CN107914583A - 一种飞轮混动双电机四轮驱动电动车辆制动控制方法 - Google Patents

Abstract

一种飞轮混动双电机四轮驱动电动车辆制动控制方法属于电动汽车制动控制领域，其特征在于能够根据行车工况、部件状态、驾驶员需求驱动转矩等，实现对前、后轴电机再生制动、前轴飞轮再生制动及前、后轴机械制动的合理分配。其中，前轴制动优先采用飞轮再生制动，不足部分由电机再生制动与机械制动弥补，以充分发挥飞轮瞬时大功率再生制动优势，提高整车制动能量回收效率，并降低动力电池充电功率；后轴制动优先采用电机再生制动，不足部分由机械制动弥补，以充分发挥电机再生制动优势，提高整车制动能量回收效率，延长整车续驶里程。

Description

一种飞轮混动双电机四轮驱动电动车辆制动控制方法

技术领域

本发明涉及电动汽车制动控制方法，特别是一种飞轮混动双电机四轮驱动电动车辆制动控制方法。

背景技术

电动汽车由于具有零污染、零排放的技术优势，对于解决石油能源危机与空气污染具有重要的现实意义，并已受到汽车界的广泛关注。其中，制动能量回馈控制作为电动车辆独特技术优势，对于提升整车经济性具有重要意义。目前，针对常规电动车辆的制动控制方法集中在机械制动与再生制动的优化分配。对于一种飞轮混动双电机四轮驱动电动车辆，由于其涉及机械制动、电机再生制动及飞轮再生制动的优化分配，常规的制动控制方法无法有效发挥飞轮瞬时大功率回馈制动优势，无法有效协调机械制动、电机再生制动及飞轮再生制动之间的分配关系。

发明内容

根据以上现有技术中的不足，本发明提供一种飞轮混动双电机四轮驱动电动车辆制动控制方法，利用飞轮瞬时大功率回馈制动及双电机四轮再生制动优势，优化整车经济性，解决常规电动车辆续驶里程受限的问题。

本发明技术方案是: 提供一种飞轮混动双电机四轮驱动电动车辆制动控制方法，实现上述控制方法所依赖的通讯与控制部件包括：CAN总线、整车控制器、动力电池管理系统、前电机控制器、后电机控制器、离合器1控制器及离合器2控制器。其中，CAN总线设计用于实现各控制单元间的信号传输；整车控制器，设计用于采集各控制单元状态信号，并依据内置控制策略，向各控制单元输出控制指令；动力电池管理系统，设计用于监测并向整车控制器发送动力电池运行状态，接收并执行整车控制器输出的相关控制指令；前电机控制器，设计用于监测并向整车控制器发送前电机运行状态，接收并执行整车控制器输出的制动转矩、转速控制指令；后电机控制器，设计用于监测并向整车控制器发送后电机运行状态，接收并执行整车控制器输出的制动转矩控制指令；离合器1控制器，设计用于监测并向整车控制器发送离合器1及飞轮运行状态，接收并执行整车控制器输出的离合结合、分离控制指令，以实现飞轮能量的存储与释放；离合器2控制器，设计用于监测并向整车控制器发送离合器2运行状态，接收并执行整车控制器输出的离合结合、分离控制指令，以实时前电机的再生制动、调速控制；机械制动单元用于监测并向整车控制器发送机械制动单元状态参数，接收并执行整车控制器输出的制动转矩控制指令。

本发明的优点在于：

1、本发明通过适时地控制飞轮再生制动，借助飞轮瞬时大功率回馈优势，能够有效提升再生制动能量回收效率，改善整车经济性，延长整车续驶里程；

2、本发明通过适时地控制飞轮进行能量回馈，能够降低中高制动强度下动力电池的充电功率，有利于延长电池的使用寿命；

3、本发明具有四轮再生制动能量回馈优势，能够提升整车制动能量回收效率，改善整车经济性，延长整车续驶里程。

附图说明

图1为飞轮混动双电机四轮驱动电动车辆平面示意图；

图2为本发明的控制主程序图；

图3为本发明的控制子程序1图；

图4为本发明的控制子程序2图；

图5为本发明的控制子程序3图；

图6为本发明的控制子程序4图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的描述。

图1为飞轮混动双电机四轮驱动电动车辆平面结构示意图，该动力与控制系统包括：CAN总线、整车控制器、动力电池及其管理系统、前电机及其控制器、后电机及其控制器、离合器1及其控制器、离合器2及其控制器、机械制动单元及其执行机构、行星齿轮机构、前轴减速差速机构及后轴减速差速机构。

