阅读说明：本技术 混合动力电动车辆及其制动控制方法 (Hybrid electric vehicle and brake control method thereof ) 是由 朴俊泳 金成德 于 2019-11-25 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种混合动力电动车辆及其制动控制方法。所述方法包括：由第一控制器确定对应于制动踏板操作量的总制动量,并且将对应于总制动量的至少一部分的再生制动请求发送到第二控制器。确定具有电机和电池的再生制动系统的状态,并且基于确定出的状态、通过选择性地利用与基于再生制动请求而发送到第三控制器以操作电机的扭矩指令相对应的第一扭矩或由第三控制器测量出的第二扭矩来计算再生制动执行量。基于计算出的再生制动执行量和总制动量来确定摩擦制动器的制动力。(The invention relates to a hybrid electric vehicle and a brake control method thereof. The method comprises the following steps: a total braking amount corresponding to the brake pedal operation amount is determined by the first controller, and a regenerative braking request corresponding to at least a portion of the total braking amount is sent to the second controller. A state of a regenerative braking system having the motor and the battery is determined, and a regenerative braking execution amount is calculated based on the determined state by selectively using a first torque corresponding to a torque command transmitted to the third controller to operate the motor based on a regenerative braking request or a second torque measured by the third controller. The braking force of the friction brake is determined based on the calculated regenerative braking execution amount and the total braking amount.)

混合动力电动车辆及其制动控制方法

技术领域

本发明涉及一种能够以提高的响应性和效率实现再生制动的混合动力电动车辆及其制动控制方法。

背景技术

通常，混合动力电动车辆(HEV)是指利用两种类型的动力源的车辆。具体地，两种类型的动力源主要是发动机和电机。相比于仅包括内燃机的车辆，这样的混合动力电动车辆表现出优异的燃料经济性和优异的动力性能，并且在减少排放气体方面也是有利的。因此，最近已经对混合动力电动车辆进行了积极的开发。

混合动力电动车辆可以基于所操作的动力传动系以两种行驶模式驱动。一种行驶模式是仅利用电机来驱动车辆的电动车辆(EV)模式，另一种行驶模式是电机与发动机一起操作的混合动力电动车辆(HEV)模式。混合动力电动车辆基于行驶状况在两种模式之间进行转换。通常，根据动力传动系的效率特性，执行这种行驶模式转换以使燃料经济性或驱动效率最大化。

另外，在混合动力电动车辆(HEV)中，在制动期间，电机作为发电机与现有的液压摩擦制动器一起运行，从而将车辆的动能转换为电能，进而实现制动。以上述方式执行的制动称为“再生制动”。在混合动力电动车辆中，最大制动量用于制动期间的再生制动，以实现燃料经济性的提高。最大制动量基于电机的最大功率和电池的电量状态(SOC)确定。当基于驾驶员对制动踏板的操作在普通混合动力电动车辆中执行制动时，根据制动踏板的操作量的总制动力通常分配给摩擦制动和再生制动。这种分配在图1中示出。

图1示出了根据相关技术的普通混合动力电动车辆中的制动力分配形式的示例。在图1所示的曲线图中，横轴表示车辆速度，纵轴表示制动力。参考图1，总制动力可以以电机中的再生制动扭矩和摩擦制动扭矩之和的形式得到满足。再生制动扭矩不超过电机的最大扭矩。另外，再生制动扭矩受到电机根据速度的最大功率的限制。

在下文中，将参考图2描述执行再生制动的过程。图2示出了根据相关技术，在普通混合动力电动车辆中确定再生制动量并且基于确定结果执行再生制动的过程的示例。

参考图2，当驾驶员操作或接合制动踏板时，集成式制动器致动单元(IntergratedBrake Actuation Unit，iBAU)首先确定对应于制动踏板的操作量的总制动扭矩(1)。集成式制动器致动单元请求混合控制单元(HCU)将确定的总制动扭矩的预定部分分配为再生制动扭矩(2)。因此，HCU考虑到系统情况(例如，请求电机扭矩)，基于请求的再生制动扭矩，将扭矩指令发送到电机控制单元(MCU)(3)。

