專利名稱：混合動(dòng)力客車氣壓與再生制動(dòng)協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于混合動(dòng)力電動(dòng)汽車技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一套氣壓與再生制動(dòng)協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
經(jīng)檢索，有以下八個(gè)專利申請(qǐng)與本發(fā)明相關(guān)。
其一為日產(chǎn)自動(dòng)車株式會(huì)社的"車輛制動(dòng)控制系統(tǒng)"，專利申請(qǐng)?zhí)枮?00320128501 。 該專利涉及的制動(dòng)控制系統(tǒng)主要有一個(gè)制動(dòng)方式選擇部分。不同的制動(dòng)方式有不同的控制 方法優(yōu)先級(jí)。
其二為中國(guó)第一汽車集團(tuán)公司的"提高混合動(dòng)力汽車制動(dòng)能量回收的控制方法"，申請(qǐng) 號(hào)為200510016977。該專利僅僅通過整車控制器在加速踏板處于關(guān)閉時(shí)控制離合器斷開發(fā) 動(dòng)機(jī)與傳動(dòng)系的聯(lián)結(jié)，同時(shí)指令電機(jī)進(jìn)行再生制動(dòng)。
其三為中國(guó)第一汽車集團(tuán)公司的"混合動(dòng)力汽車下坡時(shí)制動(dòng)能量回收的控制方法"，申 請(qǐng)?zhí)枮?00510016980。該專利主要根據(jù)車速和加速度2個(gè)參數(shù)確定電機(jī)的再生制動(dòng)力矩， 保持車速穩(wěn)定為目的。也沒有涉及到制動(dòng)能量回收和再生制動(dòng)的協(xié)調(diào)控制。
其四為吉林大學(xué)的"混合動(dòng)力商用汽車的氣壓制動(dòng)防抱死控制系統(tǒng)"，申請(qǐng)?zhí)枮?200610017245。該專利為氣壓防抱死控制，其制動(dòng)力的分配和再生制動(dòng)與防抱死的協(xié)調(diào)控 制方法與本發(fā)明也完全不同。
其五為清華大學(xué)的"混合動(dòng)力車串聯(lián)式制動(dòng)系統(tǒng)"，申請(qǐng)?zhí)枮?00510001757。該專利 也沒有將再生制動(dòng)和氣壓防抱死控制統(tǒng)一起來。
其六為韓國(guó)現(xiàn)代自動(dòng)車株式會(huì)社的"用于混合動(dòng)力汽車的制動(dòng)系統(tǒng)及其控制方法"，申 請(qǐng)?zhí)枮?00710139814。該專利通過計(jì)算最大再生制動(dòng)力矩來調(diào)節(jié)液壓制動(dòng)力矩，以滿足目 標(biāo)主動(dòng)轉(zhuǎn)矩，所適用的對(duì)象為混合動(dòng)力轎車，且未涉及與防抱死系統(tǒng)的協(xié)調(diào)控制。
其七為美國(guó)環(huán)球技術(shù)公司的"在混合動(dòng)力電動(dòng)車輛中延長(zhǎng)再生制動(dòng)的系統(tǒng)和方法"，申 請(qǐng)?zhí)枮?00810124959。該專利通過調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩輸出，來滿足車輛的制動(dòng)和能量的回 收，電池電量超過閾值時(shí)，通過調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)的工作效率來消耗回收的電能和電池的電能。
其八為吉林大學(xué)的"混合動(dòng)力轎車再生制動(dòng)與防抱死集成控制系統(tǒng)"，申請(qǐng)?zhí)枮?200710055687。該專利的適用對(duì)混合動(dòng)力轎車，所涉及的為液壓制動(dòng)控制系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于解決目前混合動(dòng)力客車的制動(dòng)能量回收和氣壓制動(dòng)的協(xié)調(diào)控制，實(shí) 現(xiàn)再生制動(dòng)過程的平順安全，提出一種混合動(dòng)力客車的氣壓與再生制動(dòng)協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)，使之具有如下優(yōu)點(diǎn)在結(jié)構(gòu)上充分利用現(xiàn)有的普通氣壓制動(dòng)系統(tǒng)和再生制動(dòng)系統(tǒng)的部件資源， 通過協(xié)調(diào)再生制動(dòng)控制和氣壓制動(dòng)控制，保證最大限度地回收制動(dòng)能量，補(bǔ)償電機(jī)在實(shí)際 控制中出現(xiàn)的誤差，提高整車的經(jīng)濟(jì)性，能防止車輪抱死，提高了整車的主動(dòng)安全性。 本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)上述目的，結(jié)合


