有防抱死制动功能的混合制动系统及控制方法，本发明属于混合动力电动汽车技术领域，特别涉及一套带有制动气压调节机构的串联式制动能量回馈系统，并以此系统为基础实现防抱死制动的功能。该串联式制动能量回馈系统通过协调回馈制动与摩擦制动，在正常制动情况下实现了串联回馈制动策略，可以在有效回收制动能量的同时保证制动感觉；在车轮抱死或有抱死趋势时，实现了摩擦制动与电机回馈制动的联合防抱死控制策略。这大大简化了现有混合动力电动汽车制动系统的复杂程度，提高了控制的一体化程度，能够在保证制动安全的同时对制动能量进行有效回收。
1.一种有防抱死制动功能的混合制动系统，其特征在于：该系统含有踏板行程传感器(11)、轮速传感器(1)、制动控制器(2)、摩擦制动子系统和回馈制动子系统，所述的回馈制动子系统包括电机控制器(5)、与后轮相联的电机(6)、主减速器(7)和半轴(4)；所述的摩擦制动子系统包括气瓶(10)、制动踏板双腔制动阀(12)、车轮摩擦制动器(3)、制动气压传感器(8)和制动气压调节阀(9)，气瓶的两个出气口分别连接制动踏板双腔制动阀(12)的前腔和后腔，分两路分别通过制动气压调节阀(9)、制动气压传感器(8)与车轮摩擦制动器(3)连接；所述的制动控制器(2)与轮速传感器(1)、电机控制器(5)、制动气压传感器(8)、制动气压调节阀(9)、踏板行程传感器(11)有信号线路连接；所述的制动气压调节阀(9)含有两个子阀，一个进气子阀、一个排气子阀；制动控制器接收来自制动气压传感器的前后气路的气压信号、来自制动踏板位置传感器的踏板位置信号、来自车轮轮速传感器的速度信号以及来自电机控制器的回馈制动转矩限值信号，向制动气压调节阀发出摩擦制动气压调节信号，向电机控制器发出电机回馈制动转矩信号。
2.一种采用如权利要求1所述有防抱死制动功能的混合制动系统的控制方法，其特征在于该控制方法分正常制动控制和防抱死制动控制两种模式，当制动踏板被踩下，制动控-制器(2)接收到踏板行程传感器(11)的制动信号后，若任意非驱动轮减速度小于a 或任意驱动轮减速度小于 则进入防抱死制动控制模式，否则进入正常制动控制模式，其中：a-为非驱动轮车轮加速度门限， 为驱动轮车轮加速度门限，制动气压调节阀(9)通过两个子阀的状态组合共有4种控制状态：a.全进气状态：进气子阀开，排气子阀关；b.半进气状态：进气子阀半开，即在一个控制周期中以占空比α打开，其余时间关闭，其中α在
30％～50％之间，排气子阀关；c.保持状态：进气子阀关，排气子阀关；d.排气状态：进气子阀关，排气子阀开；
当车辆减速度小于a0，a0为常数，取值在0.1～0.15g之间，由制动转矩命令Tbd、回馈制动转矩限值Treglim、制动力分配的限制βlim+和βlim-以及理想前后制动力矩分配关系βop，限制回馈制动和摩擦制动，回馈制动转矩Treg＝min(Tfgr+，Treglim，Tbd)；其中βlim+和βlim-分别为前轮制动转矩在前后轮总制动转矩之中所占比例的上限制值和下限值；
一般有Treg＝Tbd，若Treg＜Tbd，则前轮摩擦制动力矩Tfricf＝min(βopTbd，Tbd-Treg)，后轮摩擦制动力矩Tfricr＝Tbd-Treg-Tfricf；
减速度大于a0，由制动转矩命令Tbd、回馈制动转矩限值Treglim和理想前后制动力矩分配关系βop限制回馈制动和摩擦制动，回馈制动转矩Treg＝min(Treglim，(1-βop)Tbd)，前轮摩擦制动力矩Tfricf＝βopTbd，后轮摩擦制动力矩Tfricr＝(1-βop)Tbd-Treg；
控制中有三个车轮加速度门限a ＜0＜a ＜b，有两个参考滑移率门限0＜S1＜S2，-另有持续时间限值T1，当某车轮加速度下降至门限值a 或参考滑移率Sref＞S2，制动气压调-节阀进入排气状态，降低制动气压，直至车轮加速度大于a 或Sref＜S2，制动气压调节阀进入保持状态；
当Sref＞S1且车轮加速度高于b 时，制动气压调节阀结束保持状态，开始以半进气状+态增加制动气压，直到加速度再次小于b ；而若Sref＜S1，则在时间T1内制动气压调节阀以半进气状态增加制动气压；
