CN107719131A - 一种基于制动时间识别的电动汽车制动力分配方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于制动时间识别的电动汽车制动力分配方法，该方法通过制动过程中采集制动踏板角速度，并根据制动踏板角速度、位移随时间的变化规律，利用制动角速度作为判断依据的移动窗算法，建立制动踏板角速度与位移之间的函数模型，并通过制动器角速度积分量精确识别制动时间。基于制动时间，动态确定电池最大充电电流，由此得到电机再生制动力。采用变比例阀液压分配线确定电动汽车前后轴实际制动力，综合考虑机械制动与电机制动的协同机制，实现机械制动力与电机制动力的合理分配。本发明兼顾制动安全与系统保护，最大化回馈制动能量。
Description
技术领域
本发明涉及电动汽车制动力分配技术领域，更具体地说，涉及一种基于制动时间识别的电动汽车制动力分配方法。
背景技术
随着电动汽车性能的提高并逐步迈向产业化的过程中，提高电能的利用效率及延长续驶里程是亟待解决的问题，而制动能量回馈技术已作为促使电动汽车发展的关键技术越来越受到重视。
电动汽车制动能量回馈主要是在保证整车制动性能的前提下，使能量回收达到最大，要兼顾制动安全性与制动能量回收率则需要对制动时间进行识别，基于识别的制动时间对机械制动力和电机制动力进行合理分配。对制动力进行分配时，需要综合考虑回馈电流大小的限制，回馈电流不能超过电池所允许的最大充电电流，但是，如果过低的限制电池充电电流，则无疑会减少回馈能量，不能充分发挥再生制动系统的作用。因此，必须精确识别制动时间，以此动态分析电池最大充电电流，综合考虑机械制动与电机制动的协同机制，合理的分配机械制动力和电机制动力，最大限度回收制动能量。
发明内容
本发明主要解决的技术问题是提供一种基于制动时间识别的电动汽车制动力分配方法，通过制动踏板角速度的积分进行制动时间的识别，并根据制动时间动态确定电池最大充电电流，由此合理的分配电机制动力和机械制动力，最大化回馈制动能量。
本发明为了解决上述技术问题所采用的技术方案是：
一种基于制动时间识别的电动汽车制动力分配方法，包括以下步骤：
(1)在电动汽车制动过程中，采集制动踏板角速度，分析踏板角速度与踏板角位移之间的关系，采用制动角速度作为判断依据的移动窗算法建立制动踏板角速度与踏板角位移之间函数模型。
(2)基于制动时的车速，并根据地面制动力与制动踏板角速度之间的关系，精确识别制动时间。
(3)根据制动时间判断是否进入再生制动状态，非再生制动时，完全采用机械制动；再生制动状态时，采用电机制动与机械制动满足制动需求。
(4)再生制动状态时，基于制动时间，动态确定电池最大充电电流，由此得到电机再生制动力，当电机制动力能满足制动需求，则全部采用电机制动；当电机制动力不能满足制动需求时，由机械制动予以补充。
(5)采用变比例阀液压分配线来代替理想制动力分配曲线，实现前后轴电机制动力和机械制动力的合理分配。
所述步骤(1)中所述制动踏板角速度与位移随时间的变化规律，通过提取制动踏板角速度的典型参数值，并采集制动踏板角位移分析相互之间的关系得到；其中所述的提取到的制动踏板角速度利用Newton-Cotes求积公式实现对角速度信号的积分，并采用复化梯形形式进行计算；所述移动窗算法中设定踏板位移5°～15°为窗宽度，对窗内的角速度进行积分运算，得到制动过程中的角速度量。
所述步骤(2)中制动时间指的是开始踩着制动踏板到安全停车的时间，包括制动器起作用时间和持续制动时间；通过制动器起作用阶段角速度的积分量预先对制动时间进行识别。
