CN116161001A - 基于空气动力学套件的辅助制动、缓速及能量回收系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种基于空气动力学套件的辅助制动、缓速及能量回收系统，包括主动空气动力学套件、制动控制模块和能源管理模块；主动空气动力学套件中集成主动扰流装置，其为折叠升起式或集成式扰流装置，前者包括折叠可升起扰流板，其内部集成风扇发电机，且风扇发电机可随着扰流板的升起而迎向气流；后者包括与机舱气动发电集成在一起的冷却风扇，在制动过程中同时利用风能发电，可提高整车使用经济性；能源管理模块与风扇发电机控制连接；集成式扰流装置的冷却风扇与能源管理模块连接，由能源管理控制模块统筹发电控制。本发明通过使用空气动力学套件，提供不受地面附着限制的额外制动力，可以缩短制动距离，尤其在高速、中速制动工况中。

Description

基于空气动力学套件的辅助制动、缓速及能量回收系统
技术领域
本发明属于车辆制动系统技术领域，具体涉及一种基于空气动力学套件的辅助制动、缓速、能量回收系统。
背景技术
当前，车辆的制动性能、经济性能两方面存在以下问题：
1、现有车辆的制动系统可提供的制动力都是通过车轮与地面的摩擦作用实现，一旦达到附着极限，无论系统能力如何，不会进一步缩短制动距离。上述瓶颈对于跑车、赛车在高速工况，以及所有车辆中高速下的低附工况、长下坡工况尤为明显；
2、现有车辆的制动能量回收系统都是与机械制动耦合的，其回收能力取决于系统允许的最大电制动能力，例如，博世的某款IBC系统，可以实现最大0.3g的回收减速度；超过该减速度的制动力无法回收，只能由机械制动实现，制动能量回收过程的经济性受限。
发明内容
本发明的目的就在于提供一种基于空气动力学套件的辅助制动、缓速、能量回收系统，以解决现有车辆制动系统的制动距离在制动力达到附着极限时无法继续缩短，车辆制动能量回收系统的制动能量回收过程经济性受限的问题。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种基于空气动力学套件的辅助制动、缓速及能量回收系统，包括主动空气动力学套件、制动控制模块和能源管理模块；所述主动空气动力学套件中集成至少一个主动扰流装置；
所述主动扰流装置为折叠升起式扰流装置或集成式扰流装置；其中，所述折叠升起式扰流装置包括折叠可升起扰流板，其内部集成风扇发电机，且风扇发电机可随着扰流板的升起而迎向气流；所述集成式扰流装置，包括与机舱气动发电集成在一起的驱动、发电一体式冷却风扇；
所述制动控制模块与主动扰流装置相连，能基于驾驶员意图以及整车安全边界，确定扰流装置开启的条件并控制主动扰流装置开启；所述能源管理模块与折叠升起式扰流装置的风扇发电机控制连接；所述集成式扰流装置的冷却风扇与能源管理模块连接，由能源管理控制模块统筹发电控制；
还包括传感器、整车控制器以及与整车控制器相连的ESP控制器、电池控制器BMS和电机控制器；所述电机控制器与电机控制连接，电机与车轮控制连接；所述电池控制器与电池控制连接；所述EPS控制器与机械制动器控制连接；所述整车控制器还分别与传感器及主动扰流装置相连。
进一步地，所述主动扰流装置为小型发电/驱动一体机，分别位于车辆棚顶、机舱盖、底盘以及机舱内的一个或多个位置。
进一步地，所述风扇发电机在主动扰流装置恢复时，可藏在内部空间中，等待随时再次工作。
进一步地，所述风扇发电机在工作过程中通过增加迎风面积、风阻系数的形式增加空气阻力，以提供不受地面附着条件影响的额外制动力。
进一步地，所述冷却风扇在冷却需求小于一定程度时，可作为发电风扇，在中高速的制动工况中利用进气动能发电，以增大机舱进气阻力的形式提供额外的制动力矩，并为电力系统提供额外电能。
进一步地，所述折叠升起式扰流装置开启后，能源管理模块能够采集当前车速并预估当前可提供的最大发电功率、接收制动模块电制动强度上限，进而制定驱动电机回收/扰流装置回收分配比例，并根据当前电池SOC状态调节各用电器负荷。
进一步地，所述传感器用于获取车速、加速度信号，并发送至整车控制器。
进一步地，所述整车控制器HCU用于调节空压机等电负载目标功率，并按目标强度控制电机、主动扰流装置回收能量。
