CN109130874B - 电动汽车制动能量回收控制系统及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电动汽车制动能量回收控制系统，所述的电动汽车设置VCU，所述的控制系统还包括油门踏板模块、制动踏板模块、EGS、MCU、BMS、ESP和中控屏幕；车辆在行驶过程中，VCU接收来自MCU、BMS、油门踏板模块、制动踏板模块、EGS、ESP、中控屏幕的信号，且在整合上述信号后进行制动能量回收的控制。本发明还公开了该控制系统的控制方法。采用上述技术方案，通过VCU作为主控中枢，控制各模块有序运行，在保证制动安全的基础上，又能实现较高的能量回收率，且能量回收过程平顺，经济性和驾驶感受好。
Description
技术领域
本发明属于电动汽车动力控制的技术领域。更具体地，本发明涉及一种电动汽车制动能量回收控制系统，以及该控制系统的控制方法。
背景技术
电动汽车可利用电机产生负扭矩实现制动效果，不需完全利用机械制动。在城市拥堵的今天，能量回收可节约大量的能源。
制动能量回收过程涉及到能量回收功率的大小和稳定性，关乎驾驶感受和能量回收率，更直接影响制动安全，影响安全性，控制难度高。
但是，目前的现有技术还没有公开的相关技术方案。
发明内容
本发明提供一种电动汽车制动能量回收控制系统，其目的是实现制动能量的安全、高效和平稳回收。
为了实现上述目的，本发明采取的技术方案为：
本发明的电动汽车制动能量回收控制系统，所述的电动汽车设置VCU，所述的控制系统还包括油门踏板模块、制动踏板模块、EGS、MCU、BMS、ESP和中控屏幕；车辆在行驶过程中，VCU接收来自MCU、BMS、油门踏板模块、制动踏板模块、EGS、ESP、中控屏幕的信号，且在整合上述信号后进行制动能量回收的控制。
为了实现与上述技术方案相同的发明目的，本发明还提供了以上所述的电动汽车制动能量回收控制系统的控制方法，其技术方案是该方法的过程为：
步骤1、车辆行驶中，VCU接收到各模块状态信号；
步骤2、判断：高压继电器是否连接状态，且油门是否抬起状态、制动踏板开度是否大于0、挡位是否处于前进挡、车速是否大于阈值；如果是，进入步骤3；如果否，则进入步骤9；
步骤3、执行制动能量回收；
步骤4、VCU根据制动踏板开度、车速和能量回收等级，计算发电扭矩；
步骤5、判断：发电功率是否小于允许充电功率，且发电功率是否小于电机允许发电功率；如果是，则进入步骤6；如果否，则VCU向MCU发送发电扭矩等于MCU/BMS限制扭矩的信号，然后进入步骤7；
步骤6、VCU向MCU发送发电扭矩等于计算扭矩的信号；
步骤7、MCU执行发电扭矩指令，并反馈给VCU；
步骤8、VCU进行实时监控；如果正常，返回步骤3；如果不正常；则进入步骤9；
步骤9、不执行制动能量回收。
所述的油门踏板模块通过双路硬线信号将当前驾驶员的油门踏板状态信号发送至VCU，该状态信号为电压型模拟量，VCU根据电压判断油门踏板的开度，VCU根据双路信号对比，确认信号的正确性；当且仅当油门踏板开度小于阈值时，判断油门踏板已抬起，才允许执行制动能量回收。
所述的制动踏板模块通过双路硬线信号将当前驾驶员的制动踏板状态信号发送至VCU，该状态信号为电压型模拟量，VCU根据电压判断制动踏板的开度，VCU根据双路信号对比，确认信号的正确性；当且仅当制动踏板开度大于阈值时，判断制动踏板已经踩下，才允许执行制动能量回收。
