CN101979259A - 一种电动车能量回收系统及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种电动车能量回收系统及其控制方法，以电动车制动主缸压力为依据，再根据电动车制动系统设计时的制动力分配曲线和行驶在理想的同步地面附着系数的路面上的驱动轮抱死曲线，通过计算得到当前驱动轮上最大允许施加的制动力Fm，将Fm转化为扭矩，即为当前最大可施加的电机制动扭矩，使电动车能最大限度的进行整车能量的回收。同时，依据汽车驾驶性和安全性的要求对计算出的制动扭矩进行修正，使电动车能在保证驾驶性和安全性的前提下最大程度地进行制动能量回收。

Description

一种电动车能量回收系统及其控制方法
技术领域
本发明涉及电动车能量回收技术领域，具体涉及一种电动车能量回收系统及其控制方法。
背景技术
制动能量回收是电动汽车提高能量使用率的方式之一。它能够将汽车制动时的动能通过电动机来转换为电池的电能存储，然后将其利用到牵引驱动中，避免了能量变为摩擦热能的损耗，以此提高能量的使用效率，增大电动汽车的续驶里程。
现有的制动能量回收系统的控制方法，一般是在汽车进行制动时向驱动轴施加一个固定的制动扭矩，或者以一个固定的扭矩为依据，在通过发动机转速或车速进行修正后施加到驱动轴上进行能量回收。这种方法的特点是结构比较简单，但是并不能满足目前日趋成熟的电动汽车技术对能量回收率的要求。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供一种能量回收率高的电动车能量回收系统及其控制方法。
本发明的电动车能量回收系统，包括电机：可应用驱动电机或单独加载在驱动轴上的发电机，在整车进行制动时，向驱动轴施加制动扭矩，将整车动能转化成电能；电池：将所述电机提供的电能转化为化学能存储起来；压力传感器：采集汽车液压制动系统制动主缸的压力信号并且反馈给整车控制器；整车控制器：依据压力传感器反馈的压力信号，进行电机制动扭矩的计算，向电机控制器输出电机制动扭矩；电机控制器：接收整车控制器计算出的电机制动扭矩，控制电机施加制动扭矩。
本发明的电动车能量回收系统的控制方法包括以下步骤：
A、整车开始制动，压力传感器实时监测液压制动系统的制动主缸的压力信号，并且反馈给整车控制器；
B、整车控制器接收压力信号，依据整车制动系统设计的制动力分配曲线，得到当前非驱动轮的制动力Fμ20；
C、整车控制器依据非驱动轮的制动力Fμ20以及制动系统设计的行驶在理想的同步地面附着系数的路面上的驱动轮和非驱动轮同时抱死曲线，计算出当前驱动轮的制动力Fμ10以及驱动轮上最大可以施加且驱动轮不会抱死的制动力BF；
D、整车控制器计算当前驱动轮的制动力Fμ10与驱动轮上最大可以施加且驱动轮不会抱死的制动力BF之差，即为当前驱动轮上最大允许施加的制动力Fm，将Fm转化为扭矩，得到当前最大可施加的电机制动扭矩；
E、整车控制器将D步骤得到的电机制动扭矩发送给电机控制器，电机控制器控制电机提供制动扭矩。
根据本发明提出的电动车能量回收系统，以电动车制动主缸压力为依据，再根据电动车制动系统设计时的制动力分配曲线和行驶在理想的同步地面附着系数的路面上的驱动轮抱死曲线，通过计算得到当前驱动轮上最大允许施加的制动力Fm，将Fm转化为扭矩，即为当前最大可施加的电机制动扭矩，使电动车能最大限度的进行整车能量的回收。
所述D和E步骤之间还包括对D步骤得到的最大可施加的电机制动扭矩依据电机的峰值扭矩、电池的最大充电功率、电机的转速和整车的车速进行修正。将D步骤计算得到电机制动扭矩依据电机的峰值扭矩和电池的最大充电功率进行修正，防止电机控制器施加的电机制动扭矩超出电机的峰值扭矩或者电机对电池的充电功率超过电池的最大充电功率，满足安全性；依据电机的转速和整车的车速对D步骤得到的电机制动扭矩进行修正，使制动能量回收系统对驾驶性的影响减小。
所述依据电机的峰值扭矩和电池的最大充电功率修正方法为：电机制动扭矩不能超过电机最大允许输出扭矩和电池最大充电扭矩。当D步骤计算得到的当前最大可施加的电机制动扭矩大于电机最大允许输出扭矩和电池最大充电扭矩中的较小值时，只能以该较小值作为实际的电机制动扭矩进行能量回收，保证电机和电池的安全工作。
