CN102774366B - 一种集成abs的汽车制动能量回收系统及方法 - Google Patents

一种集成abs的汽车制动能量回收系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种集成ABS的汽车制动能量回收系统，包括：车速传感器、ECU、角度传感器、调节器、电动机、蓄电池、能量回收控制模块。本发明还公开了一种集成ABS的汽车制动能量回收方法，包括：获取车速信号；获取脚踏板角度信号；当车辆在行驶且进行刹车时，启动ABS；进行车辆制动。本发明在汽车制动时，与ABS有机融合，在保证车辆安全行驶的情况下，对车辆刹车能量进行回收，具有节能、环保、安全的特点。本发明作为一种性能优良的一种集成ABS的汽车制动能量回收系统及方法可广泛应用于纯电动汽车或混合动力汽车领域行业中。

Description

一种集成ABS的汽车制动能量回收系统及方法
技术领域
本发明涉及汽车制动能量回收，特别是纯电动汽车或混合动力汽车领域的一种汽车制动能量回收系统及方法。
背景技术
为了解决石油资源枯竭和环境污染等问题，突破汽车发展的瓶颈，实现可持续发展，人们陆续研发了替代能源汽车、纯电动汽车、混合动力汽车、燃料电池汽车、太阳能汽车等多种形式的清洁能源汽车，其中，最具有普及性意义和发展潜力的是纯电动汽车和混合动力汽车（Hybrid Electric Vehicle，HEV）。纯电动汽车是取代传统的内燃机汽车、实现零排放的最终选择，虽然目前电池的能量密度、充电时间、价格、寿命等问题仍没有得到很好的解决，限制了纯电动汽车的发展，但混合动力汽车因其成本较低、易于改进等优点将成为新世纪之初最具有可行性的、满足节能与环保要求的新一代的清洁汽车。但是，目前的汽车在制动时，其动能在制动器里转化为热能耗散于大气。数量庞大的汽车在日常行驶过程中，特别是在交通比较拥挤的城市行驶过程中，频繁地起步加速与制动减速产生巨大的制动能量耗散，大大地降低了电动机的效率。
发明内容
为了解决上述的技术问题，本发明的目的是提供一种集成ABS的汽车制动能量回收系统及方法，回收刹车能量，为蓄电池反充电。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
作为本发明的一方面，提供一种集成ABS的汽车制动能量回收系统，包括：
车速传感器，用于采集车速信号，并将其传输到ECU；
角度传感器，用于监控脚踏板的角度信号，并将其传输到ECU；
ECU，用于接收车速信号及脚踏板角度信号，控制ABS运行和/或能量回收；
调节器，用于控制气缸进气和排气，使ABS达到最佳的工作效果；
电动机，用于控制车辆行驶，并在刹车过程中对蓄电池进行反充电；
蓄电池，用于向电动机提供电能，驱动电动机运转，并在能量回收过程中进行蓄电；
能量回收控制模块，用于接收ECU发出的判断信息，控制电动机的反转，使其对蓄电池反充电，进行能量回收。
进一步，所述ECU包括：
用于对车速信号进行采样并将其传输到CPU的采样电路；
用于对调节器进行控制的驱动电路；
用于与外部电脑进行通讯的通讯电路；
用于接收并处理车速信号及脚踏板角度信号，对驱动电路、通讯电路及能量回收控制模块进行控制的CPU。
进一步，所述CPU采用英飞凌 XC2364B单片机。
进一步，所述驱动电路采用英飞凌 BTS723GW芯片。
进一步，所述采样电路采用LM2902芯片。
作为本发明的另一方面，提供一种集成ABS的汽车制动能量回收方法，包括：
获取车速信号；
获取脚踏板角度信号；
当车辆在行驶且进行刹车时，启动ABS；
进行车辆制动。
进一步，所述进行车辆制动，包括：
判断车辆是否为紧急刹车状态；
车辆为紧急刹车状态，启动常规制动方式；
车辆为非紧急刹车状态，启动能量回收制动方式，进行能量回收。
进一步，所述判断车辆是否为紧急刹车状态，包括根据脚踏板角度信号对车辆刹车状态进行判断。
本发明的有益效果是：本发明的一种集成ABS的汽车制动能量回收系统，通过角度传感器将刹车脚踏板角度信号传输到ABS的控制中心CPU，CPU根据车辆行驶状况，启动常规制动或能量回收制动；能量回收制动时，控制电动机反转，对蓄电池进行反充电，实现能量回收。本发明的汽车制动能量回收系统，与ABS有机融合，在保证车辆安全行驶的情况下，对车辆刹车能量进行回收，具有节能、环保、安全的特点。
本发明的另一有益效果是：本发明的一种集成ABS的汽车制动能量回收方法，通过对车速信号和脚踏板角度信号的监控，及时启动ABS，且对车辆是否紧急刹车做出判断，决定启动常规制动或能量回收制动并进行能量回收。本发明的一种集成ABS的汽车制动能量回收方法，在保证车辆安全行驶的情况下，对车辆刹车能量进行回收，具有节能、环保、安全的特点。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
