CN102050029B - 一种纯电动汽车能量回收方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种纯电动汽车能量回收方法，包括：判断以下条件是否满足：电机处于运转状态、大电池处于连接状态、油门踏板松开、整车无故障；如果所述条件满足，则根据刹车踏板的信号和电机的转速给出相应的制动转矩，以获得预定的刹车舒适度和能量回收效率，否则不给出制动转矩。相应地，提供一种能量回收装置。本发明通过综合分析电机转速、油门踏板和刹车踏板状态、大电池连接状态、整车故障状态给出三种工作模式，以适应纯电动汽车的不同工况，不仅提高了松开油门和踩下刹车时的能量回收效率和刹车舒适度，而且还提高了松开油门和踩下刹车时的安全性和可靠性。

Description

一种纯电动汽车能量回收方法和装置

技术领域

本发明涉及纯电动汽车控制领域，尤其涉及一种纯电动汽车能量回收方法和装置。

背景技术

目前，人们日益重视环境的保护和能源的有效、合理使用。因此，高效、节能、环保的电动汽车就成为汽车行业的发展趋势。电动汽车可以分为纯电动汽车和混合动力汽车。在电动车辆松开油门和踩下刹车时需要回收机械能量，以提高电动车的续航里程，同时还要保证安全的刹车距离。

通常减速的做法是：在驾驶员踩下刹车时控制器将直接发出与转速方向相反的制动转矩使电动车停下来，制动转矩通常根据踏板深度线性控制。但通过实验发现这种方法会带来三个方面的问题：①普通的线性踏板的输出信号是0至1的模拟量，随着踏板深度的增加，此模拟量线性增加，因此用户会感觉到一个明显的刹车动作，有“前倾”的现象；②能量回收效率低，通常小于5％；③电机和控制器会承受一个短时间的冲击电流，影响系统的寿命和安全性。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供一种纯电动汽车能量回收方法和装置，以提高松开油门和踩下刹车时的能量回收效率、刹车舒适度和安全性。

为了实现以上目的，本发明提供的纯电动汽车能量回收方法包括：判断以下条件是否满足：电机处于运转状态、大电池处于连接状态、油门踏板松开、整车无故障；如果所述条件满足，则根据刹车踏板的信号和电机的转速给出相应的制动转矩，以获得预定的刹车舒适度和能量回收效率，否则不给出制动转矩。

优选地，所述刹车踏板为两位式刹车踏板。

优选地，当所述刹车踏板的信号有效时或者当所述刹车踏板的信号无效并且电机的当前转速大于预定值时，根据电机的当前转速所属的等级给出与电机允许的最大转矩成预定比例的制动转矩，当所述刹车踏板的信号无效时并且电机的当前转速不大于预定值时，根据电机的当前转速所属的等级给出预定制动转矩。

相应地，提供一种纯电动汽车能量回收装置，包括：判断单元，其用于判断以下条件是否满足：电机处于运转状态、大电池处于连接状态、油门踏板松开、整车无故障；能量回收单元，其用于在判断单元判断所述条件满足的情况下根据刹车踏板的信号和电机的转速给出相应的制动转矩，以获得预定的刹车舒适度和能量回收效率，否则不给出制动转矩。

优选地，能量回收单元执行以下步骤：当所述刹车踏板的信号有效时或者当所述刹车踏板的信号无效并且电机的当前转速大于预定值时，根据电机的当前转速所属的等级给出与电机允许的最大转矩成预定比例的制动转矩，当所述刹车踏板的信号无效时并且电机的当前转速不大于预定值时，根据电机的当前转速所属的等级给出预定制动转矩。

本发明通过综合分析电机转速、油门踏板和刹车踏板状态、大电池连接状态、整车故障状态给出三种工作模式，以适应纯电动汽车的不同工况，从而实现一种高效可靠的纯电动汽车能量回收方法，不仅提高了松开油门和踩下刹车时的能量回收效率和刹车舒适度，而且还提高了松开油门和踩下刹车时的安全性和可靠性。

附图说明

图1是现有纯电动汽车的驱动电机、驱动轮和控制器的结构图；

图2是根据本发明的能量回收装置的框图；

图3是根据本发明实施例的纯电动汽车能量回收方法的流程图。

具体实施方式

本发明的技术构思在于利用简单的两位式刹车踏板代替传统的线性踏板，并根据电机转速和两位式刹车踏板信号采取不同的回收策略，提高能量回收效率和刹车舒适度。以下，将参照附图和实施例对本发明进行描述。

图1是现有纯电动汽车的驱动电机、驱动轮和控制器的结构图。如图1所示，驱动轮5通过驱动电机1驱动，控制器4控制根据刹车踏板2和油门踏板3的信号，即，是否被踩下来对驱动电机1进行控制。这里，驱动电机1是指纯电动汽车所使用的永磁同步电机或感应电机。

