CN111516660A - 一种用于无轨电车的制动力分配方法及系统 - Google Patents

一种用于无轨电车的制动力分配方法及系统 Download PDF

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李传武
陈波
王鲜艳
许振好
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Abstract

本发明提供一种用于无轨电车的制动力分配方法和系统，所述方法包括制动总阀输出信号、确定减速度、确定整车所需制动力，还包括：比较再生制动力最大值与整车所需制动力的大小关系，和/或，比较再生制动力最大值与设置再生制动轮轴所需制动力的大小关系，根据制动力大小关系，对各轮轴制动力进行分配；所述系统使用所述制动力分配方法进行制动力分配。本发明综合考虑制动总阀信号、再生制动力最大值、载荷以及ECAS气囊压力，精确控制制动力的输出，实现再生制动最大能量回收。

Description

一种用于无轨电车的制动力分配方法及系统
本发明是一种用于无轨电车的制动力分配方法及系统的分案申请，原申请的申请日：2018年10月30日，申请号：2018112739440，发明创造名称：一种用于无轨电车的制动力分配方法及系统。
技术领域
本发明涉及无轨电车领域，具体涉及一种用于无轨电车的制动力分配方法及系统。
背景技术
新能源公交车能大大降低整车运行中的油耗并能降低尾气的排放，其中纯电动公交车更能实现零排放，但纯电动公交车因对行驶里程的需求，电池容量较大，成本高且寿命有限，充换电站的建设和维护成本也较高，而无轨电车直接采用电网供电，无需定点充换电，符合新能源公交车的发展方向，日益受到了人们的关注。
普通的制动方式会把车的动能以摩擦的方式直接转化成热能释放到空气中，这造成了极大的能源浪费。再生制动可以将新能源车的动能转化成电能后存储起来或者直接通过电网回收，针对再生制动在新能源车领域的应用得到了越来越多的研究。
申请号为201510954254.1，名称为：用于再生制动协作控制中控制制动力的方法及系统的发明专利申请公开了一种控制制动力的方法，包括通过控制器在制动期间将前轮和后轮中的至少一个的再生制动力生成至参考减速，来分配前轮制动力和后轮制动力；其中，生成基于参考制动分配比分配的前轮再生制动力和后轮再生制动力，并且然后，仅所述后轮再生制动力被生成达到后轮再生制动力极限，该方法可以有效提高燃料效率并改良制动性能。但是该方法仅适用于具有两个轮轴的环保车辆，一旦无轨电车的轮轴数量多于两个，该方法将不再适用。
发明内容
为解决以上技术问题，本发明提供了一种用于无轨电车的制动力分配方法及系统，其适用于具有两个及两个以上轮轴的无轨电车。
本发明的一方面提供：一种用于无轨电车的制动力分配方法，包括制动总阀输出信号、确定减速度、确定整车所需制动力，还包括：比较再生制动力最大值与整车所需制动力的大小关系，和/或，比较再生制动力最大值与设置再生制动轮轴所需制动力的大小关系；根据制动力大小关系，对各轮轴制动力进行分配。
优选的是，根据所述制动总阀信号确定减速度。
上述任一方案优选的是，所述制动总阀为电控制动总阀。
上述任一方案优选的是，根据所述减速度和整车载荷确定整车所需制动力。
上述任一方案优选的是，再生制动力最大值大于等于整车所需制动力时，由再生制动力提供整车所需制动力。
上述任一方案优选的是，再生制动力最大值大于等于整车所需制动力时，不比较再生制动力最大值与设置再生制动轮轴所需制动力的大小关系。
上述任一方案优选的是，再生制动力最大值小于整车所需制动力时，比较再生制动力最大值与设置再生制动轮轴所需制动力的大小关系。
上述任一方案优选的是，再生制动力最大值小于整车所需制动力，且再生制动力最大值大于等于设置再生制动轮轴所需制动力时，再生制动提供最大制动力，非再生制动轮轴(未设置再生制动的轮轴)的制动结构提供剩余所需制动力。
上述任一方案优选的是，非再生制动轮轴的制动结构按照各非再生制动轮轴载荷占非再生制动轮轴总载荷的比值提供制动力。
上述任一方案优选的是，再生制动力最大值小于整车所需制动力，且再生制动力最大值小于设置再生制动轮轴所需制动力时，再生制动提供最大制动力，所有轮轴的非再生制动结构提供剩余所需制动力。