图2为本发明的控制主程序，该程序首先采集并检测制动踏板信号是否正常，若不正常，则输出制动踏板故障信号，并执行紧急制动模式，以保证车辆安全运行；若正常，则进一步检测制动踏板开度是否大于0，若是，则调用子程序1；否则，持续检测驱动踏板开度是否大于0。

图3为本发明的控制子程序1，该程序首先读取车辆状态参数并计算驾驶员需求的驱动转矩绝对值Td、前轴及后轴最大允许制动转矩绝对值Tf与Tr；然后，读取动力电池状态信号，并计算动力电池最大允许充电转矩绝对值Tb；随后，读取前、后电机状态参数，计算前、后电机最大允许再生制动转矩绝对值Tfm与Trm；然后，读取飞轮转速参数nf及与行星齿轮机构端连接的离合器1转速参数nc1，并计算飞轮最大允许再生制动转矩绝对值Tl；进一步，判断nf与k倍（可标定）nc1大小关系，若nf ≤ k nc1不成立，说明飞轮无法参与整车制动，此时调用子程序4；若nf ≤ k nc1成立，说明飞轮可参与整车制动，此时进一步判断飞轮最大允许制动转矩绝对值Tl与前轴最大允许制动转矩绝对值Tf大小关系，若Tl≥Tf成立，说明前轴可优先采用飞轮再生制动模式，此时调用子程序2，若Tl≥Tf不成立，说明仅飞轮制动无法满足前轴制动转矩要求，此时，需调用子程序3。

图4为本发明的控制子程序2，该程序首先判断Trm≥（Td-Tf）是否成立；若成立，说明后电机再生制动转矩可满足后轴制动需求，此时，程序需进一步判断Tb≥（Td-Tf）是否成立，若成立说明电池可允许后轴采用全再生制动模式，此时程序向离合器1发送结合控制指令、向离合器2发送状态分离保持控制指令、向前电机发送转矩0控制指令、向后电机发送-（Td-Tf）控制指令、向机械制动单元发送前轴0及后轴0制动转矩指令；若Tb≥（Td-Tf）不成立，说明电池所允许的最大充电转矩受限，此时，程序向离合器1发送结合控制指令、向离合器2发送状态分离保持控制指令、向前电机发送转矩0控制指令、向后电机发送-Tb控制指令、向机械制动单元发送前轴0及后轴-（Td-Tf-Tb）制动转矩指令；

若Trm≥（Td-Tf）不成立，说明后轴再生制动转矩受限，此时，程序进一步判断Tb≥Trm是否成立；若Tb≥Trm成立，说明电池不限制再生制动转矩，此时程序向向离合器1发送结合控制指令、向离合器2发送状态分离保持控制指令、向前电机发送转矩0控制指令、向后电机发送-Trm控制指令、向机械制动单元发送前轴0及后轴-（Td-Tf-Trm）制动转矩指令；若Tb≥Trm不成立，说明电池会限制后轴再生制动转矩，此时程序向离合器1发送结合控制指令、向离合器2发送状态分离保持控制指令、向前电机发送转矩0控制指令、向后电机发送-Tb控制指令、向机械制动单元发送前轴0及后轴-（Td-Tf-Tb）制动转矩指令。

图5为本发明的控制子程序3，该程序首先判断Tfm≥（Tf-Tl）是否成立，若成立，说明前电机可满足前轴电机再生制动要求，此时需进一步判断Tb≥（Tf-Tl）是否成立：

