CN114714916A - 一种氢燃料电池汽车制动能量回收方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种氢燃料电池汽车制动能量回收方法及系统，其方法包括：基于车辆的制动踏板开度，确定整车制动强度；当车辆速度、电池电荷状态值和所述整车制动强度同时满足预设判断条件时，启动电机再生制动模式；引入不舒适度指数，将车辆速度、整车制动强度和不舒适度指数输入模糊控制器进行处理，得到再生制动力权重系数；当整车制动强度落在第一预设区间时，车辆采用小强度制动方式，再将电机最大制动力转化为电能储存到电池中；当整车制动强度落在第二预设区间时，车辆采用中强度制动方式，再将受到再生制动力权重系数约束的电机制动力转换为电能储存到电池中。本发明可实现在车辆制动时保证制动能量回收效率，同时提高乘客的乘坐舒适性。
Description
技术领域
本发明涉及新能源汽车技术领域，具体是涉及一种氢燃料电池汽车制动能量回收方法及系统。
背景技术
目前新能源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，可在原有液压制动的前提下将电机产生的再生制动力矩直接附加在摩擦转矩上，即进行简单的力矩叠加；另一种是串联制动能量回收系统，可依据当前车辆制动状况对再生制动和摩擦制动进行合理分配。然而，这两种制动能量回收系统仍存在一定的优缺点：并联制动能量回收系统的结构简单且成本低、便于实现，但其达到的能量回收效率低下；串联制动能量回收系统需要对车辆原有的制动系统进行重新设计，实施难度大且成本较高。更为重要的一点是，目前很多学者对现有新能源汽车的改进集中在提升制动能量回收效率，但却往往忽略在车辆制动时乘客乘坐舒适性的改善。
发明内容
本发明提供一种氢燃料电池汽车制动能量回收方法及系统，以解决现有技术中所存在的一个或多个技术问题，至少提供一种有益的选择或创造条件。
本发明实施例提供一种氢燃料电池汽车制动能量回收方法，所述方法包括：
基于车辆的制动踏板开度，确定整车制动强度；
当车辆速度、电池电荷状态值和所述整车制动强度同时满足预设判断条件时，启动电机再生制动模式；
引入不舒适度指数作为评价乘客乘坐舒适性的重要参数，将所述车辆速度、所述整车制动强度和所述不舒适度指数输入模糊控制器进行处理，得到再生制动力权重系数；
当所述整车制动强度落在第一预设区间时，车辆采用小强度制动方式，再将电机最大制动力转化为电能储存到电池中；
当所述整车制动强度落在第二预设区间时，车辆采用中强度制动方式，再将受到所述再生制动力权重系数约束的电机制动力转换为电能储存到电池中。
进一步地，所述不舒适度指数的确定过程为：
创建制动工况与乘客乘坐舒适性之间的映射关系表；
获取车辆的减速度和减速度变化率，再通过查找所述映射关系表获取对应的不舒适度指数。
进一步地，在所述模糊控制器内部已预先存储有一个包括若干个自变量和单个因变量的再生制动力权重系数规则库，其中所述若干个自变量包括车辆速度区间、整车制动强度区间和不舒适度指数区间，所述单个因变量为再生制动力权重系数区间。
进一步地，所述将车辆速度、整车制动强度和不舒适度指数输入模糊控制器进行处理，得到再生制动力权重系数包括：
根据所述车辆速度所属的车辆速度区间、所述整车制动强度所属的整车制动强度区间以及所述不舒适度指数所属的不舒适度指数区间，从所述再生制动力权重系数规则库中匹配筛选出对应的再生制动力权重系数区间；
利用所述模糊控制器自带的Mamdani模糊推理法从该再生制动力权重系数区间中确定一个合适的再生制动力权重系数。
进一步地，当所述整车制动强度落在第一预设区间时满足条件为Z≤Z1，当所述整车制动强度落在第二预设区间时满足条件为Z1<Z≤Z2，其中Z为整车制动强度、Z1为预设的最小制动强度、Z2为预设的最大制动强度。
进一步地，所述小强度制动方式表现为：
当电机最大制动力大于等于前轴所需制动力时，前轴所需制动力全部由电机制动单独提供，其中电机制动所提供的制动力为电机最大制动力；
