CN106994904B - 一种电动汽车基于线控制动的能量回收系统及方法 - Google Patents

一种电动汽车基于线控制动的能量回收系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种电动汽车基于线控制动的能量回收系统及方法，该系统包括踏板位移传感器、车速传感器、ECU控制器、线控制动系统、驱动电机、电机控制器，所述的踏板位移传感器用于检测制动踏板的位置，其连接至ECU控制器；所述车速传感器用于检测汽车的行驶速度，其连接至ECU控制器；所述的ECU控制器连接至线控制动系统，所述线控制动系统用于对前轮和后轮进行摩擦制动；所述的ECU控制器与驱动电机控制器连接，所述的驱动电机控制器与驱动电机连接。本发明的优点是可以对制动力进行精确分配，使得在保证汽车稳定性的同时，提高再生制动回收的电能，以增加电动汽车的续航能力。

Description

一种电动汽车基于线控制动的能量回收系统及方法
技术领域
本发明属于汽车能量回收领域，特别涉及一种电动汽车基于线控制动的能量回收系统。
背景技术
电动车替代常规内燃机，已是汽车发展的趋势，不仅可以减少车辆尾气带来的环境污染，同时也为能源的短缺做准备。目前已有很多机构对部分制动力转换成电能有所研究，但都是采用传统的液压制动来实现制动能量回收，并且这种再生制动力仅作用在与电机相连的驱动轮上，给制动力的控制带来非常大的困难，无法实现制动力的动态精确分配。如何实现控制调节制动力的分配以提高能量的回收对于汽车的行驶里程的增加十分重要。目前国内的电动汽车制动系统多采用摩擦制动系统常开式，虽然具有再生制动的功能，回收的能量仍非常有限，不能充分发挥再生制动的潜在优势。因此必须拥有一套高效的制动力分配与控制系统，来合理地分配摩擦制动力和再生制动力以对能量进行回收。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提供一种电动汽车基于线控制动的能量回收系统及其方法，目的是通过对于制动力的动态调节及分配，在保证汽车制动稳定的前提下，回收更多的再生制动能量。
为了实现上述目的，本发明采取的技术方案为：一种电动汽车基于线控制动的能量回收系统，其特征在于：包括踏板位移传感器、车速传感器、ECU控制器、线控制动系统、驱动电机、电机控制器，所述的踏板位移传感器用于检测制动踏板的位置，其连接至ECU控制器；所述车速传感器用于检测汽车的行驶速度，其连接至ECU控制器；所述的ECU控制器连接至线控制动系统，所述线控制动系统用于对前轮和后轮进行摩擦制动；所述的ECU控制器与驱动电机控制器连接，所述的驱动电机控制器与驱动电机连接。
所述的ECU控制器与汽车电池的电池管理单元连接。
所述的线控制动系统包括前轴制动系统和后轴制动系统。
所述的前轴制动系统包括前轴制动电机、传动机构、制动器，所述的传动机构一端连接前轴制动电机，另一端连接制动器，所述制动器用于对汽车提供摩擦制动力。
所述后轴制动系统包括后轴制动电机、传动机构、制动器，所述的传动机构一端连接后轴制动电机，另一端连接制动器，所述制动器用于对汽车提供摩擦制动力。
一种电动汽车基于线控制动的能量回收方法，其特征在于：包括如下步骤：
能量回收判断步骤：根据车速和踏板数据判断是否进行能量回收步骤；
能量回收步骤：通过踏板位移数据计算出制动力F1；
在满足ECE法规下，将制动力分配为前轴制动力F2、后轴制动力F3，且 F2+F3＝F1；
后轴制动力F3由线控制动系统通过摩擦制动力提供；
前轴摩擦制动力由驱动电机产生的再生制动力和线控制系统产生的摩擦制动力提供，其分配方法为：在起始时，前轴摩擦制动力设置为前轴制动力F2的大小，前轴再生制动为零，之后，前轴再生制动力按设定速率增加，前轴摩擦制动力按相同速率减小；直到前轴再生制动力等于前轴制动力，保持前轴再生制动力不变，此时前轴摩擦制动力为0。
在能量回收判断步骤中，进入能量回收步骤的判断方法为：在制动踏板踩下且车速大于速度设定阈值 ；
在能量回收步骤中，当汽车速度小于速度设定阈值 时，前轴制动力全部由线控制动系统的摩擦制动提供制动力，此时驱动电机产生的再生制动力为0。
