CN102166961A - 基于at的纯电动汽车制动能量回收控制系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于AT的纯电动汽车制动能量回收控制系统及方法。该系统包括车载蓄电池、电机、AT自动变速箱、整车控制器、电机控制器、AT自动变速箱控制器等部分。车载蓄电池向电机供电，电机和AT自动变速箱机械连接。电池管理系统、电机控制器、AT自动变速箱控制器、制动防抱死系统、机械制动器真空泵、车速传感器、加速度传感器通过CAN网络与整车控制器进行信息通讯和指令发送。本发明将电机和AT自动变速箱相结合，并提出了一种AT自动变速系统的制动能量回收控制方法，本发明主要为AT变速箱在电动车制动状态时的控制方法及制动回收控制方法。本发明为电机匹配AT变速箱的电驱动系统的制动能量回收控制方法提供理论基础。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于AT的纯电动汽车制动能量回收控制系统及方法。
背景技术
国外的纯电动汽车方案多以单级减速为主，以电机的低速大扭矩满足加速以及爬坡动力需求，以电机的高转速满足最高车速的需求，从而兼顾最高车速与最大爬坡度之间的矛盾，然而国内电机由于制造技术等存在差距，最高转速难以达到1万转以上，因此采用单级减速比难以兼顾动力性的矛盾。在纯电动汽车开发中少有基于AT(Automatic Transmission，是指液力自动变速装置)的电驱动系统开发，一般认为采用AT结构复杂，其液力变矩器效率较低，因此在电动汽车中不太适合运用。但是通过合理的匹配，可以将电机的工作区间优化在经济区域，避免了单级减速单靠电机进行调速，无法达到全转速范围内的高效率问题。
AT自动变速系统具有自适应特性，可以消除或减弱在动力传动装置中的动负荷，能够连续自动换挡，避免了粗暴换挡所产生的冲击与动载荷。
对于纯电动汽车，突出的优点之一就是能够实现制动能量回收，通过再生能量可以提高电动汽车的续驶里程。但是对于AT自动变速箱的制动能量回收还缺少相关的研究和产品。
发明内容
本发明的目的在于基于现有的AT纯电动系统，进行基于AT的制动能量回收控制策略开发，提出一种基于AT的纯电动汽车制动能量回收控制系统及方法，该系统及方法提高了汽车的能量利用和续驶里程。
本发明采取了如下技术方案：本发明包括车载蓄电池、电机、AT自动变速箱、整车控制器VCU、车速传感器、加速度传感器、电池管理系统BMS、电机控制器MCU、AT自动变速箱控制器TCU、制动防抱死系统ABS和制动器真空助力泵，其中车载蓄电池向电机供电，电机和AT自动变速箱机械连接，电池管理系统BMS、电机控制器MCU、AT自动变速箱控制器TCU、制动防抱死系统ABS、机械制动器真空泵、车速传感器、加速度传感器通过CAN网络与整车控制器VCU进行信息通讯和指令发送。
一种基于AT的纯电动汽车制动能量回收控制方法，该方法包括如下步骤：步骤1：整车控制器接收制动踏板的制动信号；步骤2：整车控制器根据制动踏板信号对驾驶员意图进行解析，计算目标制动力，根据当前制动防抱死系统的状态和整车车速状态进行决策，是否进入再生制动模式；当制动信号非零，如果车速大于5km/h，制动防抱死系统起作用，不进入再生制动模式，如果制动防抱死系统不起作用，进入再生制动模式；如果车速小于5km/h，任何时刻都能够进入再生制动模式；步骤3：如果进入再生制动模式，整车控制器和AT自动变速箱控制器TCU进行通信，控制液力变矩器的闭锁离合器处于结合状态，并保持AT变速系统的当前档位状态不变，不进行自动换挡控制；TCU将当前AT变速系统的挡位和闭锁离合器的状态信息传送给整车控制器，整车控制器根据当前车速、电机转速、AT变速箱档位，计算出电机能够提供的再生制动力矩；步骤4：如果再生制动力矩大于目标制动力，则控制电机处于发电制动状态，通过再生制动力矩提供全部制动力；如果再生制动力小于目标制动力时，则电机的再生制动力矩不能满足当前的目标制动力需求，目标制动力尽量由再生制动力提供，剩余的转矩由机械摩擦制动力(原有的盘式制动器)提供。