当电机最大制动力小于前轴所需制动力时，前轴所需制动力由电机制动和前轴液压制动联合提供，其中电机制动所提供的制动力为电机最大制动力。
进一步地，所述中强度制动方式表现为：前轴所需制动力由电机制动和前轴液压制动联合提供，后轴所需制动力全部由后轴液压制动单独提供，其中电机制动所提供的制动力为所述再生制动力权重系数与前轴所需制动力的乘积。
进一步地，所述基于车辆的制动踏板开度，确定整车制动强度包括：
根据所述制动踏板开度，通过查看预先拟定的关联性曲线获取对应的主缸需求制动压强，进而计算出整车制动强度。
进一步地，所述预设判断条件为：
其中，SOC为电池电荷状态值，v为车辆速度，Z为整车制动强度，Z2为预设的最大制动强度。
另外，本发明实施例还提供一种氢燃料电池汽车制动能量回收系统，所述系统包括：
至少一个处理器；
至少一个存储器，用于存储至少一个程序；
当所述至少一个程序被所述至少一个处理器执行，使得所述至少一个处理器实现实现上述任一项所述的氢燃料电池汽车制动能量回收方法。
本发明至少具有以下有益效果：在电机再生制动模式启动的情况下，通过对车辆所发生的不同制动程度制定相对应的制动能量回收策略，由此可以最大程度地保证车辆的制动能量回收效率，从而降低车辆整体能耗以延长续航。通过引入不舒适度指数并将其作为制动能量回收策略制定的一个考量参数，将使得乘客在车辆制动时的乘坐舒适性得到改善。
附图说明
附图用来提供对本发明技术方案的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明的技术方案，并不构成对本发明技术方案的限制。
图1是本发明实施例中的一种氢燃料电池汽车制动能量回收方法的流程示意图；
图2是本发明实施例中的制动踏板开度与主缸需求制动压强之间的关联性曲线示意图；
图3是本发明实施例中的不舒适度指数与乘客乘坐舒适性之间的关联性曲线示意图；
图4是本发明实施例中的车辆速度、整车制动强度与再生制动力权重系数之间的映射关系曲面图；
图5是本发明实施例中的车辆速度、不舒适度指数与再生制动力权重系数之间的映射关系曲面图；
图6是本发明实施例中的整车制动强度、不舒适度指数与再生制动力权重系数之间的映射关系曲面图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
需要说明的是，虽然在系统示意图中进行了功能模块划分，在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于系统中的模块划分，或流程图中的顺序执行所示出或描述的步骤。说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。
请参考图1，图1是本发明实施例提供的一种氢燃料电池汽车制动能量回收方法的流程示意图，所述方法包括如下步骤：
S101、基于车辆的制动踏板开度，确定整车制动强度。
在本发明实施例中，由技术人员预先拟定如图2所示的关联性曲线，再从所述关联性曲线中查看获取车辆的制动踏板开度所对应的主缸需求制动压强，进而计算出整车制动强度为：
其中，Z为整车制动强度，Tb为车辆所需制动力距，G为整车质量，rb为制动器有效半径，2指代制动器前轴或者后轴上有两个摩擦片，pb为主缸需求制动压强，Ab为制动器有效面积，ηb为制动器效率，ub为制动器摩擦系数，cb为制动系数，且以上各个参数中仅有pb的取值随制动工况的变化而变化。
S102、当车辆速度、电池电荷状态值和所述整车制动强度同时满足预设判断条件时，启动电机再生制动模式。
在本发明实施例中，所述预设判断条件为：
其中，SOC为电池电荷状态值，v为车辆速度，Z2为预设的最大制动强度。
需要说明的是，当所述车辆速度或者所述电池电荷状态值或者所述整车制动强度不符合所述预设判断条件时，关闭电机再生制动模式且无法进行制动能量回收；此外，当所述整车制动强度不符合所述预设判断条件(即Z>Z2)时，判断车辆处于紧急制动状态，前轴所需制动力全部由前轴液压制动单独提供，后轴所需制动力全部由后轴液压制动单独提供。