如下
一種混合動(dòng)力客車的氣壓與再生制動(dòng)協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)，包括一個(gè)再生制動(dòng)子系統(tǒng)和一個(gè) 氣壓制動(dòng)子系統(tǒng)，所述的再生制動(dòng)子系統(tǒng)利用再生制動(dòng)力進(jìn)行汽車制動(dòng)，所述的氣壓制動(dòng) 子系統(tǒng)利用氣壓制動(dòng)力進(jìn)行汽車制動(dòng)，再生制動(dòng)子系統(tǒng)和氣壓制動(dòng)子系統(tǒng)通過氣壓與再生 制動(dòng)協(xié)調(diào)控制單元33設(shè)定前后制動(dòng)力的分配并設(shè)定所需的目標(biāo)再生制動(dòng)力矩，在當(dāng)前電機(jī) 轉(zhuǎn)速下，對(duì)電機(jī)所能提供的最大制動(dòng)扭矩能夠滿足后軸所需制動(dòng)扭矩時(shí)，后軸制動(dòng)扭矩全 部由電機(jī)提供，如果電機(jī)提供制動(dòng)扭矩不能滿足后軸所需的制動(dòng)扭矩時(shí)，對(duì)電機(jī)制動(dòng)扭矩 和氣壓制動(dòng)扭矩進(jìn)行動(dòng)態(tài)協(xié)調(diào)控制。
所述的氣壓與再生制動(dòng)協(xié)調(diào)控制單元33與整車控制器36通過CAN總線35通訊，獲取 電機(jī)、電池的狀態(tài)信號(hào)，發(fā)出再生制動(dòng)控制指令，并直接向制動(dòng)氣壓壓力調(diào)節(jié)裝置發(fā)出氣 壓調(diào)節(jié)指令；
所述的氣壓與再生制動(dòng)協(xié)調(diào)控制單元33直接通過裝在前、后鼓式制動(dòng)器上的輪速傳感 器獲取車輪輪速信號(hào)；通過裝在制動(dòng)踏板17處的制動(dòng)踏板位移傳感器18獲取制動(dòng)踏板位 移信號(hào)；通過裝在前、后制動(dòng)管路上的前、后制動(dòng)管路壓力傳感器獲得前后軸的制動(dòng)壓力 信號(hào)；通過分別串聯(lián)在前后制動(dòng)管路中的兩個(gè)常開電磁閥調(diào)解前后軸的制動(dòng)力分配。
所述的氣壓與再生制動(dòng)協(xié)調(diào)控制單元33根據(jù)前后制動(dòng)力分配系數(shù)計(jì)算出前后軸所需 的制動(dòng)扭矩，在電機(jī)輸出扭矩穩(wěn)定之前，電機(jī)輸出扭矩與后軸需求扭矩之間的差值由氣壓 制動(dòng)扭矩來補(bǔ)償。如果需求的電機(jī)目標(biāo)轉(zhuǎn)矩大于等于電機(jī)實(shí)際的輸出轉(zhuǎn)矩則增加氣壓制動(dòng) 力，如果需求的電機(jī)目標(biāo)轉(zhuǎn)矩小于電機(jī)實(shí)際的輸出轉(zhuǎn)矩，減小氣壓制動(dòng)力。
電機(jī)輸出扭矩穩(wěn)定之后，所述的氣壓與再生制動(dòng)協(xié)調(diào)控制單元33根據(jù)電機(jī)當(dāng)前的電流 和電壓計(jì)算出電機(jī)穩(wěn)定狀態(tài)下的實(shí)際輸出扭矩，實(shí)際輸出扭矩與電機(jī)目標(biāo)輸出扭矩進(jìn)行對(duì)
比，電機(jī)的穩(wěn)態(tài)誤差由氣壓制動(dòng)扭矩來補(bǔ)償。
如果需求的電機(jī)目標(biāo)轉(zhuǎn)矩大于等于電機(jī)實(shí)際的輸出轉(zhuǎn)矩則增加氣壓制動(dòng)力，如果需求 的電機(jī)目標(biāo)轉(zhuǎn)矩小于電機(jī)實(shí)際的輸出轉(zhuǎn)矩，減小氣壓制動(dòng)力。
該協(xié)調(diào)系統(tǒng)可以根據(jù)駕駛員的需求和制動(dòng)強(qiáng)度來調(diào)整前后軸制動(dòng)力的分配。
本發(fā)明不局限于說明書中所列的具體的混合動(dòng)力汽車結(jié)構(gòu)類型和具體的氣壓控制邏輯 和具體的再生制動(dòng)控制邏輯；本發(fā)明包括適用于任何汽車結(jié)構(gòu)類型的與本發(fā)明思想等價(jià)的 控制邏輯變體。此外，在應(yīng)用于各種汽車結(jié)構(gòu)類型的各種再生制動(dòng)和氣壓控制邏輯中，只 要包含某個(gè)本發(fā)明中所列的元素也屬于本發(fā)明的范圍。本發(fā)明涉及的再生制動(dòng)控制子系統(tǒng)和氣壓制動(dòng)控制子系統(tǒng)，兩控制子系統(tǒng)既相互獨(dú)立 又相互統(tǒng)一。相互獨(dú)立是指氣壓制動(dòng)控制子系統(tǒng)根據(jù)車輪的制動(dòng)狀態(tài)對(duì)氣壓壓力進(jìn)行控制， 不受再生制動(dòng)控制子系統(tǒng)工作狀態(tài)的限制，同理，再生制動(dòng)控制子系統(tǒng)也根據(jù)車輪的制動(dòng) 狀態(tài)對(duì)后軸的再生制動(dòng)力矩進(jìn)行控制，不受氣壓控制子系統(tǒng)工作狀態(tài)的限制。兩制動(dòng)控制 子系統(tǒng)相互統(tǒng)一是指兩控制子系統(tǒng)在作用效果上是協(xié)調(diào)統(tǒng)一的，能夠?qū)崿F(xiàn)能量回收和氣壓 制動(dòng)防抱死的協(xié)調(diào)統(tǒng)一。本發(fā)明主要解決了在保證汽車制動(dòng)安全性和平順性基礎(chǔ)上最大限 度的發(fā)揮電機(jī)的再生制動(dòng)功能，提高整車的能量利用率和經(jīng)濟(jì)性。