所述再生制动力矩的计算方法如下：如果车速＞20km/h，控制电机处于发电状态，发电电流为车载蓄电池0.5C发电电流，检测当前车载蓄电池包电压、电机转速按照下式计算再生制动转矩：再生制动转矩T＝0.5C发电电流×车载蓄电池电压×当前发电效率/电机转速/AT自动变速箱当前变速比/主减速比；如果车速≤20km/h，控制电机处于发电状态，发电电流为车载蓄电池0.2C发电电流，检测当前车载蓄电池包电压、电机转速按照下式计算再生制动转矩：再生制动转矩T＝0.2C发电电流×车载蓄电池电压×当前发电效率/电机转速/AT自动变速箱当前变速比/主减速比。
所述再生制动力作用于前轮。
整车控制器根据制动后的汽车实际减速度计算汽车的实际制动力，将该制动力与目标制动力进行比较，其差值由摩擦制动力提供并分别作用于前轮和后轮。
相对于现有技术而言，本发明的效果和优点是：提供了一种基于AT自动变速箱的制动能量回收控制方法，为电机匹配AT变速箱的电驱动系统的制动能量回收控制方法提供理论基础。
附图说明
图1为基于AT的纯电动驱动系统制动回收装置；
图2为整车控制网络；
图3为AT自动变速器控制器TCU判断制动能量回馈模式流程图；
图4为再生制动控制流程；
图5为再生制动力计算方法流程图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
本发明将电机和AT自动变速箱相结合，并提出了一种AT自动变速系统的制动能量回收控制策略，本发明中的控制策略主要为AT变速箱在电动车制动状态时的控制策略及制动回收控制策略。
本发明包括车载蓄电池、电机、AT自动变速箱、整车控制器VCU、车速传感器、加速度传感器、电池管理系统BMS、电机控制器MCU、AT自动变速箱控制器TCU、制动防抱死系统ABS和制动器真空助力泵，其中车载蓄电池向电机供电，电机和AT自动变速箱机械连接，电池管理系统BMS、电机控制器MCU、AT自动变速箱控制器TCU、制动防抱死系统ABS、机械制动器真空泵、车速传感器、加速度传感器通过CAN网络与整车控制器VCU进行信息通讯和指令发送。
一种基于AT的纯电动汽车制动能量回收控制方法，该方法包括如下步骤：步骤1：整车控制器接收制动踏板的制动信号；步骤2：整车控制器根据制动踏板信号对驾驶员意图进行解析，计算目标制动力，根据当前制动防抱死系统的状态和整车车速状态进行决策，是否进入再生制动模式；当制动信号非零，如果车速大于5km/h，制动防抱死系统起作用，不进入再生制动模式，如果制动防抱死系统不起作用，进入再生制动模式；如果车速小于5km/h，任何时刻都能够进入再生制动模式；步骤3：如果进入再生制动模式，整车控制器和AT自动变速箱控制器TCU进行通信，控制液力变矩器的闭锁离合器处于结合状态，并保持AT变速系统的当前档位状态不变，不进行自动换挡控制；TCU将当前AT变速系统的挡位和闭锁离合器的状态信息传送给整车控制器，整车控制器根据当前车速、电机转速、AT变速箱档位，计算出电机能够提供的再生制动力矩；步骤4：如果再生制动力矩大于目标制动力，则控制电机处于发电制动状态，通过再生制动力矩提供全部制动力；如果再生制动力小于目标制动力时，则电机的再生制动力矩不能满足当前的目标制动力需求，目标制动力尽量由再生制动力提供，剩余的转矩由机械摩擦制动力(原有的盘式制动器)提供。所述再生制动力及摩擦制动力均作用于前轮。