在本发明中，刹车踏板2为一个两位式刹车踏板，即，踏板的输出信号只有1和0，踏板信号有效时输出1，踏板信号无效时输出0。

另外，本发明新增了一个能量回收装置，其用于根据电机转速和两位式刹车踏板信号采取不同的回收策略。如图2所示，该能量回收装置包括判断单元10和能量回收单元20，其中，判断单元10用于判断以下条件是否满足：电机1处于运转状态、大电池(即，电动汽车上的动力供电电池)处于连接状态、油门踏板3松开、整车无故障；能量回收单元20用于在判断单元10判断上述条件均满足的情况下根据刹车踏板2的信号和电机1的转速给出相应的制动转矩，以获得预定的刹车舒适度和能量回收效率，否则不给出制动转矩。

例如，可按照以下方式给出制动转矩：当刹车踏板2的信号有效(即，刹车踏板2被踩下)时或者当刹车踏板2的信号无效(即，刹车踏板2没有被踩下)并且电机1的当前转速大于预定值时，根据电机1的当前转速所属的等级给出与电机1允许的最大转矩成预定比例的制动转矩；当刹车踏板2的信号无效(即，刹车踏板2没有被踩下)时并且电机1的当前转速不大于预定值时，根据电机1的当前转速所属的等级给出预定制动转矩。

这里指出，根据本发明的能量回收装置可通过硬件或软件来实现，并可嵌入到控制器4中，或者也可如图2所示作为单独的装置与控制器4连接。能量回收装置从控制器4获取电机1、油门踏板2、刹车踏板3的工作状态、大电池的连接状态和整车故障信号，控制器4根据能量回收装置给出的制动转矩发出制动转矩使驱动轮5停止转动。

图3是由上述能量回收装置执行的纯电动汽车能量回收方法的流程图。

具体地讲，在步骤S301中，判断电机1是否处于运转状态，如果是，则执行步骤S302，否则返回。在步骤S302中，判断大电池是否处于连接状态，如果是，则执行步骤S303，否则返回。在步骤S303中，判断油门踏板3是否松开，如果是，则执行步骤304，否则返回。在步骤S304中，判断整车是否无故障，如果是，则执行步骤S305，否则返回。也就是说，只有在电机1处于运转状态、大电池处于连接状态、油门踏板3松开并且整车无故障的情况下，才执行以下步骤。

在步骤S305中，判断刹车踏板2是否被踩下(即，判断刹车踏板2的信号是否有效)。如果刹车踏板2被踩下(即，刹车踏板2的信号有效)，则执行步骤S306-S308。如果刹车踏板2没有被踩下(即，刹车踏板2的信号无效)，则执行步骤S309-S315。

在刹车踏板2被踩下的情况下，首先，在步骤S306中，进入能量回收模式1，并在步骤S307中，按照以下公式(1)和(2)根据电机1的当前转速所属的等级给出制动转矩，然后在步骤S308中申请获得转矩并返回。

T＝Factor1×Tmax1    (1)

其中，T为制动转矩，Tmax1为刹车踏板2被踩下时电机1允许的最大转矩，Factor1为比例因子，按照以下公式(2)取值：

$\mathrm{Factor}1=\left\{\begin{array}{cc}0& 0<S\&le;800\\ 0& 800<S\&le;1000\\ 0.4& 1000<S\&le;1300\\ 0.8& 1300<S\&le;1500\\ 0.85& 1500<S\&le;2000\\ 0.9& 2000<S\&le;3000\\ 1& 3000<S\&le;4000\\ 1& S>4000\end{array}\right.---\left(2\right)$

其中，S为电机的当前转速。

在刹车踏板2没有被踩下的情况下，首先，在步骤S309中，判断电机转速是否低于特定阈值，例如阈值取1000，如果是，则执行步骤S310-S312，否则执行步骤S313-S315。

在步骤S310中，进入能量回收模式2，并在步骤S311中，按照以下公式(3)和(4)根据电机1的当前转速所属的等级给出制动转矩，然后在步骤S312中申请获得转矩并返回。

T＝Factor2×Tmax2    (3)

其中，Tmax2为所述刹车踏板的信号无效时电机允许的最大转矩，Factor2为比例因子，按照以下公式(4)取值：

$\mathrm{Factor}2=\left\{\begin{array}{cc}0& 0<S\&le;930\\ 0& 930<S\&le;1000\\ 0.2& 1000<S\&le;1300\\ 0.4& 1300<S\&le;1500\\ 0.8& 1500<S\&le;2000\\ 0.9& 2000<S\&le;2500\\ 1& 2500<S\&le;3000\\ 1& S>3000\end{array}\right.---\left(4\right)$

