CN113799614B - 四轮独立驱动电动车制动能量回收控制方法和系统 - Google Patents

四轮独立驱动电动车制动能量回收控制方法和系统 Download PDF

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Abstract

本发明提出了一种四轮独立驱动电动车制动能量回收控制方法和系统。方法包括：接收车辆的制动请求，基于车辆当前状态判断是否满足制动能量回收条件，若满足制动能量回收条件，则进行制动能量回收处理，基于驾驶员需求制动扭矩、当前电机转速下最大扭矩以及电池最大电流对应的最大扭矩，得到电机扭矩值；否则进行非制动能量回收处理，根据制动踏板行程百分比的变化输出对应的电机扭扭；对电机转动产生的电流进行回收，用于电机驱动和电池包充电。本发明区分制动能量回收和非制动能量回收，可以最大限度地实现能量回收利用，提高电池续航能力。

Description

四轮独立驱动电动车制动能量回收控制方法和系统
技术领域
本发明属于汽车技术领域，具体涉及一种四轮独立驱动电动车制动能量回收控制方法和系统。
背景技术
在对电动车的研发中，如何提高电动车的续航里程是一个热点研究方向。除了通过增大电池蓄能和提升传动效率外，制动能量回收技术亦成为重要研究方向。制动能量回收又称再生制动，是指汽车在减速或制动时，通过与驱动系统相连的能量转换装置，把汽车的一部分动能转化为其他形式的能量储存起来；同时，能量转换过程中产生的电机制动力矩又可通过传动系统对驱动轮施加制动，产生制动力。在减速或制动的同时达到回收制动能量的目的，并尽量减少制动器摩擦片的磨损。
能量回收过程中，并非所有机械能都可以再生转化为电能，而只有驱动轮上的部分能量可以通过传动系统，转化为电能；其余大部分能量随制动转化为热能损耗掉。
发明内容
发明目的：本发明的目的是提供一种四轮独立驱动电动车制动能量回收的控制方法，可以增加回收的制动能量，用于对电池包进行充电，增大电池包的续航能力。
本发明还提供一种四轮独立驱动电动车制动能量回收控制系统以及电动车。
技术方案：为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
根据第一方面，提供一种四轮独立驱动电动车制动能量回收控制方法，包括以下步骤：
接收车辆的制动请求，基于车辆当前状态判断是否满足制动能量回收条件，若满足制动能量回收条件，则进行制动能量回收处理，否则进行非制动能量回收处理，其中，
在进行制动能量回收处理时，基于驾驶员需求制动扭矩Tbrake、当前电机转速下最大扭矩Tω_max以及电池最大电流对应的最大扭矩TSOC_max中的最小值，得到电机扭矩值Tm；
在进行非制动能量回收处理时，根据制动踏板行程百分比的变化输出对应的电机扭矩，若制动踏板行程百分比小于预设阈值，根据驾驶员需求加速扭矩Tacc、当前电机转速下最大扭矩Tω_max以及电池最大电流对应的最大扭矩TSOC_max中的最小值，得到电机扭矩值Tm；否则电机扭矩为0；
对电机转动产生的电流进行回收，用于电机驱动和电池包充电。
根据第一方面的某些实施方式，车辆当前状态包括电池SOC，车速，电机转速及制动踏板状态。
根据第一方面的某些实施方式，制动能量回收条件包括：第一子条件：电池SOC是否小于其最大限定值；第二子条件：当前车速是否大于第一车速阈值；第三子条件：电机转速是否大于第一转速阈值；以及第四子条件，主缸压力传感器所传递的主缸压力是否不小于主缸压力阈值。
根据第一方面的某些实施方式，基于车辆当前状态判断是否满足制动能量回收条件包括：判断电池SOC是否小于其最大限定值，若满足此第一子条件，则进入判断当前车速是否大于第一车速阈值，若满足此第二子条件，则进入判断电机转速是否大于第一转速阈值，若满足此第三子条件，则进入判断主缸压力传感器所传递的主缸压力是否不小于主缸压力阈值，若此第四子条件成立，则确定满足制动能量回收条件；其中若有任一子条件不满足，则确定不满足制动能量回收条件。
