CN109515201B - 一种基于加速踏板信号的电动汽车能量回收控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于加速踏板的电动汽车能量回收控制装置，该能量回收控制装置包括踏板轴、加速踏板、加速踏板位置传感器、加速踏板信号处理装置、能量回收控制单元、电动机控制单元、电动机、动力电池、电池管理单元和车轮。所要解决的技术问题是实现对收起加速踏板时电动汽车的能量回收，进而提高电动汽车能量经济性，延长续驶里程。具体地，利用加速踏板位置信号和位置变化率(速度)信号，确定基于加速踏板信号的电动汽车能量回收策略，实现对收起加速踏板时的能量回收。本发明的重要意义表现为利用收起加速踏板时的能量回收模拟传统燃油汽车的发动机制动功能，从而减少对踏板的操作次数并提高行驶安全性，为电动汽车单踏板设计奠定了基础。

Description

一种基于加速踏板信号的电动汽车能量回收控制装置

技术领域：

本发明涉及一种电动汽车能量回收技术，具体涉及一种基于加速踏板信号的电动汽车能量回收控制装置，属于电动汽车能量回收技术领域。

背景技术

电动汽车是近年来我国重点发展的一种新能源车辆，具有节能环保等优点。电动汽车在城区行驶时，驾驶员需要频繁制动，制动过程消耗能量约占直接驱动汽车行驶总能量的30％～50％。因此，能量回收是电动汽车的一项重要节能措施。

经查阅相关文献资料发现，电动汽车能量回收研究主要集中于踩下制动踏板时的制动能量回收。即当驾驶员踩下制动踏板时，可依据制动踏板开度、车辆行驶速度、电池荷电状态等参数，设计控制器并使电动汽车的驱动电机逆变为发电机，实现制动能量回收。经多年研究与发展，虽然能量回收技术已成功应用于电动汽车，但仍有很大的改进与提高空间。

通常，加速踏板具有双重功能，即踩下加速踏板时车辆加速，收起加速踏板时车辆减速。对于传统的燃油汽车，驾驶员收起加速踏板时，可利用变速器的空挡和发动机制动使车辆减速。对于电动汽车，我们希望加速踏板具有定义驱动扭矩和再生制动扭矩的双重功能，即踩下加速踏板时电动机运行于驱动模式，驱动车辆行驶，收起加速踏板时电动机运行于再生模式，即电动机逆变为发电机，输出再生扭矩，实现能量回收。

经查阅相关文献资料发现，对于收起加速踏板时电动汽车能量回收技术，现有方法主要是设定某个常数以模拟电机再生转矩。虽然该方法能够回收部分能量，但没有考虑加速踏板位置和踏板收起速度对能量回收的影响，因此仍有改进空间。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种基于加速踏板信号的电动汽车能量回收控制装置，实现对收起加速踏板时电动汽车的能量回收，进而提高电动汽车能量经济性。具体地，利用加速踏板位置信号和位置变化率(速度)信号，确定基于加速踏板信号的电动汽车能量回收策略，实现对收起加速踏板时的能量回收。

本发明所涉及的技术方案是一种基于加速踏板信号的电动汽车能量回收控制装置，该能量回收控制装置包括踏板轴、加速踏板、加速踏板位置传感器、加速踏板信号处理装置、能量回收控制单元、电动机控制单元、电动机、动力电池、电池管理单元和车轮。其特征在于：所述踏板轴为所述加速踏板的转动轴，安装并固定在电动汽车车架上；所述加速踏板为驾驶员施力部件，可绕所述踏板轴转动；所述加速踏板位置传感器安装在所述加速踏板上，测量并输出所述加速踏板位置信号；所述加速踏板信号处理装置对所述加速踏板传感器信号进行处理，输出所述加速踏板位置信号和位置变化率(速度)信号；所述能量回收控制单元依据所接收的加速踏板位置信号和位置变化率信号，确定能量回收策略；所述电动机控制单元按照能量回收策略，控制电动机运行模式，具体包括驱动模式和能量回收模式；所述电动机为电动汽车的动力驱动部件，该电动机还可以作为发电机使用，当作为电动机使用时，把电能转换为机械能并驱动车辆行驶，当作为发电机使用时，把机械能转换为电能并使车辆减速；所述动力电池为电动汽车的蓄能部件，涉及铅酸蓄电池、镍氢电池、锂离子电池等其它电动汽车用动力蓄电池，当电动机驱动车辆行驶时，动力电池放电，当电动机作为发电机回收能量时，为动力电池充电；所述电池管理单元对动力电池的充放电进行控制；所述车轮为电动汽车的驱动车轮。

进一步地，所述加速踏板信号处理装置包括微分器和信号处理器。其特征在于：所述微分器对接收信号进行微分计算，输出所述加速踏板位置变化率(速度)信号；所述信号处理器对所接收的加速踏板位置信号和位置变化率信号进行滤波和电压处理。