图1是本发明的一种集成ABS的汽车制动能量回收系统的结构框图；
图2是本发明的一种集成ABS的汽车制动能量回收系统的采样电路电路图；
图3是本发明的一种集成ABS的汽车制动能量回收系统的驱动电路电路图；
图4是本发明的一种集成ABS的汽车制动能量回收系统的通讯电路的第一实施例电路图；
图5是本发明的一种集成ABS的汽车制动能量回收系统的通讯电路的第二实施例电路图；
图6是本发明的一种集成ABS的汽车制动能量回收系统的通讯电路的第三实施例电路图；
图7是本发明的一种集成ABS的汽车制动能量回收方法的工作流程图。
具体实施方式
为了便于下文的描述，首先，给出一些基本术语的描述：
ABS：Anti-lock Brake System，防抱死制动系统ABS，是一种具有防止车轮抱死、缩短汽车制动距离，减少轮胎磨损，防止汽车跑偏、甩尾等优点的汽车安全控制系统。
ECU：Electronic Control Unit，电子控制单元ECU，是ABS的核心控制器，电子控制单元的功用是根据其内存的程序和数据对传感器输入的信息进行运算、处理、判断，然后输出指令，向执行部件提供一定的控制信息，电子控制单元由中央处理器、输入、输出及控制电路等组成。
CPU：Central Processing Unit，中央处理器，是ECU的核心部分，是根据其内存的程序和数据对传感器输入的信息进行运算、处理、判断，然后输出指令的控制中心。
参照图1，本发明提供一种集成ABS的汽车制动能量回收系统，包括：
车速传感器，用于采集车速信号，并将其传输到ECU；
角度传感器，用于监控脚踏板的角度信号，并将其传输到ECU；
ECU，用于接收车速信号及脚踏板角度信号，控制ABS运行和/或能量回收；
调节器，用于控制气缸进气和排气，使ABS达到最佳的工作效果；
电动机，用于控制车辆行驶，并在刹车过程中对蓄电池进行反充电；
蓄电池，用于向电动机提供电能，驱动电动机运转，并在能量回收过程中进行蓄电；
能量回收控制模块，用于接收ECU发出的判断信息，控制电动机的反转，使其对蓄电池反充电，进行能量回收。
这里，在能量回收过程中，电动机起发电机的作用，对蓄电池进行反充电。
进一步，所述ECU包括：
用于对车速信号进行采样并将其传输到CPU的采样电路；
用于对调节器进行控制的驱动电路；
用于与外部电脑进行通讯的通讯电路；
用于接收并处理车速信号及脚踏板角度信号，对驱动电路、通讯电路及能量回收控制模块进行控制的CPU。
进一步，所述CPU采用英飞凌 XC2364B单片机。
进一步，所述驱动电路采用英飞凌 BTS723GW芯片。
进一步，所述采样电路采用LM2902芯片。
根据本发明的另一方面，提供一种集成ABS的汽车制动能量回收方法，包括：
获取车速信号；
获取脚踏板角度信号；
当车辆在行驶且进行刹车时，启动ABS；
进行车辆制动。
进一步，所述进行车辆制动，包括：
判断车辆是否为紧急刹车状态；
车辆为紧急刹车状态，启动常规制动方式；
车辆为非紧急刹车状态，启动能量回收制动方式，进行能量回收。
进一步，所述判断车辆是否为紧急刹车状态，包括根据脚踏板角度信号对车辆刹车状态进行判断。
图2是本发明的一种集成ABS的汽车制动能量回收系统的采样电路电路图，采用LM2902芯片，采样的信号，经过对比放大后，送入单片机，输入端电容C21可以抑制干扰信号的作用，100K电阻R64起到隔离作用，避免前后级的相互影响。2个4148二极管D5、D6钳制电压，使采样输出的信号就非常稳定。因此单片机得到是真实而稳定的采样信号，可正确判断车辆的运行情况。
图3是本发明的一种集成ABS的汽车制动能量回收系统的驱动电路电路图，采用英飞凌公司的芯片BTS723GW。驱动电路在ABS启动工作时，控制汽车的调节器，通过气缸进气和排气的反复的工作过程，最终令ABS达到最佳的工作效果。
图4是本发明的一种集成ABS的汽车制动能量回收系统的通讯电路的第一实施例电路图，采用RS232串行通讯，波特率19200/57600，可以实现单片机和电脑的交换信息。
图5是本发明的一种集成ABS的汽车制动能量回收系统的通讯电路的第二实施例电路图，采用K线通讯。K线通讯本质上为半双工串口通讯。为保证准确、可靠的数据通讯，ECU和K线都必须有     正确的电平。在一般的K线系统中，发送时若电压低于工作电压的20%， 则认为逻辑“0”，高于工作电压的80%，则定义为逻辑“1”；接收时低于工作电压的30%为逻辑“0”，高于工作电压的70%为逻辑“1”，电压在工作电压的30%～70%之间状态不确定。由以上分析可知，其电平与常用的串口电平不一致，因此必须设计专门的K 线接口电路，以满足车辆K 线诊断要求。