本發(fā)明的技術(shù)效果是與現(xiàn)有的混合動(dòng)力制動(dòng)技術(shù)相比，在結(jié)構(gòu)上充分利用現(xiàn)有的普 通氣壓制動(dòng)系統(tǒng)和再生制動(dòng)系統(tǒng)的部件資源，通過動(dòng)態(tài)調(diào)整氣壓制動(dòng)扭矩補(bǔ)償了電機(jī)輸出 扭矩的誤差。通過協(xié)調(diào)再生制動(dòng)控制和氣壓制動(dòng)控制，保證最大限度地回收制動(dòng)能量，提 高了整車的經(jīng)濟(jì)性，又能防止車輪抱死，提高了整車的主動(dòng)安全性。

圖1為混合動(dòng)力客車氣壓與再生制動(dòng)協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖2為混合動(dòng)力客車防制動(dòng)抱死系統(tǒng)管路布置圖3為混合動(dòng)力客車氣壓與再生制動(dòng)協(xié)調(diào)控制策略流程圖4為再生制動(dòng)與氣壓制動(dòng)動(dòng)態(tài)協(xié)調(diào)控制流程圖5為電機(jī)再生制動(dòng)目標(biāo)扭矩與后軸需求制動(dòng)扭矩之間的關(guān)系示意圖； 圖6為電機(jī)實(shí)際輸出轉(zhuǎn)矩與電機(jī)再生制動(dòng)目標(biāo)轉(zhuǎn)矩之間的關(guān)系示意圖； 圖7為混合動(dòng)力客車前后軸制動(dòng)力分配系數(shù)動(dòng)態(tài)調(diào)整示意圖； 圖8為混合動(dòng)力客車制動(dòng)力分配系數(shù)的上下限值。
圖中1為右后輪鼓式制動(dòng)器，2為右后輪速傳感器，3為右后制動(dòng)氣壓調(diào)節(jié)裝置，4
為AMT變速箱控制單元TCU， 5為主減速器，6為左后輪速傳感器，7為左后制動(dòng)氣壓調(diào) 節(jié)裝置，8為左后鼓式制動(dòng)器，9為AMT變速箱，IO為電機(jī)，11為電機(jī)控制單元MCU， 12為電池組，13為電池能量控制單元BCU， 14為發(fā)動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)ECU, 15為發(fā)動(dòng)機(jī)，16 為氣壓制動(dòng)動(dòng)力源，17為制動(dòng)踏板(制動(dòng)閥)，18為制動(dòng)踏板位移傳感器，19為左前鼓式 制動(dòng)器，20為左前輪速傳感器，21為左前制動(dòng)氣壓調(diào)節(jié)裝置，22為前制動(dòng)管路，23為三 通，24前制動(dòng)管路常開電磁閥，25為后制動(dòng)管路常開電磁閥，26為前制動(dòng)管路壓力傳感 器，27為右前制動(dòng)氣壓調(diào)節(jié)裝置，28為右前輪速傳感器，29為右前鼓式制動(dòng)器，30為信 號(hào)線，31為再生制動(dòng)控制單元，32為氣壓制動(dòng)防抱死控制單元，33為氣壓與再生制動(dòng)協(xié) 調(diào)控制單元，34為后制動(dòng)管路壓力傳感器，35為CAN總線，36為整車控制器，37為后制 動(dòng)管路，38為右后制動(dòng)氣室，39為快放閥，40為左后制動(dòng)氣室，41為繼動(dòng)閥，42為氣泵，43為卸載閥，44為手動(dòng)閥，45為濕儲(chǔ)氣筒，46為四回路保護(hù)闊，47為儲(chǔ)氣筒，48為左前 制動(dòng)氣室，49為右前制動(dòng)氣室。
具體實(shí)施例方式
以下對(duì)優(yōu)選實(shí)施方式的說明僅僅是示范性的，它決不用于限制本發(fā)明及其使用或應(yīng)用。 一種用于后輪驅(qū)動(dòng)的混合動(dòng)力客車的氣壓與再生制動(dòng)協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)，它由以下部分組
成
一個(gè)再生制動(dòng)子系統(tǒng)，該部分利用再生制動(dòng)力進(jìn)行汽車制動(dòng)； 一個(gè)氣壓制動(dòng)子系統(tǒng)，該部分利用氣壓制動(dòng)力進(jìn)行汽車制動(dòng)；
一個(gè)對(duì)作用于車輪上的再生制動(dòng)力矩和氣壓制動(dòng)力進(jìn)行控制的氣壓與再生制動(dòng)協(xié)調(diào)控 制器；