然后，MCU执行从HCU接收到的扭矩指令，测量执行的扭矩，并且将测量出的扭矩发送到HCU(4)。因此，HCU基于电机中执行的扭矩来计算所执行的再生制动扭矩，然后将计算出的再生制动扭矩发送到集成式制动器致动单元(iBAU)(5)。iBAU通过液压制动器施加总制动扭矩除了再生制动扭矩之外的部分(6)。

然而，在上述制动力分配过程中，在控制单元iBAU、HCU和MCU之间执行对于请求(2和3)和执行报告(4和5)的通信期间，可能会发生通信延迟。例如，当控制器之间的通信利用控制器局域网(CAN)通信系统时，假设网络的周期为10ms，则通过4次通信可能会发生至少40ms的通信延迟。这样的通信延迟会导致过大的区间内的驾驶性能和响应性下降，并且还导致再生制动效率下降。

具体地，当由于延迟而使电机执行的实际再生量没有在集成式制动器致动单元iBAU中反映出来时，施加对应于给定执行量的液压制动。因此，再生制动量由于液压制动的响应特性而减小，直到解除了不正确的液压。

发明内容

因此，本发明提供了一种混合动力电动车辆及其制动控制方法，所述混合动力电动车辆及其制动控制方法基本上消除了由于相关技术的限制和缺点而导致的一个或更多个问题。本发明的目的是提供一种能够实现更有效的再生制动的混合动力电动车辆及其制动控制方法。本发明的另一个目的是提供一种能够实现响应性和驾驶性能提高的再生制动的混合动力电动车辆及其制动控制方法。

示例性实施方案的其他优点、目的和特征将会在随后的描述中部分地呈现，并且对于本领域普通技术人员来说，在对下文进行核查之后，这些部分将会变得明显，或者可以从示例性实施方案的实践中进行学习。示例性实施方案的目的和其他优点可以通过在撰写的说明书和权利要求书以及附图中具体指出的结构来实现和获得。

根据请求保护的本发明的一方面，一种混合动力电动车辆的制动控制方法可以包括：由第一控制器确定对应于制动踏板的操作量的总制动量；将对应于总制动量的至少一部分的再生制动请求从第一控制器发送到第二控制器；由第二控制器确定具有电机和电池的再生制动系统的状态；基于第二控制器所确定的状态、通过选择性地利用与基于再生制动请求而发送到第三控制器以操作电机的扭矩指令相对应的第一扭矩或由第三控制器测量出的第二扭矩来计算再生制动执行量；由第一控制器基于计算出的再生制动执行量和总制动量来确定摩擦制动器的制动力。

根据本发明的另一方面，一种混合动力电动车辆可以包括：第一控制器，其配置为操作电机；第二控制器，其配置为确定对应于制动踏板的操作量的总制动量；以及第三控制器，其配置为响应于从第二控制器接收到对应于总制动量的至少一部分的再生制动请求来确定具有电机和电池的再生制动系统的状态，并且基于确定出的状态、通过选择性地利用与基于再生制动请求而发送到第一控制器的扭矩指令相对应的第一扭矩或由第一控制器测量出的第二扭矩来计算再生制动执行量。所述第二控制器可以配置为基于计算出的再生制动执行量和总制动量来确定摩擦制动器的制动力。

与如上所述配置的本发明的至少一个示例性实施方案相关的混合动力电动车辆可以更有效地执行再生制动。具体地，可以通过计算考虑到电机的情况或状态而执行的再生制动执行量来防止由通信延迟引起的驾驶性能和响应性的降低。另外，通过再生制动执行量的一致性验证，可以提高故障情况下的制动线性度和稳定性。

本发明的效果不限于上述效果。通过以下描述，本领域技术人员可以容易地理解本发明中未描述的其他效果。应当理解，本发明的前面的一般性描述和如下详细的描述均仅为示例性和解释性的，并且旨在提供对所要求保护的本发明的进一步的解释。