S103、判断所述整车制动强度落在第一预设区间或者落在第二预设区间。
具体的，当判断所述整车制动强度落在第一预设区间(即满足Z≤Z1，其中Z1为预设的最小制动强度)时，继续执行步骤S104；或者，当判断所述整车制动强度落在第二预设区间(即满足Z1<Z≤Z2)时，跳转执行步骤S105。
S104、车辆采用小强度制动方式，再将电机最大制动力转化为电能储存到电池中。
在本发明实施例中，车辆采用小强度制动方式的具体表现如下：当电机最大制动力大于等于前轴所需制动力时，前轴所需制动力全部由电机制动单独提供，其中电机制动所提供的制动力为电机最大制动力；或者，当电机最大制动力小于前轴所需制动力时，前轴所需制动力由电机制动和前轴液压制动联合提供，其中电机制动所提供的制动力为电机最大制动力，而前轴液压制动所提供的制动力为：Fuf＝Fuf0-Fmax，其中Fuf0为前轴所需制动力、Fmax为电机最大制动力。
在本发明实施例中，车辆在执行小强度制动过程中，电机所产生的制动转矩将使得车辆速度降低，同时车辆制动所产生的惯性能经过传动系统反馈至电机，再将该惯性能转化为电能对电池进行充电，此时所达到的电池充电功率为：
其中：
式中，P1为车辆在执行小强度制动时所达到的电池充电功率，r为车轮半径，n为电机转速，Tmax为电机峰值扭矩，ne为电机额定转速，Pmax为电机峰值功率。
S105、引入不舒适度指数作为评价乘客乘坐舒适性的重要参数，将所述车辆速度、所述整车制动强度和所述不舒适度指数输入模糊控制器进行处理，得到再生制动力权重系数。
在本发明实施例中，不舒适度指数的确定过程为：首先创建制动工况与乘客乘坐舒适性之间的映射关系表，如表1所示，其中该制动工况包括车辆减速度和车辆减速度变化率、该乘客乘坐舒适性指代不舒适度指数；其次获取车辆的减速度和减速度变化率，通过查找所述映射关系表获取对应的不舒适度指数。
表1制动工况与乘客乘坐舒适性之间的映射关系表
其中，不舒适度指数D的取值范围为1≤D≤5，不舒适度指数与乘客乘坐舒适性之间的对应关系如图3所示，可以看出：不舒适度指数与乘客乘坐舒适性呈现出反比例关系，即当不舒适度指数越高，则乘客乘坐舒适性越差。
在本发明实施例中，针对再生制动力权重系数的拟定过程包括如下：
(1)创建一个模糊控制器，且在所述模糊控制器内部预先存储一个包括若干个自变量和单个因变量的再生制动力权重系数规则库，其中所述若干个自变量包括车辆速度区间、整车制动强度区间和不舒适度指数区间，所述单个因变量为再生制动力权重系数区间。
在此步骤(1)中，首先确定车辆速度V的取值范围为0≤V≤120、整车制动强度Z的取值范围为0≤Z≤1、不舒适度指数D的取值范围为1≤D≤5以及再生制动力权重系数k的取值范围为0≤k≤1；其次通过多次试验方式建立车辆速度、整车制动强度和不舒适度指数中任意两个参数与再生制动力权重系数之间的映射关系曲面图，如图4至图6所示；接着，将车辆速度的取值范围细分为{VS(很小)、S(小)、M(中等)、L(大)、VL(很大)}这五个车辆速度区间，将整车制动强度的取值范围细分为{S(小)、M(中等)、L(大)}这三个整车制动强度区间，将不舒适度指数的取值范围细分为{S(小)、M(中等)、L(大)}这三个不舒适度指数区间，将再生制动力权重系数的取值范围细分为{VS(很小)、S(小)、M(中等)、L(大)、VL(很大)}这五个再生制动力权重系数区间，且每一个参数取值范围均是按照从小到大的顺序进行划分；最后根据上述所建立的各个映射关系曲面图，对上述提及到的各个参数取值范围所划分出来的多个区间进行关联匹配，形成再生制动力权重系数规则表，如表2所示。
表2再生制动力权重系数规则表
(2)根据所述车辆速度所属的车辆速度区间、所述整车制动强度所属的整车制动强度区间以及所述不舒适度指数所属的不舒适度指数区间，从所述再生制动力权重系数规则库中匹配筛选出对应的再生制动力权重系数区间。