在步骤S310中，进入能量回收模式2，并在步骤S311中，按照以下公式(3)和(4)根据电机1的当前转速所属的等级给出制动转矩，然后在步骤S312中申请获得转矩并返回。

在步骤S313中，进入能量回收模式3(即，限转矩模式)，并在步骤S314中，按照以下公式(5)根据电机1的当前转速给出制动转矩，然后在步骤S315中申请获得转矩并返回。

$T=\left\{\begin{array}{cc}0& 0<S\&le;800\\ 0& 800<S\&le;820\\ -5& 820<S\&le;840\\ -15& 840<S\&le;860\\ -20& 860<S\&le;880\\ -25& 880<S\&le;900\\ -30& 900<S\&le;1000\\ -35& S>1000\end{array}\right.---\left(5\right)$

在具体实现时，可以将公式(2)、(4)和(5)实现为如下三个速度转矩表：

表1

S	0～800	800～1000	1000～1300	1300～1500	1500～2000	2000～3000	3000～4000	＞4000
									Factor1	0	0	0.4	0.8	0.85	0.9	1	1

表2

S	0～930	930～1000	1000～1300	1300～1500	1500～2000	2000～2500	2500～3000	＞3000
									Factor2	0	0	0.2	0.4	0.8	0.9	1	1

表3

S	0～800	800～820	820～840	840～860	860～880	880～900	900～1000	＞1000
									T	0	0	-5	-15	-20	-25	-30	-35

在这种情况下，分别在步骤S307和S311中查询表1和表2获得对应的比例因子，并将获得的比例因子与电机1允许的最大转矩相乘即可获得对应的制动转矩，并在步骤S314中查询表3直接获得制动转矩。

在试验中采用续航里程的变化来描述能量回收效率的变化。试验方法为：对于相同的车型在相同工况的情况下，分别在不采用能量回收策略以及采用传统能量回收策略和采用本发明的新型能量回收控制策略的情况下观察续航里程的变化，可观察到续航里程变化分别为100km(不采用能量回收策略)、104km(采用传统能量回收策略)和111km(采用本发明的新型能量回收控制策略)。从这些数据可看出，在采用本发明的新型能量回收控制策略的情况下，能量回收效率大于10％。

通过以上描述可看出，本发明可获得如下技术效果：

(1)通过综合分析电机转速，大电池，刹车踏板信号和整车故障信号，可避免车载系统误动作，从而提高了车载系统的安全性；

(2)根据电机转速和两位式刹车踏板信号采取不同的回收策略，提高了能量回收效率(＞10％)；

(3)用简单的两位式刹车踏板代替传统的线性踏板，降低了成本，同时提高可车载系统的可靠性，而且，用户不会感觉到明显的刹车动作，舒适度会比较合适。

以上已参照附图和实施例对本发明进行了详细描述，但是，应该理解，本发明并不限于以上所公开的具体实施例，任何基于本说明书所公开的技术方案的变型都应包括在本发明的保护范围内。例如，判断车速是否为低速的阈值、表1和表2中的比例因子、表3中的制动扭矩值并不限于以上实施例中所示的值，而是可根据实际应用情况进行选取，比如，对于特定等级的电机转速，可根据特定函数或算法在其上限和下限范围内选取相应的比例因子或制动转矩。

Claims (4)

1.一种纯电动汽车能量回收方法，包括：

判断以下条件是否满足：电机处于运转状态、大电池处于连接状态、油门踏板松开、整车无故障；所述大电池即为电动汽车上的动力供电电池；

如果所述条件满足，则根据刹车踏板的信号和电机的转速给出相应的制动转矩，以获得预定的刹车舒适度和能量回收效率，否则不给出制动转矩；

当所述刹车踏板的信号有效时或者当所述刹车踏板的信号无效并且电机的当前转速大于预定值时，根据电机的当前转速所属的等级给出与电机允许的最大转矩成预定比例的制动转矩，

当所述刹车踏板的信号无效时并且电机的当前转速不大于预定值时，根据电机的当前转速所属的等级给出预定制动转矩；

其中，当所述刹车踏板的信号有效时，按照以下公式(1)给出制动转矩：

T＝Factor1×Tmax1                       (1)

其中，T为制动转矩，Tmax1为所述刹车踏板的信号有效时电机允许的最大转矩，Factor1为比例因子，按照以下公式(2)取值：

$\mathrm{Factor}1=\left\{\begin{array}{cc}0& 0<S\&le;800\\ 0& 800<S\&le;1000\\ 0.4& 1000<S\&le;1300\\ 0.8& 1300<S\&le;1500\\ 0.85& 1500<S\&le;2000\\ 0.9& 2000<S\&le;3000\\ 1& 3000<S\&le;4000\\ 1& S>4000\end{array}\right.---\left(2\right)$