所述依据电机转速和整车的车速修正方法为：随着电机转速和整车车速的降低，逐渐降低电机制动扭矩。当电机转速和整车车速降低时，施加的制动扭矩如果仍然以D步骤计算得到的当前最大可施加的制动扭矩进行能量回收，会使整车产生颠沛感，严重影响驾驶的舒适性，因此，应随着电机转速和整车车速的降低，降低电机制动扭矩。
所述依据电机转速和整车的车速修正方法还包括：当整车车速降到预设车速时，电机制动扭矩降低为0。由于电机功率的特性，当车速很小时，电机给电池的充电功率很小，再加上在充电过程当中的损耗，最终充给电池的能量很小，所以这时候可以不施加制动扭矩，停止电机工作；相应措施为设定一预设车速，当整车车速降低到预设车速时，电机制动扭矩降低为0。
整个制动过程中，对电机制动扭矩还包括ABS系统状态修正：根据ABS系统发送给整车控制器的滑移率数值，随着滑移率增加，降低制动扭矩的数值；当滑移率降低，则增加制动扭矩的数值。在制动过程中，由于地面附着系数的变化，此时施加的制动扭矩在下一刻可能会导致驱动轮有抱死的趋势，从而导致ABS系统提前工作，此时，应该依据滑移率的变化对制动扭矩进行修正。
本发明提供的电动车能量回收系统及其控制方法，提出一种新的电动车能量回收制动扭矩的计算方法，并且可以应汽车驾驶性和安全性的要求对计算出的制动扭矩进行修正，使电动车能在保证驾驶性和安全性的前提下最大程度地进行制动能量回收。
附图说明
本发明的上述和其他方面的优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1为本发明的电动车能量回收系统的原理图；
图2为本发明实施例的前后轮制动力分配曲线以及前后轮同时抱死曲线；
图3为本发明的电动车能量回收系统控制方法的流程控制图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例。
如图1，以前轮驱动的电动汽车为例，具体说明本发明是如何工作的。
本发明的电动车能量回收系统，包括电机：可应用驱动电机或单独加载在驱动轴上的发电机，在整车进行制动时，向驱动轴施加制动扭矩，将整车动能转化成电能；电池：将所述电机提供的电能转化为化学能存储起来；压力传感器：采集汽车液压制动系统制动主缸的压力信号并且反馈给整车控制器；整车控制器：依据压力传感器反馈的压力信号，进行电机制动扭矩的计算，向电机控制器输出电机制动扭矩；电机控制器：接收整车控制器计算出的电机制动扭矩，控制电机施加制动扭矩。
如图3的流程控制图，本发明的工作过程如下：
首先，驾驶员操纵制动踏板，制动开始；压力传感器实时监测液压制动系统制动主缸的压力信号，将其反馈给整车控制器；整车控制器接收压力信号，依据整车制动系统设计的制动力分配曲线，得到当前非驱动轮的制动力Fμ20；
如图2，其中β线是实际制动过程前后轮制动力分配曲线，I线是前后轮同时抱死曲线，Fμ1、Fμ2表示地面摩擦制动力Frb1、Frb2表示制动器制动力，a：驾驶员请求的前轮制动力；b：对应同步附着系数
Figure BSA00000267493900041
此时前后轮同时抱死；h：对应附着系数0.3，此时前后轮同时抱死；k：对应附着系数0.6，此时前后轮同时抱死；Fm：β线上一点的横坐标到a点横坐标c的距离。从图中可以看出，b点横坐标对应X轴为地面附着系数为同步地面附着系数时的驱动轮(前轮)最大制动力，b点纵坐标对应Y轴为地面附着系数为同步地面附着系数时的非驱动轮(后轮)最大制动力。即Fμ10+Fm＝BF。得到当前非驱动轮(后轮)的制动力Fμ20后，可以计算得到驱动轮(前轮)当前施加的液压制动力Fμ10以及当前按照地面附着系数为同步地面附着系数时的驱动轮(前轮)上最大允许施加的制动力BF。此制动力BF减去当前驱动轮(前轮)上的制动力Fμ10，即可得到当前驱动轮(前轮)上最大允许施加的制动力Fm。Fμ10对应制动踏板的力度不断变化，因此Fm也是动态变化的。将Fm转换成扭矩，即可得到当前最大可施加的制动扭矩的变化曲线。
为了防止电机控制器施加的电机制动扭矩超出电机的峰值扭矩或者电机对电池的充电功率超过电池的最大充电功率，满足安全性，还需要对以上得到的当前最大可施加的制动扭矩依据电机的峰值扭矩、电池的最大充电功率进行修正，修正方法为：当以上得到的当前最大可施加的电机制动扭矩大于电机最大允许输出扭矩和电池最大充电扭矩中的较小值时，只能以该较小值作为实际的电机制动扭矩进行能量回收。