上述任一方案优选的是，再生制动力最大值随转速值的变化而变化，各轮轴的载荷也在不断变化，制动力分配根据实时值进行。
本发明的另一方面提供：一种用于无轨电车的制动力分配系统，包括制动总阀、再生制动结构、非再生制动结构，所述制动总阀与所述再生制动结构、非再生制动结构连接，所述制动力分配系统使用所述制动力分配方法进行制动力分配。
优选的是，所述制动力分配系统还包括电控空气悬架系统(ECAS)系统。
上述任一方案优选的是，所述制动总阀为电控制动总阀。
上述任一方案优选的是，所述再生制动结构至少包括电机和电机电子控制单元(TCU)。
上述任一方案优选的是，所述电机提供再生制动力。
上述任一方案优选的是，所述电机接受所述电机电子控制单元(TCU)的控制。
上述任一方案优选的是，所述无轨电车的至少一个轮轴上安装有所述电机。
上述任一方案优选的是，所述非再生制动结构为气压制动结构。
上述任一方案优选的是，所述非再生制动结构至少包括单通道模块和单通道模块电子控制单元(EBCU)。
上述任一方案优选的是，所述单通道模块提供气压制动力形式的非再生制动力。
上述任一方案优选的是，所述单通道模块包括进气电磁阀、排气电磁阀、备压阀、继动阀、压力传感器和电子控制单元(ECU)。
上述任一方案优选的是，所述ECU与所述EBCU连接，接收所述EBCU发送的信息，并向所述EBCU反馈信息。
上述任一方案优选的是，所述单通道模块接受所述单通道模块电子控制单元(EBCU)的控制。
上述任一方案优选的是，所述无轨电车的每个轮轴都配置有单通道模块。
上述任一方案优选的是，所述TUC与所述EBCU连接，向所述EBCU发送信号。
上述任一方案优选的是，制动总阀踏板被踩下时，制动总阀输出信号给TCU和EBCU，所述TCU控制所述电机，所述EBCU控制所述单通道模块，二者协同工作，共同完成对整车各个轮轴的制动力分配。
上述任一方案优选的是，所述TCU和所述EBCU分别根据所述制动总阀信号确定减速度，进而确定整车所需制动力。
上述任一方案优选的是，所述TCU和所述EBCU比较再生制动力最大值与整车所需制动力的大小关系，和/或，比较再生制动力最大值与设置再生制动轮轴所需制动力的大小关系，根据制动力大小关系，对各轮轴制动力进行分配。
上述任一方案优选的是，所述电机可提供的再生制动力最大值大于等于整车所需制动力时，由所述TCU控制所述电机提供整车所需制动力，所述EBCU控制所述单通道模块不输出制动力。
上述任一方案优选的是，所述电机可提供的再生制动力最大值大于等于整车所需制动力时，不比较再生制动力最大值与设置电机轮轴所需制动力的大小关系。
上述任一方案优选的是，所述电机可提供的再生制动力最大值小于整车所需制动力时，比较所述电机可提供的再生制动力最大值与设置电机轮轴所需制动力的大小关系。
上述任一方案优选的是，所述电机可提供的再生制动力最大值小于整车所需制动力，且再生制动力最大值大于等于设置电机轮轴所需制动力时，所述TCU控制所述电机提供最大制动力，向所述EBCU传输信号，告知所述EBCU所述电机已提供最大制动力及最大值动力的值，所述EBCU根据整车所需制动力、TCU发送信号以及非电机制动轮轴载荷，控制未设置电机轮轴的单通道模块提供剩余所需制动力。
上述任一方案优选的是，所述EBCU按照各未设置电机轮轴的载荷占未设置电机轮轴总载荷的比值，控制所述单通道模块提供制动力。
上述任一方案优选的是，所述所述电机可提供的再生制动力最大值小于整车所需制动力，且再生制动力最大值小于于设置电机轮轴所需制动力时，所述TCU控制所述电机提供最大制动力，向所述EBCU传输信号，告知所述EBCU所述电机已提供最大制动力及最大值动力的值，所述EBCU根据整车所需制动力、TCU发送信号以及非电机制动轮轴载荷，控制所有轮轴的单通道模块提供剩余所需制动力。
上述任一方案优选的是，所述单通道模块向所述EBCU反馈输出制动力信息。
上述任一方案优选的是，所述ECAS与所述EBCU连接，向所述EBCU发送气囊压力信号。
上述任一方案优选的是，所述EBCS计算单通道模块所需输出的制动力时，同时考虑所述ECAS向所述EBCS传输的气囊压力信号。
上述任一方案优选的是，所述电机所能提供的最大制动力随转速值的变化而变化，各轮轴的载荷也在不断变化，所述TCU和所述EBCU根据实时值进行制动力分配。