附图说明

所附附图提供了对本发明的进一步的理解并且被纳入并构成本申请的一部分，这些附图示出了本发明的实施方案，并且与说明书一起用于解释本发明的原理。在附图中：

图1为示出根据相关技术的普通混合动力电动车辆中的制动力分配形式的示例的曲线图；

图2为示出在根据相关技术的普通混合动力电动车辆中确定并执行再生制动量的过程的示例的示意图；

图3为示出可应用本发明的示例性实施方案的并联式混合动力电动车辆的动力传动系结构的示例的示意图；

图4为示出可应用本发明的示例性实施方案的混合动力电动车辆中的控制系统的示例的框图；

图5为示出根据本发明的示例性实施方案的用于执行制动控制的混合动力电动车辆控制系统的配置的示例的框图；

图6为示出根据本发明的示例性实施方案的混合动力电动车辆中的制动控制过程的示例的流程图；以及

图7为示出根据本发明的示例性实施方案的警告情况的示意图。

具体实施方式

应当理解，本文中所使用的术语“车辆”或“车辆的”或其它类似术语一般包括机动车辆，例如包括运动型多用途车辆(SUV)、大客车、大货车、各种商用车辆的乘用汽车，包括各种舟艇、船舶的船只，航空器等等，并且包括混合动力车辆、电动车辆、插电式混合动力电动车辆、氢动力车辆以及其它替代性燃料车辆(例如源于非化石的能源的燃料)。正如本文所提到的，混合动力车辆是具有两种或更多动力源的车辆，例如汽油动力和电力动力两者的车辆。

尽管示例性实施方案描述为利用多个单元来执行示例性过程，但是应当理解，示例性过程也可以由一个或更多个模块执行。此外，应当理解，术语控制器/控制单元指的是包括存储器和处理器的硬件装置。该存储器配置为存储模块，并且该处理器具体配置为运行所述模块以执行以下进一步描述的一个或更多个过程。

此外，本发明的控制逻辑可以实施为包含由处理器、控制器/控制单元等执行的可执行程序指令的计算机可读介质上的非暂时性计算机可读介质。计算机可读介质的示例包括但不限于ROM、RAM、光盘(CD)-ROM、磁带、软盘、闪盘驱动器、智能卡和光学数据存储装置。计算机可读记录介质还可以分布在网络联接的计算机系统上，使得计算机可读介质例如通过远程信息处理服务器或控制器局域网(CAN)以分布方式存储和执行。

下文中，将参考附图详细描述本发明的示例性实施方案，使得本发明所属领域的普通技术人员可以容易地实施本发明的示例性实施方案。本发明可以以很多不同的形式实施并且不应解释为限于在此阐述的实施方案。为了说明清楚，将省略与本发明无关的事项。在整个说明书中，相同或相似的元件由相同的附图标记表示。

本文中所公开的术语“包括”、“包含”、“具有”及其变化形式表示“包括但不限于”，除非另有明确的说明，从而不应当将其理解为排除本文所公开的元件之外的元件，而应当将其理解为进一步包括其他元件。在整个说明书中，用相同的附图标记指代的元件表示相同的组成元件。

在描述根据本发明的示例性实施方案的混合动力电动车辆及其制动控制方法之前，将描述可应用本发明的示例性实施方案的混合动力电动车辆中的结构和控制系统。

图3示出了可应用本发明的示例性实施方案的并联式混合动力电动车辆的动力传动系结构的示例。参考图3，示出了混合动力电动车辆的动力传动系。所示出的动力传动系采用并联式混合动力系统，其中，驱动电机140和发动机离合器130安装在内燃机(ICE)发动机110与变速器150之间。

通常，在这种车辆中，在发动机启动后驾驶员接合加速踏板时，在发动机离合器130分离的状态下利用来自电池的电力首先驱动电机140。来自电机140的动力经由变速器150和主减速器(FD)160传递到车轮，因此，车轮被驱动(例如，电动车辆(EV)模式)。当随着车辆逐渐加速而需要更大的驱动力时，起动机发电机电机120可以操作为驱动发动机110。

当发动机110和电机140的转速根据上述操作而变成相等时，发动机离合器130可以接合并且发动机110可以配置为与电机140一起驱动车辆，或者单独地驱动车辆(例如，从EV模式转换为混合动力电动车辆(HEV)模式)。例如，当根据车辆的减速等满足预定的发动机关闭条件时，发动机离合器130可以分离并且发动机110可以停止(例如，从HEV模式转换为EV模式)。另外，在混合动力电动车辆中，车轮的驱动力可以在制动期间转换为电能并且可以对电池充电。这个操作被称为“制动能量回收”或“再生制动”。