为了减小制动能量回收系统对驾驶性的影响，还可以对以上得到的电机制动扭矩依据电机的转速和整车的车速进行修正，修正方法为：随着电机转速和整车车速的降低，逐渐降低电机制动扭矩。此外，由于电机功率的特性，当车速很小时，电机给电池的充电功率很小，再加上在充电过程当中的损耗，最终充给电池的能量很小，所以这时候可以不施加制动扭矩，停止电机工作；相应措施为设定一预设车速，当整车车速降低到预设车速时，电机制动扭矩降低为0。
在制动过程中，由于地面附着系数的变化，此时施加的制动扭矩在下一刻可能会导致驱动轮有抱死的趋势，从而导致ABS系统提前工作，此时，应该依据滑移率的变化对制动扭矩进行修正。修正方法为：根据ABS系统发送给整车控制器的滑移率数值，随着滑移率增加，降低制动扭矩的数值；当滑移率降低，则增加制动扭矩的数值。
本发明提供的电动车能量回收系统及其控制方法，提出了一种新的电动车能量回收制动扭矩的计算方法，并且可以应汽车驾驶性和安全性的要求对计算出的制动扭矩进行修正，使电动车能在保证驾驶性和安全性的前提下最大程度地进行制动能量回收。

Claims (8)

1.一种电动车能量回收系统，其特征在于所述电动车能量回收系统包括：
电机：可应用驱动电机或单独加载在驱动轴上的发电机，在整车进行制动时，向驱动轴施加制动扭矩，将整车动能转化成电能；
电池：将所述电机提供的电能转化为化学能存储起来；
压力传感器：采集汽车液压制动系统制动主缸的压力信号并且反馈给整车控制器；
整车控制器：依据压力传感器反馈的压力信号，进行电机制动扭矩的计算，向电机控制器输出电机制动扭矩；
电机控制器：接收整车控制器计算出的电机制动扭矩，控制电机施加制动扭矩。
2.根据权利要求1所述的电动车能量回收系统，其特征在于所述电动车能量回收系统还包括用于向整车控制器提供滑移率数据的ABS系统。
3.一种根据权利要求1所述电动车能量回收系统的控制方法，其特征在于所述控制方法包括以下步骤：
A、整车开始制动，压力传感器实时监测液压制动系统的制动主缸的压力信号，并且反馈给整车控制器；
B、整车控制器接收压力信号，依据整车制动系统设计的制动力分配曲线，得到当前非驱动轮的制动力Fμ20；
C、整车控制器依据非驱动轮的制动力Fμ20以及制动系统设计的行驶在理想的同步地面附着系数的路面上的驱动轮和非驱动轮同时抱死曲线，计算出当前驱动轮的制动力Fμ10以及驱动轮上最大可以施加且驱动轮不会抱死的制动力BF；
D、整车控制器计算当前驱动轮的制动力Fμ10与驱动轮上最大可以施加且驱动轮不会抱死的制动力BF之差，即为当前驱动轮上最大允许施加的制动力Fm，将Fm转化为扭矩，得到当前最大可施加的电机制动扭矩；
E、整车控制器将D步骤得到的电机制动扭矩发送给电机控制器，电机控制器控制电机提供制动扭矩。
4.根据权利要求3所述的电动车能量回收系统的控制方法，其特征在于所述D和E步骤之间还包括对D步骤得到的最大可施加的电机制动扭矩依据电机的峰值扭矩、电池的最大充电功率、电机的转速和整车的车速进行修正。
5.根据权利要求4所述的电动车能量回收系统的控制方法，其特征在于所述依据电机的峰值扭矩和电池的最大充电功率修正方法为：电机制动扭矩不能超过电机最大允许输出扭矩和电池最大充电扭矩。
6.根据权利要求4所述的电动车能量回收系统的控制方法，其特征在于所述依据电机转速和整车的车速修正方法为：随着电机转速和整车车速的降低，逐渐降低电机制动扭矩。
7.根据权利要求6所述的电动车能量回收系统的控制方法，其特征在于所述依据电机转速和整车的车速修正方法还包括：当整车车速降到预设车速时，电机制动扭矩降低为0。
8.根据权利要求3至7任一项所述的电动车能量回收系统的控制方法，其特征在于整个制动过程中，对电机制动扭矩还包括ABS系统状态修正：根据ABS系统发送给整车控制器的滑移率数值，随着滑移率增加，降低制动扭矩的数值；当滑移率降低，则增加制动扭矩的数值。
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