CN111873807A - 一种纯电动汽车单轴串联制动能量回收方法及系统 - Google Patents

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CN111873807A CN202010812312.8A CN202010812312A CN111873807A CN 111873807 A CN111873807 A CN 111873807A CN 202010812312 A CN202010812312 A CN 202010812312A CN 111873807 A CN111873807 A CN 111873807A
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Abstract

本发明公开了一种纯电动汽车单轴串联制动能量回收方法及系统，包括，制动踏板信号传感器将制动信号传送给所述整车控制器以判断是否进行制动能量回收；所述液压制动主缸根据制动踏板力对前后轴制动力按比例进行分配；所述整车控制器根据电池特性、电机特性和车速等限制条件判断是否启动电机制动；当SOC值满足20％<SOC<90％且车速v>10km/h时启动所述电机制动，并计算出所述电机所能提供的最大制动力Fmax；根据计算结果确定所述电机参与制动的制动力并将汽车动能转化为电能储存到电池中，完成单轴串联制动能量回收。本发明在前轴液压制动回路安装调压阀以实现对前轴液压制动力的控制，制动时优先采用电制动，提高制动回收效率。

Description

一种纯电动汽车单轴串联制动能量回收方法及系统
技术领域
本发明涉及新能源汽车的技术领域，尤其涉及一种纯电动汽车单轴串联制动能量回收方法及系统。
背景技术
纯电动汽车作为新能源交通工具，正在受到越来越多的关注和推广，动力电池作为纯电动汽车的唯一能量源给电动机提供能量，但是由于电池技术的瓶颈，目前电池的能量密度低，致使纯电动汽车的续航不理想。
能量回收系统是纯电动汽车实现延长车辆续航的有效手段之一，利用电动机的再生制动功能，将车辆在刹车过程中损失的动能通过电机转化为电能再次利用，可以实现纯电动汽车的整体能耗降低，延长续航。
目前，纯电动汽车的制动能量回收系统有两种，一种是并联制动能量回收系统，即电机的制动能量回收系统与液压制动系统进行简单叠加；一种是串联制动能量回收系统，即将电机的制动能量回收系统与液压制动系统进行单独控制。并联制动能量回收系统由于系统过于简单，能量的回收效果较差；串联制动能量回收系统由于需要对车辆的制动系统重新设计，使得系统较为复杂，成本较高。
发明内容
本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。
鉴于上述现有存在的问题，提出了本发明。
因此，本发明解决的技术问题是：如何提高纯电动汽车的制动能量回收效率。
为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：包括，制动踏板信号传感器将制动信号传送给所述整车控制器以判断是否进行制动能量回收；所述液压制动主缸根据制动踏板力对前后轴制动力按比例进行分配；所述整车控制器根据电池特性、电机特性和车速等限制条件判断是否启动电机制动；当SOC值满足20％<SOC<90％且车速v>10km/h时启动所述电机制动，并计算出所述电机所能提供的最大制动力Fmax；根据计算结果确定所述电机参与制动的制动力并将汽车动能转化为电能储存到电池中，完成单轴串联制动能量回收。
作为本发明所述的一种纯电动汽车单轴串联制动能量回收方法的一种优选方案，其中：判断是否进行所述制动能量回收，包括，当所述制动踏板踩下时触发所述制动踏板信号传感器将所述制动信号传送给所述整车控制器；所述整车控制器认定驾驶员需要制动，若电池SOC满足20％<SOC<90％且车速v>10km/h时，则启动所述电机制动进行制动能量回收；若所述电池SOC或所述车速不满足条件，则关闭所述电机制动。