所述的速度设定阈值 为10km/h。
本发明的优点是可以对制动力进行精确分配，使得在保证汽车稳定性的同时，提高再生制动回收的电能，以增加电动汽车的续航能力。
附图说明
本说明书包括以下附图，所示内容分别是：
图1是本发明基于线控制动的能量回收系统结构框图；
图2是能量回收方法的流程图；
具体实施方式
下面对照附图，通过对实施例的描述，对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明，目的是帮助本领域的技术人员对本发明的构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解，并有助于其实施。
如图1所示，为基于线控制动的能量回收系统，其中踏板位移传感器、车速传感器分别连接至ECU控制器，ECU控制器分别与电机控制器、线控制动系统连接，电机控制器与驱动电机连接；踏板位移传感器用于检测制动踏板的位置，其检测数据发送至ECU控制器；车速传感器用于检测汽车的行驶速度，其将汽车行驶速度发送至ECU控制器中；ECU控制器用于根据接收的车速和踏板数据发出控制信号分别至线控制动系统和电机控制器，分别通过线控制动系统、电机控制器产生相应的摩擦制动和再生制动。电机控制器控制驱动电机将工作模式由电机转换为发电机模式，通过电机控制器控制驱动电机产生制动扭矩，进行再生制动。
ECU控制器还分别连接电池管理单元，用于接收电池管理单元传来的汽车电池的SOC信息。线控制动系统包括前轴制动系统和后轴制动系统，其中，前轴制动系统包括前轴制动电机、传递机构和制动器；ECU控制器发出控制信号至前轴制动电机，控制前轴制动电机的转动，进而控制制动，前轴驱动电机的通过传动机构与制动器连接，将驱动电机通过传动机构控制制动器，通过制动器产生摩擦制动。同理，后轴制动系统包括后轴制动电机、传动机构和制动器，通过前轴制动电机来控制制动器的制动。
如图2所示，一种基于线控制动的能量回收方法，包括如下步骤：
获取制动踏板状态，若踏板未踩下，此时汽车不制动；若踏板踩下，获取此时的车速数据，若车速大于车速设定值汽车进入能量回收步骤；若车速小于车速设定值时，此时通过线控制动系统产生的摩擦力进行制动，不进行能量回收；
能量回收步骤包括：获取踏板位移传感器的数据，计算出与踏板位移相对应的制动力F1；
将制动力F1分配至前轴制动力F2和后轴制动力F3，且F2+F3＝F1，前轴制动力F2和后轴制动力F3的分配规则满足ECE法规关于汽车刹车的规定，即保证汽车在前后制动力的作用下制动时，不会出现车轮抱死或侧滑现象。
分配后的后轴制动力F3由线控制动系统的后轴制动系统通过摩擦力提供；前轴制动力F2由驱动电机产生的再生制动力和线控制动系统产生的摩擦制动力提供。
其中前轴制动力F2的分配方法为：在起始时，前轴摩擦制动力的大小设置为与F2相同，再生制动力为0；之后前轴再生制动力以设定速率增加，同时前轴摩擦制动力按相同速率减小；直到前轴再生制动力等于前轴制动力F2时，保持前轴再生制动力不变，此时前轴摩擦制动力为0，前轴的制动力完全由再生制动提供。此时再生制动的能量回收达到最大。再生制动力由0增加的设定速率以及前轴摩擦制动力减小的速率，其设定值可以根据需要实际标定。
在上述的能量回收步骤中，是否进入能量回收的速度设定值为10km/h，在汽车低于该车速阈值 时，电机的发电效率很低，此时仍处于制动状态时，将减少再生制动力，同时按相同速率增加摩擦制动力，保证在低速和停车时制动力由摩擦制动力提供。
在能量回收步骤中，驱动电机通过再生制动力产生的制动扭矩以发电机的工作模式为蓄电池充电，蓄电池设由电池管理系统，其用于将蓄电池的SOC信息传递至ECU控制单元，在蓄电池荷电状态为满电状态时，此时将减少再生制动，同时以相同速率增加摩擦制动力，在蓄电池荷电满时，减少再生制动产生的电能。
在汽车的生产设计中ECE法规规定汽车的刹车制动力前后轴的分配，制动力分配，ECE法规有如下规定:在车辆所有载荷状态下，当制动强度z处于0.15 到0.80之间时，后轴附着系数利用曲线不应位于前轴上方；当附着系数k在0.2 与0.8之间时，制动强度z>0.1+0.7(k-0.2)，即当制动强度z在0.2到0.8之间时：