本发明的积极效果和优点在于：

本发明提出的一种基于加速踏板的电动汽车能量回收控制装置，具有以下积极效果和优点：(1)所述能量回收控制装置，能够根据加速踏板位置信号和位置变化率信号，确定能量回收策略，对驾驶员收起加速踏板使电动汽车减速时的能量进行回收，以提高能量经济性并延长电动汽车续驶里程；(2)与背景技术中电动汽车能量回收装置相比，本发明提出的能量回收装置能够模拟传统燃油汽车的发动机制动功能，从而减少对踏板的操作次数并提高行驶安全性；(3)与背景技术中电动汽车能量回收装置相比，本发明提出的能量回收控制装置为电动汽车单踏板设计奠定了基础。

附图说明

图1为基于加速踏板的电动汽车能量回收控制装置示意图。

图2为电动汽车加速踏板信号处理装置示意图。

图3为基于加速踏板信号的能量回收策略示意图。

上述附图中的各标记意义如下：

1-踏板轴；2-加速踏板；3-加速踏板位置传感器；4-加速踏板信号处理装置；5-能量回收控制单元；6-电动机控制单元；7-电动机；8-动力电池；9-电池管理单元；10-车轮；11-微分器；12-信号处理器。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

如图1所示，为本发明的基于加速踏板的电动汽车能量回收控制装置示意图。包括踏板轴(1)，加速踏板(2)，加速踏板位置传感器(3)，加速踏板信号处理装置(4)，能量回收控制单元(5)，电动机控制单元(6)，电动机(7)，动力电池，(8)电池管理单元(9)，车轮(10)。

如图2所示，为本发明的电动汽车加速踏板信号处理装置(4)示意图。包括微分器(11)、信号处理器(12)。

如图3所示，为本发明的基于加速踏板的能量回收策略示意图。包括不同加速踏板位置信号和位置变化率信号的能量回收策略，涉及4种情况。

如图1所示。具体实施时，所述踏板轴(1)安装并固定在电动汽车车架上；所述加速踏板(2)绕所述加速踏板轴(1)转动，具体地，驾驶员踩下所述加速踏板(2)时顺时针转动，收起所述加速踏板(2)时逆时针转动；所述加速踏板位置传感器(3)安装在所述加速踏板(2)上，并随所述加速踏板(2)一起转动，测得所述加速踏板(2)的位置信号s；所述加速踏板信号处理装置(4)接收所述加速踏板(2)的位置信号并进行处理，输出所述加速踏板(2)的位移信号和位移变化率信号；所述能量回收控制单元(5)接收所述加速踏板(2)的位移信号和位移变化率信号，确定能量回收策略并输出电动机运行模式信号；所述电动机控制单元(6)根据所接收的电动机运行模式信号，控制所述电动机(7)的运行模式，具体地，所述电动机(7)的运行模式包括驱动模式和能量回收模式；所述电动机(7)按照所接收的运行模式运行，具体地，所述电动机(7)以能量回收模式运行时，所述电动机(7)逆变为发电机，向所述动力电池(8)充电，所述电动机(7)以驱动模式运行时，驱动车轮(10)向前行驶；所述电池管理单元(9)控制所述动力电池(8)的充电和放电，具体地，当所述动力电池(8)的SOC小于或等于电池允许的放电下限值时，不再继续放电，可以进行能量回收，当所述动力电池(8)的SOC大于或等于电池允许的充电上限值时，不进行能量回收，当所述动力电池(8)的SOC在下限值和上限值之间时，可以继续放电，同时也可以能量回收。

如图2所示。具体实施时，所述微分器(11)接收所述加速踏板位置传感器(3)的输出信号s，经微分计算后输出所述加速踏板(2)位置变化率信号ds/dt，即速度信号u，u＝ds/dt；所述信号处理器(12)接收所述加速踏板(2)的位置信号s和速度信号u，经滤波和电压处理后输出所述加速踏板(2)的位置信号s₊、s_-和速度信号u₊和u_-。

如图2所示。进一步地，所述加速踏板位置信号s₊＝5V，为高电平，对应于较大的加速踏板开度，s_-＝1.25V，为低电平，对应于较小的加速踏板开度；所述加速踏板速度信号u₊＝5V，为高电平，对应于加速踏板速度大于零，u_-＝1.25V，为低电平，对应于加速踏板速度小于零。