作为本发明所述的一种纯电动汽车单轴串联制动能量回收方法的一种优选方案，其中：所述分配包括，所述驾驶员踩踏所述制动踏板的力形成制动踏板力，利用制动主缸产生相应的前后轴液压制动力；所述液压制动主缸利用两个独立的油缸分别控制前后轴的液压制动力成比例输出。
作为本发明所述的一种纯电动汽车单轴串联制动能量回收方法的一种优选方案，其中：计算所述最大制动力Fmax包括，
Figure BDA0002631460980000021
其中，Tmax为电机峰值转矩，单位N·m，r为车轮半径，单位m，Pmax为电机峰值功率，单位kW，n为电机转速，nb为电机额定转速，r/min。
作为本发明所述的一种纯电动汽车单轴串联制动能量回收方法的一种优选方案，其中：确定所述电机参与制动的制动力包括，当所述电机最大制动力Fmax大于等于前轴所需制动力Ff时，所述前轴制动力由电机制动提供，所述制动能量回收效率最高；当所述电机最大制动力Fmax小于所述前轴所需制动力Ff时，所述前轴制动力由电机制动和前轴液压制动联合提供：Ff＝Fb+Fmax。
作为本发明所述的一种纯电动汽车单轴串联制动能量回收系统的一种优选方案，其中：包括，制动模块包括制动踏板和制动踏板信号传感器，所述制动踏板连接于液压制动主缸以传输踏板力，所述制动踏板信号传感器安装在所述制动踏板上并与整车控制器电连接，其用于采集所述制动踏板的行程信号并传送给所述整车控制器；所述液压制动主缸，用于将制动踏板力转换为液压制动力并按照比例进行前、后轴制动力分配；所述整车控制器，用于计算前轴所需制动力和电机所能提供的再生制动力并向所述电机和液压控制模块发生信号指令；所述液压控制模块包括液压控制电路和调压阀，其用于控制前轴的液压制动力。
作为本发明所述的一种纯电动汽车单轴串联制动能量回收系统的一种优选方案，其中：所述整车控制器接收所述制动踏板信号传感器的制动信号，计算出车辆所需的总制动力以及所述前轴所需的制动力，分析、计算所述电机能提供的所述制动力，控制所述电机与所述液压控制模块同时工作。
作为本发明所述的一种纯电动汽车单轴串联制动能量回收系统的一种优选方案，其中：所述液压控制模块接收所述整车控制器的信号指令，调节前轴液压制动力并与所述电机制动力共同工作完成制动。
作为本发明所述的一种纯电动汽车单轴串联制动能量回收系统的一种优选方案，其中：所述电机与电池电连接，当所述电机接受所述整车控制器进行电制动时，汽车的动能经过所述电机转变为电能并存储在所述电池中。
作为本发明所述的一种纯电动汽车单轴串联制动能量回收系统的一种优选方案，其中：所述整车控制器还用于计算制动时前轴所需的电机再生制动力。
本发明的有益效果：本发明在前轴液压制动回路安装调压阀以实现对前轴液压制动力的控制，制动时优先采用电制动，提高制动回收效率，同时，对于原有制动系统改动不大，成本较低；另一方面，本发明通过电动机的再生制动，将车辆在刹车过程中损失的动能通过电机转化为电能再次利用，降低纯电动汽车的整体能耗，延长续航。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。其中：
图1为本发明第一个实施例所述的一种纯电动汽车单轴串联制动能量回收方法的流程示意图；
图2为本发明第二个实施例所述的一种纯电动汽车单轴串联制动能量回收系统的模块结构分布示意图；
图3为本发明第二个实施例所述的一种纯电动汽车单轴串联制动能量回收系统的又一种模块结构分布示意图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合说明书附图对本发明的具体实施方式做详细的说明，显然所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明的保护的范围。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