（1）若成立，说明电池不限制前轴电机再生制动，此时程序还需进一步判断后轴再生制动与后轴总制动大小，即判断min（Trm，Tb-Tf+Tl）≥（Td-Tf）是否成立，若min（Trm，Tb-Tf+Tl）≥（Td-Tf）成立，程序向离合器1、离合器2发送结合控制指令、向前电机发送转矩-（Tf-Tl）控制指令、向后电机发送-Td+Tf控制指令、向机械制动单元发送前轴0及后轴0制动转矩指令；若min（Trm，Tb-Tf+Tl）≥（Td-Tf）不成立，说明后轴再生制动转矩受限，此时程序向离合器1、离合器2发送结合控制指令、向前电机发送转矩-（Tf-Tl）控制指令、向后电机发送max（-Trm，-Tb+Tf-Tl）控制指令、向机械制动单元发送前轴0及后轴-Td+Tf-max（-Trm，-Tb+Tf-Tl）制动转矩指令；

（2）而当Tb≥（Tf-Tl）不成立时，说明电机再生制动受电池限制，此时，优先采用前轴电机再生制动模式，后轴电机不参与整车再生制动，此时程序向离合器1、离合器2发送结合控制指令、向前电机发送转矩-Tb控制指令、向后电机发送0控制指令、向机械制动单元发送前轴-（Tf-Tb-Tl）及后轴-（Td-Tf）制动转矩指令；

当程序判断Tfm≥（Tf-Tl）不成立时，说明前电机无法满足前轴电机再生制动要求，此时需进一步判断Tb≥Tfm是否成立：

（1）若成立，说明电池不限制前轴电机再生制动，此时程序还需进一步判断后轴再生制动与后轴总制动大小，即判断min（Trm，Tb-Tfm）≥（Td-Tf）是否成立，若min（Trm，Tb-Tfm）≥（Td-Tf）成立，程序向离合器1、离合器2发送结合控制指令、向前电机发送转矩-Tfm控制指令、向后电机发送-Td+Tf-max（-Trm，-Tb+Tfm）控制指令、向机械制动单元发送前轴0及后轴0制动转矩指令；若min（Trm，Tb-Tfm）≥（Td-Tf）不成立，说明后轴再生制动转矩受限，此时程序向离合器1、离合器2发送结合控制指令、向前电机发送转矩-Tfm控制指令、向后电机发送max（-Trm，-Tb+Tfm）控制指令、向机械制动单元发送前轴0及后轴-Td+Tf-max（-Trm，-Tb+Tfm）制动转矩指令；

（2）而当Tb≥Tfm不成立时，说明电机再生制动受电池限制，此时，优先采用前轴电机再生制动模式，后轴电机不参与整车再生制动，此时程序向离合器1、离合器2发送结合控制指令、向前电机发送转矩-Tb控制指令、向后电机发送0控制指令、向机械制动单元发送前轴-（Tf-Tb-Tl）及后轴-（Td-Tf）制动转矩指令。

图6为本发明的控制子程序4，该子程序不采用飞轮再生制动模式；首先程序按照理想Ⅰ曲线，计算前、后轴制动转矩TfI、TrI；然后，判断Tfm≥TfI是否成立；

（1）若Tfm≥TfI成立，说明前电机可以满足前轴制动要求，此时，此时需进一步判断Tb≥TfI是否成立：若成立，说明电池不限制前轴电机再生制动，此时，程序向离合器1发送分离保持控制指令、向离合器2发送结合控制指令、向前电机发送转矩-TfI控制指令、向后电机发送max（-Trm，-TrI，TfI-Tb）控制指令、向机械制动单元发送前轴0及后轴-TrI-max（-Trm，-TrI，TfI-Tb）制动转矩指令；若Tb≥TfI不成立，说明再生制动转矩受限，此时向离合器1发送分离保持控制指令、向离合器2发送结合控制指令、向前电机发送转矩-Tb控制指令、向后电机发送0控制指令、向机械制动单元发送前轴-TfI+Tb及后轴-TrI制动转矩指令；