所述的EGS将驾驶员换挡动作状态的信号通过CAN信号发送至VCU，换挡动作为四种动作：分别为档把向前、档把向后、P档按下以及档把未动作；VCU根据之前的档位状态以及驾驶员换挡动作，判断当前允许执行档位；当且仅当VCU判断当前处于前进档时，才允许执行制动能量回收。
所述的BMS将高压继电器连接状态信号通过CAN信号发送至VCU；当且仅当高压继电器已吸合时，才允许执行制动能量回收。
所述的ESP将ESP工作状态信号通过CAN信号发送至VCU；当且仅当ESP未介入工作时，才允许执行制动能量回收。
所述的MCU将实时电机转速信号通过CAN信号发送至VCU，ESP将实时车速信号和车速有效标志位信号通过CAN信号发送至VCU；VCU据此判断车速；当电机转速大于阈值且ESP车速信号有效时，VCU采用ESP发送的车速信号；当电机转速小于阈值或ESP车速信号无效时，VCU采用电机转速计算得到的车速；当且仅当车速大于阈值时，才允许执行制动能量回收。
当所有条件均满足、允许执行制动能量回收时，VCU计算制动能量回收时的发电扭矩，计算发电扭矩的参考因素，所述参考因素包括车速信号、制动踏板开度和制动能量回收等级；VCU根据车速、制动踏板开度和制动能量回收等级进行查表，表内数据通过标定获得；标定的总体原则为：发电扭矩随车速增大而增大，随制动踏板开度增大而增大，随能量回收等级的增大而增大；但因液压制动力的并行存在，为保证驾驶感受，能量回收时的电制动力不能过大。
为保证驾驶感受，能量回收时需保证电制动力平稳变化无突变；制动能量回收功能过程中以及进入退出制动能量回收的瞬间，对执行扭矩进行滤波处理，滤波梯度通过标定获得，标定的总体原则为：保证扭矩响应的及时性、安全性，又考虑驾驶感受的平稳性。
当允许制动能量回收时，VCU将电机模式控制指令由正向驱动模式改为发电模式，同时发送发电扭矩值指令；若不允许制动能量回收时，VCU不改变电机模式和驱动扭矩指令，不向MCU发送发电模式指令和发电扭矩值指令。
VCU实时监控上述各模块以及车辆其它模块状态；在制动能量回收执行过程中，若上述模块的相应条件发生改变，不满足能量回收的要求，VCU停止制动能量回收功能；其中，ESP工作时或车辆其它模块发送严重高压故障时(如漏电)，VCU立即快速将制动能量回收的电制动力降低至0；其它模块条件不满足能量回收要求时，VCU延时退出能量回收功能。
本发明采用上述技术方案，通过VCU作为主控中枢，控制各模块有序运行，在保证制动安全的基础上，又能实现较高的能量回收率，且能量回收过程平顺，经济性和驾驶感受好。
附图说明
图1为本发明的电动汽车制动能量回收控制结构图；
图2为本发明的电动汽车制动能量回收控制流程图。
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，以帮助本领域的技术人员对本发明的发明构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解。
如图1所示本发明的结构，为一种电动汽车制动能量回收控制系统，以及控制方法，包括实现制动能量回收功能所涉及的模块、通讯方式、控制时序及控制逻辑。
所述的电动汽车设置VCU，所述的控制系统还包括油门踏板模块、制动踏板模块、EGS、MCU、BMS、ESP和中控屏幕。
本说明书中，英文缩写的含义是：
VCU——整车控制器；
EGS——档位模块；
DVD——中控屏幕；
ESP——车身电子稳定系统；
MCU——电机控制器；
BMS——电池管理模块。
为了解决现有技术存在的问题，实现制动能量的安全、高效和平稳回收的发明目的，本发明采取的技术方案为：