其中協(xié)調(diào)控制器設(shè)定前后制動(dòng)力的分配并設(shè)定所需的目標(biāo)再生制動(dòng)力矩，當(dāng)前電機(jī)轉(zhuǎn) 速下，對(duì)電機(jī)所能提供的最大制動(dòng)扭矩能夠滿足后軸所需制動(dòng)扭矩時(shí)，后軸制動(dòng)扭矩全部 由電機(jī)提供，如果電機(jī)提供的制動(dòng)扭矩不能滿足后軸所需的制動(dòng)扭矩時(shí)，對(duì)電機(jī)制動(dòng)扭矩 和氣壓制動(dòng)扭矩進(jìn)行動(dòng)態(tài)協(xié)調(diào)控制。
所說的協(xié)調(diào)控制器與整車控制器通過CAN總線通訊，獲取電機(jī)、電池的狀態(tài)信號(hào)；協(xié) 調(diào)控制器直接通過輪速傳感器獲取車輪輪速信號(hào)、踏板位移傳感器和壓力信號(hào)，協(xié)調(diào)控制 器通過CAN總線與整車控制器通訊發(fā)出再生制動(dòng)控制指令，并直接向制動(dòng)氣壓壓力調(diào)節(jié)裝 置發(fā)出氣壓控制指令。
踏板位移傳感器安裝在混合動(dòng)力客車的制動(dòng)踏板下，測(cè)量制動(dòng)踏板的行程，用來確定 駕駛員的制動(dòng)需求，踏板位移傳感器的信號(hào)輸出端與所說的氣壓與再生制動(dòng)協(xié)調(diào)控制器連 接。
氣壓與再生制動(dòng)協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)中有兩個(gè)壓力傳感器。 一個(gè)安裝在前制動(dòng)管路中，另一 個(gè)安裝在后制動(dòng)管路中。
所說的混合動(dòng)力客車的氣壓與再生制動(dòng)協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)，制動(dòng)管路中自串聯(lián)了兩個(gè)常開 電磁閥， 一個(gè)串聯(lián)在前制動(dòng)管路中，另一個(gè)串聯(lián)在后制動(dòng)管路中。
在電機(jī)輸出扭矩穩(wěn)定之前，所說的氣壓與再生制動(dòng)協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)根據(jù)前后制動(dòng)力分配 系數(shù)計(jì)算出前后軸所需的制動(dòng)扭矩，電機(jī)輸出扭矩與后軸需求扭矩之間的差值由氣壓制動(dòng) 扭矩來補(bǔ)償。
電機(jī)輸出扭矩穩(wěn)定之前，所說的氣壓與再生制動(dòng)協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)根據(jù)電機(jī)當(dāng)前的電流和 電壓計(jì)算出電機(jī)動(dòng)態(tài)運(yùn)行時(shí)的實(shí)際輸出扭矩，實(shí)際輸出扭矩與電機(jī)目標(biāo)輸出扭矩進(jìn)行比較， 電機(jī)的動(dòng)態(tài)誤差值由氣壓制動(dòng)扭矩來動(dòng)態(tài)補(bǔ)償。
電機(jī)輸出扭矩穩(wěn)定之后，所說的氣壓與再生制動(dòng)協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)根據(jù)電機(jī)當(dāng)前的電流和電壓計(jì)算出電機(jī)穩(wěn)定狀態(tài)下的實(shí)際輸出扭矩，實(shí)際輸出扭矩與電機(jī)目標(biāo)輸出扭矩進(jìn)行對(duì)比， 電機(jī)的穩(wěn)態(tài)誤差由氣壓制動(dòng)扭矩來補(bǔ)償。
所說的氣壓與再生制動(dòng)協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)可以根據(jù)踏板位移傳感器測(cè)量出駕駛員的需求扭 矩，進(jìn)而計(jì)算出整車的制動(dòng)強(qiáng)度，所說的氣壓與再生制動(dòng)協(xié)調(diào)控制器可以根據(jù)制動(dòng)強(qiáng)度來 動(dòng)態(tài)改變混合動(dòng)力客車前后軸的制動(dòng)力分配系數(shù)，并根據(jù)當(dāng)前的制動(dòng)力分配系數(shù)來協(xié)調(diào)電 機(jī)制動(dòng)扭矩和氣壓制動(dòng)扭矩。
該協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)，其中一個(gè)再生制動(dòng)子系統(tǒng)包括感應(yīng)電機(jī)、變速器、主減速器、踏板 位移傳感器、壓力傳感器、常開電磁閥、電池及相關(guān)連接電路；其中一個(gè)氣壓制動(dòng)子系統(tǒng) 包括設(shè)置在各個(gè)車輪上的與氣壓防抱死控制裝置信號(hào)連接的車輪輪速傳感器、車輪鼓式制 動(dòng)器、儲(chǔ)氣筒、制動(dòng)氣壓壓力調(diào)節(jié)裝置和制動(dòng)踏板；其中一個(gè)氣壓與再生制動(dòng)協(xié)調(diào)控制單 元，該控制單元與整車控制器以CAN總線連接。
