基于车身动力学的制动能量回收安全控制方法及系统与流程

1.本发明属于制动能量回收技术领域，尤其涉及基于车身动力学的制动能量回收安全控制方法及系统。


背景技术：

2.本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。
3.目前市场上纯电动商用车普遍采用abs系统进行制动安全控制。abs系统能有效利用轮胎与路面间的附着能力，缩短制动距离，尤其是在冰雪路面上可缩短10％-15％；另外在制动过程中，车轮仍然可以滚动，保持了前轮的可操纵性，防止后轮的侧滑，维持了行车方向的稳定性。
4.发明人发现，现有技术中，在abs系统匹配纯电动商用车时存在一定的局限性，车辆在低附路面进行轻踩制动时，由于制动踏板开度较小，基础制动未介入，此时车辆仅通过后轴驱动电机反拖制动，当电制动扭矩增长至某一数值、地面制动力达到路面峰值附着力时，后轮开始抱死出现拖滑现象；同时由于abs激活时电制动扭矩退出需要一定时间，导致后轮滑移率不能得到及时有效控制。根据制动力系数曲线可知，随着滑移率的不断增大，侧向力系数逐渐减小，此时车辆受到很小的侧向力便可引起侧滑甩尾。
5.因此，纯电动商用车低附路面电机制动能量回收引起的侧滑甩尾是一个亟需解决的问题。


技术实现要素：

6.为克服上述现有技术的不足，本发明提供了基于车身动力学的制动能量回收安全控制方法及系统，通过路面附着系数识别，进一步基于车身动力学得到低附路面保证操稳性能的最大制动能量回收力矩上限,同时优化制动能量回收扭矩退出控制策略，进而避免因制动能量回收导致的后轴抱死侧滑事故的发生，解决纯电动商用车低附路面制动能量回收引起的侧滑甩尾问题。
7.为实现上述目的，本发明的一个或多个实施例提供了如下技术方案：
8.本发明第一方面提供了基于车身动力学的制动能量回收安全控制方法。
9.基于车身动力学的制动能量回收安全控制方法，包括以下步骤：
10.计算路面附着系数和峰值路面附着系数；
11.计算后轴载荷，基于峰值路面附着系数和后轴载荷，计算后轴路面极限附着力；
12.计算电机目标回收扭矩，基于路面附着系数判断是否给电机目标回收扭矩增加后轴路面极限附着力上限约束；
13.基于路面附着系数控制制动能量回收扭矩退出时机，对制动能量回收扭矩退出进行优化管理。
14.本发明第二方面提供了基于车身动力学的制动能量回收安全控制系统。
15.基于车身动力学的制动能量回收安全控制系统，包括abs控制器、轮速传感器、轴荷传感器、制动气压传感器、制动踏板开度传感器、整车控制器、电机控制器及电机，其中：
16.轮速传感器，其用于采集轮速数据并将轮速数据发送给abs控制器；
17.轴荷传感器，其用于采集轴荷数据并将轴荷数据发送给整车控制器；
18.制动气压传感器，其用于采集制动气压数据并将制动气压数据发送给整车控制器；
19.制动踏板开度传感器，其用于采集制动踏板开度数据并将制动踏板开度数据发送给整车控制器；
20.abs控制器,其用于接收轮速数据并将轮速数据发送给整车控制器；
21.电机控制器，其用于采集电机转速数据和电机实时扭矩，将电机转速数据和电机实时扭矩发送给整车控制器；
22.整车控制器，其用于接收轮速数据、轴荷数据、制动气压数据、制动踏板开度数据、电机转速数据和电机实时扭矩，基于轮速数据和电机实时扭矩计算路面附着系数和峰值路面附着系数，基于路面附着系数判断是否给电机目标回收扭矩增加后轴路面极限附着力上限约束，基于轴荷数据或者制动气压数据得到后轴载荷，基于制动踏板开度数据判断气制动是否开启，基于路面附着系数和电机转速数据控制制动能量回收扭矩退出时机。
23.本发明第三方面提供了计算机可读存储介质，其上存储有程序，该程序被处理器执行时实现如本发明第一方面所述的基于车身动力学的制动能量回收安全控制方法中的步骤。
24.本发明第四方面提供了电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的程序，所述处理器执行所述程序时实现如本发明第一方面所述的基于车身动力学的制动能量回收安全控制方法中的步骤。
25.以上一个或多个技术方案存在以下有益效果：
26.本发明提供的基于车身动力学的制动能量回收安全控制方法及系统，可以实现对电机制动回收能量扭矩和制动能量回收退出时机的有效控制，解决了纯电动商用车低附路面制动能量回收引起的侧滑甩尾问题，提高车辆的制动安全保障，从而减少汽车交通安全事故造成的生命财产损失。
