CRB 协同再生制动（能量回收）

1. General

CRB Cooperative Regenerative Braking 功能性协同再生制动系统/能量回收。

1.1 范围：

  本文件适用于功能性协同再生制动(CRB)。它用于带有发电机的车辆的制动系统。发电机必须能够回收电制动扭矩。

1.2 目的：

优化车辆回收效率。CRB将车辆制动系统的制动请求分配给液压制动系统和回收发电机制动器组成的两个制动执行器，避免由两个制动器之间的切换引起的明显的意外减速变化。

CRB需考虑的边界条件：

--发电机的电流再生能力

--来自车辆稳定控制器的信息

--液压制动压力对执行器的影响，如泵运行噪声、踏板振动等

--制动液量和制动踏板力融合的可能性

1.2.1 CRB是车辆制动系统的一部分

CRB接收到制动力后（如驾驶员踩下刹车踏板），计算了考虑所有边界条件的摩擦制动和再生制动的目标制动力。制动车轮的剩余制动力为摩擦制动力和再生制动力之和：

闭环配力和摩擦制动器

由于CRB不是闭环控制器，因此不检查车辆是否按照要求减速。但是制动请求者（司机）得到了制动反馈。

1.2.2 发电机的电流再生能力

动能回收的潜力由车辆速度决定，并受到充电状态的限制。因此，制动扭矩的分配应当根据当前可用的再生扭矩进行调整。

基于车辆速度的发电机限制

由于最大回收效率与最小NVH是相互冲突的目标，因此最大回收扭矩信号不能出现跳变（可能直接导致液压跳变，在压力泵上产生NVH）。

CRB在低速时逐渐释放扭矩，以避免液压制动突然运转（泵转速过高）。

1.2.3 安全与发电机最大扭矩相互依赖关系

CRB是制动系统的组成部分，因此对其进行了功能安全的推导。根据发电机的ASIL水平，限制发电机的最大扭矩。

发电机信号要求的ASIL等级

1.3 动力

发电机可以通过应用制动扭矩来驱动车轮，因此可以实现动能回收。

下图显示了非协同系统的回收制动原理：

基于非协同系统的车速与动能回收制动扭矩和减速度的关系

驾驶员将会使用动能回收扭矩制动作为液压制动的补充。由于发电机的特性不同，减速度随车速的变化而变化。车辆减速度的变化不能由液压主动控制来补偿。

下图是以CRB为例的协同系统的回收制动。

协同系统的回收制动扭矩

最大可再生扭矩可满足驾驶员制动要求。发电机的电转矩变化通过主动控制液压压力来补偿。

使用CRB功能的动机是实现不同工况下的动能回收。

如果动能回收导致一个或多个车轮的过度制动，CRB功能就应该避免过度的回收。

1.4 术语表

博世官方名称及简称:

CARB：California Air Resources Board /加州空气资源委员会

CRB：Cooperative Regenerative Braking / 协同再生制动

LDM：Longitudinal Dynamic Management / 纵向动力管理

NVH：Noise Vibration and Harshness / 振动噪声强度

OEM：Original Equipment Manufacturer / 原始设备制造商

2. 系统设计概述

2.1 功能拓扑

制动系统内的CRB

2.2 ECU 拓扑

ECU 拓扑

2.3 功能简介

基本功能结构可以根据对CRB的4个主要需求简要介绍如下：

1. 确保车辆稳定：

  CRB没有稳定控制器，但CRB应提供足够的压力使稳定性控制器（即防抱死控制器、车辆动力学控制器等）能执行准确的干预。基于控制器给CRB的信息（主要是稳定性指标）避免在紧急情况下过高的动能回收。

2. 优化回收效率：

  CRB应促进尽量多的动能回收制动力。边界的限制主要来自发电机的物理性能、车辆的稳定性、一致平滑的踏板感觉、回收和消耗的制动扭矩之间的平滑转换。

  在CRB函数中，动能回收扭转的内部上界根据以上影响计算。它可以低于发电机的最大扭矩。

3. 避免不同执行器融合导致的可感减速变化

  CRB必须避免在持续制动请求下的减速度突然变化。为了保持车身整体的制动力恒定，必须进行扭矩融合以平衡所有要求。这种扭矩的融合逻辑的计算方法考虑了动能回收扭矩和液压制动扭矩的平衡。

4. NVH最小化（噪音最小化）

  为了增加压力，必须使用制动系统的液压执行器。泵的运行经常被客户抱怨，导致需限制泵的转速以满足要求。不可避免的，这将导致可能减少原来司机的刹车需求。因此，在NVH噪声最小化部分，必须找到有限动力和NVH之间的平衡。这种平衡同样对活塞驱动系统有效。

2.4 主要功能描述（小结）

CRB的主要任务是将驾驶员或LDM的制动请求分配给混合动力或纯电汽车中的回收装置（发电机）和耗散执行器（液压制动系统）。在不同的液压布局下，需要隐藏驾驶员脚踩踏板引起的力量偏移；CRB必须考虑液压系统的局限性，并提供合适的融合策略。

3. 功能设计规范

3.1 系统架构影响

3.1.1 车辆寿命周期内的激活频率

车辆层面的负载推导

  CRB在每次制动中激活，无论来自于驾驶员的制动请求还是任何纵向控制器的制动请求。负载偏差取决于车辆设置，并且必须为每个项目和系统完成设置（很大程度取决于车辆的液压布局和能量再生能力）。

根据可能应用范围划分的负载范围

不同边界条件的负载范围

3.1.2 操作及功能范围

功能可用性

  只要有动能回收执行器（发电机），CRB功能就可用。如果车辆在滚轴上运行，CRB也可以使用。如果发电机不可用，CRB不会主动影响制动系统的行为，制动系统的行为要像标准制动系统一样工作。