在制动气压增加阶段结束后，制动气压调节阀再次进入保持状态，直到车轮加速度小+于a，制动气压调节阀进入全进气状态，增加制动气压，进入正常制动状态；
控制中有三个车轮加速度门限 有两个参考滑移率门限0＜Sq1＜Sq2，另有持续时间限值Tq1，当某车轮加速度下降至门限值 或参考滑移率Sref＞Sq2，制动气压调节阀进入排气状态，降低制动气压，同时降低回馈制动转矩，直至车轮加速度大于 或Sref＜Sq2，制动气压调节阀进入保持状态，开始保持制动气压并保持回馈制动转矩；
当Sref＞Sq1且车轮加速度高于 时，制动控制器通过电机控制器令电机增加回馈制动转矩，直到加速度再次小于 而若Sref＜Sq1，则在时间Tq1内增加回馈制动转矩；
在回馈制动转矩增加阶段结束后，再次保持回馈制动转矩，直到车轮加速度小于 制动气压调节阀进入全进气状态，增加制动气压，同时增加回馈制动转矩，进入正常制动状态。
有防抱死制动功能的混合制动系统及控制方法
技术领域
[0001] 本发明属于混合动力电动汽车技术领域，特别涉及一套针对后轮驱动车辆的，可进行摩擦制动与电机回馈制动的混合制动系统，该系统在车轮抱死或有抱死趋势时可协调摩擦制动与电机回馈制动进行防抱死制动控制。
背景技术
[0002] 随着道路的发展，城市客车的车速不断提高，进行紧急制动的可能性增加，防抱死制动的重要性提高。通过有效控制车轮滑移率，防抱死制动系统能够降低轮胎磨损程度，可降低城市客车运营成本。
[0003] 已开发的制动能量回馈系统，参见发明专利200610113586.8“电动汽车混合制动系统”，主要用于城市客车，在某型HCNG串联混合动力城市客车和某型燃料电池城市客车上得到了成功应用。该混合制动系统分为气动制动子系统和回收制动子系统两部分，制动控制器以串联回馈制动策略整体控制车辆的气动制动与回收制动。
[0004] 所述串联回馈制动策略，指的是总制动力在摩擦制动力与回馈制动力之间的分配关系以及制动操纵装置动作与总制动力间的关系。典型的回馈制动策略，包括串联与并联两种，如图1所示。其中子图A为并联策略，子图B为串联策略。
[0005] 并联式控制策略的特点是对前后轮的原有摩擦制动力不进行调节，制动能量回馈系统的回馈制动力与摩擦制动力成一定比例，两者叠加为总制动力。串联式控制策略的特点是优先加载回馈制动力，当回馈制动力不能满足总值动力需求或前后制动力分配时，原摩擦制动系统方才动作以进一步产生摩擦制动力。
[0006] 为实现串联回馈制动策略，上述“电动汽车混合制动系统”中加入了摩擦制动力调节机构，使摩擦制动与回馈制动配合，实现预期的制动强度。但该方案中的混合制动系统无防抱死制动功能，若要实现防抱死制动控制，还需附加安装ABS控制器及调节阀等，整个制动系统难以融合并进行一体化控制，增加了系统的成本与复杂性
发明内容
[0007] 本发明旨在利用混合动力电动汽车的串联式制动能量回馈系统实现防抱死制动的功能，提高制动系统结构与控制的一体化程度。
[0008] 本发明的技术方案如下：
[0009] 一种有防抱死制动功能的混合制动系统，其特征在于：该系统含有制动控制器、踏板行程传感器、轮速传感器、摩擦制动子系统和回馈制动子系统，所述的回馈制动子系统包括电机控制器、与后轮相联的电机、主减速7和半轴；所述的摩擦制动子系统包括气瓶、制动踏板双腔制动阀，车轮摩擦制动器、制动气压传感器和制动气压调节阀，气瓶的两个出气口分别连接制动踏板双腔制动阀的前腔和后腔，分两路分别通过制动气压调节阀和制动气压传感器与车轮摩擦制动器连接；所述的制动控制器与轮速传感器、电机控制器、制动气压传感器、制动气压调节阀、踏板行程传感器有信号线路连接，所述的制动气压调节阀含有两个子阀，一个进气子阀、一个排气子阀；制动控制器接收来自制动气压传感器的前后气路的气压信号、来自制动踏板位置传感器的踏板位置信号、来自车轮轮速传感器的速度信号以及来自电机控制器的回馈制动转矩限值信号，向制动气压调节阀发出摩擦制动气压调节信号，向电机控制器发出电机回馈制动转矩信号。
