CN110271425B - 一种纯电动客车再生制动控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种纯电动客车在摩擦制动系统改动较小的前提下，有效提高再生制动能量回收率，并保证高效的制动效能的控制策略。它包括下述步骤：依据制动力的分配基本理论和ECE制动法规，确定了制动力分配系数β_i的变化范围；制动强度一般状态下，总制动力由再生制动和摩擦制动按照控制策略共同承担，为确保再生制动力的有效利用，并保持总制动力等于I曲线的需求制动力，使摩擦制动力从0逐步增加，按原车β线进行制动，再生制动力等于I曲线减去β线的差值；β线斜率的确定将以尽量提高再生制动的能量回收率和ECE制动法规的要求为准则。

Description

一种纯电动客车再生制动控制方法

技术领域

本发明涉及纯电动客车再生制动技术领域，具体地说，是一种依据制动力的分配基本理论和ECE制动法规，确定了制动力分配系数β_i的变化范围，进而确定β线斜率的设计方法。

背景技术

节能减排是当今时代的发展趋势，纯电动客车的发展不仅是实现节能减排的重要环节，而且肩负着公共交通绿色健康的发展理念。由于国家财政对纯电动客车的大力支持，近几年来我国在这一领域发展迅速，目前已成为全球最大的纯电动客车市场。

在现有技术中，常用的再生制动控制策略有：最佳感觉再生制动控制策略和并联再生制动控制策略。最佳感觉再生制动控制策略的控制目标是使前、后轮制动力按照I曲线进行分配，在电池组SOC满足能量回收的状态下，根据制动强度的大小分配再生制动和摩擦制动的比例；并联再生制动控制策略以固定比例分配所需总制动力，该分配比例是车速或减速度的函数，在电池组SOC满足能量回收的状态下，同样根据制动强度的大小分配再生制动和摩擦制动的比例。

但是，上述两种方法，第一种较难严格按照I曲线分配，第二种能量回收效果欠佳。

发明内容

本发明的目的是使前、后轮制动力按照I曲线进行分配，并有效提升再生制动能量回收的控制方法。

本发明所述的一种纯电动客车再生制动控制方法，包括下述步骤：

1)按I曲线计算需要的总制动力F_U；

2)计算出需要电机提供的再生制动力F_need；

3)计算出需要电机在约束条件下的再生制动力F_req；

4)前后轴的摩擦制动力按β线分配，当F_req＞F_need时，电机的再生制动力等于按I曲线计算的制动力数值减去按β线计算的制动力数值；当F_req≤F_need时，电机的再生制动力等于F_req；

所述β线确定方法：在前、后轮制动力分配曲线图上，画出满载I曲线，过点(0，F_{max_r})做满载I曲线的切线，将切线向下平移经过原点后得到β线；其中F_{max_r}为电机提供的最大再生制动力。

上述的一种纯电动客车再生制动控制方法，

F_{max_r}为最大实际再生制动力；T_{max_r}为最大再生制动转矩；P_{max_r}为电机当前最大功率；Πi为总传动比；η_t为传动效率；n_m为电机当前转速；n_rated为电机额定转速；r为车轮半径。

上述的一种纯电动客车再生制动控制方法，纯电动客车总质量大于3.5吨，且是后轮驱动型；制动力分配系数β_i的变化范围满足：

制动力分配系数在根据制动强度要求得到的制动力分配系数的上限和下限范围内；前轮和后轮制动力分配系数在因总质量大于3.5吨，而得到的前轮和后轮制动力分配系数的上限和下限范围内；后轮制动力分配系数要大于在制动强度大于等于0.3时，后轮制动力分配系数的下限。

上述的一种纯电动客车再生制动控制方法，

在步骤1)之前有步骤0)：开始制动时，若纯电动客车的电池组SOC≤0.9或者电机转速n_m≥200r/min，且制动强度≤0.7时再进行后续步骤1)、2)、3)、4)，否则只进行摩擦制动。

本发明的一种纯电动客车再生制动控制方法的具体特点：

1)依据制动力的分配基本理论和ECE制动法规，确定了制动力分配系数β_i的变化范围，进而得到ECE制动法规对β线的约束。

2)考虑考虑总的前、后轮制动力最好按照I曲线变化，从而在任何附着系数的路面上获得最大制动力；同时摩擦制动系统希望改动较少，仍能按照固定比值进行前、后轮制动力的分配，这样将I曲线和β线的纵坐标差值由驱动后轮通过再生制动实现。而β线斜率的确定将以尽量提高再生制动的能量回收率为准则。