针对此步骤(2)进行举例说明为：将所述车辆速度、所述整车制动强度和所述不舒适度指数输入至所述模糊控制器，当判断出所述车辆速度落在车辆速度区间M中、所述整车制动强度落在整车制动强度区间S中、所述不舒适度指数落在不舒适度指数区间M中时，通过查找表2的方式可以确定最终所要求解出来的再生制动力权重系数落在再生制动力权重系数区间L中。
(3)利用所述模糊控制器自带的Mamdani模糊推理法从该再生制动力权重系数区间中确定一个合适的再生制动力权重系数。
S106、车辆采用中强度制动方式，再将受到所述再生制动力权重系数约束的电机制动力转换为电能储存到电池中。
在本发明实施例中，车辆采用中强度制动方式的具体表现如下：前轴所需制动力由电机制动和前轴液压制动联合提供，后轴所需制动力全部由后轴液压制动单独提供，其中电机制动所提供的制动力F为所述再生制动力权重系数k与前轴所需制动力Fuf0的乘积(即F＝kFuf0)，前轴液压制动所提供的制动力为：Fuf＝Fuf0-F，而后轴液压制动所提供的制动力为：Fur＝Fur0，其中Fur0为后轴所需制动力。
同理，车辆在执行中强度制动时所达到的电池充电功率为：P2＝Frn/9550。
在本发明实施例中，通过在电机再生制动模式启动的情况下对车辆所发生的不同制动程度制定相对应的制动能量回收策略，由此可以最大程度地保证车辆的制动能量回收效率，从而降低车辆整体能耗以延长续航。通过引入不舒适度指数并将其作为制动能量回收策略制定的一个考量参数，将使得乘客在车辆制动时的乘坐舒适性得到改善。
另外，本发明实施例还提供一种氢燃料电池汽车制动能量回收系统，所述系统包括：
至少一个处理器；
至少一个存储器，用于存储至少一个程序；
当所述至少一个程序被所述至少一个处理器执行，使得所述至少一个处理器实现上述任一实施例所述的氢燃料电池汽车制动能量回收方法。
上述方法实施例中的内容均适用于本系统实施例中，本系统实施例所实现的功能与上述方法实施例相同，并且所达到的有益效果与上述方法实施例相同。
所述处理器可以是中央处理单元(Central-Processing-Unit，CPU)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(Digital-Signal-Processor，DSP)、专用集成电路(Application-Specific-Integrated-Circuit，ASIC)、现场可编程门阵列(Field-Programmable-Gate-Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等，所述处理器是所述氢燃料电池汽车制动能量回收系统的控制中心，利用各种接口和线路连接整个氢燃料电池汽车制动能量回收系统可运行装置的各个部分。
所述存储器可用于存储所述计算机程序和/或模块，所述处理器通过运行或执行存储在所述存储器内的计算机程序和/或模块，以及调用存储在存储器内的数据，实现所述氢燃料电池汽车制动能量回收系统的各种功能。所述存储器可主要包括存储程序区和存储数据区，其中：存储程序区用于存储操作系统、至少一个功能所需的应用程序(比如声音播放功能、图像播放功能等)等；存储数据区用于存储根据手机的使用所创建的数据(比如音频数据、电话本等)等。此外，存储器可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如硬盘、内存、插接式硬盘，智能存储卡(Smart-Media-Card，SMC)，安全数字(Secure-Digital，SD)卡，闪存卡(Flash-Card)、至少一个磁盘存储器件、闪存器件或者其他易失性固态存储器件。
尽管本申请的描述已经相当详尽且特别对几个所述实施例进行了描述，但其并非旨在局限于任何这些细节或实施例或任何特殊实施例，而是应当将其视作是通过参考所附权利要求，考虑到现有技术为这些权利要求提供广义的可能性解释，从而有效地涵盖本申请的预定范围。此外，上文以发明人可预见的实施例对本申请进行描述，其目的是为了提供有用的描述，而那些目前尚未预见的对本申请的非实质性改动仍可代表本申请的等效改动。