如图1所示，本发明的电动汽车制动能量回收控制系统，车辆在行驶过程中，VCU接收来自电机控制器MCU、电池管理模块BMS、油门踏板模块、制动踏板模块、档位模块EGS、车身电子稳定系统ESP、中控屏幕DVD的信号，且在整合上述信号后进行制动能量回收的控制。
本发明提供了以上所述的电动汽车制动能量回收的控制系统，其中，VCU在计算能量回收扭矩时，同时关联车速、制动踏板深度以及驾驶员意图，更好地发挥出能量回收的经济性，具有更好地驾驶感受，在电制动扭矩的加载中做了特殊的扭矩缓冲处理，也能提高驾驶过程的平顺性；
通过新增电子复位式换挡机构，使VCU具有更强的档位控制能力，不受实际机械档位位置约束，能够更自由地在各种工况下发挥能量回收的功能；
通过ESP车速和电机计算得到的车速做对比，得到更真实的车速信号，在更真实的车速下施加的电制动扭矩也更符合车辆需求。
为了实现与上述技术方案相同的发明目的，本发明还提供了以上所述的电动汽车制动能量回收控制系统的控制方法，其技术方案是该方法的过程为：
步骤1、车辆行驶中，VCU接收到各模块状态信号；
步骤2、判断：高压继电器是否连接状态，且油门是否抬起状态、制动踏板开度是否大于0、挡位是否处于前进挡、车速是否大于阈值；如果是，进入步骤3；如果否，则进入步骤9；
步骤3、执行制动能量回收；
步骤4、VCU根据制动踏板开度、车速和能量回收等级，计算发电扭矩；
步骤5、判断：发电功率是否小于允许充电功率，且发电功率是否小于电机允许发电功率；如果是，则进入步骤6；如果否，则VCU向MCU发送发电扭矩等于MCU/BMS限制扭矩的信号，然后进入步骤7；
步骤6、VCU向MCU发送发电扭矩等于计算扭矩的信号；
步骤7、MCU执行发电扭矩指令，并反馈给VCU；
步骤8、VCU进行实时监控；如果正常，返回步骤3；如果不正常；则进入步骤9；
步骤9、不执行制动能量回收。
本发明的控制流程如图2所示。
所述的油门踏板模块通过双路硬线信号将当前驾驶员的油门踏板状态信号发送至VCU，该状态信号为电压型模拟量；VCU根据电压判断油门踏板的开度；VCU根据双路信号对比，确认信号的正确性；当且仅当油门踏板开度小于阈值时，判断油门踏板已抬起，才允许执行制动能量回收。
所述的制动踏板模块通过双路硬线信号将当前驾驶员的制动踏板状态信号发送至VCU，该状态信号为电压型模拟量，VCU根据电压判断制动踏板的开度；VCU根据双路信号对比，确认信号的正确性；当且仅当制动踏板开度大于阈值时，判断制动踏板已经踩下，才允许执行制动能量回收。
所述的EGS将驾驶员换挡动作状态的信号通过CAN信号发送至VCU，换挡动作为四种动作：分别为档把向前、档把向后、P档按下以及档把未动作；VCU根据之前的档位状态以及驾驶员换挡动作，判断当前允许执行档位；当且仅当VCU判断当前处于前进档时，才允许执行制动能量回收。
所述的BMS将高压继电器连接状态信号通过CAN信号发送至VCU；当且仅当高压继电器已吸合时，才允许执行制动能量回收。
所述的ESP将ESP工作状态信号通过CAN信号发送至VCU；当且仅当ESP未介入工作时，才允许执行制动能量回收。
所述的MCU将实时电机转速信号通过CAN信号发送至VCU；ESP将实时车速信号和车速有效标志位信号通过CAN信号发送至VCU；VCU据此判断车速；当电机转速大于阈值且ESP车速信号有效时，VCU采用ESP发送的车速信号；当电机转速小于阈值或ESP车速信号无效时，VCU采用电机转速计算得到的车速；当且仅当车速大于阈值时，才允许执行制动能量回收。