  CRB功能可用于前向和可选的后向驾驶。

不同ECU系统模式下的具体行为

CRB状态和制动系统模式的对应关系

图8 CRB的目标状态

图8 CRB的目标状态

降级模式概念

3.1.3 Top FNID到功能的详细分解--概念视图

制动力融合

    功能拓扑

        CRB的主要任务是在不改变制动要求的情况下，将制动要求分配给不同的执行机构，即制动力融合。

在车辆层面，目标制动扭矩（Mtarget）是在驾驶员制动请求（Mtarget driver）和纵向功能请求（Mtarget LDM）之间的取大值:

Mtarget = max(Mtarget driver,Mtarget LDM)

以动力总成的最大目标发电机扭矩（Mtarget powertrain）和最大内部目标发电机扭矩（Mtarget pre-shaping），计算最终的回收目标制动力（Mb Regen max）：

Mb Regen max = min(Mtarget powertrain,Mtarget pre-shaping,Mtarget)

由此产生的车级压力为：

Pfriction target veh = 1/(CpFA +CpRA) * (Mtarget -Mb Regen max)

如果满足这些方程，则CRB满足所要求的制动扭矩。

为了同时完成其他任务，CRB在规定的条件下会偏离这些方程。

CRB另一个任务是实现踏板的感觉，不受“不同执行机构的制动力分配”的显著影响。

根据提供的制动请求(来自驾驶员或某些LDM功能)，从再生制动扭矩执行器(发电机)请求电动制动扭矩。基本上，CRB的踏板无感效果是通过以上这种方式来实现的。

此外，已经被一个连接的制动缸转移的液压制动液，部分被转移到某个储存库中，以便剩余的液压激活的制动力与“要求的制动力和已经启动的动能回收制动力”相匹配。

如果连接的制动缸没有转移制动力，则剩余的必要液压制动力由液压执行器实现，该液压执行器根据提供的制动请求和已请求的再生制动扭矩进行控制（通过电线制动）。

3.1.4 系统接口定义

输入接口要求

        可用的回收潜力

        描述:最大可用再生制动扭矩。

                最大偏移量:必须是最大的0牛米(发送扭矩必须是可实现的)。

                Signal name（信号名称）：MbRegenMax

                unit（单位）：Nm

                Regen max(phys)（最大范围（物理））: 32767.0

                Regen min(phys)（最小范围（物理））: -32768.0

可用性：

                采样：计算周期20ms

                分辨率(物理)：至少1Nm

信号质量：

                信号不应有跳跃、下降、斜坡，因为这可能直接导致液压跳跃，从而在压力泵上产生NVH。

安全：

                ASIL：QM

                安全相关故障幅度(物理)：错误的过低、0或者过高

信号监控：-

                如果驾驶员或辅助功能（如ACC）要求向传动系统提出加速请求，则信号MbRegenMax必须作为0发送。

主要的输出接口--目标再生制动扭矩

        目标再生制动扭矩规格

                正式信号参数

描述：CRB根据当前制动要求、车辆稳定性和舒适性（主要是噪音和踏板感觉）计算目标再生制动力。

                最大偏移量:必须是最大的0牛米(发送扭矩必须是可实现的)。

                Signal name（信号名称）: MbRegenTarget

                    Caculation cycle（计算周期）: 5 ms

                    Range（范围）: -32768.0 Nm 到 32767.0 Nm

                    Internal Resolution（内部分辨率）: 1 Nm/bit

                    Age（存活时间）: 5 ms

                    Filtering（过滤）：-

                信号监控

目标回再生动力的限定符信号可用。

限定符有以下状态：

                    NormalActive: Fault free regenerative brake request active > 0 （无故障再生制动请求激活 > 0）

                    NormalPassive: Fault free regenerative brake request inactive = 0 (无故障再生制动请求无效= 0)

                    Faulty: CRB degraded due Error (因错误导致CRB降级)

                    NotInitialized: CRB degraded due wake up (CRB因唤醒而降级)

                信号可用性

在唤醒期间，目标制动力限定符指示NotInitialized，直到驾驶员松开踏板并将CRB设置为全功能。在降级的情况下，CRB以恒定的梯度在降级时逐渐减少提出再生制动请求。只要CRB请求逐渐减少发生，限定符将保持在NormalActive，之后切换到Faulty。

4. 车辆系统先决条件（OEM）

4.1 驾驶员制动请求（DBR）

要使用CRB功能，必须获取驾驶员制动请求以作为CRB的基于力的输入信号。如果没有这个输入信号，CRB就不能工作，因为与CRB的非再生制动系统相矛盾的是，制动请求不随主气缸压力而来。

它可以由博世DBR功能产生，也可以由外部功能产生。

4.2 动力总成

CRB功能支持以下动力总成概念：

    FWD：前轮驱动

    RWD：后轮驱动

    AWD：全轮驱动（带开式差速器、CCC、扭杆）

    AxleSplit：（安装于分开的轴上的2个独立的发电机）

4.3 ABS过程中的回收

4.3.1 子功能描述

ABS过程中的动能回收指CRB使用的机制：在ABS工作期间不禁止使用动能回收功能，比如ESPhevX中的任何处于工作中的制动融合，必须确保ABS功能不受阻碍。在ABS过程中，CRB根据ABS干预所需的液压制动压力为发电机请求再生目标制动扭矩。

此外，CRB要求DBR采用压力模式或最大模式。如果ABS终止了制动融合模式，CRB也可以从iBooster请求踏板力融合功能的保持模式（Hold-mode）。

CRB没有影响转向角执行器的接口。