其次，此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。
本发明结合示意图进行详细描述，在详述本发明实施例时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本发明保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。
同时在本发明的描述中，需要说明的是，术语中的“上、下、内和外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一、第二或第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
本发明中除非另有明确的规定和限定，术语“安装、相连、连接”应做广义理解，例如：可以是固定连接、可拆卸连接或一体式连接；同样可以是机械连接、电连接或直接连接，也可以通过中间媒介间接相连，也可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
实施例1
参照图1，为本发明的第一个实施例，提供了一种纯电动汽车单轴串联制动能量回收方法，包括：
S1：制动踏板信号传感器102将制动信号传送给整车控制器300以判断是否进行制动能量回收。其中需要说明的是，判断是否进行制动能量回收，包括：
当制动踏板101踩下时触发制动踏板信号传感器102将制动信号传送给整车控制器300；
整车控制器300认定驾驶员需要制动，若电池SOC满足20％<SOC<90％且车速v>10km/h时，则启动电机制动进行制动能量回收；
若所述电池SOC或所述车速不满足条件，则关闭所述电机制动。
S2：液压制动主缸200利用制动踏板力的比例对前后轴制动力进行分配。本步骤需要说明的是，分配包括：
驾驶员踩踏制动踏板101的力形成制动踏板力，利用制动主缸产生相应的前后轴液压制动力；
液压制动主缸200利用两个独立的制动主缸分别控制前后轴的液压制动力成比例输出。
S3：整车控制器300根据电池特性、电机特性和车速等限制条件判断是否启动电机制动。其中还需要说明的是，判断是否启动电机制动包括：
电池特性为电池SOC值要满足20％＜SOC＜90％；
电机特性为电机转速，且电机转速与车速是一一对应的，则由车速进行表示；
若电池SOC值满足20％＜SOC＜90％、车速满足v＞10km/h时，则制动能量回收系统开启。
具体的，还需要说明的是：
当电池SOC值过高时，为了避免对电池进行过充，设置上限值90％；
当电池SOC值过低时，车辆启动跛行回家模式，设置下限值20％；
当制动时若电机转速过低，电机进行电制动所再生的能量小于电机损耗的能量，故不进行制动能量回收，将电机转速转化为车速，得到车速要满足v>10km/h，故而满足上诉两条件才能够进行有效的制动能量回收。
S4：当SOC值满足20％<SOC<90％且车速v>10km/h时启动电机制动，并计算出电机所能提供的最大制动力Fmax。本步骤还需要说明的是，计算最大制动力Fmax包括：
Figure BDA0002631460980000061
其中，Tmax为电机峰值转矩，单位N·m，r为车轮半径，单位m，Pmax为电机峰值功率，单位kW，n为电机转速，nb为电机额定转速，r/min。
S5：根据计算结果确定电机参与制动的制动力并将汽车动能转化为电能储存到电池中，完成单轴串联制动能量回收。其中还需要说明的是，确定电机参与制动的制动力包括：
当电机最大制动力Fmax大于等于前轴所需制动力Ff时，前轴制动力由电机制动提供，制动能量回收效率最高；
当电机最大制动力Fmax小于前轴所需制动力Ff时，前轴制动力由电机制动和前轴液压制动联合提供：Ff＝Fb+Fmax，制动能量回收效率最高(仅靠电机的再生制动力不能满足制动，需要液压制动力进行补充)。