依据制动力的分配基本理论和ECE制动法规，确定了制动力分配系数β_i的变化范围具体过程如下：

a)、根据汽车理论的相关公式，绘制出理想的前、后轮制动器的制动力分配曲线，简称I曲线；

F_br为后轮制动力；F_bf为前轮制动力；H_g为质心高度；L为客车的轴距；b为质心到后轴的距离；G为客车所受的重力。

b)、绘制出制动强度与制动力分配系数关系曲线图，横坐标和纵坐标分别表示制动强度z和制动力分配系数β_i。图中A曲线和G曲线是根据ECE制动法规中规定的各种车辆应该满足的制动强度要求得到的制动力分配系数的上限和下限；C曲线和D曲线是因客车总质量大于3.5吨，依据ECE制动法规规定得到的前轮制动力分配系数的上限和下限；同理，B曲线和E曲线是后轮制动力分配系数的上限和下限；F曲线是当客车制动强度大于等于0.3时，根据ECE制动法规规定得到的后轮制动力分配系数的下限。

又因公式

可做出β线的上限和下限，进而得出，在ECE制动法规对M3类汽车的要求下，制动强度z应小于的数值。

一种纯电动客车再生制动控制方法，包括再生制动控制策略流程、基于ECE制动法规的不同制动强度对应的制动力分配系数和由此确定的β线的约束、制动力分配方案图。再生制动模式下不同制动强度对应的制动力分配系数包括再生制动力系数、前轮摩擦制动力系数和后轮摩擦制动力系数。结合纯电动客车自身的结构特点和参数，首先借助于传统汽车制动力分配方法，拟定摩擦制动系统按照固定比值进行制动力的分配，使得纯电动客车的前、后轮制动力分配满足ECE制动法规的要求，以保证制动的安全性和稳定性。然后在后轴制动力中加进去电动机制动力，同时考虑到再生制动的约束条件并最大限度地回收再生制动能量，基于制动强度制定出纯电动客车的再生制动控制策略。该制动力分配策略与传统制动力分配策略并行，对原有的制动系统改动较小，当再生制动失效时，制动力由摩擦制动力承担，仍能保证行车安全。

需求的总制动力等于摩擦制动力加上再生制动力；所述的纯电动客车是后轮驱动型，所以前轮只进行摩擦制动；当电池组SOC>0.9或电机转速n_m<200r/min时停止向电池组充电。

本发明将最佳感觉再生制动控制策略和并联再生制动控制策略这两种方法结合。客车的摩擦制动系统往往是按照固定比值来进行前、后轮制动力的分配，本发明能够在摩擦制动系统改动较小的情况下，尽可能多的进行制动能量回收，同时保证客车的制动效能。

附图说明

图1为本发明再生制动控制策略流程图；

图2为本发明基于ECE制动法规的制动强度与制动力分配系数关系曲线；

图3为本发明基于ECE制动法规对β线的约束图；

图4为本发明制动力分配方案图。

具体实施方式

下面结合具体实施例来详细说明本发明的设计方法。

1再生制动控制策略流程

如图1所示，以制动能量回收最优为目标，结合传统汽车制动力分配方法，在满足ECE制动法规要求的前提下，本专利制定了基于制动强度的再生制动控制策略。

需求的总制动力等于摩擦制动力加上再生制动力；所述的纯电动客车是后轮驱动型，所以前轮只进行摩擦制动；当电池组SOC>0.9或电机转速n_m<200r/min时停止电池组充电。

2基于ECE制动法规的制动强度与制动力分配系数关系

如图2所示，对于本专利选用的M3类汽车，其规定是：当附着系数φ在0.2～0.8之间时，制动强度z满足z≥0.1+0.85(φ-0.2)，即当z在0.1～0.61之间时，φ≤(z+0.07)/0.85；当z在0.15～0.3之间时，前、后轮附着系数φ_f、φ_r应在φ＝z±0.08两条线之间；当z≥0.3时，z≥0.3+0.74(φ_r-0.38)，即后轮附着系数φ_r≤(z-0.02)/0.74。

经推导，由上述法规可整理出以下不等式：

当0.15≤z≤0.3时，

当0.1≤z≤0.61时，

当z≥0.3时，

式中，φ_f为前轮附着系数；φ_r为后轮附着系数。

由附着系数的概念可得：

将上式整理，可得以下不等式：

z为制动强度；β为制动力分配系数；H_g为质心高度；L为客车的轴距；a为质心到前轴的距离；b为质心到后轴的距离。

根据上述不等式绘制出基于ECE制动法规的制动强度与制动力分配系数关系曲线，如图2所示。图中A曲线和G曲线是根据ECE制动法规中规定的各种车辆应该满足的制动强度要求得到的制动力分配系数的上限和下限；C曲线和D曲线是因客车总质量大于3.5吨，依据ECE制动法规规定得到的前轮制动力分配系数的上限和下限；同理，B曲线和E曲线是后轮制动力分配系数的上限和下限；F曲线是当客车制动强度大于等于0.3时，根据ECE制动法规规定得到的后轮制动力分配系数的下限。