根据权利要求1所述的基于制动时间识别的电动汽车制动力分配方法，其特征在于，所述步骤(3)中判断是否进入再生制动状态的前提是当满足制动安全性和电池充电可靠的前提下，采用再生制动，最大限度地回收制动能量。
所述步骤(4)中再生制动状态时，电池作为发电机使用，将车体的动能保存至电池中，并产生制动力降低汽车的行驶速度；所述电池最大充电电流和充电时间长短有关，充电时间越短，承受的电流极限值就越大；考虑了实际动力电池单体充电性能的不同，引入动力电池充电一致性系数来精确的描述动力电池充电性能。
所述步骤(4)中电动汽车制动时，只有驱动轮上的能量才能够被回收，对于前轮驱动的车辆，前轴首先由电机提供制动力，当电机制动力不能满足前轴制动需求时，前轴机械制动力增加，使电机与机械复合制动力满足制动需求。
所述步骤(5)中通过变比例阀液压分配线来代替理想制动力分配线，从而最佳逼近理想制动力分配曲线，提高制动效率，实现前后轴制动力的合理分配；使前后轴的制动力按照变比例阀液压分配线分配。
本发明的有益效果为：本发明能准确高效的识别出电动汽车制动时间，并基于识别的制动时间合理的分配机械制动力与电机制动力。该方法兼顾制动安全与系统保护，最大化回馈制动能量。
附图说明
图1是本发明一种基于制动时间识别的电动汽车制动力分配方法的流程图；
图2是本发明制动踏板角速度与制动踏板角位移关系图；
图3是本发明制动力分配曲线示意图；
图4是本发明实施例提供的制动踏板角位移与制动时间的关系图；
图5是本发明实施例提供的制动力与制动时间的变化关系图。
具体实施方式
本发明基于制动时间识别的电动汽车制动力分配方法的流程如图1所示，以下结合附图和实施例对本发明做进一步的详细说明。
(1)在电动汽车制动过程中，采集制动踏板角速度，分析踏板角速度与踏板角位移之间的关系。通过提取制动踏板角速度的典型参数值，采集制动踏板角位移，得到制动踏板角速度与制动踏板角位移关系如图2所示，图2中横坐标为踏板位移，纵坐标为踏板角速度；从图中可以看出，制动踏板角速度在踏板角位移为10°左右时达到峰值，即当踏板角位移走过大部分空行程后，才认为驾驶员进行了有意识的制动操作。本实施例采用以制动踏板角速度作为判断依据的移动窗算法，设定踏板位移5°～15°为窗宽度，对窗内的角速度进行积分运算，得到制动过程中的角速度量，由于速度变化量曲线比加速度曲线平滑得多，所以这种算法有较强的抗干扰能力。
利用Newton-Cotes求积公式实现对角速度信号的积分。由于低阶的Newton-Cotes求积公式精度不够高，可采用复化梯形形式进行计算，计算公式可表示为其中，S(t,w)为角速度积分量；ω(t)为角位移为t°时的角速度；h为区间长度。
制动踏板角速度反映了制动的快慢和紧急程度，踏板角位移是复合制动系统的输入信号。由图2可见，制动踏板角速度量与角位移之间存在一定的对应关系，采用多项式对制动踏板角位移进行曲线拟合为D(S)。
(2)在车辆不发生滑移时，地面制动力与制动踏板角速度量之间的关系为其中，F为地面制动力；i为各车轮；d为制动轮缸直径；r为制动器的等效作用半径；R为车轮半径；μ为摩擦副的摩擦系数；p0为轮缸静摩擦力折算的压力。
根据制动时的车速，则可确定制动时间为：
式中，ν为车速；m为车辆质量。公式表明制动时间是由制动踏板角速度量决定的，通过制动器起作用阶段角速度的积分量可以预先对制动时间进行识别。
(3)基于制动时间判断是否进入再生制动状态，当制动时间小于2秒时，为了保证车辆的制动安全性，车辆进入紧急制动状态，完全采用机械制动；当制动时间大于2秒时，车辆进入再生制动状态。车辆在制动过程中，具体前后轮制动力分配曲线如图3所示，图3中横坐标为前轮制动力，纵坐标为后轮制动力。