參考圖1，所示為混合動(dòng)力客車氣壓與再生制動(dòng)協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的機(jī)構(gòu)框圖，可知該混 合動(dòng)力客車為后輪驅(qū)動(dòng)，只在后輪進(jìn)行再生制動(dòng)。但本發(fā)明不局限于圖中的混合動(dòng)力客車 類型，同樣適用于其他類型的混合動(dòng)力汽車。圖中的動(dòng)力源由氣泵、卸載閥和儲(chǔ)氣筒組成， 上述部件與其他一些部件參閱圖2。
參考圖2，所示為混合動(dòng)力汽車制動(dòng)防抱死系統(tǒng)布置圖。駕駛員踩下制動(dòng)踏板17后， 制動(dòng)閥17上、下腔與前后制動(dòng)氣室38、 40、 48、 49聯(lián)通。對(duì)前制動(dòng)管路，儲(chǔ)氣筒47前腔 中的高壓氣體通過制動(dòng)閥17的下腔、三通23、左右前制動(dòng)氣壓調(diào)節(jié)裝置21、 27進(jìn)入左前 制動(dòng)氣室48和右前制動(dòng)氣室49，促動(dòng)左前鼓式制動(dòng)器19和右前鼓式制動(dòng)器29動(dòng)作；對(duì) 后制動(dòng)管路，儲(chǔ)氣筒47后腔中的高壓氣體通過制動(dòng)閥17的上腔、快放閥39、右、左后制 動(dòng)氣壓調(diào)節(jié)裝置3、 7進(jìn)入右后制動(dòng)氣室38和左后制動(dòng)氣室40，促動(dòng)右后鼓式制動(dòng)器1和 左后鼓式制動(dòng)器8動(dòng)作。各制動(dòng)器建立的制動(dòng)扭矩，使車輪出現(xiàn)制動(dòng)減速，當(dāng)車輪制動(dòng)減 速度觸發(fā)氣壓制動(dòng)防抱死控制單元32中減速度門限時(shí)，就觸發(fā)了制動(dòng)防抱死控制，氣壓制 動(dòng)防抱死控制單元對(duì)制動(dòng)氣壓調(diào)節(jié)裝置發(fā)出增壓、減壓和保壓的指令，調(diào)節(jié)各車輪制動(dòng)氣 室的壓力，防止車輪抱死。
圖1中，氣壓與再生制動(dòng)協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)在制動(dòng)防抱死控制系統(tǒng)基礎(chǔ)上加入了兩個(gè)常開 電磁閥，分別串聯(lián)在前后制動(dòng)管路中，用來調(diào)節(jié)前后軸的制動(dòng)力分配；兩個(gè)壓力傳感器， 用來測(cè)量前后制動(dòng)管路中的制動(dòng)氣壓；踏板位移傳感器，安裝在制動(dòng)踏板下，用來測(cè)量踏 板行程，進(jìn)而計(jì)算駕駛員需求的制動(dòng)扭矩和所能達(dá)到的制動(dòng)強(qiáng)度。
如果駕駛員制動(dòng)輕踩制動(dòng)踏板，需求較小制動(dòng)減速度時(shí)，車輪減速度可能不會(huì)觸發(fā)制 動(dòng)防抱死，這時(shí)的部分制動(dòng)扭矩可以由電機(jī)拖動(dòng)來產(chǎn)生，同時(shí)回收部分制動(dòng)能量。具體過 程為，車輛制動(dòng)時(shí)，整車帶動(dòng)車輪、主減速器5、 AMT變速器9轉(zhuǎn)動(dòng)，AMT變速箱通過動(dòng)力耦合裝置帶動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，電機(jī)處于發(fā)電機(jī)工作狀態(tài)，所產(chǎn)生的電能存儲(chǔ)在電池組12內(nèi)。
發(fā)動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)ECU14、 AMT變速箱控制單元TCU4、電機(jī)控制單元MCU11和電池 能量控單元BCU通過CAN總線35與整車控制器36通訊，整車控制器36通過CAN總線 35跟氣壓與再生制動(dòng)協(xié)調(diào)控制單元33通訊，向其提供電機(jī)10和電池組12的狀態(tài)信號(hào)并 獲取氣壓與再生制動(dòng)協(xié)調(diào)控制單元33發(fā)出的電機(jī)控制信號(hào)。左前輪輪速傳感器20、右前 輪輪速傳感器28、左后輪輪速傳感器6和右后輪輪速傳感器2直接將各自的輪速信號(hào)直接 傳給氣壓與再生制動(dòng)協(xié)調(diào)控制單元33。前制動(dòng)管路壓力傳感器26、后制動(dòng)管路壓力傳感器 34和制動(dòng)踏板位移傳感器18也將前后制動(dòng)管路的壓力信號(hào)和踏板行程信號(hào)直接傳給氣壓 與再生制動(dòng)協(xié)調(diào)控制單元33。氣壓與再生制動(dòng)協(xié)調(diào)控制單元33發(fā)出的氣壓調(diào)節(jié)指令直接 傳給前、后4個(gè)氣壓調(diào)節(jié)裝置3、 7、 21、 27和前制動(dòng)管路常開電磁閥24、后制動(dòng)管路常 開電磁閥25，進(jìn)行前后軸和各車輪的制動(dòng)氣壓力調(diào)節(jié)。
