CN104648164B - 一种电动汽车用复合防抱死制动系统及制动控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电动汽车用复合防抱死制动系统及制动控制方法，该复合制动系统集成了电动汽车电机再生制动、电磁制动及带式制动。制动系统按电机再生制动、电磁制动、带式制动先后工作顺序，根据电动汽车的实际运行状态配合三段式制动踏板进行实时控制，控制电动汽车的车速和减速度，保证电动汽车的行驶安全，实现驾驶员驾驶意图并可进行制动能量回收，通过合理设置制动控制方法，不仅可以减轻制动器摩擦块的磨损、减少制动噪音及热量，而且可以实现常规汽车液压制动系统的制动防抱死功能，提升电动汽车的行车安全。
Description
技术领域
本发明涉及一种电动汽车用复合制动系统，具体涉及一种集成电动汽车再生制动、鼓式电磁制动及步进电机带式制动的复合制动系统。
技术背景
目前，我国生产的低速电动汽车主要以盘式液压制动系统来降低车速及停车，也有某些车型上带有制动能量回收系统，通过电机的电制动来实现减速/停车的目的。液压ABS系统可以有效提升车辆的制动安全，已普遍应用于常规能源汽车上。但鉴于液压ABS系统结构复杂、反应滞后的特点，且其液压管路对密封性要求较高，并不十分适合应用于电动汽车。
发明内容
为了解决上述液压ABS系统存在的结构复杂、反应滞后，且其液压管路对密封性要求较高等问题以及实现电动汽车的制动安全需求，本发明提出了一种电动汽车用复合防抱死制动系统，采用的技术方案为：
包括电机再生制动、电磁制动和带式制动。
所述电机再生制动采用轮毂电机作为发电机，所述轮毂电机还作为驱动电机使用。
所述电磁制动采用鼓式电磁制动，包括制动底板、电磁制动器、制动鼓。
所述带式制动包括制动带、步进电机，所述电磁制动与带式制动共用制动鼓。
所述轮毂电机定子轴的伸出端通过花键或键槽固定连接制动底板，所述制动底板与轮毂电机之间有间隙，所述制动底板上通过制动蹄定位销和制动杠杆定位销安装电磁制动器，所述制动底板和电磁制动器位于制动鼓内部，所述制动鼓一侧通过螺栓或铆钉与轮毂电机外转子固连，两者同步运动且两者与轮毂电机定子轴轴线同轴，所述制动鼓的外圈套有制动带，所述制动带一端通过支架与车架固连，所述制动带另一端与步进电机转子轴相连接。
进一步，所述制动带采用Q235号钢制成，工作表面衬有石棉带。
基于上述制动系统，本发明还提出了一种制动控制方法，包括以下步骤：
a.制动系统ECU根据油门踏板及制动踏板的状态判断驾驶员意图。
b.当油门踏板及制动踏板均处于自由状态时，制动系统不工作，车辆自由滑行。
c.当制动踏板行程处于1区间内时，只有电机再生制动起作用，制动能量回收。
d.当制动踏板行程处于2区间内时，电机再生制动与电磁制动共同作用。
e.当制动踏板行程处于3区间内时，电机再生制动、电磁制动及带式制动共同作用。
f.车辆停车时，带式制动兼做驻车制动。
进一步，所述步骤d还包括：根据轮速传感器及车速信号，控制电磁体电流大小实现车辆安全制动。
进一步，所述步骤e还包括：以轮胎滑移率为控制目标，通过控制流过电磁制动器电磁体的电流大小及步进电机电脉冲信号的脉冲数和频率实现制动力大小的实时控制，将车辆轮胎滑移率控制在最佳范围，保证车辆的行驶安全。
本发明与电动汽车常用的普通摩擦盘式制动器相比，其有益效果是：
(1)本发明充分利用电机再生制动，增加了一套鼓式电磁制动及一套带式制动，增强制动效能，能够通过实时调节通过电磁制动器电磁体线圈电流的大小或步进电机电脉冲信号来实现制动防抱死功能。
(2)制动过程中，优先采用电机再生制动，不仅可以回收制动能量，而且可以减少摩擦制动器的使用强度，减轻制动块的磨损，延长摩擦制动器的寿命。
(3)电机再生制动是非接触式制动，制动比较平稳，可以有效降低噪声的产生。