kf≥kr
当制动强度z在0.2到0.8之间时，
Figure BDA0001260187270000051
根据利用附着系数的定义有：
Figure BDA0001260187270000061
式中：Kf：前轴利用附着系数；Kr：后轴利用附着系数；l：轴距；a：前轴到质心水平距；b：后轴到质心水平距；z：制动强度；hg：汽车质心高度，β是制动力分配系数，Fbf前轴制动力，Fbr后轴制动力，Fzf前轮垂直方向受力，Fzr为后轮垂直方向受力；
在整车的生产中，ECU控制器会根据ECE法规来分配前轴制动力和后轴制动力，以满足ECE法规规定的在制动力的作用下，前轴不发声抱死现象。在ECU 控制器分配后前后制动力后会根据公式计算出前轴利用附着系数和后轴利用附着系数，并判断是否满足ECE法规，若不满足重新进行分配。
本系统在30-60km/h制动速度、10-15s制动时间下制动能量回收率比原车提高6％以上，比不回收提高15％以上，进而显著增加电动车的续航里程。由于前后轴的驱动电机采用的线控制动方式，因此能够精确的控制前后轴的摩擦制动力，使得能量回收达到最大化。
以上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。只要是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，将本发明的上述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 (6)

1.一种电动汽车基于线控制动的能量回收系统的回收方法，其特征在于：所述系统包括踏板位移传感器、车速传感器、ECU控制器、线控制动系统、驱动电机、驱动电机控制器，所述的踏板位移传感器用于检测制动踏板的位置，其连接至ECU控制器；所述车速传感器用于检测汽车的行驶速度，其连接至ECU控制器；所述的ECU控制器连接至线控制动系统，所述线控制动系统用于对前轮和后轮进行摩擦制动；所述的ECU控制器与驱动电机控制器连接，所述的驱动电机控制器与驱动电机连接；所述的线控制动系统包括前轴制动系统和后轴制动系统；
所述方法包括如下步骤：
能量回收判断步骤：根据车速和踏板数据判断是否进行能量回收步骤；
能量回收步骤：通过踏板位移数据计算出制动力F1；
在满足ECE法规下，将制动力分配为前轴制动力F2、后轴制动力F3，且F2+F3＝F1；
后轴制动力F3由线控制动系统通过摩擦制动力提供；
前轴制动力由驱动电机产生的前轴再生制动力和线控制动系统产生的前轴摩擦制动力提供，其分配方法为：在起始时，前轴摩擦制动力设置为前轴制动力F2的大小，前轴再生制动力为零，之后，前轴再生制动力按设定速率增加，前轴摩擦制动力按相同速率减小；直到前轴再生制动力等于前轴制动力，保持前轴再生制动力不变，此时前轴摩擦制动力为0；
在能量回收步骤中，当汽车速度小于速度设定阈值 时，前轴制动力全部由线控制动系统的摩擦制动提供制动力，此时驱动电机产生的再生制动力为0。
2.如权利要求1所述的一种电动汽车基于线控制动的能量回收系统的回收方法，其特征在于：在能量回收判断步骤中，进入能量回收步骤的判断方法为：制动踏板踩下且车速大于速度设定阈值 。
3.如权利要求1所述的一种电动汽车基于线控制动的能量回收系统的回收方法，其特征在于：所述的速度设定阈值 为10km/h。
4.如权利要求1所述的一种电动汽车基于线控制动的能量回收系统的回收方法，其特征在于：所述的ECU控制器与汽车电池的电池管理单元连接。
5.如权利要求4所述的一种电动汽车基于线控制动的能量回收系统的回收方法，其特征在于：所述的前轴制动系统包括前轴制动电机、传动机构、制动器，所述的传动机构一端连接前轴制动电机，另一端连接制动器，所述制动器用于对汽车提供摩擦制动力。
6.如权利要求5所述的一种电动汽车基于线控制动的能量回收系统的回收方法，其特征在于：所述后轴制动系统包括后轴制动电机、传动机构、制动器，所述的传动机构一端连接后轴制动电机，另一端连接制动器，所述制动器用于对汽车提供摩擦制动力。
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