对于电动汽车而言，制动力的分配将影响汽车的制动性能和回收的制动能量，制动时前后轮同时抱死，对附着条件的利用和制动时汽车的方向稳定性均较为有利。为了实现前后车轮同时抱死，地面制动力应该满足理想制动力分配曲线(I曲线)。为了方便实际的应用，常采用具有固定比值的前后制动器制动力分配线来代替理想的制动力分配曲线，如图3中的直线OB线。然而，具有固定比值的前后制动器，其实际制动力分配与理想的制动力分配线相差很大，附着效率低。因此，本实施例采用变比例阀液压分配线来代替理想制动力分配曲线，它由OA线和AB线两段组成。在某一目标制动强度下，可以按照上述制动力分配方法得到前后轴实际制动力点1，以及同等制动强度下的理想制动力点2。当实际制动力点1越接近于理想制动力点2时，制动效率越高。由此，可用该两点间的距离作为该制动强度下的制动效率指标，该距离值越小越好。当考虑制动强度在一定范围内总制动效率情况时，可以转换为理想制动力分配曲线(I曲线)与OAB折线所夹面积最小为目标。这样，目标函数为
式中，G为汽车重力；b为汽车质心至后轴中心线的距离；L为前后轴的距离；hg为汽车质心高度；XA、YA、XB、YB分别为A点和B点的X、Y坐标值。由此，可确定A点坐标值，并得到OAB折线。通过OAB折线最佳逼近理想制动力分配曲线。
(4)基于制动时间，动态确定电池最大充电电流，由此得到电机再生制动力。为了保护电池，再生制动过程中电池充电电流不能大于其本身所限制的最大充电电流，然而，电池最大充电电流与电池内阻密切相关。电池的内阻是一个动态的值，随电池所处的温度、荷电状态和工作电流值等变化而不同，其反映了电池的基本特性和能力。若电池的工作电压上下限为umin≤u(t)≤umax，可得电池理论最大充电电流为
式中，OCV(z(t))为电池在当前荷电状态下的开路电压；Rchg为电池充电内阻，电池充电内阻可以采用混合脉冲功率特性测试方法进行测试。
实际在电动汽车上使用的动力电池，都是由多个电池单体串并联而构成的电池组。由于电池制造技术和生产条件的限制，动力电池单体充电性能不可能完全相同。为了更精确的描述动力电池充电性能，引入动力电池组充电一致性系数Ki，则电池最大充电电流为
电动汽车制动时，由于受到与行驶方向相反的外力作用，汽车的速度逐渐减少直到停止。制动过程中所受到的阻力包括滚动阻力Ff、空气阻力Fw、坡度阻力Fi、再生制动阻力Fm和液压制动阻力Fh。由此，可得电机再生制动力为
式中，Kg为电机到驱动轮的传动比，Kt为电机转矩系数，δ为占空比。制动状态时，将电机作为发电机使用，从而将车体的动能保存至电池中，在此过程中，负的电枢电流产生制动性的转矩，从而降低汽车的行驶速度。
(5)在满足制动安全性和电池充电可靠的前提下，最大限度地回收制动能量，如果电机制动力能满足制动需求，则全部采用电机制动；当电机制动力不能满足制动需求时，由机械制动予以补充。电动汽车制动时，只有驱动轮上的能量才能够被回收，对于前轮驱动的车辆，前轴首先由电机提供制动力，当制动强度较大时，电机制动力不能满足前轴制动需求，前轴机械制动力增加，使前后轴的制动力按照图3中OAB折线分配。
(6)图4所示为某电动汽车制动时制动踏板角位移与制动时间的关系图，图4中横坐标为踏板角度，纵坐标为制动时间。其初始车速为60km/h，制动踏板以不同的速度进行制动，得到角速度积分量及制动踏板角位移，由此可得制动踏板角位移与制动时间的关系。
