CN108656958A - 一种基于道路信息的纯电动汽车制动能量回收方法 - Google Patents

一种基于道路信息的纯电动汽车制动能量回收方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及基于道路信息的纯电动汽车制动能量回收方法，包括：根据道路信息网络系统、车辆传感器、GPS信号确定前方道路交通信号灯的情况，以及车辆的运行情况；判断车辆通过前方道路信号灯是否需要实施制动；电动车在制动过程中，根据车辆行驶速度、电机电压和电流确定电机最大制动转矩，判断电机制动力能否满足制动需求；进行电机制动与液压制动的协调控制。本发明首先采集车辆的速度、位置以及前方道路信号灯的信息，判断车辆在通过信号灯是否需要制动；若需要制动，尽可能的回收最多制动能量，通过车辆行驶速度、电机电压和电流确定最大电机回收转矩，当电机制动力不能满足制动需求时，加入液压制动，保证制动效能的稳定性和制动安全性。

Description

一种基于道路信息的纯电动汽车制动能量回收方法
技术领域
本发明涉及纯电动汽车能量回收技术领域，尤其是一种基于道路信息的纯电动汽车制动能量回收方法。
背景技术
随着环境问题的加剧，以及国家对于石油的需求激增，能源供需矛盾日益突出，对纯电动汽车的研究与发展具有重要意义。纯电动汽车是以蓄电池为动力源，由电动机驱动的汽车。在汽车减速过程中，电机能够回收一部分制动能量存储在蓄电池中，用于汽车的后续行驶及车载附件工作。同时电机能够提供制动转矩对汽车进行制动，由于纯电动汽车原本就具有液压制动系统，当电机提供的制动转矩不能满足制动需求时，需要协调控制电机制动与液压制动系统。
目前对于纯电动汽车制动能量回收技术的研究主要分为四个方面：方案设计、能量管理、液压执行机构控制技术以及耦合动力协调控制，以上方面都是从车辆本身去研究如何协调电机制动与液压制动，以实现良好的制动效果和最大的制动能量回收。目前纯电动汽车制动能量回收主要是以串联式为主，以汽车原有的液压制动力为主，电机制动力为辅，是一种在液压制动力基础上叠加电机制动力的制动能量回收方式，这种方式实现简单，但制动能量回收率比较低。
发明内容
本发明的目的在于提供一种使车辆既能快速通过前方道路信号灯又能最大回收制动能量，同时保证车辆在制动过程中保持稳定的制动效能的基于道路信息的纯电动汽车制动能量回收方法。
为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：一种基于道路信息的纯电动汽车制动能量回收方法，该方法包括下列顺序的步骤：
(1)根据道路信息网络系统、车辆传感器、GPS信号确定前方道路交通信号灯的情况，以及车辆的运行情况；
(2)判断车辆通过前方道路信号灯是否需要实施制动；
(3)电动车在制动过程中，根据车辆行驶速度、电机电压和电流确定电机最大制动转矩，判断电机制动力能否满足制动需求；
(4)进行电机制动与液压制动的协调控制。
所述步骤(1)具体是指：根据道路信息网络系统确定车辆行驶的前方道路交通信号灯的情况，即确定前方交通信号灯红绿灯的亮灯情况，以及亮灯时间；根据车辆传感器以及GPS信号确定车辆的运行情况，即确定车辆的当前行驶速度以及车辆的当前位置，从而确定车辆距离前方道路信号灯的位移。
所述步骤(2)具体包括以下步骤：
(2a)根据当前车辆位置到前方道路信号灯的距离,以及车辆当前行驶速度确定车辆通过前方道路信号灯的时间，假设车辆以当前车速匀速行驶，计算公式如下：
式中：t表示车辆以当前车速行驶的时间；s表示车辆到前方道路信号灯的距离；v表示车辆当前行驶速度；
(2b)根据前方道路交通信号灯的情况判断车辆能否以当前行驶速度顺利通过；
假设前方道路交通信号灯为绿灯，亮灯剩余时间为t1；
若t<t1，车辆不实施制动，以当前车速通过；
若t>t1，则车辆需要实施制动，进入步骤(3)；
假设前方道路交通信号灯为红灯，亮灯剩余时间为t2；
若t>t2，车辆不实施制动，以当前车速通过；
若t<t2，则车辆需要实施制动，进入步骤(3)。
所述步骤(3)具体包括以下步骤：
(3a)根据车辆当前车速，电机电压和电流确定电机最大制动转矩；
(3b)根据步骤(2)，当前方道路交通信号灯为绿灯且t>t1，车辆需要实施制动；计算车辆以电机最大制动转矩制动到车速为零的制动距离，若制动距离小于s，说明电机提供的制动力矩能够满足制动需求；若制动距离大于s，则在电机制动力上增加液压制动力，需要电液制动协调控制，增加制动强度来满足车辆的制动需求，在电机提供的最大制动转矩的基础上增加液压制动力；
(3c)根据步骤(2)，当前方道路交通信号灯为红灯且t<t2，车辆需要实施制动；采用电机最大制动力矩对车辆进行制动，制动后车辆的行驶时间t3大于t2，则车辆以制动后的速度顺利通过前方道路信号灯；若制动后汽车行驶时间t3仍小于t2，则在电机最大制动力矩上增加液压制动力，使在前方道路信号灯前，车辆制动到停止。