Claims (10)
1.一种氢燃料电池汽车制动能量回收方法，其特征在于，所述方法包括：
基于车辆的制动踏板开度，确定整车制动强度；
当车辆速度、电池电荷状态值和所述整车制动强度同时满足预设判断条件时，启动电机再生制动模式；
引入不舒适度指数作为评价乘客乘坐舒适性的重要参数，将所述车辆速度、所述整车制动强度和所述不舒适度指数输入模糊控制器进行处理，得到再生制动力权重系数；
当所述整车制动强度落在第一预设区间时，车辆采用小强度制动方式，再将电机最大制动力转化为电能储存到电池中；
当所述整车制动强度落在第二预设区间时，车辆采用中强度制动方式，再将受到所述再生制动力权重系数约束的电机制动力转换为电能储存到电池中。
2.根据权利要求1所述的氢燃料电池汽车制动能量回收方法，其特征在于，所述不舒适度指数的确定过程为：
创建制动工况与乘客乘坐舒适性之间的映射关系表；
获取车辆的减速度和减速度变化率，再通过查找所述映射关系表获取对应的不舒适度指数。
3.根据权利要求1所述的氢燃料电池汽车制动能量回收方法，其特征在于，在所述模糊控制器内部已预先存储有一个包括若干个自变量和单个因变量的再生制动力权重系数规则库，其中所述若干个自变量包括车辆速度区间、整车制动强度区间和不舒适度指数区间，所述单个因变量为再生制动力权重系数区间。
4.根据权利要求3所述的氢燃料电池汽车制动能量回收方法，其特征在于，所述将车辆速度、整车制动强度和不舒适度指数输入模糊控制器进行处理，得到再生制动力权重系数包括：
根据所述车辆速度所属的车辆速度区间、所述整车制动强度所属的整车制动强度区间以及所述不舒适度指数所属的不舒适度指数区间，从所述再生制动力权重系数规则库中匹配筛选出对应的再生制动力权重系数区间；
利用所述模糊控制器自带的Mamdani模糊推理法从该再生制动力权重系数区间中确定一个合适的再生制动力权重系数。
5.根据权利要求1所述的氢燃料电池汽车制动能量回收方法，其特征在于，当所述整车制动强度落在第一预设区间时满足条件为Z≤Z1，当所述整车制动强度落在第二预设区间时满足条件为Z1<Z≤Z2，其中Z为整车制动强度、Z1为预设的最小制动强度、Z2为预设的最大制动强度。
6.根据权利要求1所述的氢燃料电池汽车制动能量回收方法，其特征在于，所述小强度制动方式表现为：
当电机最大制动力大于等于前轴所需制动力时，前轴所需制动力全部由电机制动单独提供，其中电机制动所提供的制动力为电机最大制动力；
当电机最大制动力小于前轴所需制动力时，前轴所需制动力由电机制动和前轴液压制动联合提供，其中电机制动所提供的制动力为电机最大制动力。
7.根据权利要求1所述的氢燃料电池汽车制动能量回收方法，其特征在于，所述中强度制动方式表现为：前轴所需制动力由电机制动和前轴液压制动联合提供，后轴所需制动力全部由后轴液压制动单独提供，其中电机制动所提供的制动力为所述再生制动力权重系数与前轴所需制动力的乘积。
8.根据权利要求1所述的氢燃料电池汽车制动能量回收方法，其特征在于，所述基于车辆的制动踏板开度，确定整车制动强度包括：
根据所述制动踏板开度，通过查看预先拟定的关联性曲线获取对应的主缸需求制动压强，进而计算出整车制动强度。
9.根据权利要求1所述的氢燃料电池汽车制动能量回收方法，其特征在于，所述预设判断条件为：
其中，SOC为电池电荷状态值，v为车辆速度，Z为整车制动强度，Z2为预设的最大制动强度。
10.一种氢燃料电池汽车制动能量回收系统，其特征在于，所述系统包括：
至少一个处理器；
至少一个存储器，用于存储至少一个程序；
当所述至少一个程序被所述至少一个处理器执行，使得所述至少一个处理器实现如权利要求1-9中任意一项所述的氢燃料电池汽车制动能量回收方法。
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