（2）若Tfm≥TfI不成立，说明整车再生制动受电机限制，此时，需进一步判断Tb≥TfI是否成立：若成立，说明电机再生制动不受电池限制，此时，程序向离合器1发送分离保持控制指令、向离合器2发送结合控制指令、向前电机发送转矩-Tfm控制指令、向后电机发送max（-Trm，-TrI，Tfm-Tb）控制指令、向机械制动单元发送前轴-TfI+Tfm及后轴-TrI-max（-Trm，-TrI，Tfm-Tb）制动转矩指令；若Tb≥TfI不成立，说明电机再生制动受电池限制，此时，程序向离合器1发送分离保持控制指令、向离合器2发送结合控制指令、向前电机发送转矩-Tb控制指令、向后电机发送0控制指令、向机械制动单元发送前轴-TfI+Tb及后轴-TrI制动转矩指令。

Claims (1)

1.一种飞轮混动双电机四轮驱动电动车辆制动控制方法属于电动汽车制动控制领域，其特征在于能够根据行车工况、部件状态、驾驶员需求驱动转矩等，实现对前、后轴电机再生制动、前轴飞轮再生制动及前、后轴机械制动的合理分配，以充分发挥飞轮瞬时大功率再生制动优势，及前后轴电机再生制动优势，提高整车制动能量回收效率，延长整车续驶里程，具体实现步骤为：

其中，为便于权利要求书的叙述，对权利要求书中涉及的符号作出如下说明：

Td表示驾驶员需求制动转矩绝对值大小；

Tf表示车辆前轴最大允许制动转矩；

Tr表示车辆后轴最大允许制动转矩；

Tfm表示前轴电机最大允许制动转矩绝对值大小；

Trm表示后轴电机最大允许制动转矩绝对值大小；

Tl表示飞轮最大允许再生制动转矩绝对值大小；

Tb表示电池最大允许充电转矩绝对值大小；

TfI表示按照理想Ⅰ曲线计算的前轴制动转矩；

TrI表示按照理想Ⅰ曲线计算的后轴制动转矩；

nc1表示与行星齿轮机构端连接的离合器1转速值；

-表示减号；

+表示加号；

min（a，b，c）表示取a、b、c中的最小值；

max（a，b，c）表示取a、b、c中的最大值；

（1）主程序控制步骤为：

步骤S01用于检测制动踏板信号是否正常，是则，执行步骤S04；否则，执行步骤S02与步骤S03，其中，步骤S02输出制动踏板故障信号，步骤S03控制车辆执行紧急制动模式；

步骤S04用于检测制动踏板开度是否大于0，是则，执行步骤S06，调用子程序1；否则，执行步骤S05，继续检测制动踏板开度是否大于0；

（2）子程序1步骤为：

步骤S11执行读取车辆状态参数的任务；

步骤S12执行计算驾驶员需求制动转矩绝对值的任务；

步骤S13执行计算当前车辆前、后轴最大允许制动转矩绝对值的任务；

步骤S14执行读取动力电池状态参数的任务；

步骤S15执行计算动力电池最大允许充电转矩绝对值的任务；

步骤S16执行读取前、后轴电机状态参数的任务；

步骤S17执行计算前、后轴电机最大允许再生制动转矩绝对值的任务；

步骤S18执行读取飞轮转速参数的任务；

步骤S19执行读取与行星齿轮机构端连接的离合器1转速的任务；

步骤S110执行计算飞轮最大允许再生制动转矩绝对值的任务；

步骤S111判断飞轮转速同可标定的k倍nc1的大小，若飞轮转速小于k倍nc1，执行步骤S112；否则，执行步骤S115，调用子程序4；

步骤S112判断Tl与Tf的大小，若Tl不小于Tf，执行步骤S113，调用子程序2，否则执行步骤S114，调用子程序3；

（3）子程序2步骤为：

步骤S21判断Trm同Td-Tf的大小，若Trm不小于Td-Tf，执行步骤S22，否则，执行步骤S25；

步骤S22判断Tb同Td-Tf的大小，若Tb不小于Td-Tf，执行步骤S23，程序输出离合器1结合、离合器2状态分离保持、前电机转矩0、后电机转矩Tf -Td、前轴机械制动转矩0、后轴机械制动转矩0的控制指令；否则，执行步骤S24，程序输出离合器1结合、离合器2状态分离保持、前电机转矩0、后电机转矩-Tb、前轴机械制动转矩0、后轴机械制动转矩Tf+Tb-Td的控制指令；