当所有条件均满足、允许执行制动能量回收时，VCU计算制动能量回收时的发电扭矩，计算发电扭矩的参考因素，所述参考因素包括车速信号、制动踏板开度和制动能量回收等级；VCU根据车速、制动踏板开度和制动能量回收等级进行查表，表内数据通过标定获得；标定的总体原则为：发电扭矩随车速增大而增大，随制动踏板开度增大而增大，随能量回收等级的增大而增大；但因液压制动力的并行存在，为保证驾驶感受，能量回收时的电制动力不能过大。
为保证驾驶感受，能量回收时需保证电制动力平稳变化无突变；制动能量回收功能过程中以及进入退出制动能量回收的瞬间，对执行扭矩进行滤波处理，滤波梯度通过标定获得；标定的总体原则为：保证扭矩响应的及时性、安全性，又考虑驾驶感受的平稳性。
当允许制动能量回收时，VCU将电机模式控制指令由正向驱动模式改为发电模式，同时发送发电扭矩值指令；若不允许制动能量回收时，VCU不改变电机模式和驱动扭矩指令，不向MCU发送发电模式指令和发电扭矩值指令。
VCU实时监控上述各模块以及车辆其它模块状态；在制动能量回收执行过程中，若上述模块的相应条件发生改变，不满足能量回收的要求，VCU停止制动能量回收功能；其中，ESP工作时或车辆其它模块发送严重高压故障时(如漏电)，VCU立即快速将制动能量回收的电制动力降低至0；其它模块条件不满足能量回收要求时，VCU延时退出能量回收功能。
下面对本发明的技术方案进行具体分析：
一、油门踏板模块。
油门踏板模块将当前驾驶员的油门踏板状态信号发送至整车控制器VCU；
1、以上所述油门踏板模块与VCU的信号传输，其通讯方式为硬线信号；VCU提供油门踏板模块的电源和接地，接收油门踏板模块的硬线信号；采用双路硬线信号做冗余，双路信号存在固定倍率关系；
2、以上所述的油门踏板发送的油门踏板状态信号是电压模拟量信号，由VCU根据电压判断当前的踏板状态。
二、制动踏板模块。
制动踏板将当前驾驶员的制动踏板状态信号发送至VCU；
1、以上所述的制动踏板与VCU的信号传输，其通讯方式为硬线信号，VCU提供制动踏板模块的电源和接地，接收制动踏板模块的硬线信号；采用双路硬线信号做冗余，双路信号存在固定倍率关系；
2、以上所述的制动踏板发送的制动踏板状态信号是电压模拟量信号，由VCU根据电压模拟量信号判断当前的踏板开度。
三、档位模块。
档位模块EGS将驾驶员换挡动作状态的信号发送至VCU；
以上所述的换挡动作状态信号，分别为档把向前、档把向后、P档按下以及档把未动作四种动作，通过CAN信号传输。
四、电机控制器。
电机控制器MCU执行VCU的指令并反馈实时状态；
1、以上所述的由MCU执行的VCU的指令，MCU和VCU之间为扭矩接口，MCU执行VCU的扭矩指令；
2、以上所述的MCU反馈的实时状态，MCU将最大允许执行的发电扭矩、实时扭矩、模式、转速通过CAN信号发送至VCU。
五、电池管理模块。
电池管理模块BMS将最大允许充电功率实时发送至VCU。
六、车身电子稳定系统。
车身电子稳定系统ESP将实时的车速信号和ESP工作状态通过CAN信号发送至VCU。
七、中控屏幕DVD。
中控屏幕DVD将驾驶员选择的能量回收等级通过CAN信号发送至VCU。
八、整车控制器。
VCU综合处理来自各个模块的信号，包括油门踏板模块、制动踏板模块、换挡机构EGS、电机控制器MCU、电池管理模块BMS、车身电子稳定系统ESP以及中控屏幕DVD。VCU根据各模块信号判断是否执行制动能量回收，计算发电扭矩并发送给MCU，由MCU控制电机执行并将实时状态反馈至VCU。
(一)、以上所述的VCU判断是否执行制动能量回收，参考因素包括：