根据第一方面的某些实施方式，所述方法还包括：当电机扭矩值Tm为正且电池SOC低于指定阈值时，电机驱动扭矩Tdrive为0；否则设置电机驱动扭矩Tdrive为所得到的电机扭矩值Tm。
根据第二方面，提供一种四轮独立驱动电动车制动能量回收控制系统，包括：
能量回收判断模块，被配置为接收车辆的制动请求，基于车辆当前状态判断是否满足制动能量回收条件，若满足制动能量回收条件，则调用制动能量回收处理模块进行制动能量回收处理，否则调用非制动能量回收处理模块进行非制动能量回收处理；
制动能量回收处理模块，被配置为基于驾驶员需求制动扭矩Tbrake、当前电机转速下最大扭矩Tω_max以及电池最大电流对应的最大扭矩TSOC_max中的最小值，得到电机扭矩值Tm；
非制动能量回收处理模块，被配置为根据制动踏板行程百分比的变化输出对应的电机扭矩，若制动踏板行程百分比小于预设阈值，根据驾驶员需求加速扭矩、当前电机转速下最大扭矩Tω_max以及电池最大电流对应的最大扭矩TSOC_max中的最小值，得到电机扭矩值Tm，否则电机扭矩为0；
能量回收使用模块，被配置为对电机转动产生的电流进行回收，用于电机驱动和电池包充电。
根据第二方面的某些实施方式，车辆当前状态包括电池SOC，车速，电机转速及制动踏板状态。
根据第二方面的某些实施方式，能量回收判断模块包括：第一判断单元，用于判断电池SOC是否小于其最大限定值；第二判断单元，用于判断当前车速是否大于第一车速阈值；第三判断单元，用于判断电机转速是否大于第一转速阈值；以及第四判断单元，用于判断主缸压力传感器所传递的主缸压力是否不小于主缸压力阈值。
根据第二方面的某些实施方式，基于车辆当前状态判断是否满足制动能量回收条件包括：第一判断单元判断电池SOC是否小于其最大限定值，若满足此条件，则进入第二判断单元进行判断当前车速是否大于第一车速阈值，若满足此条件，则进入第三判断单元进行判断电机转速是否大于第一转速阈值，若满足此条件，则进入第四判断单元进行判断主缸压力传感器所传递的主缸压力是否不小于主缸压力阈值，若此条件成立，则确定满足制动能量回收条件；其中若有任一判断单元的条件不满足，则确定不满足制动能量回收条件。
根据第二方面的某些实施方式，所述系统还包括：电机控制模块，被配置为当电机扭矩值Tm为正且电池SOC低于指定阈值时，设置电机驱动扭矩Tdrive为0；否则设置电机驱动扭矩Tdrive为所得到的电机扭矩值Tm。
根据第三方面，提供一种四轮独立驱动电动车，该电动车利用如本发明第一方面所述的能量回收控制方法或包含如本发明第二方面所述的能量回收控制系统。
有益效果：本发明提供一种四轮独立驱动电动车制动能量回收的控制方法和系统，区分制动能量回收和非制动能量回收，能够最大限度的回收制动能量，延长蓄电池续航能力，同时起到保护电池的作用。
附图说明
图1为本发明实施例提供的电动车制动能量回收控制方法的流程图；
图2为本发明实施例提供的制动能量回收处理流程；
图3为本发明实施例提供的非制动能量回收处理流程；
图4为本发明实施例提供的仿真验证流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案作进一步说明。
为实现制动能量回收最大化，本发明建立一种纯电动车制动能量回收控制策略。首先根据电池SOC，车速，电机转速及制动踏板状态确定是否进行制动能量回收，然后进入制动能量回收子模块或非制动能量回收子模块，进行目标扭矩计算；同时还要进行制动器压强计算。
参照图1，一种四轮独立驱动电动车制动能量回收的控制方法，包括如下步骤：当驾驶员进行制动时，接收制动请求并判断是否满足当前制动能量回收的条件；
在一个实施例中，判断过程包括：
(1)判断电池包SOC能否满足电流回收的条件，如果电池包SOC小于其最大限定值，则进入下一步(2)，例如，电池包电量小于90％才会能量回收；
(2)判断当前车速是否大于预设车速阈值，例如15km/h，若满足条件则进入下一步(3)；
(3)判断电机转速是否大于预设转速阈值，例如1000r/min，若满足条件则进入下一步(4)；
