CN104118329B - 一种汽车制动能量回收控制系统及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种汽车制动能量回收控制系统及其控制方法,包括纯电制动和液压制动力分配器、踏板角度传感器、整车加速度计、辅助制动电机驱动电路、辅助制动电机、辅助制动电机输出扭矩传感器,其中,踏板角度传感器用于检测制动踏板的位置,其连接至纯电制动和液压制动力分配器;其连接至纯电制动和液压制动力分配器;纯电制动和液压制动力分配器连接至辅助制动电机驱动电路;辅助制动电机输出扭矩传感器用于对制动辅助电机施加的力矩进行检测,其分别连接至纯电制动和液压制动力分配器和辅助制动电机。与目前现有技术相比,本发明控制方便,效率高;安全,通过减速度计最多在10ms内即可判断出纯电制动是否起作用。
Description
技术领域
本发明涉及一种利用电机辅助汽车制动能量回收,实现优先使用纯电制动并对汽车机械制动力大小实时补尝的控制系统及方法。它是一种用于汽车制动能量回收系统使用的控制系统及控制方法。
背景技术
目前,制动能量回收是新能源汽车如纯电动汽车、混合动力汽车等提高续航里程的重要方法,具备制动功能回收在电动汽车中的电机控制器中都标配了这个功能,但是由于仅靠电机提供的制动力(一般称为纯电制动力)在车速较低的时候,制动力很小,因此,为了满足制动需求,液压制动和纯电制动一般会同时在车上存在。
参见图1所示,混合制动系统中,用户踩踏制动踏板(带有位置传感器或角度传感器),真空助力器将制动踏板力放大,施加在制动总泵上,制动总泵将制动液分别压向主辅油管,通过比例阀传递给前后左右制动盘(鼓),将液压转化为制动力,用于制动。为了实现制动能量回收,一般在整车上增加电制动和液压制动力分配器、辅助制动电机及辅助电机控制器等相关机械结构,电制动和液压制动力分配器检测制动踏板位置,控制整车所需减速度,给整车控制器(VMS)提供需求扭矩,VMS控制整车电机控制器,进而控制驱动电机实现电制动,为了尽可能的使用纯电制动,因此采用辅助制动电机调节液压制动液压力的方式来配合纯电制动。
纯电制动通过电动汽车中的电机控制器实现驱动电机工作模式从驱动转换为制动运行模式,这种模式下,电动机角色变为发电机,利用整车惯性速度拖动电机发电,将制动时整车的动能转换为电能,储存在电池(或电容等存储装置)内,实现能量回收再利用或者用来做其他有益功能,避免将动能转化为摩擦热能白白消耗掉。
在混合制动过程中,基本采用并联控制式样,液压和电制动系统并行工作,电机回收制动力优先启动,其大小是随着车速变化而变化的,电制动回收的能量与液压系统消耗能量比较,液压系统消耗较多,因此总体上制动能量回收率较低。
为了保证机械制动和电机回收制动的制动力总和满足实际汽车制动力的要求,并保证具有较高的制动能量回收率,因此,需要一种能自动调节纯电制动和液压制动分配的控制系统及控制方法。
发明内容
本发明的目的在于提供用于汽车制动能量回收系统使用的控制系统及其控制方法,解决电动车制动能量回收效率最大化问题,提高电动车的续航里程,进而显著提高电动车的性能。本发明中利用辅助制动电机作为系统的动力源,采用机械机构施加在液压油上实现制动液压力大小调节,通过调节制动液压力的大小,配合纯电制动力,最终实现所需机械制动力的补偿调节,并优先使纯电制动最大化。具体技术方案如下:
一种汽车制动能量回收控制系统,包括纯电制动和液压制动力分配器、踏板角度传感器、整车加速度计、辅助制动电机驱动电路、辅助制动电机、辅助制动电机输出扭矩传感器,其中,
踏板角度传感器用于检测制动踏板的位置,其连接至纯电制动和液压制动力分配器;
整车加速度计用于检测汽车在制动时整车实时减速度,其连接至纯电制动和液压制动力分配器;
纯电制动和液压制动力分配器连接至辅助制动电机驱动电路;
辅助制动电机驱动电路连接至辅助制动电机;
辅助制动电机为系统的液压大小调节动力源,其输出端设计有辅助制动电机输出扭矩传感器;辅助制动电机输出扭矩传感器用于对制动辅助电机施加的力矩进行检测,其分别连接至纯电制动和液压制动力分配器和辅助制动电机。
进一步地,还包括故障显示电路,其连接至纯电制动和液压制动力分配器,用于对电池电压、VMS最大制动扭矩、以及辅助制动电机的故障等进行报警显示。