所述再生制动力矩的计算方法如下：如果车速＞20km/h，控制电机处于发电状态，发电电流为车载蓄电池0.5C发电电流，检测当前车载蓄电池包电压、电机转速按照下式计算再生制动转矩：再生制动转矩T＝0.5C发电电流×车载蓄电池电压×当前发电效率/电机转速/AT自动变速箱当前变速比/主减速比；如果车速≤20km/h，控制电机处于发电状态，发电电流为车载蓄电池0.2C发电电流，检测当前车载蓄电池包电压、电机转速按照下式计算再生制动转矩：再生制动转矩T＝0.2C发电电流×车载蓄电池电压×当前发电效率/电机转速/AT自动变速箱当前变速比/主减速比。
整车控制器根据制动后的汽车实际减速度计算汽车的实际制动力，将该制动力与目标制动力进行比较，其差值由摩擦制动力提供并分别作用于前轮和后轮。
实施例：
如图1所示，基于AT的纯电动汽车制动能量回收系统，包括车载蓄电池、电机、AT自动变速箱、车速传感器、加速度传感器、整车控制器VCU、电池管理系统BMS、电机控制器MCU、AT自动变速箱控制器TCU、制动防抱死系统ABS和机械制动器真空助力泵。车载蓄电池向电机供电，电机和AT自动变速箱是机械连接。整车控制器VCU、电池管理系统BMS、电机控制器MCU、变速箱控制器TCU、制动防抱死系统ABS、机械制动器真空助力泵、车速传感器、加速度传感器通过CAN网络进行信息通讯和指令发送。
整车控制器用于整车能量的管理和各个控制器模块之间的通信；AT自动变速箱控制器用于接收整车控制器的指令并进行自动变速系统各元件的控制，以及反馈当前液力变矩器挡位等信息状态。整车控制器接收来自驾驶员的指令和传感器的信息，根据相应的操作指令进行驾驶员意图解析，进行制动力分配和计算电机发电特性，将计算需求的电机制动力矩反馈给电机控制器，不足的制动力，整车控制器将压力信号发送给真空助力泵。该真空助力泵是给原有机械式盘式制动器提供制动力。
传统的AT燃油动力系统，在进行制动时的控制策略是松开液力变矩器的闭锁离合器，而对于要进行能量回收的AT纯电动驱动系统是要控制液力变矩器的闭锁离合器结合，并且不能进行换挡控制。
前置前驱的纯电动制动系统主要由摩擦制动系统和再生制动系统组成。前者包括电控液压制动系统，后者包括电机及其控制系统，蓄电池及其控制系统。在汽车制动减速过程中，制动系统实际上是由一个摩擦制动和再生制动组成的复合制动系统，二者需要协调工作。
针对基于AT的纯电动汽车的动力系统中，电机和驱动轴的连接处于非机械连接状态，不利于制动能量回收的控制。本发明的主要创新点在于针对AT这样的纯电动动力传动系统实现制动能量回收的控制。主要控制策略是在制动工况时，通过整车控制器和AT的TCU进行通信，控制液力变矩器的闭锁离合器处于结合状态，并且保持当前的档位状态不变，不进行自动换挡控制。TCU将当前AT变速系统的挡位和闭锁离合器的状态信息与整车控制器进行反馈，用于整车控制器进行制动力矩计算。
整车控制器对机械制动力补充的计算方法是将当前制动减力和目标制动力进行比较，不足部分通过控制制动真空泵的压力调节。
整车制动器针对制动能量回收部分的控制方法，首先要完成驾驶员意图的解析，判断当前的制动力需求。通过制动踏板行程，来判断所需的制动强度，根据制动强度计算所需制动力矩大小。整车控制器通过检测当前的电机转速等状态，通过查电机发电特性的数据表，计算电机实际可产生的制动转矩。如果再生制动力矩不能满足当前的制动力需求，其余转矩由摩擦制动力提供，发送信号给真空泵，同时将计算的电机制动转矩发送给电机控制器。该制动分配策略属于反馈控制。整车控制器将目标制动力分配给前轮、后轮和电机，产生的制动力反馈给整车控制器，将误差作用在后轮。为保证回收更多的能量，前后轮的制动力分配策略尽可能将制动力分配给前轮。