27.本发明附加方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
28.构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
29.图1为第一个实施例的方法流程图。
30.图2为第一个实施例路面附着系数识别流程图。
31.图3为第一个实施例保证操稳性能的制动能量回收目标回收扭矩计算流程图。
32.图4为第一个实施例制动扭矩分配和制动能量回收扭矩退出控制管理流程图。
33.图5为第二个实施例的系统结构图。
具体实施方式
34.应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
35.需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。
36.在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
37.实施例一
38.本实施例公开了基于车身动力学的制动能量回收安全控制方法。
39.如图1所示，基于车身动力学的制动能量回收安全控制方法，包括以下步骤：
40.计算路面附着系数和峰值路面附着系数；
41.计算后轴载荷，基于峰值路面附着系数和后轴载荷，计算后轴路面极限附着力；
42.计算电机目标回收扭矩，基于路面附着系数判断是否给电机目标回收扭矩增加后轴路面极限附着力上限约束；
43.基于路面附着系数控制制动能量回收扭矩退出时机，对制动能量回收扭矩退出进行优化管理。
44.(1)路面附着系数识别
45.如图2所示，计算路面附着系数和峰值路面附着系数，具体包括：
46.采集轮速并计算参考车速，对参考车速进行时间求导得到整车加速度；
47.获取电机实时扭矩，基于整车加速度和电机实时扭矩进行车辆实时质量估算；
48.根据整车加速度和车辆实时质量进行地面制动力计算；
49.由地面制动力和车辆的垂直载荷计算路面附着系数；
50.对路面附着系数进行滑移率的求导，斜率为0的点即为峰值路面附着系数。
51.根据制动力系数曲线可知，随着滑移率的不断增大，路面附着系数(纵向制动力系数)先增大后减小，因此峰值路面附着系数一定对应着附着系数斜率为0的点。路面附着系数识别首先通过abs控制器进行轮速采集并计算出参考车速，整车控制器对参考车速进行时间的求导可得整车加速度。当车辆处于驱动状态时，整车控制器根据整车加速度和电机控制器mcu外发电机实时扭矩进行车辆实时质量估算。当车辆处于制动状态时，整车控制器根据整车减速度和实时质量进行地面制动力计算，进一步可由地面制动力和车辆的垂直载荷计算路面附着系数。最后整车控制器对路面附着系数进行滑移率的求导，斜率为0的点即为峰值路面附着系数，滑移率可通过参考车速和轮速进行求解。
52.(2)保证操稳性能的制动能量回收目标扭矩计算
53.进一步的，计算后轴载荷，具体包括：
54.对于空悬车辆，通过在后轴空气悬架气囊进气口处加装轴荷传感器进行后轴载荷信息实时采集；
55.对于板簧配置的车辆，在后轴继动阀出气口与制动气室进气口之间加装制动气压传感器，通过制动气压值实时解算制动器制动力，在制动过程中车轮达到峰值附着系数对应的滑移率之前，地面制动力等于制动器制动力，通过地面制动力和轮减速度求出后轴左右轮荷，根据后轴左右轮荷求出后轴载荷。
56.进一步的，计算电机目标回收扭矩，判断路面附着系数是否小于第一设定值，若否，则电机目标回收扭矩不加上限约束；若是，则给电机目标回收扭矩增加后轴路面极限附着力上限约束。
57.首先对后轴路面极限附着力进行计算，通过峰值路面附着系数与后轴载荷计算可得，而后轴载荷的估算主要分为两种方式。一种适用于空悬车辆，通过在后轴空气悬架气囊进气口处加装轴荷传感器进行轴荷信息实时采集；另一种适用于板簧配置的车辆，在后轴继动阀出气口与制动气室进气口之间加装制动气压传感器，通过制动气压值可实时解算制动器制动力，在制动过程中车轮达到峰值附着系数对应的滑移率之前，地面制动力就等于制动器制动力，进一步的可通过地面制动力和轮减速度求出轮荷，根据后轴左右轮荷求出后轴轴荷。
