CN104309489A - 电动汽车的再生制动装置控制系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电动汽车的再生制动装置控制系统及方法，系统包括位移传感器：检测制动踏板的移动并将位移数据给制动控制器；轮速传感器：检测车辆的车轮速度并将轮速数据给制动控制器；制动控制器：根据位移传感器和轮速传感器的数值，推算汽车需要获得的理论加速度，根据理论加速度推算需要汽车需求的制动力；所述制动控制器电连接汽车的电机系统和电池系统，并采集电机系统和电池系统的参数，计算电机实时能够提供的最大再生制动扭矩；液压调节器：根据电机提供的最大制动扭矩大小，液压调节器调节液压制动器提供的制动力。最大限度的提高能量回收效率并且根据载荷的不同自适应的补偿或减少所需制动能量。

Description

电动汽车的再生制动装置控制系统及方法

技术领域

本发明属于汽车控制技术领域，具体涉及一种电动汽车的再生制动装置控制系统及方法。

背景技术

电动汽车(EV)采用电动机为牵引装置，并应用化学蓄电池组、燃料电池组、超级电容器组等为相应的能源回收存储装置，再由能源回收存储装置在汽车驱动时提供相应的动能。如图1所示，电动机在额度功率下，转速越大，扭矩越小。车速较高时，可提供再生制动扭矩较小；车速较低时，可提供再生制动扭矩较大。如图2所示，不同载荷下，相同的踏板行程对应的制动减速度及踏板力不一样。结果同样的用户习惯下，制动效果不一致。目前的再生制动系统控制策略都是液压制动与再生制动同时作用，制动时液压制动起到的效果占绝大部分，再生制动丧失了宝贵的回收空间，这样整个再生制动系统的回收效率较低。并且车辆在不同负载下的制动力曲线不同，导致驾驶员相同的制动意图，达到的制动效果不同，存在一定的安全隐患。因此，需要一种用于再生制动控制系统的策略协调液压制动与电机再生制动，最大限度的提高能量回收效率并且能根据载荷的不同自适应的补偿或减少所需制动能量。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供一种电动汽车的再生制动系统控制方法，通过车辆制动踏板、轮速等传感器，判断驾驶员的制动意图，根据情况卸载不同档位的液压，液压分档可避免液压频繁动作造成抖动引起制动力的不稳定。卸载的液压制动在满足条件的情况下由电机根据不同的加载步长进行补充。后期通过加速度传感器比对实际加速度形成闭环反馈，判断车辆的制动情况，及时调整制动曲线，保证了驾驶舒适性及安全性。

本发明的技术方案是：一种电动汽车的再生制动装置控制系统，包括：位移传感器：检测制动踏板的行程，并将位移数据给制动控制器；轮速传感器：检测车辆的车轮速度，并将轮速数据给制动控制器；制动控制器：根据位移传感器和轮速传感器的数值，推算汽车需要获得的理论加速度，根据理论加速度推算需要汽车需求的制动力；所述制动控制器电连接汽车的电机系统和电池系统，并采集电机系统和电池系统的运行参数，计算电机实时能够提供的最大再生制动扭矩；液压调节器：根据电机提供的最大制动扭矩大小，液压调节器调节液压制动器提供的制动力，汽车需求的剩余制动力由电机的再生制动扭矩提供。所述控制系统还包括轮缸压力传感器，轮缸压力传感器在补充液压时检测轮缸压力。所述控制系统还包括加速度传感器，所述加速度传感器采集汽车的实时加速度。