优选的，本实施例还需要说明的是，现有的纯电动汽车控制制动能量回收方法根据纯电动汽车的运行参数满足预定义的能量条件时确定纯电动汽车的当前制动状态，得到回馈扭矩，在输出扭矩后，当运行参数不满足预定义的能量回收条件时，由电涡流缓速器输出目标扭矩，以此控制纯电动汽车制动能量回收，该方法主要解决的技术问题是如何解决电动汽车在退出制动能量回收时缺少电制动扭矩造成的安全隐患和在回馈时输出扭矩的准确性，其仅考虑制动能量回收时的安全隐患而未能涉及到制动能量回收效率，且不能准确的对刹车力度进行判断，从而增加或缩短制动距离，存在严重的安全隐患。
为了更好地对本发明方法中采用的技术效果加以验证说明，本实施例选择以电动汽车并联式制动能量回收方法与本发明方法进行实时对比测试，以科学论证的手段对比试验结果，以验证本发明方法所具有的真实效果；传统的电动汽车并联式制动能量回收方法的制动能量回收率较低，制动响应速度慢，为验证本发明方法相较于传统方法具有较高的制动能量回收效率和较快的响应速度，本实施例中将分别采用传统方法与本发明方法分别对某一品牌的纯电动汽车进行实时测量对比，开启自动化测试设备并运用MATLB仿真实现两种方法分别针对汽车刹车时产生的制动能量回收率的测试，每种方法各测试十组数据，计算获得每组数据的误差，与仿真模拟输入的实际制动参数进行误差对比计算，结果如下表所示。
表1：制动能量回收效率对比测试对比表。
Figure BDA0002631460980000071
参照表1，能够直观的看出，由于传统方法的复杂系统造成的制动传感反应较慢较长，传统方法在仿真模拟过程中的刹车制动反应时间大于本发明方法的反应时间，且差距较大，传统方法在实时采集(仿真模拟过程中)电动汽车的制动参数时，由于制动反应时间较长，故而产生了较大的影响误差，制动回收效率不高，因此，根据数据结果的显示，验证了本发明方法具有较高的制动能量回收效率。
实施例2
目前，纯电动汽车的制动能量回收系统多是并联制动能量回收系统，电机的制动力与机械制动力进行简单叠加，该系统的实现对原有车辆的刹车系统改动较小，成本较低，但是制动能量回收效率低,少部分汽车采用串联制动能量回收系统，但是由于需要对车辆的制动系统重新设计，使得系统较为复杂，成本较高。
参照图2和图3，为本发明的第二个实施例，该实施例不同于第一个实施例的是，提供了一种纯电动汽车单轴串联制动能量回收系统，包括，制动模块100、液压制动主缸200、整车控制器300和液压控制模块400，具体的，制动模块100包括制动踏板101和制动踏板信号传感器102，制动踏板101连接于液压制动主缸200以传输踏板力，制动踏板信号传感器102安装在制动踏板上并与整车控制器300电连接，其用于采集制动踏板101的行程信号并传送给整车控制器300液压制动主缸200，用于将制动踏板力转换为液压制动力并按照比例进行前、后轴制动力分配；整车控制器300，用于计算前轴所需制动力和电机所能提供的再生制动力并向电机和液压控制模块400发生信号指令；液压控制模块400包括液压控制电路401和调压阀402，其用于控制前轴的液压制动力。
较佳的是，整车控制器300接收制动踏板信号传感器102的制动信号，计算出车辆所需的总制动力以及前轴所需的制动力、电机再生制动力，分析、计算电机能提供的再生制动力，控制电机与液压控制模块400同时工作；液压控制模块400接收整车控制器300的信号指令，调节前轴液压制动力并与电机制动力共同工作完成制动，电机与电池电连接，当电机接受整车控制器300进行电制动时，汽车的动能经过电机转变为电能并存储在电池中。
通俗地说，电制动是指电机控制器收到整车控制器的指令，调低定子磁场旋转频率而产生的电机制动，而转子由于惯性依然利用原来的转速旋转，当电机的转子速度超过电机同步磁场的旋转速度时，转子切割磁力线的方向反转，转子绕组所产生的电磁转矩与转子的旋转方向相反，转子受力，减速，电机处于制动状态；同时转子反向切割磁力线的动作，使得电动机产生了反向电动势，电机端电压高于供电的动力电池组端电压，电机工作状态切换至发电机，具备给电池充电的条件，由此，汽车的动能经过电机转变为电能并存储在电池中。
