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制动能量回收系统压力控制算法研究 ?初亮 杨毅 郭崇 张世桐 （吉林大学汽车仿真与控制国家重点实验室, 吉林 长春 130022） 摘　要：本文针对课题组在‘863’项目中开发的制动能量回收系统，利用系统自带的ESP液压调节单元，开发了针对本系统RBS（再生制动）功能的高频与低频底层压力控制算法，并进行台架试验验证。试验结果表明，在RBS系统主动增压工作状态下，通过调制高频脉冲信号频率与占空比的方法，可以协调再生制动力与液压制动力满足RBS系统在增压时刻的目标压力与目标增压速率需求；系统再生制动力增大情况下，通过采用低频控制信号控制电机液压泵与出液阀的工作时间，协调液压制动力逐步减小，满足制动需求。 关键词：制动能量回收系统；高频与低频压力控制；ESP液压调节单元 中图分类号：U463.5 制动能量回收系统中由于引入再生制动功能，需要协调液压与电机制动力，协调控制中以电机制动力为主，液压制动力对电机制动力进行补偿[1]。因此协调控制的实现主要依赖于软件执行层部分的压力控制算法。准确控制RBS系统轮缸压力是保证系统制动效果优良与否的前提，只有实现准确的压力控制才能够保障制动安全性与舒适性[2]。本文针对课题组开发的带有ESP液压调节单元的制动能量回收系统，根据ESP中转换阀、电机液压泵和减压阀的工作特点与硬件结构，完成系统压力控制算法开发。 1制动工作过程分析与模式判别 制动能量回收系统硬件组成如图1所示，该制动系统包含有制动操纵机构，ESP液压调节单元、制动轮缸、制动踏板行程模拟器、控制阀（阀1和阀2）、踏板位移传感器、踏板力传感器、轮缸压力传感器、真空泵和制动连接管路[3]。制动过程中力矩协调变化过程如图2所示[4]: 图 SEQ 图 \* ARABIC 1 制动能量回收系统硬件方案 图2 制动过程力矩变化历程 整个制动过程中，前后轴制动力按定比分配，不针对后轴进行压力控制。 在初始OA阶段制动时，前轴制动需求完全由电机提供，阀1关闭，阀2开启，ESP液压调节单元维持初始状态；随着制动强度增大，进入AB阶段，在该阶段制动需求增大，电机可以提供的制动力不足，前轴主动增压补偿；在BC阶段，由于车速降低，电机制动力变大，前轴主动减压补偿；CD阶段为制动需求不变，电液保持制动 　　　　　　　　　 收稿日期：2014-06-25. 基金项目：国家863计划（2012AA110903. 作者简介：初亮（1967-），男，教授，E-mail:. 比例平衡；DE阶段，随着车速下降至停车，电机制动力退出，前轴再次主动增压补偿。整个制动过程中包含2个主动增压过程，一个主动减压过程。不同的工作状态下，压力控制方法有所不同，因此在进行压力控制之前首先需要对工作状态进行逻辑判断。 2 压力控制目标 2.1目标压力计算 制动能量回收系统压力控制目标有两个，其一为轮缸制动压力，该变量在制动轮缸中产生的制动力与电机制动力之和应该满足踏板位移对应的制动压力需求。制动系统判别流程如图3所示，根据车辆状态估算目标压力需求，与监测的轮缸压力进行比较，对制动状态进行判别。制动系统中，一定踏板位移下主缸活塞受力如下图4所示。 图3 模式判别流程图 图4 主缸活塞受力图 图中：P为主缸前腔压力；为主缸后腔压力； 为前腔弹簧刚度；为后腔弹簧刚度；为前腔弹簧以压缩量；为后腔弹簧压缩量；分别为前后腔活塞面积。驾驶员踩下的制动踏板位移等于两个柱塞位移之和： (1) 制动主缸前腔活塞受力可以表示为： (2) 制动主缸后腔活塞受力可以表示为： (3) 踏板位移与踏板力为可监测的已知量，因此得到前轴制动压力： (4) 根据制动力矩与轮缸压力公式： (5) 得到与电机制动力矩等效的前轴压力为： (6) 因此前轴需求目标压力为： (7) 式中为前轴摩擦效能因素；为前轮轮缸等效半径；下标f代表前轴；为前轴轮缸直径；为轮缸压力与踏板力、踏板位移的关系函数；为压力；代表制动力矩；下标req代表需求。 2.2目标压力变化率的计算 系统压力控制的另一目标量为轮缸压力变化率，压力变化的速度应该与踏板位移变化速度相一致。压力控制的目标增压速率可以利用制动压力与制动时间的积分关系表示： (8) 等效波伊尔定律于车辆制动系统中[5]： (9) 式中：为轮缸容积；为该轮缸的体积模量；为轮缸压力变化量；为轮缸内制动液体积变化量。 因此可以等效为压力变化率： (10) 式中：表示轮缸内液体体积增量； 体积变化量可以表示为： (11) 式中：为主缸活塞面积；为驾驶员踩下制动踏板速率。 结合公式（10）（11