[0010] 本发明提供的有防抱死制动功能的混合制动系统的控制方法，其特征在于该控制方法分正常制动控制和防抱死制动控制两种模式，当制动踏板被踩下，制动控制器2接收-到踏板行程传感器11的制动信号后，若任意非驱动轮减速度小于a 或任意驱动轮减速度小于 ，则进入防抱死制动控制模式，否则进入正常制动控制模式，其中制动气压调节阀
9通过两个子阀的状态组合共有4种控制状态：a.全进气状态：进气子阀开，排气子阀关；
b.半进气状态：进气子阀半开，即在一个控制周期中以占空比α打开，其余时间关闭，其中α在30％～50％之间，排气子阀关；c.保持状态：进气子阀关，排气子阀关；d.排气状态：
进气子阀关，排气子阀开；
[0011] 其具体控制步骤如下：
[0012] 1)正常制动控制
[0013] a.小强度正常制动：
[0014] 当车辆减速度小于a0，a0取值在0.1～0.15g之间，由制动转矩命令Tbd、回馈制动转矩限值Treg lim、制动力分配的限制βlim+和βlim-以及理想前后制动力矩分配关系βop，限制回馈制动和摩擦制动，回馈制动转矩Treg＝min(Tfgr+，Treg lim，Tbd)；
[0015] 一般有Treg＝Tbd，若Treg
[0016] b.中等以上强度制动：
[0017] 减速度大于a0，由制动转矩命令Tbd、回馈制动转矩限值Treg lim和理想前后制动力矩分配关系βop限制回馈制动和摩擦制动，回馈制动转矩Treg＝min(Treg lim，(1-βop)Tbd)，前轮摩擦制动力矩Tfricf＝βopTbd，后轮摩擦制动力矩Tfricr＝(1-βop)Tbd-Treg；
[0018] 2)防抱死制动控制
[0019] a.对于非驱动轮：- + +
[0020] 控制中有三个车轮加速度门限a<0
S2，制动气压调节阀进-
入排气状态，降低制动气压，直至车轮加速度大于a 或Sref+
[0021] 当Sref>S1且车轮加速度高于b 时，制动气压调节阀结束保持状态，开始以半进气+状态增加制动气压，直到加速度再次小于b ；而若Sref+
[0022] 在制动气压增加阶段结束后，再次保持制动气压，直到车轮加速度小于a，制动气压调节阀进入全进气状态，增加制动气压，进入正常制动状态。
[0023] b.对于驱动轮：
[0024] 控制中有三个车轮加速度门限 有两个参考滑移率门限0Sq2，制动气压调节阀进入排气状态，降低制动气压，同时降低回馈制动转矩，直至车轮加速度大于 或Sref
[0025] 当Sref>Sq1且车轮加速度高于 时，制动控制器通过电机控制器令电机增加回馈制动转矩，直到加速度再次小于 而若Sref
[0026] 在回馈制动转矩增加阶段结束后，再次保持回馈制动转矩，直到车轮加速度小于制动气压调节阀进入全进气状态，增加制动气压，同时增加回馈制动转矩，进入正常制动状态。
[0027] 本发明与现有技术相比，具有以下优点即突出性效果：1、正常制动与防抱死制动所涉及的摩擦制动、回馈制动使用相同的执行与调节机构，实现了一体化控制，保证了控制的可靠，提高了车辆制动安全性；2、充分利用混合制动系统已有部件实现防抱死制动，降低系统复杂性、降低成本；3、增强了混合制动系统的实用性，便于其在电动车辆上的推广。
附图说明
[0028] 图1为典型的串联与并联式制动能量回馈控制策略中，摩擦制动力、回馈制动力随制动踏板开度的变化；
[0029] 图2为有防抱死制动功能的混合制动系统整体结构示意图；
[0030] 图3为制动系统控制流程图，包括制动模式判断部分A、防抱死制动部分B和回馈制动部分C。
[0031] 图4为气压与电机防抱死制动联合调节典型控制过程示意图。
[0032] 图中：1-轮速传感器；2-制动控制器，3-车轮摩擦制动器，4-半轴，5-电机控制器，6-电机，7-主减速器，8-制动气压传感器，9-制动气压调节阀，10-气瓶，11-制动踏板位置传感器，12-双腔式串列制动阀。
具体实施方式