分别选取制动踏板角位移为34°、28°和23°，得到制动时间为2.8s、4.5s、6.8s。根据电池状况，并通过电池充电模型得到电池最大充电电流为112A，106A和98A。由此，确定电机最大再生制动力，并通过变比例阀液压分配线得到前后轴制动力与制动时间的变化关系如图5所示，图5中横坐标为制动时间，纵坐标为制动力。由此可以看出，制动时间越长，再生制动力占总需求制动力比例越大，回收的制动能量也越多。随着制动时间的减少再生制动力所占比例减小了，这是因为制动时间越短制动强度越大，电池可以接受的充电电流提高有限，当电机再生制动力达到最大值时，剩余制动力全部由机械制动予以补充。
Claims (7)
1.一种基于制动时间识别的电动汽车制动力分配方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)在电动汽车制动过程中，采集制动踏板角速度，分析踏板角速度与踏板角位移之间的关系，采用制动角速度作为判断依据的移动窗算法建立制动踏板角速度与踏板角位移之间函数模型。
(2)基于制动时的车速，并根据地面制动力与制动踏板角速度之间的关系，精确识别制动时间。
(3)根据制动时间判断是否进入再生制动状态，非再生制动时，完全采用机械制动；再生制动状态时，采用电机制动与机械制动满足制动需求。
(4)再生制动状态时，基于制动时间，动态确定电池最大充电电流，由此得到电机再生制动力，当电机制动力能满足制动需求，则全部采用电机制动；当电机制动力不能满足制动需求时，由机械制动予以补充。
(5)采用变比例阀液压分配线来代替理想制动力分配曲线，实现前后轴电机制动力和机械制动力的合理分配。
2.根据权利要求1所述的一种基于制动时间识别的电动汽车制动力分配方法，其特征在于，所述步骤(1)中所述制动踏板角速度与位移随时间的变化规律，通过提取制动踏板角速度的典型参数值，并采集制动踏板角位移分析相互之间的关系得到；其中所述的提取到的制动踏板角速度利用Newton-Cotes求积公式实现对角速度信号的积分，并采用复化梯形形式进行计算；所述移动窗算法中设定踏板位移5°～15°为窗宽度，对窗内的角速度进行积分运算，得到制动过程中的角速度量。
3.根据权利要求1所述的一种基于制动时间识别的电动汽车制动力分配方法，其特征在于，所述步骤(2)中制动时间指的是开始踩着制动踏板到安全停车的时间，包括制动器起作用时间和持续制动时间；通过制动器起作用阶段角速度的积分量预先对制动时间进行识别。
4.根据权利要求1所述的基于制动时间识别的电动汽车制动力分配方法，其特征在于，所述步骤(3)中判断是否进入再生制动状态的前提是当满足制动安全性和电池充电可靠的前提下，采用再生制动，最大限度地回收制动能量。
5.根据权利要求1所述的基于制动时间识别的电动汽车制动力分配方法，其特征在于，所述步骤(4)中再生制动状态时，电池作为发电机使用，将车体的动能保存至电池中，并产生制动力降低汽车的行驶速度；所述电池最大充电电流和充电时间长短有关，充电时间越短，承受的电流极限值就越大；考虑了实际动力电池单体充电性能的不同，引入动力电池充电一致性系数来精确的描述动力电池充电性能。
6.根据权利要求1所述的基于制动时间识别的电动汽车制动力分配方法，其特征在于，所述步骤(4)中电动汽车制动时，只有驱动轮上的能量才能够被回收，对于前轮驱动的车辆，前轴首先由电机提供制动力，当电机制动力不能满足前轴制动需求时，前轴机械制动力增加，使电机与机械复合制动力满足制动需求。
7.根据权利要求1所述的基于制动时间识别的电动汽车制动力分配方法，其特征在于，所述步骤(5)中通过变比例阀液压分配线来代替理想制动力分配线，从而最佳逼近理想制动力分配曲线，提高制动效率，实现前后轴制动力的合理分配；使前后轴的制动力按照变比例阀液压分配线分配。
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