(4)获取主缸压力传感器所传递的主缸压力，判断主缸压力是否不小于主缸压力阈值，根据主缸压力可以获知制动踏板状态，是否在制动过程中，该压力阈值根据车的状态调整，如果条件成立，则进入下一步(5)，图1示例中，γbrake>0.05时进入下一步中；
(5)进行制动能量回收，计算目标扭矩值Tm，判断Tm及SOC是否同时满足条件，如果满足条件则不再施加驱动力，保持当前的制动状态。在图1的示例中，Tm>0且SOC<0.2的情况下，驱动扭矩Tdrive＝0，否则驱动扭矩Tdrive＝Tm。
制动能量回收工况下，制动踏板行程与驾驶员需求制动扭矩成线性比例，电机转速亦影响了电机扭矩。另外，由于本纯电动汽车电机发电的能量储存在锂电池中，因此，电机发电电流不能超过电池峰值最大充电电流。
制动能量回收工况下的具体的能量管理策略如图2所示。其中，基于驾驶员需求制动扭矩Tacc、当前电机转速下最大扭矩Tω_max以及电池最大充电电流对应的最大发电扭矩TSOC_max，根据它们当中的最小值得到电机扭矩值。
电机扭矩首先取决于驾驶员的操纵命令，同时还受电池、电机当前状态的影响。电池SOC的值直接制约了电机输出的功率，表示为T(SOC(t))；而电机在不同的转速下，其可输出扭矩的最大值也不同，表示为T(ωm(t))，因此有：
Tacc＝γacc×Tmax
Tbrake＝γbrake×Tmax
TSOC_max＝T(SOC(t))
Tω_max＝T(ωm(t))
其中，γacc为加速踏板行程百分比，γbrake制动踏板行程百分比。SOC(t)为电池当前SOC，其决定了允许的电机最大扭矩TSOC_max。ωm(t)，Tacc为电机当前实际转速及扭矩，Tω_max为当前转速下电机最大扭矩，Tmax为电机最大扭矩。
非制动能量回收工况下，制动踏板若踩下，电机扭矩直接置零。只有当制动踏板未踩下时，才考虑加速踏板，其扭矩同样受加速踏板行程及电机转速影响，另外电池SOC及最大放电电流直接限制了其对电机的输出功率。
非制动能量回收工况下的具体能量管理策略如图3所示。控制逻辑主要是根据制动踏板行程百分比的变化，输出对应的电机扭矩，当制动踏板行程百分比大于0.05时，汽车开始制动，有制动扭矩输出，完全制动时(即制动踏板行程百分比为1)，制动扭矩达到最大值；当制动踏板行程百分比小于0.05时，模块中输入值为1，满足判定条件，则电机扭矩为Tmin。反之，则为0。
本发明提出一种四轮独立驱动电动车制动能量回收的控制策略，利用在实车上配置的相应传感器，将检测到的数据实时传输到ECU进行处理。通过用来检测电动车的制动压力传感器，采集车速的车速传感器，用于对制动力实时分配的控制器，所述的制动控制分配器能够根据当前制动传感器以及车速传感器进行参数配置的设置。通过整车控制模块向电机发出指令使得电机反转时产生负的扭矩，同时电机反转时也会产生电流，由电机控制器将产生的电流整合发给电流回收模块，回收的电流模块可以通过输出模块用于电机驱动和用来给电池包充电；通过SOC检测模块可以根据当前SOC状态值，判断是否进行制动能量回收，当SOC值小于预定值时，电流回收模块通过输送模块用于电池包的充电模式，反之，则会停止对电池包充电。
在一个实施例中，一种四轮独立驱动电动车制动能量回收控制系统，包括：
能量回收判断模块，被配置为接收车辆的制动请求，基于车辆当前状态判断是否满足制动能量回收条件，若满足制动能量回收条件，则调用制动能量回收处理模块进行制动能量回收处理，否则调用非制动能量回收处理模块进行非制动能量回收处理；
制动能量回收处理模块，被配置为基于驾驶员需求制动扭矩Tbrake、当前电机转速下最大扭矩Tω_max以及电池最大电流对应的最大扭矩TSOC_max中的最小值，得到电机扭矩值Tm；
非制动能量回收处理模块，被配置为根据制动踏板行程百分比的变化输出对应的电机扭矩，若制动踏板行程百分比小于预设阈值，根据驾驶员需求加速扭矩、当前电机转速下最大扭矩Tω_max以及电池最大电流对应的最大扭矩TSOC_max中的最小值，得到电机扭矩值Tm，否则电机扭矩为0；
能量回收使用模块，被配置为对电机转动产生的电流进行回收，用于电机驱动和电池包充电。
