CN109017323B - 轮毂电机驱动的串联式电动车下长坡再生制动控制方法 - Google Patents

轮毂电机驱动的串联式电动车下长坡再生制动控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种轮毂电机驱动的串联式电动车下长坡再生制动控制方法，将制动踏板的角度转换为制动主缸压力，算出整车制动力矩，判断制动类型为紧急制动还是常规制动；当为常规制动，发电机工作在驱动电机模式，计算轮毂电机的最大再生制动力矩；在制动力矩分配中采用优先电机制动能量回馈，当电制动受限于电池最大充电功率时，则启用发电机‑发动机组进行反拖制动，最后使用液压制动的制动力矩分配原则；当为紧急制动，整车制动完全由机械制动来实现。本发明消除动力电池最大充电功率对电动汽车电制动的限制，解决由制动器温度急剧上升导致制动效能热衰退的问题。

Description

轮毂电机驱动的串联式电动车下长坡再生制动控制方法
技术领域
本发明属于新能源汽车技术领域，具体涉及一种轮毂电机驱动的串联式电动车下长坡再生制动控制方法。
背景技术
我国山区面积占国土总面积的69％，在山区越岭公路上有时连续下坡坡长很大，当汽车长时间在长下坡路面上行驶时，自身重力势能转化为动能，由于汽车加速度的作用，车辆速度越来越大，当坡度很陡很长时，要求汽车具有足够的持续制动力，保证汽车在下坡行驶至坡底结束时其主制动系统还具有足够的制动性能。但当坡道较长时，由于高速持续制动，可能会因过渡使用行车制动器控制车速而使得制动器温度急剧上升，发生制动效能热衰退，严重时甚至车辆制动能力丧失，致使重特大事故经常发生。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：提供一种轮毂电机驱动的串联式电动车下长坡再生制动控制方法，解决了由制动器温度急剧上升导致制动效能热衰退的问题，从而保护车辆。
本发明为解决上述技术问题所采取的技术方案为：一种轮毂电机驱动的串联式电动车下长坡再生制动控制方法，其特征在于：它包括以下步骤：
制动类型判断：整车控制器实时采集制动踏板的角度，并将制动踏板的角度转换为制动主缸压力P，算出整车制动力矩T，通过整车制动力矩T判断制动类型为紧急制动还是常规制动；
当判断为常规制动，整车控制器接收动力电池管理系统发送电池实时电压、电池实时最大可充电电流以及电池当前电量信号，计算电池实时允许最大充电功率Pe，从而得到电池最大充电功率限制下对应的轮毂电机提供的电制动力矩Tb；发电机工作在驱动电机模式，反拖发动机空转时消耗的最大功率为Pg；计算轮毂电机的最大再生制动力矩Trmax；
电制动与机械制动力矩及发电机-发动机组功率分配策略：在制动力矩分配中采用优先电机制动能量回馈，当电制动受限于电池最大充电功率时，则启用发电机-发动机组进行反拖制动，最后使用液压制动的制动力矩分配原则；
按上述分配策略得到总的电制动力矩和机械制动力矩，根据陀螺仪的信号进行车辆前、后轴的电制动力矩和机械制动力矩的分配；整车控制器根据前后轴机械制动力矩大小，向ABS发送相应调节轮缸制动压力命令，根据前后轴电制动力矩大小，向轮毂电机控制器发送相应的力矩指令；
当判断为紧急制动，整车控制器把制动踏板的角度发送给ABS控制器，向轮毂电机发出信号退出电制动，同时向ABS发出解除轮缸目标压力指令，整车制动完全由机械制动来实现，轮缸压力由ABS调节器自行调节。
按上述方案，由制动踏板的角度转换的制动主缸压力P，仅用于计算整车制动力矩T；制动轮缸压力的实际控制，在根据所述的分配策略分配之后，由整车控制器向ABS发送相应调节轮缸制动压力命令。
按上述方案，整车制动力矩T通过以下公式计算：
Figure BDA0001755286570000021