所述步骤(4)具体是指：当电机提供的最大制动力无法满足制动需求时，需要液压制动系统提供液压制动力以满足制动强度的需求；电机制动和液压制动是两个不同系统，同时提供制动需要协调控制；电机制动只作用与驱动轮上，若纯电动车是前轮驱动，则电机制动力只作用在前轮上，为了协调控制前后轴制动力，需要对前后轴制动力进行分配；前轴制动力采用最大电机制动力，当电机制动力不满足时，增加液压制动力，后轴制动力则完全采用液压制动力。
由上述技术方案可知，本发明的优点在于：第一，本发明考虑了交通信号红绿灯的剩余时间，综合平衡了纯电动汽车能量回收与最快速度通过交通信号灯的控制；第二，尽量采用电机制动的控制策略，最大限度的回收制动能量；第三，协调控制电机制动也液压制动，保证制动效能的稳定，保障制动安全。
附图说明
图1是本发明的方法流程图；
图2是本发明再生制动协调控制流程图；
图3是本发明前后轮制动力分配示意图。
具体实施方式
如图1所示，一种基于道路信息的纯电动汽车制动能量回收方法，该方法包括下列顺序的步骤：
(1)根据道路信息网络系统、车辆传感器、GPS信号确定前方道路交通信号灯的情况，以及车辆的运行情况；
(2)判断车辆通过前方道路信号灯是否需要实施制动；
(3)电动车在制动过程中，根据车辆行驶速度、电机电压和电流确定电机最大制动转矩，判断电机制动力能否满足制动需求；
(4)进行电机制动与液压制动的协调控制。
所述步骤(1)具体是指：根据道路信息网络系统确定车辆行驶的前方道路交通信号灯的情况，即确定前方交通信号灯红绿灯的亮灯情况，以及亮灯时间；根据车辆传感器以及GPS信号确定车辆的运行情况，即确定车辆的当前行驶速度以及车辆的当前位置，从而确定车辆距离前方道路信号灯的位移。
所述步骤(2)具体包括以下步骤：
(2a)根据当前车辆位置到前方道路信号灯的距离,以及车辆当前行驶速度确定车辆通过前方道路信号灯的时间，假设车辆以当前车速匀速行驶，计算公式如下：
式中：t表示车辆以当前车速行驶的时间；s表示车辆到前方道路信号灯的距离；v表示车辆当前行驶速度；
(2b)根据前方道路交通信号灯的情况判断车辆能否以当前行驶速度顺利通过；
假设前方道路交通信号灯为绿灯，亮灯剩余时间为t1；
若t<t1，车辆不实施制动，以当前车速通过；
若t>t1，则车辆需要实施制动，进入步骤(3)；
假设前方道路交通信号灯为红灯，亮灯剩余时间为t2；
若t>t2，车辆不实施制动，以当前车速通过；
若t<t2，则车辆需要实施制动，进入步骤(3)。
图2是纯电动汽车根据制动强度大小，对前后轴制动力矩进行分配，由车速和电机电压、电流确定电机制动力。当电机制动力不能满足制动需求，则加入液压制动力以满足制动需求。所述步骤(3)具体包括以下步骤：
(3a)根据车辆当前车速，电机电压和电流确定电机最大制动转矩；
(3b)根据步骤(2)，当前方道路交通信号灯为绿灯且t>t1，车辆需要实施制动；计算车辆以电机最大制动转矩制动到车速为零的制动距离，若制动距离小于s，说明电机提供的制动力矩能够满足制动需求；若制动距离大于s，则在电机制动力上增加液压制动力，需要电液制动协调控制，增加制动强度来满足车辆的制动需求，为了使能量回收最大化，在电机提供的最大制动转矩的基础上增加液压制动力；
(3c)根据步骤(2)，当前方道路交通信号灯为红灯且t<t2，车辆需要实施制动；采用电机最大制动力矩对车辆进行制动，制动后车辆的行驶时间t3大于t2，则车辆以制动后的速度顺利通过前方道路信号灯；若制动后汽车行驶时间t3仍小于t2，则在电机最大制动力矩上增加液压制动力，使在前方道路信号灯前，车辆制动到停止。
图3是由I曲线、ECE法规曲线、f曲线和r曲线组成，并确定出了前后轴制动力分配曲线。其中，细实线是基于ECE法规确定的前后轴制动力分配曲线；细虚线是汽车制动时前后轴同时抱死的制动力分配I曲线；星号线是汽车制动时前轴抱死或后轴抱死时的制动力分配f曲线和r曲线；粗实线是根据以上曲线制定出本发明中的纯电动汽车前后轴制动力曲线，既满足ECE法规曲线又保障了制动安全性以及能够实现制动能量的最大回收。所述步骤(4)具体是指：当电机提供的最大制动力无法满足制动需求时，需要液压制动系统提供液压制动力以满足制动强度的需求；电机制动和液压制动是两个不同系统，同时提供制动需要协调控制；电机制动只作用与驱动轮上，若纯电动车是前轮驱动，则电机制动力只作用在前轮上，为了协调控制前后轴制动力，需要对前后轴制动力进行分配；分配策略要满足ECE法规，同时也要防止前后轮制动抱死。为了使制动能量回收最大化，前轴制动力采用最大电机制动力，当电机制动力不满足时，增加液压制动力，后轴制动力则完全采用液压制动力。
综上所述，本发明首先采集车辆的速度、位置以及前方道路信号灯的信息，判断车辆在通过信号灯是否需要制动；若需要制动，尽可能的回收最多制动能量，通过车辆行驶速度、电机电压和电流确定最大电机回收转矩，当电机制动力不能满足制动需求时，加入液压制动，保证制动效能的稳定性和制动安全性。