如图3所示。具体实施时，所述能量回收控制单元(5)依据所接收的所述加速踏板(2)的位置信号s₊、s_-和速度信号u₊和u_-确定能量回收策略，涉及以下4种情况：①所述加速踏板(2)的位置信号为高电平，即s₊＝5V，若加速踏板位置变化率信号u_-<0,即加速踏板速度小于零，不回收能量；②所述加速踏板(2)的位置信号为低电平，即s₊＝1.25V,且s<0.15s_max时，若加速踏板位置变化率信号u_-<0,即加速踏板速度小于零，回收能量；③所述加速踏板(2)的位置信号为低电平，s₊＝1.25V，且s<0.20s_max时，若加速踏板位置变化率信号u₊>0,即加速踏板速度大于零，回收能量；④所述加速踏板(2)的位置信号为高电平，s₊＝5V时，若加速踏板位置变化率信号u₊>0,即加速踏板速度大于零，不回收能量。

如图3所示。进一步地，s为所述加速踏板(2)的位移；s_max为所述加速踏板(2)的最大位移；常数0.15和0.20分别为试验得到的进行能量回收的加速踏板位移下限值和上限值。

Claims (1)

1.一种基于加速踏板信号的电动汽车能量回收控制装置，包括踏板轴(1)，加速踏板(2)，加速踏板位置传感器(3)，加速踏板信号处理装置(4)，能量回收控制单元(5)，电动机控制单元(6)，电动机(7)，动力电池(8)，电池管理单元(9)，车轮(10)，微分器(11)和信号处理器(12)；踏板轴(1)安装并固定在电动汽车车架上；加速踏板(2)绕踏板轴(1)转动，加速踏板位置传感器(3)安装在加速踏板(2)上，用于测量加速踏板(2)的位置信号s；其特征在于：加速踏板信号处理装置(4)接收加速踏板(2)的位置信号s并进行处理，输出加速踏板(2)的位移信号s₊、s_-和位移变化率信号u₊和u_-，位移变化率信号即速度信号；能量回收控制单元(5)接收加速踏板(2)的位移信号和位移变化率信号，确定能量回收策略并输出电动机运行模式信号；电动机控制单元(6)根据所接收的电动机运行模式信号，控制电动机(7)的运行模式，其中，电动机(7)的运行模式包括驱动模式和能量回收模式；电动机(7)按照所接收的运行模式工作，当以能量回收模式运行时，电动机(7)逆变为发电机，向动力电池(8)充电，当以驱动模式运行时，电动机(7)驱动车轮(10)向前行驶；电池管理单元(9)控制动力电池(8)的充电和放电，当动力电池(8)的荷电状态(SOC)小于或等于允许的放电下限值时，不再继续放电，进行能量回收，当动力电池(8)的SOC大于或等于允许的充电上限值时，不进行能量回收，当动力电池(8)的SOC在下限值和上限值之间时，可以继续放电，也可以能量回收；进一步地，微分器(11)接收加速踏板位置传感器(3)的输出信号s，微分计算后输出位置变化率信号ds/dt，即速度信号u，u＝ds/dt；信号处理器(12)接收加速踏板(2)的位置信号s和速度信号u，经滤波和电压处理后输出加速踏板(2)的位置信号s₊、s_-和速度信号u₊和u_-，其中速度信号u₊隐含踩下加速踏板、速度信号u_-隐含收起加速踏板；加速踏板位置信号s₊＝5V，为高电平，对应于较大的加速踏板开度，s_-＝1.25V，为低电平，对应于较小的加速踏板开度，加速踏板速度信号u₊＝5V，为高电平，对应于加速踏板速度大于零，表示踩下加速踏板，u_-＝1.25V，为低电平，对应于加速踏板速度小于零，表示收起加速踏板；进一步地，能量回收控制单元(5)按照加速踏板(2)的位置信号s₊、s_-和速度信号u₊和u_-确定能量回收策略，包括以下4种情况：①加速踏板(2)的位置信号为高电平，s₊＝5V，加速踏板位置变化率信号u_-<0,加速踏板速度小于零，即收起加速踏板且加速踏板位置信号为高电平，不回收能量；②加速踏板(2)的位置信号为低电平，s₊＝1.25V,且s<0.15s_max时，加速踏板位置变化率信号u_-<0,加速踏板速度小于零，即收起加速踏板，且加速踏板位置信号为低电平并满足条件s<0.15s_max，回收能量；③加速踏板(2)的位置信号为低电平，s₊＝1.25V，且s<0.20s_max时，加速踏板位置变化率信号u₊>0,加速踏板速度大于零，即踩下加速踏板，且加速踏板位置信号为低电平并满足条件s<0.20s_max，回收能量；④加速踏板(2)的位置信号为高电平，s₊＝5V时，加速踏板位置变化率信号u₊>0,加速踏板速度大于零，即踩下加速踏板且加速踏板位置信号为高电平，不回收能量；s_max为加速踏板(2)的最大位移，常数0.15和0.20分别为试验得到的进行能量回收时收起加速踏板位移下限值和踩下加速踏板位移上限值。

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