进一步地,还包括整车控制器,其通过CAN总线与纯电制动和液压制动力分配器通讯连接。
进一步地,还包括驱动电机控制器MCU,其通过CAN总线分别与纯电制动和液压制动力分配器和/或整车控制器通讯连接。
进一步地,还包括备用锂电池,其用于对驱动电机控制器MCU进行辅助供电。
上述汽车制动能量回收控制系统的控制方法,包括如下步骤:
(1)纯电制动和液压制动力分配器上电;
(2)纯电制动和液压制动力分配器进行自我检测,确定系统是否正常,并确定整车控制器是否有故障;
(3)判断整车控制器系统状态没有故障后,进一步判断电机控制器是否有故障;
(4)如果电机控制器没有故障,则判断制动踏板是否踩下;
(5)如果制动踏板踩下,则计算踏板的行程,根据踏板行程计算制动整车对应的减速度,同时通过CAN总线读取整车瞬时ABS车速,并对ABS车速大小进行判断,并进行相应操作;
(6)如果此时最大纯电制动力不能满足要求,分配器则通过CAN网络将VMS输出最大制动扭矩,并实时检测整车减速度,根据整车减速度大小,调节辅助制动电机的位置,进一步调节制动液压压力,直到满足整车的减速度要求。
进一步地,步骤(2)中,如果系统正常,纯电制动和液压制动力分配器通过CAN总线读取整车控制器VMS故障代码,判断整车控制器VMS系统状态是否有故障,如果有故障,则强制纯电制动工作模式不工作,此时整车将沿用液压制动。
进一步地,步骤(3)中,判断整车控制器VMS系统状态没有故障后,通过CAN总线读取电机控制器故障代码,判断电机控制器是否有故障,如果有故障,则强制纯电制动工作模式不工作,此时整车将沿用液压制动。
进一步地,步骤(5)中,如果判断出ABS车速小于10km/h,则将辅助制动电机归位,确保液压制动不受影响,同时关闭纯电力制动模式,如果判断出ABS车速大于10km/h,则在一次读取判断出ABS车速,同时读取VMS此时最大的制动扭矩,根据减速度和制动扭矩、及车速的函数关系,判断此时最大纯电制动力提供的减速度是否满足要求,最大扭矩提供的减速度如果满足要求,系统则回到踏板行程检测,开始进行下一轮控制运算,一直循环直到车速小于10km/h。
进一步地,步骤(6)循环进行,直至车辆停止。
与目前现有技术相比,本发明控制方便,效率高;安全,通过减速度计最多在10ms内即可判断出纯电制动是否起作用。具备很好的通用性,适合所有装备制动能量回收装置的中小车型汽车,通过利用电机可以实时调节制动力,可靠的满足混合制动模式下对制动力补偿装置实时性、可靠性的要求。
附图说明
图1为纯电制动和液压制动混合制动系统架构图
图2为本发明的系统功能模块框图。
图3为本发明的控制方法软件控制流程图。
具体实施方式
下面根据附图对本发明进行详细描述,其为本发明多种实施方式中的一种优选实施例。
一种用于汽车制动能量回收系统使用的控制系统,如图2所示,主要由如下几个模块组成,纯电制动和液压制动力分配器1、踏板角度传感器2、整车加速度计3、4备用锂电池、故障显示电路5、CAN总线6、辅助制动电机驱动电路7、辅助制动电机8、辅助制动电机输出扭矩传感器9、整车控制器10。
踏板角度传感器2——用于检测制动踏板的位置,对整车减速度进行分档处理,依据不同的位置,提供不同的制动减速度。
整车加速度计3——用于检测汽车在制动时整车实时减速度。
纯电制动和液压制动力分配器1——分配器根据从整车CAN网络上获取的ABS车速、结合踏板位置信号,判断此时制动需要多大的制动减速度。纯电制动和液压制动力分配器1通过CAN网路给VMS模块(整车控制器)发送纯电制动扭矩阀值,VMS收到扭矩大小后协调驱动电机控制施加制动扭矩命令,此时,纯电制动和液压制动力分配器1通过整车加速度计3检测整车实时制动减速度,监控整车经过VMS控制后真正的减速度,使整车减速度在控制的范围内。
如果制动系统出现故障,使整车减速度过大,则减小如图1所示辅助制动电机通过执行机构施加的制动液压力,让整车电机控制器尽可能的利用纯电制动功能,回收汽车的动能;如果检测到整车减速度过小,则优先增加VMS施加的制动扭矩,如果此时VMS施加的制动力矩不能满足整车减速度要求,则分配器1控制辅助制动电机提高液压制动力,从而使整车制动力增大,使整车的减速度达到控制的要求。