步骤S25判断Tb与Trm的大小，若Tb不小于Trm，执行步骤S26，程序输出离合器1结合、离合器2状态分离保持、前电机转矩0、后电机转矩0-Trm、前轴机械制动转矩0、后轴机械制动转矩Tf+Trm-Td的控制指令；否则，执行步骤S27，程序输出离合器1结合、离合器2状态分离保持、前电机转矩0、后电机转矩0-Tb、前轴机械制动转矩0、后轴机械制动转矩Tf+Tb- Td的控制指令；

（4）子程序3步骤为：

步骤S31判断Tfm同Tf-Tl的大小，若Tfm不小于Tf-Tl，执行步骤S32，否则，执行步骤S37；

步骤S32判断Tb同Tf-Tl的大小，若Tb不小于Tf-Tl，执行步骤S33；否则，执行步骤S36，程序输出离合器1结合、离合器2结合、前电机转矩0-Tb、后电机转矩0、前轴机械制动转矩Tb+Tl-Tf、后轴机械制动转矩Tf-Td的控制指令；

步骤S33判断min（Trm，Tb-Tf+Tl）与Td-Tf的大小，若min（Trm，Tb-Tf+Tl）不小于Td-Tf，执行步骤S34，程序输出离合器1结合、离合器2结合、前电机转矩Tl-Tf、后电机转矩Tf-Td、前轴机械制动转矩0、后轴机械制动转矩0的控制指令；否则，执行步骤S35，程序输出离合器1结合、离合器2结合、前电机转矩Tl-Tf、后电机转矩max（0-Trm，Tf-Tb-Tl）、前轴机械制动转矩0、后轴机械制动转矩Tf-Td-max（0-Trm，Tf-Tb-Tl）的控制指令；

步骤S37判断Tb与Tfm的大小，若Tb不小于Tfm，执行步骤S38；否则，执行步骤S311，程序输出离合器1结合、离合器2结合、前电机转矩0-Tb、后电机转矩0、前轴机械制动转矩Tb+Tl-Tf、后轴机械制动转矩Tf-Td的控制指令；

步骤S38判断min（Trm，Tb-Tfm）与Td-Tf的大小，若min（Trm，Tb-Tfm）不小于Td-Tf，执行步骤S39，程序输出离合器1结合、离合器2结合、前电机转矩0-Tfm、后电机转矩Tf-Td、前轴机械制动转矩0、后轴机械制动转矩0的控制指令；否则，执行步骤S310，程序输出离合器1结合、离合器2结合、前电机转矩0-Tfm、后电机转矩max（0-Trm，Tfm-Tb）、前轴机械制动转矩0、后轴机械制动转矩Tf-Td- max（0-Trm，Tfm-Tb）的控制指令；

（5）子程序4步骤为：

步骤S41执行按照理想Ⅰ曲线计算前、后轴制动转矩分配的任务；

步骤S42判断Tfm与TfI的大小，若Tfm不小于TfI，执行步骤S43，否则，执行步骤S46；

步骤S43判断Tb与TfI的大小，若Tb不小于TfI，执行步骤S44，程序输出离合器1分离保持、离合器2结合、前电机转矩0-TfI、后电机转矩max（0-Trm，0-TrI，TfI-Tb）、前轴机械制动转矩0、后轴机械制动转矩0-max（0-Trm，0-TrI，TfI-Tb）-TrI的控制指令；否则，执行步骤S45，程序输出离合器1分离保持、离合器2结合、前电机转矩0-Tb、后电机转矩0、前轴机械制动转矩Tb-TfI、后轴机械制动转矩0-TrI的控制指令；

步骤S46判断Tb与Tfm的大小，若Tb不小于Tfm，执行步骤S47，程序输出离合器1分离保持、离合器2结合、前电机转矩0-Tfm、后电机转矩max（0-Trm，0-TrI，Tfm-Tb）、前轴机械制动转矩Tfm-TfI、后轴机械制动转矩0-max（0-Trm，0-TrI，Tfm-Tb）-TrI的控制指令；否则，执行步骤S48，程序输出离合器1分离保持、离合器2结合、前电机转矩0-Tb、后电机转矩0、前轴机械制动转矩Tb-TfI、后轴机械制动转矩0-TrI的控制指令。