[0033] 本发明的具体实施例如图2所示，1为轮速传感器，2为制动控制器，3为车轮摩擦制动器，4为半轴，5为电机控制器，6为电机，7为主减速器，8为制动气压传感器，9为制动气压调节阀，10为气瓶，11为制动踏板位置传感器，12为双腔式串列制动阀。制动控制器2与轮速传感器1、电机控制器5、制动气压传感器8、制动气压调节阀9、制动踏板位置传感器11有信号电路连接。气路自气瓶10，首先通过双腔式串列制动阀12，之后通过制动气压调节阀9、制动气压传感器8，最后接入车轮摩擦制动器3。电机6与电机控制器5由大功率电路连接，电机6的输出轴接主减速器7的输入轴，主减速器7的两端接半轴4，半轴则与车轮相连。
[0034] 制动控制器2，接收来自气压传感器8的制动气压信号、来自制动踏板位置传感器11的驾驶员制动意图信号和来自电机控制器5的回馈制动转矩限制信号，向制动气压调节阀9发出摩擦制动气压调节命令、向电机控制器5发出电机回馈制动转矩命令。
[0035] 制动气压受到双腔式串列制动阀12和制动气压调节阀9的双重控制，用于驱动车轮摩擦制动器3产生制动转矩。双腔式串列制动阀12直接受驾驶员制动踏板操作的控制，制动气压调节阀9则在驾驶员制动意图的基础上，根据制动控制器的命令进一步控制制动气压。制动气压调节阀9分别调节双腔式串列制动阀下游的制动气压，含有两个子阀，一个进气子阀、一个排气子阀，通过两个子阀的状态组合共有4种控制状态：
[0036] 1)全进气状态，进气子阀开，排气子阀关；
[0037] 2)半进气状态，进气子阀半开，即在一个控制周期中以占空比α打开，其余时间关闭，其中α在30％～50％之间，排气子阀关；
[0038] 3)保持状态，进气子阀关，排气子阀关；
[0039] 4)排气状态，进气子阀关，排气子阀开。
[0040] 本实施方式中，控制方法分正常制动控制和防抱死制动控制两种模式。当制动踏-板被踩下，11发出开始制动信号后，若任意非驱动轮减速度小于a 或任意驱动轮减速度小于 ，则进入防抱死制动控制模式，否则进入正常制动控制模式。本方案的控制流程见图
3，模式判断部分、防抱死制动控制部分、正常制动控制部分分别见子图A、B、C。两种制动模式的说明如下：
[0041] 1、正常制动控制
[0042] (1)控制量说明及整体介绍
[0043] 正常制动指的是路面附着条件可以满足车辆制动需求，车轮远离抱死状态的制动情况，又分为小制动强度和中等以上制动强度两种情况。此时，制动控制器2认为制动踏板位置与制动转矩需求相对应，将踏板位置信号转化为制动转矩命令Tbd，在回馈制动转矩限值Treg lim以及制动法规、前后轴间制动力分配关系的限制下，向电机控制器5发出回馈制动的转矩控制命令、向制动气压调节阀9发出摩擦制动转矩命令。其中制动法规指GB12676-1999“汽车制动系统结构、性能和试验方法”中对车辆利用附着系数的要求，不同制动强度下附着系数的限值相应地限定了前、后车轴上的制动力矩的关系，有βlim+和βlim-，其中β为前轮制动转矩在前后轮总制动转矩之中所占的比例(轿车一般在0.7左右，卡车、大客车可能在0.3~0.4之间)，βlim-<β<βlim+，在此不再赘述。其中的前后轴间制动力分配关系，指的是在各种制动强度下使前、后车轮同时抱死的理想前后制动力矩分配关系，有βop，在经典汽车理论中多有说明，在此也不再赘述。
[0044] 正常制动时，制动气压的调节参照气压传感器8的信号根据调节阀9进口、出口的压力差进行。调节阀进口气压与制动踏板位置呈确定关系，因此仅需由气压传感器8测得阀出口气压就可得到调节阀进出口的压力差。对于车轮摩擦制动器3，制动气压与制动转矩成确定关系，因此对制动气压的准确调节，即为对制动转矩的准确调节。
[0045] (2)小强度正常制动控制2
[0046] 当车辆减速度小于a0，其中a0取值在0.1～0.15g(1g≈9.81m/s)之间，属小强度正常制动，由制动转矩命令Tbd、回馈制动转矩限值Treg lim以及制动法规，限制回馈制动和摩擦制动。当后轮为驱动轮时，在后轮制动转矩的法规限制上限Tfgr+(Tfgr+＝(1-βlim-)Tbd)、回馈制动转矩限值Treg lim和制动转矩命令Tbd中，选最小值为后轮的回馈制动转矩Treg，即Treg＝min(Tfgr+，Treg lim，Tbd)。一般情况下，回馈制动都可以满足0.1～0.15g的制动强度，不需要进行摩擦制动，Treg＝Tbd。在特殊情况下(如电机处于保护状态等)，若Treg lim很小，Treg