其中D1、D2为前、后桥制动器活塞直径，n1、n2为前、后桥单个制动器活塞数量，re1、re2为前桥、后桥制动盘的有效半径，μ为制动摩擦系数，
Figure BDA0001755286570000022
为制动器机械效率，P为制动踏板角度为θ时对应的制动主缸压力，R为轮胎静力半径。
按上述方案，所述的轮毂电机的最大再生制动力矩Trmax通过以下公式计算：
Figure BDA0001755286570000023
其中n为轮毂电机的转速，μ1为轮毂电机发电效率，Pg为反拖发动机可消耗的最大功率，U为电池充电电压，I为电池允许的最大充电电流。
按上述方案，所述的分配策略具体包括：
当Tb时，电机单独制动模式，轮毂电机提供的电制动力矩Treg＝T，机械制动力矩Tfri＝0，整车控制器向轮毂电机控制器发送相应力矩指令，此时发电机-发动机组功率为0；
当Tb＜T＜Trmax，电机与发动机联合制动模式，轮毂电机提供的电制动力矩Treg＝T，机械制动力矩Tfri＝0，整车控制器向发电机发送改变工作模式指令，并给其转矩指令TG，向发动机发送转速指令ne，从而让发电机-发动机组分担多余的制动能量回收功率；
当T＞Trmax，电机、发动机与液压系统联合制动模式，轮毂电机提供的电制动力矩Treg＝Trmax，机械制动力矩Tfri＝T-Trmax，整车控制器向轮毂电机控制器送相应力矩指令，向ABS发送相应调节轮缸制动压力命令；整车控制器向发电机发送改变工作模式指令，并给其转矩指令，向发动机发送转速指令，让发电机-发动机组工作在最大功率状态。
按上述方案，其根据陀螺仪的信号进行车辆前、后轴的制动力矩分配，具体为：对陀螺仪进行标定，确定不同陀螺仪的信号下，前、后轴制动力矩的分配比例，则前、后轴分配的制动力矩分别为：前轴电制动力矩Tfreg＝γTreg；后轴电制动力矩Trreg＝(1-γ)Treg；前轴机械制动力矩Tffri＝γTfri；后轴机械制动力矩Trfri＝(1-γ)Tfri。
按上述方案，制动轮缸目标压力的计算如下：制动力矩与制动压力的固定比值
Figure BDA0001755286570000031
则前轴轮缸压力
Figure BDA0001755286570000032
后轴轮缸压力
Figure BDA0001755286570000033
按上述方案，发电机-发动机组功率随着电制动产生的能量回收功率和电池实时最大充电功率变化，且整车控制器通过给发电机转矩指令及发动机转速指令来改变发电机-发动机组的功率；发电机转矩TG与发动机转速ne的确定如下：
Figure BDA0001755286570000034
式中，PGe为发电机-发动机组消耗功率；Treg为轮毂电机提供的电制动力矩；U为电池充电电压，I为电池允许的最大充电电流；μ为制动摩擦系数，n为轮毂电机的转速，
整车控制器根据发电机工作效率，确定发电机转矩与发电机转速，使其工作在高效区间，而发动机转速又与发电机转速相等，则可确定发电机转矩及发动机转速。
本发明的有益效果为：利用串联式电动车发电机-发动机组作为耗能元件，消耗车辆在使用电制动时电池无法储存的部分能量，消除动力电池最大充电功率对电动汽车电制动的限制，从而解决了由制动器温度急剧上升导致制动效能热衰退的问题，保护车辆。
附图说明
图1为本发明一实施例的方法流程图。
图2为制动能量回收系统的框图。
图3为制动主缸压力-制动踏板转角关系曲线图。
图4为制动能量回收能量流动图。
具体实施方式
下面结合具体实例和附图对本发明做进一步说明。
本发明提供一种轮毂电机驱动的串联式电动车下长坡再生制动控制方法，如图1所示，它包括以下步骤：
S1、制动类型判断：整车控制器实时采集制动踏板的角度，并将制动踏板的角度转换为制动主缸压力P，算出整车制动力矩T，通过整车制动力矩T判断制动类型为紧急制动还是常规制动。