58.其次对电机馈电峰值功率、电池允许充电功率、按后桥允许反拖扭矩计算的功率三者进行比较，取最小值就是电制动峰值反拖功率，结合电机实时转速可计算得到电机实时最大可用回收扭矩
59.进一步的电机实时回收扭矩可通过查表的方法得到，查表的输入为制动踏板的开度和电机实时转速，输出为电机实时回收扭矩t2。
60.进一步计算电机目标回收扭矩t，电机实时最大可用回收扭矩t1和电机实时回收扭矩t2两数值相比较，取较小值即为电机目标回收扭矩，即t＝min{t1，t2}。
61.当路面附着系数《k值时，电机目标回收扭矩需要增加后轴路面极限附着力进行约束，并乘上一定的安全系数，安全系数可通过标定效果进行设置，由此可以解决纯电动商用车低附路面轻踩制动时电机制动能量回收扭矩过大导致的后轴抱死侧滑问题。当路面附着系数≥k值时，，考虑到电制动回收扭矩达不到路面极限附着力以及制动能量回收效率最大化的因素，故电机目标回收扭矩不再额外进行约束。(k值大小可通过实车标定效果进行取值)
62.电机实时最大可用回收扭矩起到对电机目标回收扭矩的约束作用(体现为电机馈电峰值功率、电池允许充电功率、按后桥允许反拖扭矩计算的功率3个方面)。
63.(3)制动扭矩分配管理
64.在基于路面附着系数判断电制动能量回收扭矩退出时间，对电制动能量回收扭矩退出进行优化管理之前，还包括：
65.获取制动踏板开度，在制动踏板开度大于设定值时，增加气制动。
66.当制动踏板开度小于25％时，电制动目标回收扭矩可通过查表的方式得到，查表的输入为制动踏板的开度和电机实时转速，制动踏板开度25％时对应电制动回收扭矩最大值。由制动总泵的特性曲线决定，基础气压制动开始介入时的制动踏板开度为25～30％左右，在这之前仅后轴驱动电机提供反拖制动。气制动介入之后，电制动与气制动共同作用，前后轴制动力按理想制动力i曲线进行分配。
67.(4)制动能量回收扭矩退出控制管理
68.进一步的，基于路面附着系数判断电制动能量回收扭矩退出时间，具体包括：
69.若路面附着系数小于第二设定值，且后轮滑移率大于10％、制动踏板开度变化率大于设定门限值时，电机制动能量回收开始退出，气制动的比重逐渐增大，电机转速500r/
mi n时电机制动能量回收完全退出；
70.若路面附着系数小于第二设定值，但是后轮滑移率大于10％、制动踏板开度变化率大于设定门限值中至少有一个条件不满足时，进一步判断电机转速是否小于800r/mi n，若小于800r/mi n，则制动能量回收开始退出，在电机转速500r/mi n时电机制动能量回收完全退出。
71.进一步的，若路面附着系数大于等于第二设定值时，判断abs功能是否激活，若abs功能激活，则电机制动能量回收开始退出；
72.若abs功能未激活，则进一步判断电机转速是否低于500r/mi n，若低于500r/mi n，则电机制动能量回收开始退出，在电机转速200r/mi n时完全退出。
73.通常制动能量回收扭矩的退出需要一定时间，多数后轴抱死侧滑事故的发生往往因为制动能量回收退出时机较晚和退出不及时导致，因此根据路面附着系数不同对电制动扭矩退出进行优化管理。当路面附着系数《k值时，监测后轮滑移率大于10％并且制动踏板开度变化率大于一定门限值(识别为紧急制动工况)，电机制动能量回收开始退出，基础气压制动的比重逐渐增大。此种情况下将制动能量回收退出时机提前，可以有效避免当abs功能激活时制动能量回收不能及时快速退出，同时提高abs激活时基础气压制动的占比,使得后轮滑移率能得到更有效的控制。另外制动末端电机转速小于800r/mi n时制动能量回收开始退出，500r/mi n完全退出，避免低附路面电机制动扭矩退出不及时导致的后轴抱死侧滑现象，更严重的会出现电机负转速。同样，制动末端电机目标回收扭矩也可通过查表的方式进行得到，查表的输入为制动踏板的开度和电机实时转速。
74.当路面附着系数≥k值时，考虑到电制动回收扭矩达不到路面极限附着力以及制动能量回收效率最大化的因素，当abs功能激活时，电机制动能量回收开始退出。另外制动末端电机转速小于500r/mi n时制动能量回收开始退出，200r/mi n完全退出。制动末端电机退出转速需实车进行标定，保证制动安全性的基础上尽可能提高制动能量回收效率。(k值大小可通过实车标定效果进行取值)
75.实施例二
76.本实施例公开了基于车身动力学的制动能量回收安全控制系统。