能量回收判断模块基于以下车辆当前状态进行判断：电池SOC，车速，电机转速及制动踏板状态。
具体而言，能量回收判断模块包括：第一判断单元，用于判断电池SOC是否小于其最大限定值；第二判断单元，用于判断当前车速是否大于第一车速阈值；第三判断单元，用于判断电机转速是否大于第一转速阈值；以及第四判断单元，用于判断主缸压力传感器所传递的主缸压力是否不小于主缸压力阈值。
能量回收判断模块基于车辆当前状态判断是否满足制动能量回收条件具体包括：第一判断单元判断电池SOC是否小于其最大限定值，若满足此条件，则进入第二判断单元进行判断当前车速是否大于第一车速阈值，若满足此条件，则进入第三判断单元进行判断电机转速是否大于第一转速阈值，若满足此条件，则进入第四判断单元进行判断主缸压力传感器所传递的主缸压力是否不小于主缸压力阈值，若此条件成立，则确定满足制动能量回收条件；其中若有任一判断单元的条件不满足，则确定不满足制动能量回收条件。
系统还包括电机控制模块，被配置为当电机扭矩值Tm为正且电池SOC低于指定阈值时，设置电机驱动扭矩Tdrive为0；否则设置电机驱动扭矩Tdrive为所得到的电机扭矩值Tm。
驾驶员需求制动扭矩Tbrake、驾驶员需求加速扭矩Tacc、当前电机转速下最大扭矩Tω_max以及电池最大电流对应的最大扭矩TSOC_max计算方式同上述方法实施例中，此处不再赘述。
电动汽车正常行驶时，电动机是一个能将电能转化为机械能的装置。而这个转化过程常见的是通过电磁场的能量变化来传递能量和转化能量的，从更直观的力学角度来讲，主要体现为磁场大小的变化。电动机接通电源，产生电流，构建了磁场。交变的电流产生了心变的磁场，当绕组们在物理空间上呈一定角度布置时，将产生圆形旋转磁场。运动是相对的，等于该磁场被其空间作用范围内的导体进行了切割，于是导体两端建立了感应电动势，通过导体本身和链接部件，构成了回路，产生了电流，形成了一个载流导体，该载流导体在旋转磁场中将受到力的作用，这个力最终成为电动机输出扭矩中的力。当电动汽车减速和制动时，即切除电源时，电动汽车电机惯性转动，此时通过电路切换，往转子中提供相比而言功率较小的励磁电源，产生磁场，该磁场通过转子的物理旋转，切割定子的绕组，于是定子感应出电动势，也成逆电动势，此时电动机反转，功能与发电机相同，是一个将机械能转化为电能的装置，所产生的电流通过功率变化器接入蓄电池，即为能量回馈，至此制动能量回收过程完成。
图4示出了根据本发明一实施例中仿真实验流程图。整车模型与能量管理模型建立完成后，就可以进行联合仿真。基于此建立某电动车型的仿真模型，并在NEDC工况下运行得到百公里能耗结果为：没有制动能量回收策略的百公里耗电为20.45kwh；有制动能量回收策略的百公里耗电为17.54kwh，相比于没有能量回收策略的模型，能耗降低2.97kwh。
应当理解，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (6)

1.一种四轮独立驱动电动车制动能量回收控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
接收车辆的制动请求，基于车辆当前状态判断是否满足制动能量回收条件，若满足制动能量回收条件，则进行制动能量回收处理，否则进行非制动能量回收处理，其中，
在进行制动能量回收处理时，基于驾驶员需求制动扭矩Tbrake、当前电机转速下最大扭矩Tω_max以及电池最大电流对应的最大扭矩TSOC_max中的最小值，得到电机扭矩值Tm；
在进行非制动能量回收处理时，根据制动踏板行程百分比的变化输出对应的电机扭矩，若制动踏板行程百分比小于预设阈值，根据驾驶员需求加速扭矩Tacc、当前电机转速下最大扭矩Tω_max以及电池最大电流对应的最大扭矩TSOC_max中的最小值，得到电机扭矩值Tm；否则电机扭矩为0；
对电机转动产生的电流进行回收，用于电机驱动和电池包充电；