优选的，本实施例还需要说明的是，本发明通过对传统纯电动汽车的并联制动能量回收系统进行驱动轴(前轴)的制动系统改造，在前轴的液压管路上安装调压阀，能够灵活调节前轴的液压制动力，使驱动轴需求制动力最大限度的由电机的再生制动力提供，故而使得驱动轴形成串联式的制动能量回收系统。
应当认识到，本发明的实施例可以由计算机硬件、硬件和软件的组合、或者通过存储在非暂时性计算机可读存储器中的计算机指令来实现或实施。所述方法可以使用标准编程技术-包括配置有计算机程序的非暂时性计算机可读存储介质在计算机程序中实现，其中如此配置的存储介质使得计算机以特定和预定义的方式操作——根据在具体实施例中描述的方法和附图。每个程序可以以高级过程或面向对象的编程语言来实现以与计算机系统通信。然而，若需要，该程序可以以汇编或机器语言实现。在任何情况下，该语言可以是编译或解释的语言。此外，为此目的该程序能够在编程的专用集成电路上运行。
此外，可按任何合适的顺序来执行本文描述的过程的操作，除非本文另外指示或以其他方式明显地与上下文矛盾。本文描述的过程(或变型和/或其组合)可在配置有可执行指令的一个或多个计算机系统的控制下执行，并且可作为共同地在一个或多个处理器上执行的代码(例如，可执行指令、一个或多个计算机程序或一个或多个应用)、由硬件或其组合来实现。所述计算机程序包括可由一个或多个处理器执行的多个指令。
进一步，所述方法可以在可操作地连接至合适的任何类型的计算平台中实现，包括但不限于个人电脑、迷你计算机、主框架、工作站、网络或分布式计算环境、单独的或集成的计算机平台、或者与带电粒子工具或其它成像装置通信等等。本发明的各方面可以以存储在非暂时性存储介质或设备上的机器可读代码来实现，无论是可移动的还是集成至计算平台，如硬盘、光学读取和/或写入存储介质、RAM、ROM等，使得其可由可编程计算机读取，当存储介质或设备由计算机读取时可用于配置和操作计算机以执行在此所描述的过程。此外，机器可读代码，或其部分可以通过有线或无线网络传输。当此类媒体包括结合微处理器或其他数据处理器实现上文所述步骤的指令或程序时，本文所述的发明包括这些和其他不同类型的非暂时性计算机可读存储介质。当根据本发明所述的方法和技术编程时，本发明还包括计算机本身。计算机程序能够应用于输入数据以执行本文所述的功能，从而转换输入数据以生成存储至非易失性存储器的输出数据。输出信息还可以应用于一个或多个输出设备如显示器。在本发明优选的实施例中，转换的数据表示物理和有形的对象，包括显示器上产生的物理和有形对象的特定视觉描绘。
如在本申请所使用的，术语“组件”、“模块”、“系统”等等旨在指代计算机相关实体，该计算机相关实体可以是硬件、固件、硬件和软件的结合、软件或者运行中的软件。例如，组件可以是，但不限于是：在处理器上运行的处理、处理器、对象、可执行文件、执行中的线程、程序和/或计算机。作为示例，在计算设备上运行的应用和该计算设备都可以是组件。一个或多个组件可以存在于执行中的过程和/或线程中，并且组件可以位于一个计算机中以及/或者分布在两个或更多个计算机之间。此外，这些组件能够从在其上具有各种数据结构的各种计算机可读介质中执行。这些组件可以通过诸如根据具有一个或多个数据分组(例如，来自一个组件的数据，该组件与本地系统、分布式系统中的另一个组件进行交互和/或以信号的方式通过诸如互联网之类的网络与其它系统进行交互)的信号，以本地和/或远程过程的方式进行通信。
应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种纯电动汽车单轴串联制动能量回收方法，其特征在于：包括，
制动踏板信号传感器将制动信号传送给所述整车控制器以判断是否进行制动能量回收；