77.如图5所示，基于车身动力学的制动能量回收安全控制系统，包括abs控制器、轮速传感器、轴荷传感器、制动气压传感器、制动踏板开度传感器、整车控制器、电机控制器及电机，其中：
78.轮速传感器，其用于采集轮速数据并将轮速数据发送给abs控制器；
79.轴荷传感器，其用于采集轴荷数据并将轴荷数据发送给整车控制器；
80.制动气压传感器，其用于采集制动气压数据并将制动气压数据发送给整车控制器；
81.制动踏板开度传感器，其用于采集制动踏板开度数据并将制动踏板开度数据发送给整车控制器；
82.abs控制器,其用于接收轮速数据并将轮速数据发送给整车控制器；
83.电机控制器，其用于采集电机转速数据和电机实时扭矩，将电机转速数据和电机实时扭矩发送给整车控制器；
84.整车控制器，其用于接收轮速数据、轴荷数据、制动气压数据、制动踏板开度数据、
电机转速数据和电机实时扭矩，基于轮速数据和电机实时扭矩计算路面附着系数和峰值路面附着系数，基于路面附着系数判断是否给电机目标回收扭矩增加后轴路面极限附着力上限约束，基于轴荷数据或者制动气压数据得到后轴载荷，基于制动踏板开度数据判断气制动是否开启，基于路面附着系数和电机转速数据控制制动能量回收扭矩退出时机。
85.进一步的，还包括电池管理控制器bms，所述电池管理控制器bms用于对电池供电进行管理。
86.可以理解的，在本实施例中，整车控制器和电机控制器、电池管理控制器bms、abs控制器之间通过整车can网络进行通信。
87.实施例三
88.本实施例的目的是提供计算机可读存储介质。
89.计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如本公开实施例1所述的基于车身动力学的制动能量回收安全控制方法中的步骤。
90.实施例四
91.本实施例的目的是提供电子设备。
92.电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的程序，所述处理器执行所述程序时实现如本公开实施例1所述的基于车身动力学的制动能量回收安全控制方法中的步骤。
93.以上实施例二、三和四的装置中涉及的各步骤与方法实施例一相对应，具体实施方式可参见实施例一的相关说明部分。术语“计算机可读存储介质”应该理解为包括一个或多个指令集的单个介质或多个介质；还应当被理解为包括任何介质，所述任何介质能够存储、编码或承载用于由处理器执行的指令集并使处理器执行本发明中的任一方法。
94.本领域技术人员应该明白，上述本发明的各模块或各步骤可以用通用的计算机装置来实现，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。本发明不限制于任何特定的硬件和软件的结合。
95.上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

技术特征：
1.基于车身动力学的制动能量回收安全控制方法，其特征在于，包括以下步骤：计算路面附着系数和峰值路面附着系数；计算后轴载荷，基于峰值路面附着系数和后轴载荷，计算后轴路面极限附着力；计算电机目标回收扭矩，基于路面附着系数判断是否给电机目标回收扭矩增加后轴路面极限附着力上限约束；基于路面附着系数控制制动能量回收扭矩退出时机，对制动能量回收扭矩退出进行优化管理。2.如权利要求1所述的基于车身动力学的制动能量回收安全控制方法，其特征在于，计算路面附着系数和峰值路面附着系数，具体包括：采集轮速并计算参考车速，对参考车速进行时间求导得到整车加速度；获取电机实时扭矩，基于整车加速度和电机实时扭矩进行车辆实时质量估算；根据整车加速度和车辆实时质量进行地面制动力计算；由地面制动力和车辆的垂直载荷计算路面附着系数；对路面附着系数进行滑移率的求导，斜率为0的点即为峰值路面附着系数。3.如权利要求1所述的基于车身动力学的制动能量回收安全控制方法，其特征在于，计算后轴载荷，具体包括：对于空悬车辆，通过在后轴空气悬架气囊进气口处加装轴荷传感器进行后轴载荷信息实时采集；对于板簧配置的车辆，在后轴继动阀出气口与制动气室进气口之间加装制动气压传感器，通过制动气压值实时解算制动器制动力，在制动过程中车轮达到峰值附着系数对应的滑移率之前，地面制动力等于制动器制动力，通过地面制动力和轮减速度求出后轴左右轮荷，根据后轴左右轮荷求出后轴载荷。