[0047] (3)中等以上强度正常制动控制
[0048] 相应的，中等以上制动强度指减速度大于a0的制动，此时由制动转矩命令Tbd、回馈制动转矩限值Treg lim和理想前后制动力矩分配关系βop限制回馈制动和摩擦制动。同样设定后轮为驱动轮，回馈制动转矩Treg＝min(Treg lim，(1-βop)Tbd)，前轮摩擦制动力矩Tfricf＝βopTbd，后轮摩擦制动力矩Tfricr＝(1-βop)Tbd-Treg。
[0049] 综合上述控制方法，总体的思路是：在小制动强度下尽可能发挥回馈制动的潜力，实现较好的能量回馈效果，提高节能减排的能力；在较大制动强度下优先考虑制动的稳定性与安全性，严格按照理想的前后制动力矩分配关系进行制动，充分利用整车的制动潜力，尽量避免车轮抱死。
[0050] 2、防抱死制动控制
[0051] (1)控制量说明及整体介绍
[0052] 防抱死制动指的是路面附着条件不足以满足车辆制动需求，车轮抱死或有抱死趋势的制动情况。非驱动轮只有摩擦制动一个制动力来源，因此以摩擦制动手段进行防抱死制动控制；驱动轮有摩擦制动、电机回馈制动两个制动力来源，为充分利用电机回馈制动相应快、可回收能量的优点，以摩擦制动、回馈制动互相配合的方式进行防抱死制动控制。
[0053] 防抱死制动控制以车轮的加(减)速度和参考滑移率为参考量。车轮的加(减)速度直接通过车轮轮速传感器1的速度信号经微分、滤波得到。参考车速Vref从制动踏板踩下并于200ms内稳定于5％踏板开度之后的瞬间开始计算。车轮的加速度直接通过车轮轮速传感器的速度信号经微分、滤波得到。参考滑移率，之所以称其为“参考”，是由于车载的传感器没有能力测得车辆的实际行驶速度，尤其是在车轮滑转甚至抱死时。参考滑移率计算公式如下：
[0054] (公式1)
[0055] 其中，R为车轮半径，ω为车轮转速，Vref为参考车速。参考车速是制动过程中由制动控制器不断推算着的参考量。其初始值，为制动踏板踩下瞬间的轮速R·ω，即车轮转速与车轮半径的乘积。之后，以制动踏板踩下瞬间轮速对时间的导数为车辆参考减速度，随着时间的推移不断计算当时的参考车速Vref，直到制动踏板被松开，即Vref＝Vref0-arefΔt，Δt为制动已经开始的时间。
[0056] (2)非驱动轮防抱死制动控制
[0057] 首先说明非驱动轮进行单纯摩擦防抱死制动控制的方法。控制中的参考量，有三- + +个车轮加(减)速度门限a<0
移率门限0度下降至门限值a，制动气压调节阀9进入排气状态，减小该轮气压，降低制动转矩；而若-
车轮减速度一直没有低于a，却已经有参考滑移率Sref>S2，则也进行降压。由于摩擦制动系统的迟滞，轮减速度仍然有所减小(绝对值增高)，之后逐渐升高，并正向穿越(由低至高)- -
门限a，这时制动气压调节阀9进入保持状态，保持制动压力；若之前不是由于达到a 而降+
压，则等到参考滑移率Sref门限b，这时制动气压调节阀9以半进气状态、以较小的速率升高制动气压，以克服制动系+
统迟滞，直到轮减速降低至门限b 以下，气压进入保持状态；当Sref时间T1，之后制动气压调节阀9进入保持状态。当轮减速度降低至门限a 以下时，轮速已基本恢复到与车速相差不多，这时制动气压调节阀9进入全进气状态，以较大速率升高制动-
气压，保证车辆制动强度。当轮减速度降至a 时，或有Sref>S2，进入到下一个控制循环中。
[0058] (3)驱动轮防抱死制动控制
[0059] 驱动轮的防抱死制动控制，其参考量与非驱动轮十分相似，有车轮减速度门限参考滑移率门限0
[0060] 唯一的不同，是在经过减压一保压后，轮减速度不断上升，越过0、门限 超过门限 时，制动气压调节阀9不进入半进气状态，摩擦制动气压仍保持不变，而电机回馈制动转矩开始上升，直到轮减速度回落到 以下，电机回馈制动转矩恢复保持状态；或者当Sref