電機(jī)當(dāng)前可提供的最大再生制動(dòng)力矩信號(hào)和當(dāng)前電機(jī)產(chǎn)生的實(shí)際再生制動(dòng)力矩信號(hào)及 電池的電量狀態(tài)信號(hào)SOC均通過CAN總線35傳給整車控制器，氣壓與再生制動(dòng)協(xié)調(diào)控制 單元33則通過與整車控制器36進(jìn)行CAN通訊來獲取。
氣壓與再生制動(dòng)協(xié)調(diào)控制單元33輸出的再生制動(dòng)控制指令，通過CAN總線35傳給整 車控制器36，整車控制器36通過CAN總線35將控制指令傳給電機(jī)控制單元11 。
參考圖3，所示為氣壓與再生制動(dòng)協(xié)調(diào)控制控制策略，首先步驟S1，氣壓與再生制動(dòng) 協(xié)調(diào)控制單元33讀取制動(dòng)踏板位移傳感器的信號(hào)，算出制動(dòng)踏板17的開度，獲取駕駛員 的制動(dòng)需求，計(jì)算當(dāng)前制動(dòng)踏板開度下所能達(dá)到的整車制動(dòng)減速度。步驟S2中，氣壓與再 生制動(dòng)協(xié)調(diào)控制單元33，根據(jù)駕駛員需求計(jì)算出產(chǎn)生相應(yīng)制動(dòng)減速度所需的制動(dòng)扭矩。
步驟S3中讀取制動(dòng)力分配系數(shù)的上下限值。由于混合動(dòng)力客車為后軸驅(qū)動(dòng)，根據(jù)法規(guī) 要求，前軸必須有制動(dòng)力，所以不能像前輪驅(qū)動(dòng)汽車那樣某些情況下可以由前軸提供全部 的制動(dòng)力。前后制動(dòng)力的分配需要滿足法規(guī)要求，圖8所示為根據(jù)ECE法規(guī)計(jì)算出的制動(dòng) 力分配系數(shù)的上、下限值，上限值和下限值之間的區(qū)域?yàn)闈M足法規(guī)要求的制動(dòng)力分配系數(shù) 值。對(duì)于分配系數(shù)的下限值，制動(dòng)力可以最大限度分配到后軸上，在制動(dòng)強(qiáng)度很小，所需 制動(dòng)扭矩不大，而電機(jī)提供的制動(dòng)扭矩能夠滿足后軸制動(dòng)，則制動(dòng)力分配系數(shù)采用下限值; 制動(dòng)強(qiáng)度較大時(shí)，所需制動(dòng)扭矩較大，電機(jī)提供的制動(dòng)扭矩隨著制動(dòng)強(qiáng)度的增大逐漸不能 滿足后軸制動(dòng)的需求，則逐漸增大制動(dòng)力分配系數(shù)，使制動(dòng)力多向前軸分配，直至分配系 數(shù)的上限值。對(duì)分配系數(shù)隨制動(dòng)強(qiáng)度的增大可采用線性方式，也可采用非線性方式，各種 方式都包含在本發(fā)明之中。圖7所示為制動(dòng)力分配系數(shù)隨制動(dòng)強(qiáng)度按分段函數(shù)的非線性方 式增加。
步驟S4中，根據(jù)圖7所示的制動(dòng)力分配系數(shù)方法計(jì)算出當(dāng)前制動(dòng)強(qiáng)度下的制動(dòng)力分配系數(shù)，對(duì)前后軸進(jìn)行制動(dòng)力分配，即計(jì)算出前軸所需的制動(dòng)扭矩和后軸所需的制動(dòng)扭矩。 氣壓與再生制動(dòng)協(xié)調(diào)控制單元33根據(jù)前制動(dòng)管路壓力傳感器26、后制動(dòng)管路壓力傳感器 34和電機(jī)的輸出扭矩信號(hào)，獲取前后軸的制動(dòng)扭矩，并計(jì)算出前后軸的制動(dòng)力分配系數(shù)， 當(dāng)前后制動(dòng)分配系數(shù)的當(dāng)前值與需求的制動(dòng)力分配系數(shù)不符時(shí)，如果需求的制動(dòng)扭矩大于 電機(jī)所能提供的最大扭矩時(shí)，氣壓與再生制動(dòng)協(xié)調(diào)控制單元33向前制動(dòng)管路常開電磁24 和后制動(dòng)管路常開電磁閥25發(fā)出控制指令，在滿足整車制動(dòng)力需求的前提下，調(diào)整前后的 氣壓制動(dòng)力；如果后軸需求的制動(dòng)扭矩小于電機(jī)所能提供的最大扭矩，則協(xié)調(diào)控制器向前 制動(dòng)管路和電機(jī)發(fā)車控制指令，調(diào)整前軸的氣壓制動(dòng)力和后軸的電機(jī)輸出扭矩。 步驟S5中，計(jì)算電機(jī)所能提供的最大再生制動(dòng)扭矩。
步驟S6中，氣壓與再生制動(dòng)協(xié)調(diào)控制單元33對(duì)電機(jī)提供的最大再生制動(dòng)扭矩與后軸 需求的制動(dòng)扭矩作比較，如果電機(jī)最大扭矩能夠滿足后軸需求的制動(dòng)扭矩，則進(jìn)入步驟S7， 如果不能滿足則進(jìn)入步驟S8.