4.如权利要求1所述的基于车身动力学的制动能量回收安全控制方法，其特征在于，计算电机目标回收扭矩，进一步判断路面附着系数是否小于第一设定值，若否，则电机目标回收扭矩不加上限约束；若是，则给电机目标回收扭矩增加后轴路面极限附着力上限约束。5.如权利要求1所述的基于车身动力学的制动能量回收安全控制方法，其特征在于，在基于路面附着系数控制电制动能量回收扭矩退出时机，对电制动能量回收扭矩退出进行优化管理之前，还包括：获取制动踏板开度，在制动踏板开度大于设定值时，增加气制动。6.如权利要求5所述的基于车身动力学的制动能量回收安全控制方法，其特征在于，基于路面附着系数判断电制动能量回收扭矩退出时间，具体包括：若路面附着系数小于第二设定值，且后轮滑移率大于10％、制动踏板开度变化率大于设定门限值时，电机制动能量回收开始退出，气制动的比重逐渐增大，电机转速500r/min时电机制动能量回收完全退出；若路面附着系数小于第二设定值，但是后轮滑移率大于10％、制动踏板开度变化率大于设定门限值中至少有一个条件不满足时，进一步判断电机转速是否小于800r/min，若小于800r/min，则制动能量回收开始退出，在电机转速500r/min时电机制动能量回收完全退出。7.如权利要求6所述的基于车身动力学的制动能量回收安全控制方法，其特征在于，若
路面附着系数大于等于第二设定值时，判断abs功能是否激活，若abs功能激活，则电机制动能量回收开始退出；若abs功能未激活，则进一步判断电机转速是否低于500r/min，若低于500r/min，则电机制动能量回收开始退出，在电机转速200r/min时完全退出。8.基于车身动力学的制动能量回收安全控制系统，其特征在于：包括abs控制器、轮速传感器、轴荷传感器、制动气压传感器、制动踏板开度传感器、整车控制器、电机控制器及电机，其中：轮速传感器，其用于采集轮速数据并将轮速数据发送给abs控制器；轴荷传感器，其用于采集轴荷数据并将轴荷数据发送给整车控制器；制动气压传感器，其用于采集制动气压数据并将制动气压数据发送给整车控制器；制动踏板开度传感器，其用于采集制动踏板开度数据并将制动踏板开度数据发送给整车控制器；abs控制器,其用于接收轮速数据并将轮速数据发送给整车控制器；电机控制器，其用于采集电机转速数据和电机实时扭矩，将电机转速数据和电机实时扭矩发送给整车控制器；整车控制器，其用于接收轮速数据、轴荷数据、制动气压数据、制动踏板开度数据、电机转速数据和电机实时扭矩，基于轮速数据和电机实时扭矩计算路面附着系数和峰值路面附着系数，基于路面附着系数判断是否给电机目标回收扭矩增加后轴路面极限附着力上限约束，基于轴荷数据或者制动气压数据得到后轴载荷，基于制动踏板开度数据判断气制动是否开启，基于路面附着系数和电机转速数据控制制动能量回收扭矩退出时机。9.计算机可读存储介质，其上存储有程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现如权利要求1-7任一项所述的基于车身动力学的制动能量回收安全控制方法中的步骤。10.电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1-7任一项所述的基于车身动力学的制动能量回收安全控制方法中的步骤。

技术总结
本发明提出了基于车身动力学的制动能量回收安全控制方法及系统，涉及制动能量回收领域。包括：计算路面附着系数和峰值路面附着系数；计算后轴载荷，基于峰值路面附着系数和后轴载荷，计算后轴路面极限附着力；计算电机目标回收扭矩，基于路面附着系数判断是否给电机目标回收扭矩增加上限约束；基于路面附着系数控制制动能量回收扭矩退出时机。本发明通过路面附着系数识别，基于车身动力学得到低附路面保证操稳性能的最大制动能量回收力矩上限,优化制动能量回收扭矩退出控制策略，避免因制动能量回收导致的后轴抱死侧滑事故的发生，解决低附路面制动能量回收引起的侧滑甩尾问题。低附路面制动能量回收引起的侧滑甩尾问题。低附路面制动能量回收引起的侧滑甩尾问题。


技术研发人员：范志先 赵永刚 张中豹 仝义金 王晓彬 赵国朋 岳才进
受保护的技术使用者：中通客车股份有限公司
技术研发日：2023.02.01
技术公布日：2023/6/26