其中，S为电机的当前转速；

当所述刹车踏板的信号无效并且电机的当前转速大于1000时，按照以下公式(3)给出制动转矩：

T＝Factor2×Tmax2                        (3)

其中，Tmax2为所述刹车踏板的信号无效时电机允许的最大转矩，Factor2为比例因子，按照以下公式(4)取值：

$\mathrm{Factor}2=\left\{\begin{array}{cc}0& 0<S\&le;930\\ 0& 930<S\&le;1000\\ 0.2& 1000<S\&le;1300\\ 0.4& 1300<S\&le;1500\\ 0.8& 1500<S\&le;2000\\ 0.9& 2000<S\&le;2500\\ 1& 2500<S\&le;3000\\ 1& S>3000\end{array}\right.---\left(4\right)$

当所述刹车踏板的信号无效并且电机的当前转速不大于1000时，按照以下公式(5)给出制动转矩：

$T=\left\{\begin{array}{cc}0& 0<S\&le;800\\ 0& 800<S\&le;820\\ -5& 820<S\&le;840\\ -15& 840<S\&le;860\\ -20& 860<S\&le;880\\ -25& 880<S\&le;900\\ -30& 900<S\&le;1000\\ -35& S>1000\end{array}\right..---\left(5\right)$

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，

所述刹车踏板为两位式刹车踏板，即踏板的输出信号只有1和0，踏板信号有效时输出1，踏板信号无效时输出0。

3.一种纯电动汽车能量回收装置，包括：

判断单元，其用于判断以下条件是否满足：电机处于运转状态、大电池处于连接状态、油门踏板松开、整车无故障；所述大电池即为电动汽车上的动力供电电池；

能量回收单元，其用于在判断单元判断所述条件满足的情况下根据刹车踏板的信号和电机的转速给出相应的制动转矩，以获得预定的刹车舒适度和能量回收效率，否则不给出制动转矩；

能量回收单元执行以下步骤：

当所述刹车踏板的信号有效时或者当所述刹车踏板的信号无效并且电机的当前转速大于预定值时，根据电机的当前转速所属的等级给出与电机允许的最大转矩成预定比例的制动转矩，

当所述刹车踏板的信号无效时并且电机的当前转速不大于预定值时，根据电机的当前转速所属的等级给出预定制动转矩；

其中，当所述刹车踏板的信号有效时，按照以下公式(1)给出制动转矩：

T＝Factor1×Tmax1                        (1)

其中，T为制动转矩，Tmax1为所述刹车踏板的信号有效时电机允许的最大转矩，Factor1为比例因子，按照以下公式(2)取值：

$\mathrm{Factor}1=\left\{\begin{array}{cc}0& 0<S\&le;800\\ 0& 800<S\&le;1000\\ 0.4& 1000<S\&le;1300\\ 0.8& 1300<S\&le;1500\\ 0.85& 1500<S\&le;2000\\ 0.9& 2000<S\&le;3000\\ 1& 3000<S\&le;4000\\ 1& S>4000\end{array}\right.---\left(2\right)$

其中，S为电机的当前转速；

当所述刹车踏板的信号无效并且电机的当前转速大于1000时，按照以下公式(3)给出制动转矩：

T＝Factor2×Tmax2                        (3)

其中，Tmax2为所述刹车踏板的信号无效时电机允许的最大转矩，Factor2为比例因子，按照以下公式(4)取值：

$\mathrm{Factor}2=\left\{\begin{array}{cc}0& 0<S\&le;930\\ 0& 930<S\&le;1000\\ 0.2& 1000<S\&le;1300\\ 0.4& 1300<S\&le;1500\\ 0.8& 1500<S\&le;2000\\ 0.9& 2000<S\&le;2500\\ 1& 2500<S\&le;3000\\ 1& S>3000\end{array}\right.---\left(4\right)$

当所述刹车踏板的信号无效并且电机的当前转速不大于1000时，按照以下公式(5)给出制动转矩：

$T=\left\{\begin{array}{cc}0& 0<S\&le;800\\ 0& 800<S\&le;820\\ -5& 820<S\&le;840\\ -15& 840<S\&le;860\\ -20& 860<S\&le;880\\ -25& 880<S\&le;900\\ -30& 900<S\&le;1000\\ -35& S>1000\end{array}\right..---\left(5\right)$

4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，

所述刹车踏板为两位式刹车踏板，即踏板的输出信号只有1和0，踏板信号有效时输出1，踏板信号无效时输出0。

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