其中，所述车辆当前状态包括电池SOC，车速，电机转速及制动踏板状态；所述制动能量回收条件包括：第一子条件：电池SOC是否小于其最大限定值；第二子条件：当前车速是否大于第一车速阈值；第三子条件：电机转速是否大于第一转速阈值；以及第四子条件，主缸压力传感器所传递的主缸压力是否不小于主缸压力阈值；
所述基于车辆当前状态判断是否满足制动能量回收条件包括：判断电池SOC是否小于其最大限定值，若满足此第一子条件，则进入判断当前车速是否大于第一车速阈值，若满足此第二子条件，则进入判断电机转速是否大于第一转速阈值，若满足此第三子条件，则进入判断主缸压力传感器所传递的主缸压力是否不小于主缸压力阈值，若此第四子条件成立，则确定满足制动能量回收条件；其中若有任一子条件不满足，则确定不满足制动能量回收条件。
2.根据权利要求1所述的四轮独立驱动电动车制动能量回收控制方法，其特征在于，所述方法还包括：当电机扭矩值Tm为正且电池SOC低于指定阈值时，电机驱动扭矩Tdrive为0；否则设置电机驱动扭矩Tdrive为所得到的电机扭矩值Tm。
3.根据权利要求1所述的四轮独立驱动电动车制动能量回收控制方法，其特征在于，所述驾驶员需求制动扭矩Tbrake、驾驶员需求加速扭矩Tacc、当前电机转速下最大扭矩Tω_max以及电池最大电流对应的最大扭矩TSOC_max计算方式如下：
Tacc＝γacc×Tmax
Tbrake＝γbrake×Tmax
TSOC_max＝T(SOC(t))
Tω_max＝T(ωm(t))
其中，γacc为加速踏板行程百分比，γbrake制动踏板行程百分比，SOC(t)为电池在时刻t的SOC，其决定了允许的电机最大扭矩TSOC_max；ωm(t)、Tacc为电机当前实际转速及扭矩，Tmax为电机最大扭矩。
4.一种四轮独立驱动电动车制动能量回收控制系统，其特征在于，包括：
能量回收判断模块，被配置为接收车辆的制动请求，基于车辆当前状态判断是否满足制动能量回收条件，若满足制动能量回收条件，则调用制动能量回收处理模块进行制动能量回收处理，否则调用非制动能量回收处理模块进行非制动能量回收处理；
制动能量回收处理模块，被配置为基于驾驶员需求制动扭矩Tbrake、当前电机转速下最大扭矩Tω_max以及电池最大电流对应的最大扭矩TSOC_max中的最小值，得到电机扭矩值Tm；
非制动能量回收处理模块，被配置为根据制动踏板行程百分比的变化输出对应的电机扭矩，若制动踏板行程百分比小于预设阈值，根据驾驶员需求加速扭矩、当前电机转速下最大扭矩Tω_max以及电池最大电流对应的最大扭矩TSOC_max中的最小值，得到电机扭矩值Tm，否则电机扭矩为0；
能量回收使用模块，被配置为对电机转动产生的电流进行回收，用于电机驱动和电池包充电；
其中，车辆当前状态包括电池SOC，车速，电机转速及制动踏板状态；能量回收判断模块包括：第一判断单元，用于判断电池SOC是否小于其最大限定值；第二判断单元，用于判断当前车速是否大于第一车速阈值；第三判断单元，用于判断电机转速是否大于第一转速阈值；以及第四判断单元，用于判断主缸压力传感器所传递的主缸压力是否不小于主缸压力阈值；
基于车辆当前状态判断是否满足制动能量回收条件包括：第一判断单元判断电池SOC是否小于其最大限定值，若满足此条件，则进入第二判断单元进行判断当前车速是否大于第一车速阈值，若满足此条件，则进入第三判断单元进行判断电机转速是否大于第一转速阈值，若满足此条件，则进入第四判断单元进行判断主缸压力传感器所传递的主缸压力是否不小于主缸压力阈值，若此条件成立，则确定满足制动能量回收条件；其中若有任一判断单元的条件不满足，则确定不满足制动能量回收条件。
5.根据权利要求4所述的四轮独立驱动电动车制动能量回收控制系统，其特征在于，所述系统还包括：电机控制模块，被配置为当电机扭矩值Tm为正且电池SOC低于指定阈值时，设置电机驱动扭矩Tdrive为0；否则设置电机驱动扭矩Tdrive为所得到的电机扭矩值Tm。
6.一种四轮独立驱动电动车，该电动车利用如权利要求1-3中任一项所述的能量回收控制方法或包含如权利要求4-5中任一项所述的能量回收控制系统。
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