起动机发电机电机120可以在执行发动机启动时操作为起动机电机，并且起动机发电机电机120可以在发动机启动之后或在发动机关闭状态下回收发动机的旋转能量时操作为发电机。就这一点而言，起动机发电机电机120可以被称为“混合式起动机发电机(HSG)”。在一些情况下，起动机发电机电机120可以被称为“辅助电机”。

在图4中示出了应用上述动力传动系的车辆内的控制器之间的相互关系。图4为示出可应用本发明的示例性实施方案的混合动力电动车辆中的控制系统的示例的框图。

参考图4，在可应用本发明的示例性实施方案的混合动力电动车辆中，内燃机发动机110可以由发动机控制单元(ECU)210操作，并且起动机发电机电机120和驱动电机140的扭矩可以通过电机控制单元(MCU)220来调节和操作。另外，发动机离合器130可以由离合器控制单元230操作。具体地，发动机控制单元210也可以被称为“发动机管理系统(enginemanagement system，EMS)”。另外，液压制动系统170可以由集成式制动器致动单元270操作。

如上所述的控制单元可以连接到作为上级控制器的混合控制单元(HCU)240或连接到执行整体模式转换的控制器，从而可以配置为在混合控制单元240的操作下提供改变驱动模式所需的信息、换挡时发动机离合器操作所需的信息和/或发动机停止所需的信息，或者可以根据从混合控制单元240接收到的控制信号来执行操作。

具体地，混合控制单元240可以配置为基于车辆的行驶状态来确定是否执行模式转换。例如，混合控制单元240可以配置为确定发动机离合器130分离的时间。当发动机离合器130分离时，混合控制单元240可以配置为执行液压控制(在湿式发动机离合器(EC)的情况下)或扭矩容量控制(在干式EC的情况下)。另外，混合控制单元240可以配置为确定发动机离合器130的状态(例如，锁止、打滑、分离等)并且调节停止向发动机110中喷射燃料的时间。

此外，混合控制单元240可以配置为将调节用于发动机停止的起动机发电机电机120的扭矩的扭矩指令发送至电机控制单元(MCU)220，从而控制发动机旋转能量的回收。另外，混合控制单元240可以配置为确定模式转换条件，并且可以在控制驱动模式转换时操作用于模式转换的下级控制器。具体地，根据示出的示例性实施方案，混合控制单元240可以配置为通过与集成式制动器致动单元270的协作控制来执行有效的再生制动过程。

本领域技术人员应当理解，上述控制器之间的连接关系以及各个控制器的功能/定义是说明性的，因此，控制器不受其名称的限制。例如，混合控制单元240的功能可以通过其余控制器中的任意一个控制器来实现，或者可以通过两个或多个其余的控制器以分布式方式来设置。

另外，本领域技术人员应当理解，图3和图4的上述配置是混合动力电动车辆的示例性配置，并且可应用于本发明的示例性实施方案的混合动力电动车辆不限于上述配置。下文中，将参考图5和图6描述根据本发明的示例性实施方案的用于执行制动控制的混合控制单元的配置及混合控制单元与其他控制单元的协作。

图5示出根据本发明的示例性实施方案的用于执行制动控制的混合动力电动车辆控制系统的配置的示例。参考图5，根据本发明的示例性实施方案，集成式制动器致动单元270(例如，集成式制动器致动器)、混合控制单元240和电机控制单元220可以参与制动控制。

另外，为了执行根据本发明的示例性实施方案的制动控制，混合控制单元240可以包括再生制动系统状态检测器241、协作控制选择器242、目标再生制动量确定器243、再生制动执行量计算器244以及再生制动执行量一致性检测器245。下文中，将详细描述混合控制单元240的组成元件。

首先，再生制动系统状态检测器241可以配置为监测影响再生制动系统的性能的再生制动系统的元件(例如，电机140、电池(未示出)等)的状态。例如，再生制动系统状态检测器241可以配置为监测电机温度、电机电压或电池的电量状态(SOC)中的至少一个。监测可以始终实时地执行，或者可以以预定的时间间隔执行，但不限于此。

当根据驾驶员对制动踏板的操作从集成式制动器致动单元270接收到再生制动请求时，目标再生制动量确定器243可以配置为基于目标再生制动量来确定电机的再生制动扭矩，并且将对应于确定出的再生制动扭矩的扭矩指令(下文中，称为“Tq Cmd”)发送到电机控制单元220。