1、踏板模块发送的油门踏板状态信号，当且仅当VCU判断当前油门踏板已抬起时，才允许执行制动能量回收；
2、制动踏板模块发送的制动踏板状态信号，当且仅当VCU判断当前制动踏板已踩下时，才允许执行制动能量回收；
3、换挡机构EGS发送的换挡动作状态，当且仅当VCU判断当前处于前进档时，才允许执行制动能量回收；
4、电池管理模块BMS发送的高压继电器连接状态，当且仅当高压继电器已吸合时，才允许执行制动能量回收。
5、车身电子稳定系统ESP发送的车速信号或MCU发送的电机转速信号，当且仅当VCU判断车速大于阈值时，才允许执行制动能量回收；
对于以上所述的VCU判断车速：当电机转速大于阈值且ESP车速信号有效时，VCU采用ESP发送的车速信号；当电机转速小于阈值或ESP车速信号无效时，VCU采用电机转速计算得到的车速；
6、ESP向VCU发送ESP状态，当且仅当ESP未介入工作时，才允许执行制动能量回收；
7、VCU在能量回收过程中监控MCU反馈的实时扭矩，需保证实际扭矩与扭矩命令差值在阈值范围内；若差值超出阈值，停止制动能量回收。
(二)、VCU计算制动能量回收时的发电扭矩，参考因素包含：
1、MCU反馈的电机最大允许发电扭矩和BMS反馈的最大允许充电功率，作为制动能量回收的最大限制值。
2、车速信号、制动踏板开度和制动能量回收等级。
以上所述的参考车速和制动踏板开度，总体原则为：发电扭矩随车速增大而增大，随制动踏板开度增大而增大；因液压制动力的并行存在，为保证驾驶感受，能量回收时的电制动力不能过大；
以上所述的参考制动能量回收等级，驾驶员通过中控屏幕DVD选择能量回收等级，DVD将回收等级发送至VCU，VCU根据驾驶员选择能量回收等级，调整能量回收时的再生制动力；
不同能量回收等级下，VCU参考车速和踏板开度得到的发电扭矩均不同。
3、VCU计算制动能量回收时的发电扭矩，考虑驾驶感受，扭矩变化平滑无突变，特别是在正向加速时突然进入制动能量回收时，VCU控制MCU由正扭矩变为负扭矩的过程；以及制动能量回收时突然进入正向加速状态，VCU控制MCU由负扭矩变为正扭矩的过程；
VCU既考虑扭矩响应的及时性、安全性，又考虑驾驶感受的平稳性。
综上所述，本发明的有益效果为：
既能保证制动安全，又能实现较高的能量回收效率，且能量回收过程平顺，经济性和驾驶感受好。
上面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 (5)
1.一种电动汽车制动能量回收控制系统的控制方法，所述的电动汽车设置VCU，所述的控制系统还包括油门踏板模块、制动踏板模块、EGS、MCU、BMS、ESP和中控屏幕；
车辆在行驶过程中，VCU接收来自MCU、BMS、油门踏板模块、制动踏板模块、EGS、ESP、中控屏幕的信号，且在整合上述信号后进行制动能量回收的控制；
其特征在于，该方法的过程为：
步骤1、车辆行驶中，VCU接收到各模块状态信号；
步骤2、判断：高压继电器是否连接状态，且油门是否抬起状态、制动踏板开度是否大于0、挡位是否处于前进挡、车速是否大于阈值；如果是，进入步骤3；如果否，则进入步骤9；
步骤3、执行制动能量回收；
步骤4、VCU根据制动踏板开度、车速和能量回收等级，计算发电扭矩；
步骤5、判断：发电功率是否小于允许充电功率，且发电功率是否小于电机允许发电功率；如果是，则进入步骤6；如果否，则VCU向MCU发送发电扭矩等于MCU/BMS限制扭矩的信号，然后进入步骤7；
步骤6、VCU向MCU发送发电扭矩等于计算扭矩的信号；
步骤7、MCU执行发电扭矩指令，并反馈给VCU；