一种电动汽车的再生制动装置控制方法，包括如下步骤：步骤一：通过制动踏板的位移传感器判断是否有踏板动作，如果没有踏板动作，则取消再生制动模式，系统工作在全液压制动模式下，如果踏板动作，执行步骤二；步骤二：根据位移传感器和轮速传感器采集的数值，计算汽车需要获得的理论加速度，根据理论加速度推算汽车需要获得的制动力，并根据理论加速度的大小，确定电机的加载步长；步骤三：将理论加速度与系统预先设置的加速度阈值比较，判断汽车是否是紧急刹车，如果是紧急刹车，则取消再生制动模式，系统工作在全液压制动模式下，非紧急制动情况下执行步骤四；步骤四：控制系统采集电机系统和电池系统的运行参数，计算电机实时能够提供的最大再生制动扭矩；步骤五：液压调节器根据电机实时能够提供的最大再生制动扭矩的大小，调节液压制动器提供的制动力，汽车所需要的制动力不足的部分由再生制动装置按照加载步长来补充。所述步骤五为：最大再生制动扭矩小于20N制动力时，再生制动装置不工作；最大再生制动扭矩大于20N且小于40N制动力时，液压制动装置卸载20N制动力，减小的20N制动力由再生制动装置补充；最大再生制动扭矩大于40N且小于60N制动力时，液压制动装置卸载40N制动力，减小的40N制动力由再生制动装置补充；最大再生制动扭矩大于60N制动力时，液压制动装置卸载60N制动力，减小的60N制动力由再生制动装置补充。所述步骤三后还包括步骤：轮速传感器检测是否有车辆抱死情况，当车辆抱死时，逐渐减小目标车轮的再生制动力矩，滑移率超过20％时，系统工作在全液压制动模式下。所述滑移率δ为：δ＝(v—wr)/v×100％，式中v为车子在地面上行驶的速度，r为车轮滚动半径，w为车轮角速度。所述控制方法还包括步骤：加速度传感器采集汽车的实际运行加速度，并将实际加速度与理论加速度进行比较，在一段固定时间内，当实时实际的加速度大于理论加速度时，记录下进入此情况的次数cutcount，当次数cutcount大于预设的阈值时，自适应系数加一，将汽车所需求的制动力减去调整扭矩量和自适应系数的乘积；当次数小于判断阀值时,自适应系数减一，将汽车所需求的制动力减去调整扭矩量与自适应系数的乘积；当理论加速度大于实时实际的加速度时，记录下进入此情况的次数supplycount，当次数supplycount大于判断阀时,自适应系数加一，将制动系统计算出的汽车需求制动力加上调整扭矩量和自适应系数的乘积；当次数小于判断阀值时,自适应系数减一，将制动系统计算出的汽车需求制动力加上调整扭矩量与自适应系数的乘积。

本发明有如下积极效果：本发明包括根据驾驶员制动意图的缓急，控制制动时电机加载扭矩的步长值，实现即时有效的制动效果，保证了制动的安全性。还包括自学习车辆的制动特性，当实际减速度小于理论减速度时，通过自适应系数增加制动能量；当实际减速度大于理论减速度时，通过自适应系数减少制动能量。

附图说明

图1为典型的变速电动机的特性曲线；

图2为制动踏板力、制动减速度、制动踏板行程之间的关系图；

图3为本发明具体实施方式的再生制动控制系统结构图；

图4为本发明具体实施方式的再生制动系统控制方法流程图；

图5为本发明具体实施方式速度与加速度的函数曲线图；

图6为本发明具体实施方式车速与电机输出的最大扭矩曲线图；

图7为本发明具体实施方式举例论证图；

其中，1位移传感器、2轮速传感器、3轮缸压力传感器、4液压调节器、5加速度传感器。

具体实施方式

下面对照附图，通过对实施例的描述，本发明的具体实施方式如所涉及的各构件的形状、构造、各部分之间的相互位置及连接关系、各部分的作用及工作原理、制造工艺及操作使用方法等，作进一步详细的说明，以帮助本领域技术人员对本发明的发明构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解。在以下详细说明中，通过例证的方式来示出和描述发明的技术方案，附图和说明应被认为在本质上是例证性的而不是限制性的。

整个系统运行周期为10ms，保证系统的实时性(举例但不受此限制)。当制动踏板踩下时，制动系统采集制动踏板位移传感器1的信号，进行一阶滤波并计算离散时间导数后得出理论加速度calculacc，若理论加速度calculacc大于判断阀值ref_acc则认为是紧急制动情况。非紧急制动情况下由理论加速度calculacc计算得出汽车的制动力度needtor，即制动扭矩。

我们根据通过标定车辆等制动扭矩下的数据，进行拟合得出速度与加速度的函数关系，如表一，根据数据分析，减速度与车速函数中的二次项对函数的影响较小，经过分析比较，使用线性函数暂时作为a-v函数是可行的。

序号	扭矩(N·m)	函数
			1	10	a＝-0.012v-0.3
2	20	a＝-0.012v-0.5
			3	30	a＝-0.012v-0.7
4	40	a＝-0.012v-0.9
			5	50	a＝-0.012v-1.1
6	60	a＝-0.012v-1.3
			7	70	a＝-0.012v-1.5
8	80	a＝-0.012v-1.7

由上表得到的函数曲线族如图5，由于在高速下扭矩受到电机转速的限制，所以绘制车速与在该车速下可以输出的最大扭矩曲线，如图6。等扭矩曲线与V-Tmax曲线交点的左侧部分是可以实现的，而右侧部分因为参数限制而无法实现，这样在知道车速以及加速度的时候就能通过函数计算出汽车所需的制动扭矩。汽车的车速通过轮速传感器2测量得到。

制动系统通过轮速传感器2以及轮缸压力传感器3得到车轮的转速和轮缸压力，根据条件做出判断是否取消再生制动。

通过轮速传感器和轮缸压力传感器综合判断是否有车辆抱死情况，当车辆抱死时，逐渐减小目标车轮的再生制动力矩，这种控制策略给液压制动系统充足的时间来补充再生制动卸载的力矩，可以改善车辆的制动平顺性。

