进入行程模拟工作模式。

三、纯液压制动模式

当驾驶员踩下制动踏板6时，由位移传感器23测得踏板位移的变化并将该信号传入上层控制器21，上层控制器21根据踏板位移信号及其变化率、电池SOC值、再生制动电机19和车轮的运动状态等计算出总制动力、电机制动力和液压制动力的大小；当电机制动力为零或系统不允许再生制动时，系统进入纯液压制动模式：上层控制器21控制再生制动电机19不工作并给出前后轮液压制动力的目标值，其具体控制方式与电液复合制动模式中液压制动力控制方式相同。

四、防抱死制动模式

前轮增压过程：ABS所有常闭型高速开关阀给占空比为0的信号，下层控制器22控制回油泵Ⅰ驱动电机11进行工作，回油泵Ⅰ驱动电机11带动回油泵Ⅰ10将储液罐2的油液经过单向阀Ⅰ12泵入前轮制动系统的入口，制动主缸压力上升的速度和大小由常开高速开关阀Ⅰ7和常闭高速开关阀Ⅰ8通过占空比控制来实现，多余的油液由溢流阀9溢流回储液罐2；前轮保压过程：给常开高速开关阀Ⅰ7和常闭高速开关阀Ⅰ8占空比为1的信号，进油路切断，回油泵Ⅰ驱动电机11不进行工作，系统处于保压状态；前轮减压过程：常开高速开关阀Ⅰ7和常闭高速开关阀Ⅰ8占空比为1，制动主缸压力下降的速度和大小由常开高速开关阀Ⅰ7和常闭高速开关阀Ⅰ8通过占空比控制来实现，前轮制动轮缸4液压油进入低压蓄能器Ⅰ9，系统处于减压状态，行程模拟器在此过程处于工作状态，这样制动踏板的颤抖程度减小，制动感觉良好；后轮的增压、保压、减压过程与前轮相似，只是液压动力源为制动主缸13。

五、前轮制动系统故障时的制动模式

汽车在制动的过程中，前轮制动的贡献率达到70%左右，所以当前轮制动系统出现故障时，汽车的制动安全性极低；本发明针对上述问题，引进了前轮故障备份制动能力，当前轮制动系统出现故障时，换向阀40通电，使前轮制动系统与后轮制动系统接通，这样制动主缸18的高压油液进入前轮制动系统，前轮制动系统可以进行正常制动，从而提高了制动系统的安全性。

六、直流电机保护制动模式

由于回油泵Ⅰ驱动电机11不能长时间工作，当制动工况时间大于该电机安全工作时间的上限时，为了保护电机，提高制动系统的安全性，下层控制器22关闭回油泵Ⅰ驱动电机11的同时给换向阀40上电，使制动主缸13中的高压油液进入前轮制动系统实现前轮的安全制动。

图2所示的基于ABS硬件的HEV/EV再生制动压力协调控制系统与图1所示基于ABS硬件的HEV/EV再生制动压力协调控制系统相比，减少了前轮制动系统故障时的制动模式，其中前轮制动系统辅助动力单元为高压蓄能器41，回油泵Ⅰ驱动电机11的间歇性工作由压力继电器Ⅰ42控制，它所具有的工作模式可以参照图1的分析方法，进行类似的工作模式分析。

   最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。