图5为利用SN65HVDA195QDRQ1完成的K 线接口转换电路，该电路可实现双向、半双工通讯。K线可双向传递数据，系统初始化后先传递ECU地址，连接成功后用于信息交换。
图6是本发明的一种集成ABS的汽车制动能量回收系统的通讯电路的第三实施例电路图，采用CAN线通讯。CAN 是Controller Area Network 的缩写（以下称为CAN），CAN 线通讯具有实时性强、高性能和高可靠性的特点。
图7是本发明的一种集成ABS的汽车制动能量回收方法的工作流程图，主要工作流程如下：
车速传感器把车速信号（即时速度）送到采样电路，采样电路滤除干扰信号，把车速信号加以处理，送中央处理器（CPU）；
角度传感器把脚踏板角度信号传输至CPU；
CPU根据车速运行的情况以及脚踏板角度信号，做出判断，当判断车辆在行驶且进行刹车时，启动ABS工作；当启动ABS工作时，就通过驱动电路控制汽车的调节器，通过气缸进气和排气的反复的工作过程，最终令ABS达到最佳的工作效果；
根据脚踏板角度信息判断车辆是否紧急刹车；当脚踏板与车身水平面成0-15度时，为紧急刹车控制状态，脚踏板与车身水平面成15-60度时，为非紧急刹车控制状态；
若判断车辆为紧急刹车状态，则启动常规制动方式；
若判断车辆为非紧急刹车状态，则启动能量回收制动方式，进行能量回收；此时，能量回收控制模块控制车轮轴与电动机轴相连，电动机反转，且高速运动产生电能，给蓄电池充电；同时也达到加速制动的效果。
进一步，本发明在在确保制动安全性的前提下，对不同附着条件的路面进行不同策略的制动能量回收；在高附着路面情况下，因为地面摩擦力参与制动，可以参与和不参与能量回收，也可以部分能量回收以参与制动；在低附着路面情况下，因为地面摩擦力较小，尽可能可以参与能量回收，以协助刹车制动，保证ABS的刹车效果。
以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做出种种的等同变形或替换，这些等同的变型或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (5)

1.一种集成ABS的汽车制动能量回收系统，其特征在于，包括：
车速传感器，用于采集车速信号，并将其传输到ECU；
角度传感器，用于监控脚踏板的角度信号，并将其传输到ECU；
ECU，用于接收车速信号及脚踏板角度信号，控制ABS运行和/或能量回收；
调节器，用于控制气缸进气和排气，使ABS达到最佳的工作效果；
电动机，用于控制车辆行驶，并在刹车过程中对蓄电池进行反充电；
蓄电池，用于向电动机提供电能，驱动电动机运转，并在能量回收过程中进行蓄电；
能量回收控制模块，用于接收ECU发出的判断信息，控制电动机的反转，使其对蓄电池反充电，进行能量回收；
所述ECU包括：
用于对车速信号进行采样并将其传输到CPU的采样电路；
用于对调节器进行控制的驱动电路；
用于与外部电脑进行通讯的通讯电路；
用于接收并处理车速信号及脚踏板角度信号，对驱动电路、通讯电路及能量回收控制模块进行控制的CPU。
2.根据权利要求1所述的一种集成ABS的汽车制动能量回收系统，其特征在于，所述CPU采用英飞凌 XC2364B单片机。
3.根据权利要求1所述的一种集成ABS的汽车制动能量回收系统，其特征在于，所述驱动电路采用英飞凌 BTS723GW芯片。
4.根据权利要求1所述的一种集成ABS的汽车制动能量回收系统，其特征在于，所述采样电路采用LM2902芯片。
5.一种集成ABS的汽车制动能量回收方法，其特征在于，包括：
车速传感器获取车速信号送到采样电路，采样电路滤除干扰信号，把车速信号加以处理送CPU；
角度传感器获取脚踏板角度信号传输至CPU；
CPU根据车速运行的情况以及脚踏板角度信号，做出判断，当判断车辆在行驶且进行刹车时，启动ABS工作；当启动ABS工作时，通过驱动电路控制汽车的调节器，通过气缸进气和排气的反复的工作过程，令ABS达到最佳的工作效果；
根据脚踏板角度信息判断车辆是否紧急刹车；当脚踏板与车身水平面成0-15度时，为紧急刹车控制状态，脚踏板与车身水平面成15-60度时，为非紧急刹车控制状态；
若判断车辆为紧急刹车状态，则启动常规制动方式；
若判断车辆为非紧急刹车状态，则启动能量回收制动方式，进行能量回收；此时，能量回收控制模块控制车轮轴与电动机轴相连，电动机反转，且电动机高速运动产生电能，给蓄电池充电。
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