δ＝(v—wr)/v×100％  (1)

式中v为车子在地面上行驶的速度(m/s)，r为车轮滚动半径(m)，w为车轮角速度(rad/s)，δ为滑移率，滑移率超过20％即启动再生制动退出。检测到滑移率快超过阀值时，轮缸减压，等到滑移率减小了再适当增压。如果轮缸及轮速不符合条件即快抱死的时候，再生制动是不参与的。轮缸压力传感器是补充液压时检测使用。如果不使用轮速传感器检测车辆是否抱死，再生制动参与进来，可能会使前轮制动太大，前后制动力分配比例失衡(我们的电动车为前驱)。

主控制器与电池系统及电机系统通讯，通过电机电流、转速、电机温度、电池SOC、电池温度、ABS数据、整车数据计算出电机实时能提供的最大再生制动扭矩retor_max。

根据负载，电机功率与负载扭矩和转速的关系，M＝9550N/n其中M是扭矩Nm，N是功率Kw，n是转速转/分，最大扭矩一般是额定的2.5倍左右。再根据车速，确定扭矩系数。ABS动作，电机温度过高，SOC参数不符合条件时retor_max为0。

制动系统根据当时的retor_max值动作液压调节器4至合适位置，卸载部分液压，让再生制动扭矩优先作用。

液压调节器4中卸载液压0档为原车制动模式，即不卸载液压模式；液压调节器4中卸载液压1档为卸载20N制动力模式；液压调节器4中卸载液压2档为卸载40N制动力模式；液压调节器4中卸载液压3档为卸载60N制动力模式。

当电机能提供的最大再生制动扭矩retor_max小于卸载液压1档卸载20N制动力时，再生制动不工作，液压调节器工作在0档，全部制动能由液压工作；当最大再生制动扭矩retor_max大于卸载液压1档卸载20N制动力且小于卸载液压2档卸载40N制动力时，液压调节器工作在1档；当最大再生制动扭矩retor_max大于卸载液压2档卸载40N制动力且小于卸载液压3档卸载60N制动力时，液压调节器工作在2档；当最大再生制动扭矩retor_max大于卸载液压3档卸载60N制动力时，液压调节器工作在3档。

如果是紧急制动情况则液压调节器4工作在0档，按原车制动系统工作。根据电机特性，电机扭矩由0加载至驾驶员制动需求needtor需要一定的时间，根据加载步长的值，所需时间不同，这里，把加载步长分为3档。当理论加速度calculacc大于判断阀值acc1时，电机加载步长为step1；当理论加速度calculacc大于判断阀值acc2时，电机加载步长为step2；当理论加速度calculacc大于判断阀值acc3时，电机加载步长为step3。其中，|acc1|<|acc2|<|acc3|，|step1|<|step2|<|step3|，因为制动时加速度为负，且制动扭矩也为负，故加上绝对值，比较数值大小。

主控制器通过采集加速度传感器5的信号得出实时实际的加速度realacc。制动系统发出制动踏板位移传感器1判断出的理论加速度calculacc给主控制器。主控制器比较实时实际的加速度realacc与理论加速度calculacc。当实时实际的加速度realacc大于理论加速度calculacc时，记录下进入此情况的次数cutcount；当实时实际的加速度realacc小于理论加速度calculacc时，记录下进入此情况的次数supplycount。

当cutcount大于判断阀值ref_count时,自适应系数adaptcoe加一，将制动系统计算出的驾驶员制动需求needtor减去调整扭矩量△tor和自适应系数adaptcoe的乘积；当cutcount小于判断阀值ref_count时,自适应系数adaptcoe减一，将制动系统计算出的驾驶员制动需求needtor减去调整扭矩量△tor与自适应系数adaptcoe的乘积。

当supplycount大于判断阀值ref_count时,自适应系数adaptcoe加一，将制动系统计算出的驾驶员制动需求needtor加上调整扭矩量△tor和自适应系数adaptcoe的乘积；当supplycount小于判断阀值ref_count时,自适应系数adaptcoe减一，将制动系统计算出的驾驶员制动需求needtor加上调整扭矩量△tor与自适应系数adaptcoe的乘积。