纯电制动和液压制动力分配器1通过辅助制动电机输出扭矩传感器9对制动辅助电机施加的力矩进行检测,通过对辅助制动电机输出扭矩检测,对制动辅助电机输出扭矩大小进行调节,形成对辅助制动电机工作闭环检测和控制。动态的配合纯电制动,使整车制动系统可靠的工作。
分配器1同时对制动辅助电机的力矩进行检测,用于对辅助制动电机的工作状态判断,如果分配器1输出增加辅助制动电机输出扭矩,但检测到扭矩传感器9没有变大;分配器1输出减小扭矩传感器9,扭矩传感器9没有减小,则可以判断出制动辅助电机出现故障,此时,分配器1将VMS的力矩结合车辆当前的车速情况,将VMS的力矩设为最大输出,并检测车辆减速度,及时调整制动力,使车辆在制动过程中满足人体舒适性要求,避免身体向前飞出。同时利用故障显示模块,输出辅助制动电机出现故障指示。
VMS—EV车原有的电机控制器,负责整车动力输出。
整车加速度计3——在本设计系统中还用于对纯电制动系统工作效果检测,如果纯电制动导致整车的减速度小于0.01g,则关闭纯电制动功能,并将制动辅助电机输出最大制动扭矩,配合液压制动,实现整车可靠的制动性能。
为了避免电源出现故障,影响MCU对纯电制动工作可靠性检测,本发明中设计了3.6V备用锂电池4,对MCU起到辅助供电功能,即使在12V车载电池断开后,也能工作一段时间,确保系统能完全把故障信号输出。
故障显示电路5——用于对电池电压、VMS最大制动扭矩、对辅助制动电机的故障等进行报警显示。
如图3所示,根据本发明所述的控制方法如下。
纯电制动和液压制动力分配器1上电后,先进行自我检测,如果系统正常,通过CAN总线读取整车控制器(VMS)故障代码,判断整车控制器(VMS)系统状态是否有故障,如果有故障,则强制纯电制动工作模式不工作。此时整车将沿用液压制动。
判断整车控制器(VMS)系统状态没有故障后,通过CAN总线读取电机控制器故障代码,判断电机控制器是否有故障,如果有故障,则强制纯电制动工作模式不工作。此时整车将沿用液压制动。如果没有故障,则判断制动踏板是否踩下。
如果制动踏板踩下,则计算踏板的行程,根据踏板行程计算制动整车对应的减速度。同时通过CAN总线读取整车瞬时ABS车速。并对ABS车速大小进行判断。如果判断出ABS车速小于10km/h。则将辅助制动电机归位,确保液压制动不受影响。同时关闭纯电力制动模式。因为小于10km/h后,纯电制动提供的制动力非常小。
如果判断出ABS车速大于10km/h。则在一次读取判断出ABS车速。同时读取VMS此时最大的制动扭矩,根据减速度和制动扭矩、及车速的函数关系,判断此时最大纯电制动力提供的减速度是否满足要求。最大扭矩提供的减速度如果满足要求,系统则回到踏板行程检测,开始进行下一轮控制运算,一直循环直到车速小于10km/h。
如果此时最大纯电制动力不能满足要求,分配器则通过CAN网络将VMS输出最大制动扭矩。并实时检测整车减速度。根据整车减速度大小,调节辅助制动电机的位置,进一步调节制动液压压力,直到满足整车的减速度要求。如此循环进行,直至车辆停止。
本发明中提供的控制算法中速度采集有两个,一个是ABS车速,一个驱动电机转速。实际应用中,当整车低速状态时,ABS精度较低,此时,电机转速精度较高,因此制动力分配器1将选择利用电机转速来控制整车减速度,实现整车减速度精确控制。当整车车速大于特定车速时,如10km/h,电机转速精度较低,此时,ABS车速精度较高,因此制动力分配器1将利用ABS车速来控制整车减速度,实现整车减速度精确控制。
上面结合附图对本发明进行了示例性描述,显然本发明具体实现并不受上述方式的限制,只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种改进,或未经改进直接应用于其它场合的,均在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种汽车制动能量回收控制系统的控制方法,其特征在于,汽车制动能量回收控制系统,包括纯电制动和液压制动力分配器、踏板角度传感器、整车加速度计、辅助制动电机驱动电路、辅助制动电机、辅助制动电机输出扭矩传感器,其中,踏板角度传感器用于检测制动踏板的位置,其连接至纯电制动和液压制动力分配器;整车加速度计用于检测汽车在制动时整车实时减速度,其连接至纯电制动和液压制动力分配器;纯电制动和液压制动力分配器连接至辅助制动电机驱动电路;辅助制动电机驱动电路连接至辅助制动电机;辅助制动电机为系统的液压大小调节动力源,其输出端设置有辅助制动电机输出扭矩传感器;辅助制动电机输出扭矩传感器用于对辅助制动电机施加的力矩进行检测,其分别连接至纯电制动和液压制动力分配器和辅助制动电机;控制方法包括如下步骤:
(1)纯电制动和液压制动力分配器上电;
(2)纯电制动和液压制动力分配器进行自我检测,确定系统是否正常,并确定整车控制器是否有故障;
(3)判断整车控制器系统状态没有故障后,进一步判断驱动电机控制器是否有故障;
(4)如果驱动电机控制器没有故障,则判断制动踏板是否踩下;
(5)如果制动踏板踩下,则计算踏板的行程,根据踏板行程计算制动整车对应的减速度,同时通过CAN总线读取整车瞬时ABS车速,并对ABS车速大小进行判断,并进行相应操作;
(6)如果此时最大纯电制动力不能满足要求,分配器则通过CAN网络将整车控制器VMS输出最大制动扭矩,并实时检测整车减速度,根据整车减速度大小,调节辅助制动电机的位置,进一步调节制动液压压力,直到满足整车的减速度要求。
2.如权利要求1所述汽车制动能量回收控制系统的控制方法,其特征在于,步骤(2)中,如果系统正常,纯电制动和液压制动力分配器通过CAN总线读取整车控制器VMS故障代码,判断整车控制器VMS系统状态是否有故障,如果有故障,则强制纯电制动工作模式不工作,此时整车将沿用液压制动。
3.如权利要求1或2所述汽车制动能量回收控制系统的控制方法,其特征在于,步骤(3)中,判断整车控制器VMS系统状态没有故障后,通过CAN总线读取驱动电机控制器故障代码,判断驱动电机控制器是否有故障,如果有故障,则强制纯电制动工作模式不工作,此时整车将沿用液压制动。
4.如权利要求1或2所述汽车制动能量回收控制系统的控制方法,其特征在于,步骤(5)中,如果判断出ABS车速小于10km/h,则将辅助制动电机归位,确保液压制动不受影响,同时关闭纯电力制动模式,如果判断出ABS车速大于10km/h,则再一次读取判断出ABS车速,同时读取整车控制器VMS此时最大的制动扭矩,根据减速度和制动扭矩、及车速的函数关系,判断此时最大纯电制动力提供的减速度是否满足要求,最大纯电制动力提供的减速度如果满足要求,系统则回到踏板行程检测,开始进行下一轮控制运算,一直循环直到车速小于10km/h。
5.如权利要求1或2所述汽车制动能量回收控制系统的控制方法,其特征在于,步骤(6)循环进行,直至车辆停止。
6.一种汽车制动能量回收控制系统,其特征在于,其采用如权利要求1所述的控制方法进行控制,包括纯电制动和液压制动力分配器、踏板角度传感器、整车加速度计、辅助制动电机驱动电路、辅助制动电机、辅助制动电机输出扭矩传感器,其中,
踏板角度传感器用于检测制动踏板的位置,其连接至纯电制动和液压制动力分配器;
整车加速度计用于检测汽车在制动时整车实时减速度,其连接至纯电制动和液压制动力分配器;
纯电制动和液压制动力分配器连接至辅助制动电机驱动电路;
辅助制动电机驱动电路连接至辅助制动电机;
辅助制动电机为系统的液压大小调节动力源,其输出端设置有辅助制动电机输出扭矩传感器;辅助制动电机输出扭矩传感器用于对辅助制动电机施加的力矩进行检测,其分别连接至纯电制动和液压制动力分配器和辅助制动电机。
7.如权利要求6所述的汽车制动能量回收控制系统,其特征在于,还包括故障显示电路,其连接至纯电制动和液压制动力分配器,用于对电池电压、整车控制器VMS最大制动扭矩、以及辅助制动电机的故障进行报警显示。
8.如权利要求6或7所述的汽车制动能量回收控制系统,其特征在于,还包括整车控制器,其通过CAN总线与纯电制动和液压制动力分配器通讯连接。
9.如权利要求8所述的汽车制动能量回收控制系统,其特征在于,还包括驱动电机控制器MCU,其通过CAN总线分别与纯电制动和液压制动力分配器和/或整车控制器通讯连接。
10.如权利要求9所述的汽车制动能量回收控制系统,其特征在于,还包括备用锂电池,其用于对驱动电机控制器MCU进行辅助供电。
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