本发明的用于无轨电车的制动力分配方法及系统，适用于具有两个及两个以上轮轴的无轨电车制动力分配，综合考虑制动总阀信号、电机所能提供的制动力、各轮轴载荷以及ECAS气囊压力，计算电机、单通道模块在不同状态下所需输出的制动力，可以精确控制制动力的输出，实现再生制动最大能量回收。
附图说明
图1为按照本发明的用于无轨电车的制动力分配方法的一优选实施例的流程示意图。
图2为按照本发明的用于无轨电车的制动力分配方法的如图1所示实施例的制动状态示意图。
图3为按照本发明的用于无轨电车的制动力分配系统的一优选实施例的系统框架图。
图4为按照本发明的用于无轨电车的制动力分配系统的如图3所示实施例的制动力分配方法流程示意图。
具体实施方式
为了更好地理解本发明，下面结合具体实施例对本发明作详细说明。
实施例1
如图1所示，一种用于无轨电车的制动力分配方法，包括制动总阀输出信号、根据所述制动总阀信号确定减速度、根据所述减速度和整车载荷确定整车所需制动力，还包括：比较再生制动力最大值与整车所需制动力的大小关系，和/或，比较再生制动力最大值与设置再生制动轮轴所需制动力的大小关系；根据制动力大小关系，对各轮轴制动力进行分配。
根据再生制动力最大值与整车所需制动力的大小关系，和/或，再生制动力最大值与设置再生制动轮轴所需制动力的大小关系，将制动状态分为三种状态：当再生制动力最大值大于等于整车所需制动力时，处于状态一；当再生制动力最大值小于整车所需制动力，且再生制动力最大值大于等于设置再生制动轮轴所需制动力时，处于状态二；当再生制动力最大值小于整车所需制动力，且再生制动力最大值小于设置再生制动轮轴所需制动力时，处于状态三。
如图2所示，无轨电车的制动过程中，无轨电车的减速度与制动总阀踏板行程成正相关的关系，踏板行程越大，减速度越大，当制动踏板行程最大时，无轨电车减速度达到最大值。随着无轨电车制动踏板行程从最小不断增大至最大，制动状态从状态一转换为状态二再转换为状态三。
处于状态一时，再生制动力最大值大于等于整车所需制动力，不比较再生制动力最大值与设置再生制动轮轴所需制动力的大小关系，由再生制动力提供整车所需制动力。处于状态二时，再生制动力最大值小于整车所需制动力，且再生制动力最大值大于等于设置再生制动轮轴所需制动力，由再生制动提供最大制动力，非再生制动轮轴的制动结构提供剩余所需制动力，非再生制动轮轴的制动结构按照各非再生制动轮轴载荷占非再生制动轮轴总载荷的比值提供制动力。处于状态三时，再生制动力最大值小于整车所需制动力，且再生制动力最大值小于设置再生制动轮轴所需制动力，由再生制动提供最大制动力，所有轮轴的非再生制动结构提供剩余所需制动力。再生制动力最大值随转速值的变化而变化，各轮轴的载荷也在不断变化，制动力分配根据实时值进行。
实施例2
如图3所示，一种用于无轨电车的制动力分配系统，使用所述制动力分配方法进行制动力分配，包括制动总阀、再生制动结构、非再生制动结构。所述制动总阀为电控制动总阀，所述再生制动结构包括电机和电机电子控制单元(TCU)，所述电机接受所述TCU的控制，提供再生制动力。所述非再生制动结构为气压制动结构，包括单通道模块和单通道模块电子控制单元(EBCU)，所述单通道模块提供气制动力形式的非再生制动力，所述单通道模块包括进气电磁阀、排气电磁阀、备压阀、继动阀、压力传感器和电子控制单元(ECU)，接受所述EBCU的控制，所述ECU与所述EBCU连接，接收所述EBCU发送的信息并向所述EBCU反馈信息。所述制动总阀向所述TCU和所述EBCU传输制动踏板信号。所述制动力分配系统还包括电控空气悬架系统(ECAS)系统，所述ECAS与所述EBCU连接，向所述EBCU发送气囊压力信号。
所述无轨电车轮轴数量为6个，编号为轮轴1～轮轴6，针对每个轮轴设置有相应的单通道模块，即单通道模块的数量也为6个，编号为单通道模块1～单通道模块6，所有单通道模块接受所述EBCU的控制，并向所述EBCU反馈信息；轮轴1和轮轴6设置有相应的电机，分别编号为电机1和电机6，电机1和电机6接受所述TCU的控制。
用FV表示整车所需制动力，Dv表示与制动总阀踏板行程对应的减速度；WX表示编号为X的轮轴的载荷，其中X的取值为1、2、3、4、5或6，WV＝W1+W2+W3+W4+W5+W6，表示车总载荷，W25＝W2+W3+W4+W5，表示轮轴2、轮轴3、轮轴4和轮轴5的总载荷；FM表示电机制动力总和，FM_MAX表示电机制动力最大值，FM_X，X取值为1或6，表示轮轴1或轮轴6的电机制动力；FNet＝FV－FM，表示整车所需气制动力，FX，表示编号为X的轮轴所需的气制动力，X取值为1、2、3、4、5或6。