本发明补充一张实测图说明本发明方法的可行性，如图7，此图为实测缓冲缸缓冲不同行程(物理意义即卸载不同的制动力，也就是文中的液压调节器的档位)，横坐标为踏板行程，纵坐标为制动管路压力，以横坐标以0为起始开始算第四个点为例，踏板行程都为27mm，液压调节器无缓冲时制动管路压力为1.2MPa，液压调节器缓冲2mm时制动管路压力,为0.9MPa，液压调节器缓冲3mm时制动管路压力为0.8MPa。由此可见当液压调节器缓冲3mm时，与液压调节器无缓冲比较，液压制动的作用削弱，此部分削弱的制动力给了电制动回收创造了条件。其中，液压调节器无缓冲为原车状态，液压调节器缓冲3mm对应文中的卸载20N。

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非实质性的改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种电动汽车的再生制动装置控制系统，其特征在于，包括：

位移传感器：检测制动踏板的移动，并将位移数据给制动控制器；

轮速传感器：检测车辆的车轮速度，并将轮速数据给制动控制器；

制动控制器：根据位移传感器和轮速传感器的数值，推算汽车需要获得的理论加速度，根据理论加速度推算需要汽车需求的制动力；所述制动控制器电连接汽车的电机系统和电池系统，并采集电机系统和电池系统的运行参数，计算电机实时能够提供的最大再生制动扭矩；

液压调节器：根据电机提供的最大制动扭矩大小，液压调节器调节液压制动器提供的制动力，汽车需求的剩余制动力由电机的再生制动扭矩提供。

2.根据权利要求1所述的电动汽车的再生制动装置控制系统，其特征在于：所述控制系统还包括轮缸压力传感器，轮缸压力传感器在补充液压时检测轮缸压力。

3.根据权利要求1所述的电动汽车的再生制动装置控制系统，其特征在于：所述控制系统还包括加速度传感器，所述加速度传感器采集汽车的实时加速度。

4.根据权利要求1-3任意一项所述的电动汽车的再生制动装置控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一：通过制动踏板的位移传感器判断是否有踏板动作，如果没有踏板动作，则取消再生制动模式，系统工作在全液压制动模式下，如果踏板动作，执行步骤二；

步骤二：根据位移传感器和轮速传感器采集的数值，计算汽车需要获得的理论加速度，根据理论加速度推算汽车需要获得的制动力，并根据理论加速度的大小，确定电机的加载步长；

步骤三：将理论加速度与系统预先设置的加速度阈值比较，判断汽车是否是紧急刹车，如果是紧急刹车，则取消再生制动模式，系统工作在全液压制动模式下，非紧急制动情况下执行步骤四；

步骤四：控制系统采集电机系统和电池系统的运行参数，计算电机实时能够提供的最大再生制动扭矩；

步骤五：液压调节器根据电机实时能够提供的最大再生制动扭矩的大小，调节液压制动器提供的制动力，汽车所需要的制动力不足的部分由再生制动装置按照加载步长来补充。

5.根据权利要求4所述电动汽车的再生制动装置控制方法，其特征在于：所述步骤五为：最大再生制动扭矩小于20N制动力时，再生制动装置不工作；最大再生制动扭矩大于20N且小于40N制动力时，液压制动装置卸载20N制动力，减小的20N制动力由再生制动装置补充；最大再生制动扭矩大于40N且小于60N制动力时，液压制动装置卸载40N制动力，减小的40N制动力由再生制动装置补充；最大再生制动扭矩大于60N制动力时，液压制动装置卸载60N制动力，减小的60N制动力由再生制动装置补充。

6.根据权利要求4所述电动汽车的再生制动装置控制方法，其特征在于：所述步骤三后还包括步骤：轮速传感器检测是否有车辆抱死情况，当车辆抱死时，逐渐减小目标车轮的再生制动力矩，滑移率超过20％时，系统工作在全液压制动模式下。

7.根据权利要求6所述电动汽车的再生制动装置控制方法，其特征在于：

所述滑移率δ为：δ＝(v—wr)/v×100％，式中v为车子在地面上行驶的速度，r为车轮滚动半径，w为车轮角速度。

8.根据权利要求4所述电动汽车的再生制动装置控制方法，其特征在于：

所述控制方法还包括步骤：加速度传感器采集汽车的实际运行加速度，并将实际加速度与理论加速度进行比较，当实时实际的加速度大于理论加速度时，记录下进入此情况的次数cutcount，当次数cutcount大于预设的阈值时，自适应系数加一，将汽车所需求的制动力减去调整扭矩量和自适应系数的乘积；当次数小于判断阀值时,自适应系数减一，将汽车所需求的制动力减去调整扭矩量与自适应系数的乘积；当理论加速度大于实时实际的加速度时，记录下进入此情况的次数supplycount，当次数supplycount大于判断阀时,自适应系数加一，将制动系统计算出的汽车需求制动力加上调整扭矩量和自适应系数的乘积；当次数小于判断阀值时,自适应系数减一，将制动系统计算出的汽车需求制动力加上调整扭矩量与自适应系数的乘积。