步驟S7中，氣壓與再生制動(dòng)協(xié)調(diào)控制單元33向發(fā)出電機(jī)控制指令，電機(jī)控制指令通 過整車控制器36傳遞給電機(jī)控制器11，對(duì)電機(jī)執(zhí)行控制，使電機(jī)的輸出扭矩等于后軸所 需的制動(dòng)扭矩；同時(shí)氣壓與再生制動(dòng)協(xié)調(diào)控制單元33向后制動(dòng)管路常開電磁閥25發(fā)出指 令，將其關(guān)閉。
步驟S8中，氣壓與再生制動(dòng)協(xié)調(diào)控制單元33發(fā)出電機(jī)控制指令和壓力調(diào)節(jié)指令，使 電機(jī)發(fā)出最大制動(dòng)扭矩，并打開后軸常開電磁閥25，需求制動(dòng)扭矩與電機(jī)輸出扭矩之差由 氣壓制動(dòng)力來補(bǔ)償，參考圖5所示。
在步驟S8中，需求的電機(jī)輸出扭矩稱為電機(jī)的目標(biāo)輸出扭矩，電機(jī)實(shí)際輸出的扭矩稱 為實(shí)際輸出扭矩。由于電機(jī)的性能缺陷，電機(jī)的實(shí)際輸出扭矩不能實(shí)時(shí)等于目標(biāo)輸出扭矩， 而是在目標(biāo)扭矩附近波動(dòng)，參考圖6所示，電機(jī)控制的誤差，可以用氣壓制動(dòng)力來動(dòng)態(tài)修 正。
參考圖4，所示為對(duì)電機(jī)輸出扭矩的動(dòng)態(tài)協(xié)調(diào)控制，步驟S9中，氣壓與再生制動(dòng)協(xié)調(diào) 控制單元33根據(jù)電機(jī)當(dāng)前的電流和電壓計(jì)算出電機(jī)當(dāng)前實(shí)際的輸出扭矩。
步驟S10中，氣壓與再生制動(dòng)協(xié)調(diào)控制單元33對(duì)電機(jī)目標(biāo)輸出轉(zhuǎn)矩和實(shí)際輸出轉(zhuǎn)矩進(jìn) 行比較，如果目標(biāo)輸出轉(zhuǎn)矩大于實(shí)際的輸出轉(zhuǎn)矩，則氣壓與再生制動(dòng)協(xié)調(diào)控制單元33向后 制動(dòng)管路常開電磁閥25發(fā)出控制質(zhì)量，打開電磁閥，對(duì)后軸增壓，反之則對(duì)后軸減壓。
綜合上述氣壓與再生制動(dòng)協(xié)調(diào)控制策略，本發(fā)明提出的氣壓與再生制動(dòng)協(xié)調(diào)控制系統(tǒng) 主要方案如下根據(jù)踏板位移傳感器計(jì)算所能達(dá)到的制動(dòng)強(qiáng)度和需求的制動(dòng)扭矩，根據(jù)制 動(dòng)強(qiáng)度調(diào)整前后制動(dòng)力的分配，并按照當(dāng)前的制動(dòng)力分配系數(shù)調(diào)整電機(jī)輸出扭矩和氣壓制 動(dòng)扭矩，對(duì)于電機(jī)的控制誤差，利用氣壓制動(dòng)力來動(dòng)態(tài)補(bǔ)償。
權(quán)利要求
1、一種混合動(dòng)力客車的氣壓與再生制動(dòng)協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)，包括一個(gè)再生制動(dòng)子系統(tǒng)和一個(gè)氣壓制動(dòng)子系統(tǒng)，其特征在于，所述的再生制動(dòng)子系統(tǒng)利用再生制動(dòng)力進(jìn)行汽車制動(dòng)，所述的氣壓制動(dòng)子系統(tǒng)利用氣壓制動(dòng)力進(jìn)行汽車制動(dòng)，再生制動(dòng)子系統(tǒng)和氣壓制動(dòng)子系統(tǒng)通過氣壓與再生制動(dòng)協(xié)調(diào)控制單元(33)設(shè)定前后制動(dòng)力的分配并設(shè)定所需的目標(biāo)再生制動(dòng)力矩，在當(dāng)前電機(jī)轉(zhuǎn)速下，對(duì)電機(jī)所能提供的最大制動(dòng)扭矩能夠滿足后軸所需制動(dòng)扭矩時(shí)，后軸制動(dòng)扭矩全部由電機(jī)提供，如果電機(jī)提供制動(dòng)扭矩不能滿足后軸所需的制動(dòng)扭矩時(shí)，對(duì)電機(jī)制動(dòng)扭矩和氣壓制動(dòng)扭矩進(jìn)行動(dòng)態(tài)協(xié)調(diào)控制。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的混合動(dòng)力客車的氣壓與再生制動(dòng)協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)，其特征在于， 所述的氣壓與再生制動(dòng)協(xié)調(diào)控制單元(33)與整車控制器(36)通過CAN總線(35)通訊， 獲取電機(jī)、電池的狀態(tài)信號(hào)，發(fā)出再生制動(dòng)控制指令，并直接向制動(dòng)氣壓壓力調(diào)節(jié)裝置發(fā) 出氣壓調(diào)節(jié)指令。