(4)长下坡或频繁制动时只要调节流过电磁制动器线圈绕组的电流大小即可有效控制电磁制动力大小，电磁力大小控制相对简单，磁制动的制动力大小容易控制，比普通的摩擦制动器要好。
附图说明
图1为本发明三段式踏板位置示意图；
图2为本发明复合制动系统结构示意图；
图3为本发明复合制动系统拆分爆炸图；
图4为本发明复合制动系统控制原理图。
其中：1-轮毂电机、2-制动底板、3-电磁制动器、4-制动带、5-制动鼓、6-步进电机、7-轮毂电机定子轴、8-前制动蹄、9-后制动蹄、10-制动杠杆、11-电磁体、12-轮毂电机外转子、13-制动蹄定位销、14-制动杠杆定位销。
具体实施方式
本发明提出了一种应用于电动汽车的复合制动系统，此制动系统集成了电动汽车电机再生制动、电磁制动及带式制动，通过合理设置制动控制策略，不仅可以减轻制动器摩擦块的磨损、减少制动噪音及热量，而且可以实现常规汽车液压制动系统的制动防抱死功能，提升电动汽车的行车安全。根据电动汽车的实际运行状态配合三段式制动踏板进行实时控制，实现驾驶员驾驶意图并可进行制动能量回收。
本发明中电动汽车的驱动电机选用轮毂电机1，电机再生制动时，轮毂电机1作为发电机使用进行能量回收，从而产生电磁制动力。电磁制动选用领从蹄式鼓式电磁制动，由制动底板2、电磁制动器3及制动鼓5组成，其中电磁制动器由前制动蹄8、后制动蹄9、制动杠杆10、电磁体11组成，由电磁体11的电磁力驱动制动杠杆10，制动杠杆10推动前制动蹄8和后制动蹄9向外扩张，前制动蹄8和后制动蹄9摩擦制动鼓5产生制动力，起到减速、停车的效果。带式制动由制动带4、步进电机6组成，制动带4由Q235号钢制成，工作表面衬有石棉带或其他摩擦材料；步进电机6的转速、停止的位置取决于电脉冲信号的频率和脉冲数，不受负载变化的影响，即给步进电机6加一个脉冲信号，步进电机6则转过一个步距角来控制制动带4收紧力的大小。步进电机6在控制电路的驱动下，推动制动带4的收缩端，从而使制动带4收紧，摩擦制动鼓5产生制动力。
本发明应用于配备有电子油门踏板和三级可控电子制动踏板的电动汽车。本发明提出的复合防抱死制动系统按电机再生制动、电磁制动、带式制动先后工作顺序，控制电动汽车的车速和减速度，保证电动汽车的行驶安全。电磁制动器电磁体11及带式制动步进电机6均由蓄电池供电。ECU根据油门踏板及制动踏板状态(踏板行程传感器、踏板加速度传感器)判断出驾驶员的驾驶意图，根据车辆行驶状态配合轮速传感器实时控制电磁体11电流大小或步进电机6电脉冲信号的脉冲数和频率，从而实现最优制动效果，保证汽车的制动方向稳定性，防止产生侧滑和跑偏。
下面结合附图作进一步的说明：
如图1所示，为本发明所用三段式踏板位置示意图，将踏板总行程分为3个区间,分别为1区间、2区间和3区间，各区间所占总行程比例可根据实际控制策略及整车参数进行调整，从而使制动及能量回收的效果最佳。
如图2和图3所示，本发明复合制动系统结构示意图，在轮毂电机定子轴7的伸出端固连制动底板2，通过花键或键槽与轮毂电机定子轴7连接。电磁制动制动底板2与轮毂电机1间有间隙不接触，制动底板2通过制动蹄定位销13和制动杠杆定位销14安装电磁制动器3，制动底板2和电磁制动器3位于制动鼓5内部；制动鼓5的一侧与轮毂电机外转子12固连，通过螺栓或铆钉连接，两者同步运动且两者与轮毂电机定子轴7轴线同轴。电磁制动与带式制动共用制动鼓5，电磁制动方式应用制动鼓5内表面，带式制动方式应用制动鼓5外表面。制动鼓5的外圈表面套有制动带4，制动带4一端通过支架与车架固连，另一端与步进电机6转子轴相连。当制动踏板行程处于2区间内时，电磁制动开始工作，ECU根据车辆行驶状态配合轮速传感器实时控制电磁体11通电产生电磁力驱动制动杠杆10，制动杠杆10推动前制动蹄8和后制动蹄9向外扩张，起到减速、制动效果。当制动踏板行程处于3区间内时，带式制动也开始工作，ECU同时控制电磁体11电流大小和步进电机6电脉冲信号的脉冲数和频率。当车辆停止时，带式制动兼做驻车制动。