所述液压制动主缸根据制动踏板力对前后轴制动力按比例进行分配；
所述整车控制器根据电池特性、电机特性和车速等限制条件判断是否启动电机制动；
当SOC值满足20％<SOC<90％且车速v>10km/h时启动所述电机制动，并计算出所述电机所能提供的最大制动力Fmax；
根据计算结果确定所述电机参与制动的制动力并将汽车动能转化为电能储存到电池中，完成单轴串联制动能量回收。
2.根据权利要求1所述的纯电动汽车单轴串联制动能量回收方法，其特征在于：判断是否进行所述制动能量回收，包括，
当所述制动踏板踩下时触发所述制动踏板信号传感器将所述制动信号传送给所述整车控制器；
所述整车控制器认定驾驶员需要制动，若电池SOC满足20％<SOC<90％且车速v>10km/h时，则启动所述电机制动进行制动能量回收；
若所述电池SOC或所述车速不满足条件，则关闭所述电机制动。
3.根据权利要求2所述的纯电动汽车单轴串联制动能量回收方法，其特征在于：所述分配包括，
所述驾驶员踩踏所述制动踏板的力形成制动踏板力，利用制动主缸产生相应的前后轴液压制动力；
所述液压制动主缸利用两个独立的油缸分别控制前后轴的液压制动力成比例输出。
4.根据权利要求3所述的纯电动汽车单轴串联制动能量回收方法，其特征在于：计算所述最大制动力Fmax包括，
Figure FDA0002631460970000011
其中，Tmax为电机峰值转矩，单位N·m，r为车轮半径，单位m，Pmax为电机峰值功率，单位kW，n为电机转速，nb为电机额定转速，r/min。
5.根据权利要求1～4任一所述的纯电动汽车单轴串联制动能量回收方法，其特征在于：确定所述电机参与制动的制动力包括，
当所述电机最大制动力Fmax大于等于前轴所需制动力Ff时，所述前轴制动力由电机制动提供，所述制动能量回收效率最高；
当所述电机最大制动力Fmax小于所述前轴所需制动力Ff时，所述前轴制动力由电机制动和前轴液压制动联合提供：Ff＝Fb+Fmax。
6.一种纯电动汽车单轴串联制动能量回收系统，其特征在于：包括，
制动模块(100)包括制动踏板(101)和制动踏板信号传感器(102)，所述制动踏板(101)连接于液压制动主缸(200)以传输踏板力，所述制动踏板信号传感器(102)安装在所述制动踏板上并与整车控制器(300)电连接，其用于采集所述制动踏板(101)的行程信号并传送给所述整车控制器(300)；
所述液压制动主缸(200)，用于将制动踏板力转换为液压制动力并按照比例进行前、后轴制动力分配；
所述整车控制器(300)，用于计算前轴所需制动力和电机所能提供的再生制动力并向所述电机和液压控制模块(400)发生信号指令；
所述液压控制模块(400)包括液压控制电路(401)和调压阀(402)，其用于控制前轴的液压制动力。
7.根据权利要求6所述的纯电动汽车单轴串联制动能量回收系统，其特征在于：所述整车控制器(300)接收所述制动踏板信号传感器(102)的制动信号，计算出车辆所需的总制动力以及所述前轴所需的制动力，分析、计算所述电机能提供的所述制动力，控制所述电机与所述液压控制模块(400)同时工作。
8.根据权利要求6或7所述的纯电动汽车单轴串联制动能量回收系统，其特征在于：所述液压控制模块(400)接收所述整车控制器(300)的信号指令，调节前轴液压制动力并与所述电机制动力共同工作完成制动。
9.根据权利要求8所述的纯电动汽车单轴串联制动能量回收系统，其特征在于：所述电机与电池电连接，当所述电机接受所述整车控制器(300)进行电制动时，汽车的动能经过所述电机转变为电能并存储在所述电池中。
10.根据权利要求9所述的纯电动汽车单轴串联制动能量回收系统，其特征在于：所述整车控制器(300)还用于计算制动时前轴所需的电机再生制动力。
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