前轮制动控制策略。电机可产生的制动转矩是当前电机转速的函数。在低速状态下，可以提供较大制动力；高速状态下，可以提供较低的制动力矩。当电机提供的制动转矩低于驾驶员需求时，其余的制动力矩由摩擦制动器提供。
以上对本发明所提供的一种基于AT的纯电动汽车制动能量回收控制方法进行详细介绍，本文中应用了具体实施例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (5)
1.一种基于AT的纯电动汽车制动能量回收控制系统，其特征在于：包括车载蓄电池、电机、AT自动变速箱、整车控制器VCU、车速传感器、加速度传感器、电池管理系统BMS、电机控制器MCU、AT自动变速箱控制器TCU、制动防抱死系统ABS和制动器真空助力泵，其中车载蓄电池向电机供电，电机和AT自动变速箱机械连接，电池管理系统BMS、电机控制器MCU、AT自动变速箱控制器TCU、制动防抱死系统ABS、机械制动器真空泵、车速传感器、加速度传感器通过CAN网络与整车控制器VCU进行信息通讯和指令发送。
2.一种基于AT的纯电动汽车制动能量回收控制方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：
步骤1：整车控制器接收制动踏板的制动信号；
步骤2：整车控制器根据制动踏板信号对驾驶员意图进行解析，计算目标制动力，根据当前制动防抱死系统的状态和整车车速状态进行决策，是否进入再生制动模式；当制动信号非零，如果车速大于5km/h，制动防抱死系统起作用，不进入再生制动模式，如果制动防抱死系统不起作用，进入再生制动模式；如果车速小于5km/h，任何时刻都能够进入再生制动模式；
步骤3：如果进入再生制动模式，整车控制器和AT自动变速箱控制器TCU进行通信，控制液力变矩器的闭锁离合器处于结合状态，并保持AT变速系统的当前档位状态不变，不进行自动换挡控制；TCU将当前AT变速系统的挡位和闭锁离合器的状态信息传送给整车控制器，整车控制器根据当前车速、电机转速、AT变速箱档位，计算出电机能够提供的再生制动力矩；
步骤4：如果再生制动力矩大于目标制动力，则控制电机处于发电制动状态，通过再生制动力矩提供全部制动力；如果再生制动力小于目标制动力时，则电机的再生制动力矩不能满足当前的制动力需求，剩余转矩由机械摩擦制动力提供。
3.根据权利要求3所述的一种基于AT的纯电动汽车制动能量回收控制方法，其特征在于，所述再生制动力矩的计算方法如下：
如果车速＞20km/h，控制电机处于发电状态，发电电流为车载蓄电池0.5C发电电流，检测当前车载蓄电池包电压、电机转速按照下式计算再生制动转矩：再生制动转矩T＝0.5C发电电流×车载蓄电池电压×当前发电效率/电机转速/AT自动变速箱当前变速比/主减速比；
如果车速≤20km/h，控制电机处于发电状态，发电电流为车载蓄电池0.2C发电电流，检测当前车载蓄电池包电压、电机转速按照下式计算再生制动转矩：再生制动转矩T＝0.2C发电电流×车载蓄电池电压×当前发电效率/电机转速/AT自动变速箱当前变速比/主减速比。
4.根据权利要求2或权利要求3所述的一种基于AT的纯电动汽车制动能量回收控制方法，其特征在于，所述再生制动力作用于前轮。
5.根据权利要求4所述的一种基于AT的纯电动汽车制动能量回收控制方法，其特征在于，整车控制器根据制动后的汽车实际减速度计算汽车的实际制动力，将该制动力与目标制动力进行比较，其差值由摩擦制动力提供并分别作用于前轮和后轮。
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