Claims (5)

1.一种基于道路信息的纯电动汽车制动能量回收方法，其特征在于：该方法包括下列顺序的步骤：
(1)根据道路信息网络系统、车辆传感器、GPS信号确定前方道路交通信号灯的情况，以及车辆的运行情况；
(2)判断车辆通过前方道路信号灯是否需要实施制动；
(3)电动车在制动过程中，根据车辆行驶速度、电机电压和电流确定电机最大制动转矩，判断电机制动力能否满足制动需求；
(4)进行电机制动与液压制动的协调控制。
2.根据权利要求1所述的基于道路信息的纯电动汽车制动能量回收方法，其特征在于：所述步骤(1)具体是指：根据道路信息网络系统确定车辆行驶的前方道路交通信号灯的情况，即确定前方交通信号灯红绿灯的亮灯情况，以及亮灯时间；根据车辆传感器以及GPS信号确定车辆的运行情况，即确定车辆的当前行驶速度以及车辆的当前位置，从而确定车辆距离前方道路信号灯的位移。
3.根据权利要求1所述的基于道路信息的纯电动汽车制动能量回收方法，其特征在于：所述步骤(2)具体包括以下步骤：
(2a)根据当前车辆位置到前方道路信号灯的距离,以及车辆当前行驶速度确定车辆通过前方道路信号灯的时间，假设车辆以当前车速匀速行驶，计算公式如下：
式中：t表示车辆以当前车速行驶的时间；s表示车辆到前方道路信号灯的距离；v表示车辆当前行驶速度；
(2b)根据前方道路交通信号灯的情况判断车辆能否以当前行驶速度顺利通过；
假设前方道路交通信号灯为绿灯，亮灯剩余时间为t1；
若t<t1，车辆不实施制动，以当前车速通过；
若t>t1，则车辆需要实施制动，进入步骤(3)；
假设前方道路交通信号灯为红灯，亮灯剩余时间为t2；
若t>t2，车辆不实施制动，以当前车速通过；
若t<t2，则车辆需要实施制动，进入步骤(3)。
4.根据权利要求3所述的基于道路信息的纯电动汽车制动能量回收方法，其特征在于：所述步骤(3)具体包括以下步骤：
(3a)根据车辆当前车速，电机电压和电流确定电机最大制动转矩；
(3b)根据步骤(2)，当前方道路交通信号灯为绿灯且t>t1，车辆需要实施制动；计算车辆以电机最大制动转矩制动到车速为零的制动距离，若制动距离小于s，说明电机提供的制动力矩能够满足制动需求；若制动距离大于s，则在电机制动力上增加液压制动力，需要电液制动协调控制，增加制动强度来满足车辆的制动需求，在电机提供的最大制动转矩的基础上增加液压制动力；
(3c)根据步骤(2)，当前方道路交通信号灯为红灯且t<t2，车辆需要实施制动；采用电机最大制动力矩对车辆进行制动，制动后车辆的行驶时间t3大于t2，则车辆以制动后的速度顺利通过前方道路信号灯；若制动后汽车行驶时间t3仍小于t2，则在电机最大制动力矩上增加液压制动力，使在前方道路信号灯前，车辆制动到停止。
5.根据权利要求1所述的基于道路信息的纯电动汽车制动能量回收方法，其特征在于：所述步骤(4)具体是指：当电机提供的最大制动力无法满足制动需求时，需要液压制动系统提供液压制动力以满足制动强度的需求；电机制动和液压制动是两个不同系统，同时提供制动需要协调控制；电机制动只作用与驱动轮上，若纯电动车是前轮驱动，则电机制动力只作用在前轮上，为了协调控制前后轴制动力，需要对前后轴制动力进行分配；前轴制动力采用最大电机制动力，当电机制动力不满足时，增加液压制动力，后轴制动力则完全采用液压制动力。
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