协作控制选择器242可以配置为基于由再生制动系统状态检测器241确定的再生制动系统的状态来确定是否可以完全执行由目标再生制动量确定器243确定的扭矩指令TqCmd。根据判断结果，协作控制选择器242可以配置为向再生制动执行量计算器244提供关于当前情况是一般情况还是警告情况的通知。

例如，协作控制选择器242可以配置为通过将电力相关的组件(例如，电机、逆变器、电池等)的温度、电压、容许电功率或剩余能量容量中的至少一项与其阈值进行比较来确定再生制动系统的情况。具体地，一般情况指的是再生制动系统处于能够完全执行扭矩指令Tq Cmd的状态。警告情况指的是再生制动系统处于无法完全执行扭矩指令Tq Cmd的状态，或者有可能不能够完全执行扭矩指令Tq Cmd的状态。稍后将参考图7更详细地描述警告情况。

再生制动执行量计算器244可以配置为根据来自协作控制选择器242的情况信息、基于扭矩指令Tq Cmd来直接计算再生制动执行量。具体地，在如上参考图2所述的电机扭矩请求(3)之后无需等待接收电机扭矩执行(4)的结果的情况下可以直接执行再生制动执行量的计算(例如，忽略混合控制单元与电机控制单元之间的通信)，从而可以减少对应于相关网络的至少两个周期的延迟。

此外，在协作控制选择器242输出关于警告情况的通知时，再生制动执行量计算器244可以配置为在如上参考图2所述的等待接收电机扭矩执行(4)的结果之后获取由电机控制单元220测量的电机扭矩(下文中，称为“Est Tq”或“测量出的扭矩值”)，然后可以配置为基于获取到的电机扭矩来计算再生制动执行量。换句话说，在一般情况下，再生制动执行量计算器244可以配置为通过例如“fn(Tq Cmd)”来计算再生制动执行量，而在警告情况下，再生制动执行量计算器244可以配置为通过例如“fn(Est Tq)”来计算再生制动执行量。

具体地，“fn()”表示考虑到传动比、传动效率等将电机的扭矩与安装有摩擦制动器的车轮位置的等效扭矩进行交换的函数。本领域技术人员应当理解，本发明不受上述函数的具体形式或因素的限制，并且可以适当地推导这个函数以适合于车辆配置。同时，计算出的执行量可以发送到集成式制动器致动单元270。因此，集成式制动器致动单元270可以配置为执行控制，以使摩擦制动系统170能够执行通过从总的所需制动扭矩中减去所发送的执行量而获得的制动量。

再生制动执行量一致性检测器245可以是再生制动执行量计算器244的下级元件。再生制动执行量一致性检测器245可以配置为确定实际执行的扭矩是否由于以下情况而比扭矩指令Tq Cmd高出预定值或更多：再生制动系统不能够感测由再生制动执行量计算器244基于当前情况计算出的再生制动执行量。

作为具体的判断方法，可以利用通过电机的扭矩与每分钟转数(RPM)之间的关系推导出的电机功率与电池的充电功率以及车辆的减速的变化的比较。例如，可以利用这样的方法：将电池电流与电池电压的乘积与通过计算“电机速度×电机再生扭矩×效率+辅助负载使用量”而获得的值进行比较。具体地，可以基于直流(DC)转换器(例如，低压DC-DC转换器(LDC))的操作量来推导出辅助负载使用量。在另一个示例中，可以利用这样的方法：将通过计算“{(电机再生扭矩×传动比+驱动系统损耗+液压制动扭矩)/车轮半径+行驶阻力}/质量”而获得的值与车辆加速度进行比较，但是本发明不限于此。

当再生制动执行量一致性检测器245感测到异常情况(例如，实际执行的扭矩比扭矩指令Tq Cmd高出预定值或更多的情况)时，再生制动执行量一致性检测器245可以配置为请求目标再生制动量确定器243减小目标再生制动量(或停止再生制动控制)，以确保制动稳定性。另外，可以向集成式制动器致动单元270报告根据实际扭矩执行的制动执行量，从而集成式制动器致动单元270可以配置为执行液压校正。因此，即使当电机输出异常扭矩时，也可以确保制动线性度和稳定性。