车辆下长坡时，驾驶员踩下制动踏板后整车控制器通过解析接收到的制动踏板转角传感器电压信号，解析得到制动踏板的角度，根据得到的制动踏板角度，由整车控制器利用相关公式转化为制动主缸压力P，如图3所示，公式如下：
Figure BDA0001755286570000041
P1为制动踏板踩到最大行程时主缸最大输出压力，取13.5MPa。
整车控制器根据制动主缸压力P，计算出此时驾驶意图的需求制动力矩T，公式如下：
Figure BDA0001755286570000042
其中D1、D2为前、后桥制动器活塞直径，n1、n2为前、后桥单个制动器活塞数量，re1、re2为前桥、后桥制动盘的有效半径，μ为制动摩擦系数，
Figure BDA0001755286570000043
为制动器机械效率，P为制动踏板角度为θ时对应的制动主缸压力，R为轮胎静力半径。
整车控制器根据需求制动力矩T，判断此时是否为紧急制动。当T＜T1时，判断为常规制动；当T≥T1时，判断为紧急制动。T1为预设值。
S2、当判断为常规制动，整车控制器接收动力电池管理系统发送电池实时电压、电池实时最大可充电电流以及电池当前电量信号，计算电池实时允许最大充电功率Pe，从而得到电池最大充电功率限制下对应的轮毂电机提供的电制动力矩Tb；发电机工作在驱动电机模式，反拖发动机空转时消耗的最大功率为Pg；计算轮毂电机的最大再生制动力矩Trmax。
电池允许的最大充电功率Pe＝UI，其中U为电池充电电压，I为电池允许的最大充电电流。
电池允许最大充电功率对应的最大力矩
Figure BDA0001755286570000044
其中n分别轮毂电机的转速，μ1为轮毂电机发电效率。
轮毂电机的最大再生制动力矩
Figure BDA0001755286570000045
其中Pg为反拖发动机可消耗的最大功率。
发电机-发动机组功率随着电制动产生的能量回收功率和电池实时最大充电功率变化，且整车控制器通过给发电机转矩指令及发动机转速指令来改变发电机-发动机组的功率；发电机转矩TG与发动机转速ne的确定如下：
Figure BDA0001755286570000046
式中，PGe为发电机-发动机组消耗功率。
整车控制器根据发电机工作效率，确定发电机转矩与发电机转速，使其工作在高效区间，而发动机转速又与发电机转速相等，则可确定发电机转矩及发动机转速。
S3、电制动与机械制动力矩及发电机-发动机组功率分配策略：如图2和图4所示，为避免下长坡时制动器出现热衰退，应使液压制动力矩的使用最少。同时考虑经济性，则通过制动能量回馈的最大化来实现。为满足以上要求，在制动力矩分配中采用优先电机制动能量回馈，当电制动受限于电池最大充电功率时，则启用发电机-发动机组进行反拖制动，最后使用液压制动的制动力矩分配原则。
分配策略具体包括：
当T＜Tb时，电机单独制动模式，轮毂电机提供的电制动力矩Treg＝T，机械制动力矩Tfri＝0，整车控制器向轮毂电机控制器发送相应力矩指令，此时发电机-发动机组功率为0。
当Tb≤T≤Trmax，电机与发动机联合制动模式，轮毂电机提供的电制动力矩Treg＝T，机械制动力矩Tfri＝0，整车控制器向发电机发送改变工作模式指令，并给其转矩指令TG，向发动机发送转速指令ne，从而让发电机-发动机组分担多余的制动能量回收功率；此时发电机-发动机组功率
Figure BDA0001755286570000051
当T＞Trmax，电机、发动机与液压系统联合制动模式，轮毂电机提供的电制动力矩Treg＝Trmax，机械制动力矩Tfri＝T-Trmax，整车控制器向轮毂电机控制器送相应力矩指令，向ABS发送相应调节轮缸制动压力命令；整车控制器向发电机发送改变工作模式指令，并给其转矩指令，向发动机发送转速指令，让发电机-发动机组工作在最大功率Pg状态。