如图4所示，制动过程中ECU根据油门踏板及制动踏板的状态判断驾驶员意图。①当油门踏板及制动踏板均处于自由状态时，制动系统不工作，车辆自由滑行；②当制动踏板行程处于1区间内时，只有电机再生制动起作用，驱动电机转变为发电机，产生电磁制动力，回收制动能量；③当制动踏板行程处于2区间内时，电机再生制动与电磁制动共同作用，根据轮速传感器及车速信号，控制电磁体11电流大小调节电磁制动的电磁制动力，实现车辆安全制动；④当制动踏板行程处于3区间内时，电机再生制动、电磁制动及带式制动共同作用，以轮胎滑移率为控制目标，通过控制流过电磁制动器电磁体11线圈绕组的电流大小及步进电机6电脉冲信号的脉冲数和频率实现制动力大小的实时控制，从而将车辆轮胎的滑移率控制在最佳范围，保证车辆的行驶安全；⑤车辆停车时，带式制动兼做驻车制动。
以上所述仅为本发明的实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围。应当清楚，在不违背本发明的实质内容和精神的前提下，本领域技术人员所作任何改进、变型以及等同替换等都将落入本发明的保护范围内。
Claims (5)
1.一种电动汽车用复合防抱死制动系统，包括电机再生制动、电磁制动和带式制动；所述电机再生制动采用轮毂电机(1)，所述轮毂电机(1)既作为驱动电机又作为发电机使用；所述电磁制动包括电磁制动器(3)、制动鼓(5)；所述带式制动包括制动带(4)；其特征在于：
所述电磁制动采用鼓式电磁制动，还包括制动底板(2)；
所述带式制动还包括步进电机(6)，所述电磁制动与带式制动共用制动鼓(5)；
所述轮毂电机定子轴(7)的伸出端通过花键或键槽固定连接制动底板(2)，所述制动底板(2)与轮毂电机(1)之间有间隙，所述制动底板(2)上通过制动蹄定位销(13)和制动杠杆定位销(14)安装电磁制动器(3)，所述制动底板(2)和电磁制动器(3)位于制动鼓(5)内部，所述制动鼓(5)一侧通过螺栓或铆钉与轮毂电机外转子(12)固连，两者同步运动且两者与轮毂电机定子轴(7)轴线同轴，所述制动鼓(5)的外圈表面套有制动带(4)，所述制动带(4)一端通过支架与车架固连，所述制动带(4)另一端与步进电机(6)转子轴相连接。
2.根据权利要求1所述的电动汽车用复合防抱死制动系统，其特征在于：所述制动带(4)采用Q235号钢制成，工作表面衬有石棉带。
3.一种电动汽车用复合防抱死制动控制方法，基于权利要求1或2所述的制动系统，其特征在于：包括以下步骤：
a.制动系统ECU根据油门踏板及制动踏板的状态判断驾驶员意图；
b.当油门踏板及制动踏板均处于自由状态时，制动系统不工作，车辆自由滑行；
c.当制动踏板处于行程1区间内时，只有电机再生制动起作用，制动能量回收；
d.当制动踏板处于行程2区间内时，电机再生制动与电磁制动共同作用；
e.当制动踏板处于行程3区间内时，电机再生制动、电磁制动及带式制动共同作用；
f.车辆停车时，带式制动兼做驻车制动。
4.根据权利要求3所述的电动汽车用复合防抱死制动控制方法，其特征在于：所述步骤d还包括：根据轮速传感器及车速信号，控制电磁体电流大小实现车辆安全制动。
5.根据权利要求3所述的电动汽车用复合防抱死制动控制方法，其特征在于：所述步骤e还包括：以轮胎滑移率为控制目标，通过控制流过电磁制动器线圈绕组的电流大小及步进电机电脉冲信号的脉冲数和频率实现制动力大小的实时控制，将车辆轮胎滑移率控制在最佳范围，保证车辆的行驶安全。
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