在无轨电车制动过程中，所述电机所能提供的最大制动力FM_MAX随转速值的变化而变化，各轮轴的载荷WX也在不断变化，其中X的取值为1、2、3、4、5或6，制动状态一、状态二和状态三的切换以及所需输出的制动力均根据实时值计算。
制动状态在状态一、状态二和状态三之间切换的条件为：
电机可提供的制动力满足整车制动力的需求，即：
FM_MAX>FV……………………………
Figure BDA0002472154760000082
和，电机可提供的制动力超过电机所在轮轴所需的制动力，即：
FM_X>Dv×WX，X取值为1或6…………
Figure BDA0002472154760000083
无轨电车制动时，制动总阀踏板被踩下，制动总阀输出制动总阀踏板行程信号给TCU和EBCU，TCU和EBCU根据制动总阀踏板行程信号确定所述无轨电车的减速度，进而根据减速度和整车载荷确定整车所需制动力。
当电机可提供的制动力可以满足整车制动力的需求，即满足条件
Figure BDA0002472154760000081
时，整车所需制动力为：FV＝Dv×WV，此时，处于制动状态一，所述TCU控制所述电机输出整车所需求的制动力，所述EBCU控制所述各轮轴单通道模块不输出制动力，即：
电机输出制动力为：FM＝FV＝Dv×WV…………………………………①
各单通道模块输出气制动力为：
FX＝0，X取值1、2、3、4、5或6………………②
当电机可提供的制动力无法满足整车制动力的需求，但是又超过了电机所在轮轴所需的制动力，即不满足条件
Figure BDA0002472154760000092
但是满足条件
Figure BDA0002472154760000093
也即：
FM_MAX<FV，且，FM_X>Dv×WX，X取值为1或6
时，整车所需制动力为：FV＝Dv×WV，此时，处于制动状态二，所述TCU控制所述电机提供最大制动力，并且向所述EBCU传输信号，告知所述EBCU所述电机已提供最大制动力及最大值动力的值，然后所述EBCU根据整车所需制动力、TCU发送的电机已提供的制动力以及非电机制动轮轴载荷，按照各非电机制动轮轴载荷占非电机制动轮轴总载荷的比值计算各非电机制动轮轴所需气制动力，控制单通道模块输出相应气制动力，即：
电机输出制动力为：FM＝FM_MAX………………………………………③
整车所需气制动力为：FNet＝FV－FMt＝Dv×WV－FM；
各非电机制动轮轴单通道模块输出制动力为：
Figure BDA0002472154760000091
X取值为2、3、4或5……④
当电机可提供的制动力无法满足整车制动力的需求，且无法满足电机所在轮轴制动力的需求，即条件
Figure BDA0002472154760000094
和条件
Figure BDA0002472154760000095
同时不满足，也即：
FM_MAX<FV，且，FM_X<Dv×WX，X取值为1或6
时，整车所需制动力为：FV＝Dv×WV，此时，处于制动状态三，所述TCU控制所述电机提供最大制动力，所述TCU向所述EBCU传输信号，告知所述EBCU所述电机已提供最大制动力及最大值动力的值，所述EBCU根据整车制动力需求、电机提供的最大制动力值以及每个轮轴的载荷，计算每个轮轴所对应的单通道模块需要输出的气制动力，并控制所有单通道模块输出所需的制动力，即：
电机输出制动力为：
FM＝FM_MAX………………………………………⑤
轮轴1或轮轴6单通道模块输出气制动力为：
FX＝Dv×WX－FM_X，X取值为1或6………………⑥
各非电机控制轮轴单通道模块输出气制动力为：
FX＝Dv×WX，X取值为2、3、4或5……………⑦
如图4所示，制动总阀踏板被踩下时，制动总阀输出信号给TCU和EBCU，所述TCU和所述EBCU分别根据所述制动总阀信号确定减速度，进而确定整车所需制动力，然后对是否满足所述条件
Figure BDA0002472154760000101
和/或所述条件
Figure BDA0002472154760000102