S4、按上述分配策略得到总的电制动力矩和机械制动力矩，根据陀螺仪的信号进行车辆前、后轴的电制动力矩和机械制动力矩的分配；整车控制器根据前后轴机械制动力矩大小，向ABS发送相应调节轮缸制动压力命令，根据前后轴电制动力矩大小，向轮毂电机控制器发送相应的力矩指令。
根据陀螺仪的信号进行车辆前、后轴的电制动力矩和机械制动力矩的分配；前轴电制动力矩Tfreg＝γTreg；后轴电制动力矩Trreg＝(1-γ)Treg；前轴机械制动力矩Tffri＝γTfri；后轴机械制动力矩Trfri＝(1-γ)Tfri；其中γ为由陀螺仪确定的制动力矩分配系数。
整车控制器根据前后轴机械制动力矩大小，向ABS发送相应调节轮缸制动压力命令，根据前后轴电制动力矩大小，向轮毂电机控制器发送相应的力矩指令。轮缸目标压力计算公式如下：
制动力矩与制动压力的固定比值
Figure BDA0001755286570000061
则前轴轮缸压力
Figure BDA0001755286570000062
后轴轮缸压力
Figure BDA0001755286570000063
S5、当判断为紧急制动，整车控制器把制动踏板的角度发送给ABS控制器，向轮毂电机发出信号退出电制动，同时向ABS发出解除轮缸目标压力指令，整车制动完全由机械制动来实现，即Treg＝0、Tfri＝T，轮缸压力由ABS调节器自行调节。
需要强调的是，由制动踏板的角度转换的制动主缸压力P，仅用于计算整车制动力矩T；制动轮缸压力的实际控制，在根据所述的分配策略分配之后，由整车控制器向ABS发送相应调节轮缸制动压力命令。
本发明请求保护一种四轮毂电机驱动的串联式电动车下长坡再生制动控制方法,该系统由整车控制器、电机管理系统、动力电池管理系统、发电机-发动机系统、ABS、踏板角度传感器等组成。该方法在车辆下长坡时，通过整车控制器改变发电机工作模式，使其工作在电动机状态，反拖发动机转动。从而下长坡时，消耗车辆在使用电制动时电池无法储存的部分能量，消除动力电池最大充电功率对电动汽车电制动的限制，提高了最大电制动力矩的大小。解决了车辆下长坡时，过渡使用行车制动器控制车速而使得制动器温度急剧上升，发生制动效能热衰退的情况。
以上实施例仅用于说明本发明的设计思想和特点，其目的在于使本领域内的技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，本发明的保护范围不限于上述实施例。所以，凡依据本发明所揭示的原理、设计思路所作的等同变化或修饰，均在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种轮毂电机驱动的串联式电动车下长坡再生制动控制方法，其特征在于：它包括以下步骤：
利用串联式电动车发电机-发动机组作为耗能元件；
制动类型判断：整车控制器实时采集制动踏板的角度，并将制动踏板的角度转换为制动主缸压力P，算出整车制动力矩T，通过整车制动力矩T判断制动类型为紧急制动还是常规制动；
当判断为常规制动，整车控制器接收动力电池管理系统发送电池实时电压、电池实时最大可充电电流以及电池当前电量信号，计算电池实时允许最大充电功率Pe，从而得到电池最大充电功率限制下对应的轮毂电机提供的电制动力矩Tb；发电机工作在驱动电机模式，反拖发动机空转时消耗的最大功率为Pg；计算轮毂电机的最大再生制动力矩Trmax；
电制动与机械制动力矩及发电机-发动机组功率分配策略：在制动力矩分配中采用优先电机制动能量回馈，当电制动受限于电池最大充电功率时，则启用发电机-发动机组进行反拖制动，最后使用液压制动的制动力矩分配原则；
按上述分配策略得到总的电制动力矩和机械制动力矩，根据陀螺仪的信号进行车辆前、后轴的电制动力矩和机械制动力矩的分配；整车控制器根据前后轴机械制动力矩大小，向ABS发送相应调节轮缸制动压力命令，根据前后轴电制动力矩大小，向轮毂电机控制器发送相应的力矩指令；