下文中，将参考图6通过流程图描述上述混合控制单元240的各个组成元件的操作。图6为示出根据本发明的示例性实施方案的混合动力电动车辆中的制动控制过程的示例的流程图。

参考图6，基于驾驶员对制动器的操作或接合，再生制动请求可以从集成式制动器致动单元270发送到混合控制单元240(S610)。因此，协作控制选择器242可以配置为基于再生制动系统状态检测器241所确定的再生制动系统的状态来确定是否可以完全执行通过目标再生制动量确定器243确定的扭矩指令Tq Cmd(S620)。

基于指示当前情况是能够完全执行扭矩指令的一般情况的确定结果(S630中的“是”)，再生制动执行量计算器244可以配置为基于扭矩指令Tq Cmd直接计算再生制动执行量(S640A)。这个操作可以直接执行，而无需等待接收来自电机控制单元220的根据扭矩指令的执行的测量出的扭矩值。

另一方面，基于指示无法完全执行扭矩指令或扭矩指令可能不能够完全执行的确定结果(S630中的“否”)，再生制动执行量计算器244可以配置为在等待接收来自电机控制单元220的根据扭矩指令的执行的测量出的扭矩值之后，基于测量出的扭矩值来计算再生制动执行量(S640B)。

此后，再生制动执行量一致性检测器245可以配置为基于实际执行的扭矩是否由于以下情况而比扭矩指令Tq Cmd高出预定值或更多来确定一致性：再生制动系统不能够感测由再生制动执行量计算器244基于当前情况计算出的再生制动执行量(S650)。具体的判断方法与以上参考图6所描述的判断方法相同，因此，将不给出重复的描述。

当再生制动执行量一致性检测器245感测到异常情况(例如，实际执行的扭矩比扭矩指令Tq Cmd高出预定值或更多的情况(S660中为“否”)时，再生制动执行量一致性检测器245可以配置为请求目标再生制动量确定器243对目标再生制动量进行校正(或停止再生制动控制)，以确保制动稳定性(S670)。

通过上述方法，代替在制动的初始阶段无条件地执行摩擦制动，混合控制单元可以首先向集成式制动器致动单元报告再生制动执行量，而与电机控制单元之间没有通信延迟。因此，能够在使不必要的摩擦制动的执行最小化的同时实现效率的提高。另外，还可以根据关于再生制动执行量的一致性的判断以及用于根据是否可以执行扭矩指令来计算再生制动执行量的双重方法来确保稳定性。

图7为示出根据本发明的实施方案的警告情况的示意图。在图7所示的曲线图中，横轴表示电机140的温度，纵轴表示电机输出降额系数。电机输出降额系数是电机输出所乘的系数，以确定最终的电机输出。在正常的温度范围内，电机输出降额系数为1，并且电机输出降额可以根据温度的升高而逐渐降低。电机温度在预定范围内的区间可以定义为正常运行区间。

超过正常的温度范围后，延续到电机温度升高至电机输出降额系数小于1的温度的区间可以定义为警告区间。警告区间是这样的区间：尽管不需要立即进入降额控制以限制用于电机保护的输出，但是当继续进行诸如再生制动的电机操作时，很有可能进入降额控制。警告区间可以认为是可能不能够完全执行扭矩指令Tq Cmd的区间。

在电机温度高于警告区间的电机温度的区间中，可以执行进入降额控制。因此，这个区间可以认为是不能够完全执行扭矩指令Tq Cmd的警告区间。本领域技术人员应当理解，上述警告区间的温度范围可以根据电机规格和冷却性能、针对不同车辆来进行不同方式的设置。

同时，本发明可以实施为代码，该代码可以写在可以由计算机读取的程序存储的记录介质上。可以由计算机读取的记录介质包括在其上写入可以由计算机系统读取的数据的所有类型的记录介质。可以由计算机读取的记录介质的示例可以是硬盘驱动器(HDD)、固态驱动器(SSD)、硅盘驱动器(SDD)、只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、CD-ROM、磁带、软盘、光学数据存储器等。

因此，以上详细描述应当理解为示例性的，而不是在所有方面进行限制。本发明的范围也应当由所附权利要求书解释。根据旨在包括在本发明的范围内的等效概念所推导出的所有修改也应当解释为落入本发明的范围内。