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的混合動(dòng)力客車的氣壓與再生制動(dòng)協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)，其特征在于， 所述的氣壓與再生制動(dòng)協(xié)調(diào)控制單元(33)直接通過裝在前、后鼓式制動(dòng)器上的輪速傳感 器獲取車輪輪速信號(hào)；通過裝在制動(dòng)踏板(17)處的制動(dòng)踏板位移傳感器(18)獲取制動(dòng) 踏板位移信號(hào)；通過裝在前、后制動(dòng)管路上的前、后制動(dòng)管路壓力傳感器獲得前后軸的制 動(dòng)壓力信號(hào)；通過分別串聯(lián)在前后制動(dòng)管路中的兩個(gè)常開電磁閥調(diào)解前后軸的制動(dòng)力分配。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的混合動(dòng)力客車的氣壓與再生制動(dòng)協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)，其特征在于， 所述的氣壓與再生制動(dòng)協(xié)調(diào)控制單元(33)根據(jù)前后制動(dòng)力分配系數(shù)計(jì)算出前后軸所需的 制動(dòng)扭矩，在電機(jī)輸出扭矩穩(wěn)定之前，電機(jī)輸出扭矩與后軸需求扭矩之間的差值由氣壓制 動(dòng)扭矩來補(bǔ)償。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的混合動(dòng)力客車的氣壓與再生制動(dòng)協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)，其特征在于， 電機(jī)輸出扭矩穩(wěn)定之后，所述的氣壓與再生制動(dòng)協(xié)調(diào)控制單元(33)根據(jù)電機(jī)當(dāng)前的電流 和電壓計(jì)算出電機(jī)穩(wěn)定狀態(tài)下的實(shí)際輸出扭矩，實(shí)際輸出扭矩與電機(jī)目標(biāo)輸出扭矩進(jìn)行對(duì) 比，電機(jī)的穩(wěn)態(tài)誤差由氣壓制動(dòng)扭矩來補(bǔ)償。
6、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的混合動(dòng)力客車的氣壓與再生制動(dòng)協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)，其特征在于， 如果需求的電機(jī)目標(biāo)轉(zhuǎn)矩大于等于電機(jī)實(shí)際的輸出轉(zhuǎn)矩則增加氣壓制動(dòng)力，如果需求的電 機(jī)目標(biāo)轉(zhuǎn)矩小于電機(jī)實(shí)際的輸出轉(zhuǎn)矩，減小氣壓制動(dòng)力。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的混合動(dòng)力客車的氣壓與再生制動(dòng)協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)，其特征在于， 該協(xié)調(diào)系統(tǒng)可以根據(jù)駕駛員的需求和制動(dòng)強(qiáng)度來調(diào)整前后軸制動(dòng)力的分配。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種混合動(dòng)力汽車的氣壓和再生制動(dòng)協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)，屬于混合動(dòng)力汽車技術(shù)領(lǐng)域。該系統(tǒng)包括再生制動(dòng)控制子系統(tǒng)和氣壓制動(dòng)控制子系統(tǒng)。安裝一個(gè)制動(dòng)踏板位移傳感器，用來測(cè)量制動(dòng)踏板開度；安裝兩個(gè)常開電磁閥，用來調(diào)節(jié)前后軸的制動(dòng)力分配；安裝兩個(gè)壓力傳感器，用來測(cè)量前后制動(dòng)管路中的氣壓制動(dòng)壓力。協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)根據(jù)踏板位移傳感器計(jì)算所能達(dá)到的制動(dòng)強(qiáng)度和需求的制動(dòng)扭矩，根據(jù)制動(dòng)強(qiáng)度對(duì)前后制動(dòng)力進(jìn)行分配，并按照當(dāng)前的制動(dòng)力分配系數(shù)調(diào)整電機(jī)輸出扭矩和氣壓制動(dòng)扭矩，對(duì)于電機(jī)的控制誤差，利用氣壓制動(dòng)力來動(dòng)態(tài)補(bǔ)償。本發(fā)明在保證汽車制動(dòng)安全性和平順性基礎(chǔ)上最大限度發(fā)揮電機(jī)再生制動(dòng)功能，提高整車能量利用率和經(jīng)濟(jì)性。
文檔編號(hào)B60W10/196GK101596869SQ200910067268
公開日2009年12月9日 申請(qǐng)日期2009年7月8日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月8日
發(fā)明者亮 初, 亮 姚, 孫萬峰, 尚明利, 張永生, 永 房, 晁黎波, 陽 歐, 郭建華 申請(qǐng)人:吉林大學(xué)