步骤8、VCU进行实时监控；如果正常，返回步骤3；如果不正常；则进入步骤9；
步骤9、不执行制动能量回收；
所述的油门踏板模块通过双路硬线信号将当前驾驶员的油门踏板状态信号发送至VCU，该状态信号为电压型模拟量，VCU根据电压判断油门踏板的开度，VCU根据双路信号对比，确认信号的正确性；当且仅当油门踏板开度小于阈值时，判断油门踏板已抬起，才允许执行制动能量回收；
所述的制动踏板模块通过双路硬线信号将当前驾驶员的制动踏板状态信号发送至VCU，该状态信号为电压型模拟量，VCU根据电压判断制动踏板的开度，VCU根据双路信号对比，确认信号的正确性；当且仅当制动踏板开度大于阈值时，判断制动踏板已经踩下，才允许执行制动能量回收；
所述的EGS将驾驶员换挡动作状态的信号通过CAN信号发送至VCU，换挡动作为四种动作：分别为档把向前、档把向后、P档按下以及档把未动作；VCU根据之前的档位状态以及驾驶员换挡动作，判断当前允许执行档位；当且仅当VCU判断当前处于前进档时，才允许执行制动能量回收；
所述的BMS将高压继电器连接状态信号通过CAN信号发送至VCU；当且仅当高压继电器已吸合时，才允许执行制动能量回收；
所述的ESP将ESP工作状态信号通过CAN信号发送至VCU；当且仅当ESP未介入工作时，才允许执行制动能量回收；
所述的MCU将实时电机转速信号通过CAN信号发送至VCU，ESP将实时车速信号和车速有效标志位信号通过CAN信号发送至VCU；VCU据此判断车速；当电机转速大于阈值且ESP车速信号有效时，VCU采用ESP发送的车速信号；当电机转速小于阈值或ESP车速信号无效时，VCU采用电机转速计算得到的车速；当且仅当车速大于阈值时，才允许执行制动能量回收。
2.按照权利要求1所述的电动汽车制动能量回收控制系统的控制方法，其特征在于：当所有条件均满足、允许执行制动能量回收时，VCU计算制动能量回收时的发电扭矩，计算发电扭矩的参考因素，所述参考因素包括车速信号、制动踏板开度和制动能量回收等级；VCU根据车速、制动踏板开度和制动能量回收等级进行查表，表内数据通过标定获得；标定的总体原则为：发电扭矩随车速增大而增大，随制动踏板开度增大而增大，随能量回收等级的增大而增大；但因液压制动力的并行存在，为保证驾驶感受，能量回收时的电制动力不能过大。
3.按照权利要求1所述的电动汽车制动能量回收控制系统的控制方法，其特征在于：为保证驾驶感受，能量回收时需保证电制动力平稳变化无突变；制动能量回收功能过程中以及进入退出制动能量回收的瞬间，对执行扭矩进行滤波处理，滤波梯度通过标定获得，标定的总体原则为：保证扭矩响应的及时性、安全性，又考虑驾驶感受的平稳性。
4.按照权利要求1所述的电动汽车制动能量回收控制系统的控制方法，其特征在于：当允许制动能量回收时，VCU将电机模式控制指令由正向驱动模式改为发电模式，同时发送发电扭矩值指令；若不允许制动能量回收时，VCU不改变电机模式和驱动扭矩指令，不向MCU发送发电模式指令和发电扭矩值指令。
5.按照权利要求1所述的电动汽车制动能量回收控制系统的控制方法，其特征在于：VCU实时监控上述各模块以及车辆其它模块状态；在制动能量回收执行过程中，若上述模块的相应条件发生改变，不满足能量回收的要求，VCU停止制动能量回收功能；其中，ESP工作时或车辆其它模块发送严重高压故障时，VCU立即快速将制动能量回收的电制动力降低至0；其它模块条件不满足能量回收要求时，VCU延时退出能量回收功能。
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