进行判断，然后所述TCU控制所述电机，所述EBCU控制所述单通道模块，二者协同工作，共同完成对整车各个轮轴的制动力分配。若满足条件
Figure BDA0002472154760000103
所述TCU按照式①控制所述电机输出制动力，所述EBCU按照式②控制所述单通道模块输出气制动力。若不满足条件
Figure BDA0002472154760000104
但是满足条件
Figure BDA0002472154760000105
所述TCU按照式③控制所述电机输出制动力，所述EBCU按照式④控制所述单通道模块输出气制动力。若既不满足条件
Figure BDA0002472154760000106
也不满足条件
Figure BDA0002472154760000107
所述TCU按照式⑤控制所述电机输出制动力，所述EBCU按照式⑥和式⑦控制所述单通道模块输出气制动力。
需要说明的是，以上实施例仅用于说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的技术人员应该理解：其可以对前述实施例记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换，而这些替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种用于无轨电车的制动力分配方法，适用于具有两个及两个以上轮轴的无轨电车，包括制动总阀输出信号、确定减速度、确定整车所需制动力，其特征在于：还包括：比较再生制动力最大值与整车所需制动力的大小关系，和/或，比较再生制动力最大值与设置再生制动轮轴所需制动力的大小关系；根据制动力大小关系，对各轮轴制动力进行分配；再生制动力最大值大于等于整车所需制动力时，由再生制动力提供整车所需制动力；再生制动力最大值小于整车所需制动力，且再生制动力最大值大于等于设置再生制动轮轴所需制动力时，再生制动提供最大制动力，非再生制动轮轴的制动结构提供剩余所需制动力，非再生制动轮轴的制动结构按照各非再生制动轮轴载荷占非再生制动轮轴总载荷的比值提供制动力，再生制动力最大值随转速值的变化而变化，各轮轴的载荷也在不断变化，制动力分配根据实时值进行。
2.一种用于无轨电车的制动力分配系统，包括制动总阀、再生制动结构、非再生制动结构，所述制动总阀与所述再生制动结构、非再生制动结构连接，其特征在于：使用如权利要求1所述制动力分配方法进行制动力分配。
3.如权利要求2所述的用于无轨电车的制动力分配系统，其特征在于：所述制动力分配系统还包括电控空气悬架系统ECAS系统。
4.如权利要求2所述的用于无轨电车的制动力分配系统，其特征在于：所述再生制动结构至少包括电机和电机电子控制单元TCU，所述电机提供再生制动力，接受所述电机电子控制单元TCU的控制，所述无轨电车的至少一个轮轴上安装有所述电机。
5.如权利要求2所述的用于无轨电车的制动力分配系统，其特征在于：所述非再生制动结构为气压制动结构，至少包括单通道模块和单通道模块电子控制单元EBCU，所述单通道模块提供气制动力形式的非再生制动力，接受所述单通道模块电子控制单元EBCU的控制。
6.如权利要求5所述的用于无轨电车的制动力分配系统，其特征在于：所述单通道模块包括进气电磁阀、排气电磁阀、备压阀、继动阀、压力传感器和电子控制单元ECU，所述ECU与所述EBCU连接，接收所述EBCU发送的信息并向所述EBCU反馈信息。
7.如权利要求6所述的用于无轨电车的制动力分配系统，其特征在于：所述无轨电车的每个轮轴都配置有单通道模块。
8.如权利要求4或6所述的用于无轨电车的制动力分配系统，其特征在于：所述TUC与所述EBCU连接，向所述EBCU发送信号。
9.如权利要求8所述的用于无轨电车的制动力分配系统，其特征在于：制动总阀踏板被踩下时，制动总阀输出信号给TCU和EBCU，所述TCU控制所述电机，所述EBCU控制所述单通道模块，二者协同工作，共同完成对整车各个轮轴的制动力分配。
10.如权利要求9所述的用于无轨电车的制动力分配系统，其特征在于：所述TCU和所述EBCU分别根据所述制动总阀信号确定减速度，进而根据减速度和整车载荷确定整车所需制动力。
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