当判断为紧急制动，整车控制器把制动踏板的角度发送给ABS控制器，向轮毂电机发出信号退出电制动，同时向ABS发出解除轮缸目标压力指令，整车制动完全由机械制动来实现，轮缸压力由ABS调节器自行调节；
所述的分配策略具体包括：
当T＜Tb时，电机单独制动模式，轮毂电机提供的电制动力矩Treg＝T，机械制动力矩Tfri＝0，整车控制器向轮毂电机控制器发送相应力矩指令，此时发电机-发动机组功率为0；
当Tb≤T≤Trmax，电机与发动机联合制动模式，轮毂电机提供的电制动力矩Treg＝T，机械制动力矩Tfri＝0，整车控制器向发电机发送改变工作模式指令，并给其转矩指令TG，向发动机发送转速指令ne，从而让发电机-发动机组分担多余的制动能量回收功率；
当T＞Trmax，电机、发动机与液压系统联合制动模式，轮毂电机提供的电制动力矩Treg＝Trmax，机械制动力矩Tfri＝T-Trmax，整车控制器向轮毂电机控制器送相应力矩指令，向ABS发送相应调节轮缸制动压力命令；整车控制器向发电机发送改变工作模式指令，并给其转矩指令，向发动机发送转速指令，让发电机-发动机组工作在最大功率状态；
发电机-发动机组功率随着电制动产生的能量回收功率和电池实时最大充电功率变化，且整车控制器通过给发电机转矩指令及发动机转速指令来改变发电机-发动机组的功率；发电机转矩TG与发动机转速ne的确定如下：
Figure FDA0003420739660000021
式中，PGe为发电机-发动机组消耗功率；Treg为轮毂电机提供的电制动力矩；U为电池充电电压，I为电池允许的最大充电电流；μ为制动摩擦系数，n为轮毂电机的转速，
整车控制器根据发电机工作效率，确定发电机转矩与发电机转速，使其工作在高效区间，而发动机转速又与发电机转速相等，则可确定发电机转矩及发动机转速；
由制动踏板的角度转换的制动主缸压力P，仅用于计算整车制动力矩T；制动轮缸压力的实际控制，在根据所述的分配策略分配之后，由整车控制器向ABS发送相应调节轮缸制动压力命令；
整车制动力矩T通过以下公式计算：
Figure FDA0003420739660000022
其中D1、D2为前、后桥制动器活塞直径，n1、n2为前、后桥单个制动器活塞数量，re1、re2为前桥、后桥制动盘的有效半径，μ为制动摩擦系数，
Figure FDA0003420739660000023
为制动器机械效率，P为制动踏板角度为θ时对应的制动主缸压力，R为轮胎静力半径。
2.根据权利要求1所述的轮毂电机驱动的串联式电动车下长坡再生制动控制方法，其特征在于：所述的轮毂电机的最大再生制动力矩Trmax通过以下公式计算：
Figure FDA0003420739660000024
其中n为轮毂电机的转速，μ1为轮毂电机发电效率，Pg为反拖发动机可消耗的最大功率，U为电池充电电压，I为电池允许的最大充电电流。
3.根据权利要求1所述的轮毂电机驱动的串联式电动车下长坡再生制动控制方法，其特征在于：其根据陀螺仪的信号进行车辆前、后轴的制动力矩分配，具体为：对陀螺仪进行标定，确定不同陀螺仪的信号下，前、后轴制动力矩的分配比例，则前、后轴分配的制动力矩分别为：前轴电制动力矩Tfreg＝γTreg；后轴电制动力矩Trreg＝(1-γ)Treg；前轴机械制动力矩Tffri＝γRfri；后轴机械制动力矩Trfri＝(1-γ)Tfri。
4.根据权利要求3所述的轮毂电机驱动的串联式电动车下长坡再生制动控制方法，其特征在于：制动轮缸目标压力的计算如下：
制动力矩与制动压力的固定比值
Figure FDA0003420739660000031
则前轴轮缸压力
Figure FDA0003420739660000032
后轴轮缸压力
Figure FDA0003420739660000033
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