3基于ECE制动法规对β线的约束

制动强度确定范围后，制动力分配系数β_i在图中阴影区域即满足ECE制动法规对M3类汽车的要求。同时，制动力分配系数β_i在0.31～0.535之间时，在一般制动强度下，均能满足ECE制动法规对汽车制动力的要求。根据公式

可做出β线的上限和下限，如图3所示。可以看出，若满足ECE制动法规对M3类汽车的要求，客车的制动强度z，在满载时应小于0.965，空载时应小于0.606。

4再生制动力分配

本发明的具体研究思路为：考虑总的前、后轮制动力最好按照I曲线变化，从而在任何附着系数的路面上获得最大制动力；同时摩擦制动系统希望改动较少，仍能按照固定比值进行前、后轮制动力的分配，这样将I曲线和β线的纵坐标差值由驱动后轮通过再生制动实现。而β线斜率的确定将以尽量提高再生制动的能量回收率为准则。

由本发明相关的设计资料可知，电动客车选用的电机可提供的最大再生制动转矩为955N·m，并且电机的制动转速在1200r/min内均可以提供。

依据公式

可得电机提供的最大再生制动力为10269N。根据本专利的研究思路，当满载I曲线确定后，过点(0，F_{max_r})做满载I曲线的切线，将切线向下平移经过原点后确定β线。在此思路下进行计算，最终得到设计的前、后轮制动力分配曲线如图4所示。由图可见，I曲线和β线的交点对应的制动强度为0.852，在前文计算的满载时β线对应的最大制动强度0.965范围内，符合ECE制动法规对M3类汽车的要求。

1)制动强度较大时(z＞0.7)，视为紧急制动工况。为保证制动可靠性，仅由摩擦制动参与，其前、后轮制动力的分配如图4中β线所示；

2)制动强度一般状态下(z≤0.7)，总制动力由再生制动和摩擦制动按照控制策略共同承担，分别沿β线和I曲线减去β线的差值采用摩擦制动和再生制动的复合制动。为确保再生制动力的有效利用，并保持总制动力等于I曲线的需求制动力，使摩擦制动力从0逐步增加，按原车β线进行制动；

3)当电池组SOC>0.9时，为保护电池组，停止给电池组充电，采用仅机械摩擦制动；当电机转速n_m<200r/min时，考虑到电动机的发电效率低和制动能量回收能力小，同样采用仅机械摩擦制动。

本发明提供一种纯电动客车在摩擦制动系统改动较小的前提下，有效提高再生制动能量回收率，并保证高效的制动效能的控制策略。它包括下述步骤：依据制动力的分配基本理论和ECE制动法规，确定了制动力分配系数β_i的变化范围；制动强度一般状态下，总制动力由再生制动和摩擦制动按照控制策略共同承担，为确保再生制动力的有效利用，并保持总制动力等于I曲线的需求制动力，使摩擦制动力从0逐步增加，按原车β线进行制动，再生制动力等于I曲线减去β线的差值；β线斜率的确定将以尽量提高再生制动的能量回收率和ECE制动法规的要求为准则。

Claims (3)

1.一种纯电动客车再生制动控制方法，其特征是：包括下述步骤：

1)按I曲线计算需要的总制动力F_U；

2)计算出需要电机提供的再生制动力F_need；

3)计算出需要电机在约束条件下的再生制动力F_req；

4)前后轴的摩擦制动力按β线分配，当F_req＞F_need时，电机的再生制动力等于按I曲线计算的制动力数值减去按β线计算的制动力数值；当F_req≤F_need时，电机的再生制动力等于F_req；

所述β线确定方法：在前、后轮制动力分配曲线图上，画出满载I曲线，过点(0，Fmax_r)做满载I曲线的切线，将切线向下平移经过原点后得到β线；其中Fmax_r为电机提供的最大实际再生制动力；

Tmax_r为最大再生制动转矩；Pmax_r为电机当前最大功率；Πi为总传动比；η_t为传动效率；n_m为电机当前转速；n_rated为电机额定转速；r为车轮半径。

2.如权利要求1所述的一种纯电动客车再生制动控制方法，其特征是：纯电动客车总质量大于3.5吨，且是后轮驱动型；制动力分配系数β_i的变化范围满足：

制动力分配系数在根据制动强度要求得到的制动力分配系数的上限和下限范围内；前轮和后轮制动力分配系数在因总质量大于3.5吨，而得到的前轮和后轮制动力分配系数的上限和下限范围内；后轮制动力分配系数要大于在制动强度大于等于0.3时，后轮制动力分配系数的下限。

3.如权利要求1所述的一种纯电动客车再生制动控制方法，其特征是：在步骤1)之前有步骤：

0)开始制动时，若纯电动客车的电池组SOC≤0.9或者电机转速n_m≥200r/min，且制动强度≤0.7时再进行后续步骤1)、2)、3)、4)，否则只进行摩擦制动。

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