进一步地，所述ESP控制器用于分配机械制动、电机制动、主动扰流制动工作强度。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、本发明通过使用空气动力学套件，提供不受地面附着限制的额外制动力，可以缩短制动距离，尤其在高速、中速制动工况中；其中，在识别出制动优先级达到100％时，可控制风扇以驱动形式工作，形成与行驶方向相反的阻力气流辅助制动；
2、本发明在空气动力学套件中集成了小型发电/驱动一体机，在制动过程中同时利用风能发电，可提高整车使用经济性；
3、本发明在工作时会有主动开启装置运行至工作位，不工作时可以收回至车体原有轮廓内，不影响正常驾驶。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1可折叠扰流装置的结构示意图；
图2结构框图示意图；
图3控制原理示意图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明：
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时，在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
如图1所示，本发明基于空气动力学套件的辅助制动、缓速及能量回收系统，包括主动空气动力学套件、制动控制模块和能源管理模块；所述主动空气动力学套件中集成至少一个主动扰流装置，用于提供不受地面附着限制的额外制动力，可以缩短制动距离，尤其在高速、中速制动工况中。
所述主动扰流装置为小型发电/驱动一体机，分别位于车辆棚顶、机舱盖、底盘以及机舱内的一个或多个位置，为折叠升起式扰流装置或集成式扰流装置，用于提供额外的空气阻力以实现制动力增加，在制动过程中同时利用风能发电，可提高整车使用经济性。
其中，折叠升起式扰流装置为可折叠的扰流/能量回收装置，集成式扰流装置为冷却风扇/发电一体化装置。所述折叠升起式扰流装置包括折叠可升起扰流板，其内部集成风扇发电机，且风扇发电机可随着扰流板的升起而迎向气流。在扰流装置恢复时，风扇发电机可藏在内部空间中，等待随时再次工作。在工作过程中通过增加迎风面积、风阻系数的形式增加空气阻力，以提供不受地面附着条件影响的额外制动力。
所述集成式扰流装置，具体为：在现有机舱内的冷却风扇基础上，优化设计成驱动、发电一体风扇。当冷却需求小于一定程度时，其可以作为发电风扇，在中高速的制动工况中利用进气动能发电，以增大机舱进气阻力的形式提供额外的制动力矩，并为电力系统提供额外电能。所述集成式扰流装置的冷却风扇与机舱气动发电(扰流装置)集成在一起。
所述制动控制模块与主动扰流装置相连，能够基于驾驶员意图以及整车安全边界，确定扰流装置开启的条件并控制主动扰流装置开启。
所述能源管理模块与折叠升起式扰流装置的风扇发电机控制连接，折叠升起式扰流装置开启后，能源管理模块能够采集当前车速并预估当前可提供的最大发电功率、接收制动模块电制动强度上限，进而制定驱动电机回收/扰流装置回收分配比例，并根据当前电池SOC状态调节各用电器负荷。
所述集成式扰流装置的冷却风扇与能源管理模块连接，由能源管理控制模块统筹发电控制。
所述扰流装置的开启、发电机的发电控制，需要融入到整车制动控制功能中。
所述主动扰流装置、ESP控制器、电池控制器BMS以及电机控制器MCU分别与整车控制器HCU相连，由整车控制器进行控制；所述电机控制器与电机控制连接，电机与车轮控制连接；所述电池控制器与电池控制连接；所述EPS控制器与机械制动器控制连接；所述整车控制器还与传感器相连。
其中，所述传感器用于获取车速、加速度信号，并发送至整车控制器。所述整车控制器HCU用于调节空压机等电负载目标功率，并按目标强度控制电机、主动扰流装置回收能量。所述ESP控制器用于分配机械制动、电机制动、主动扰流制动工作强度。
具体地，如图2、图3所示，扰流装置开启：制动控制模块基于驾驶员意图以及整车安全边界，确定扰流装置开启的条件并发出开启指令；在接收到开启指令后，扰流装置打开。典型的开启扰流装置条件包括但不限于：高速(车速大于100km/h)紧急全负荷制动。
风扇发电机的控制：风扇发电机受能源管理模块控制。监测到扰流装置打开后，能源管理模块采集当前车速并预估当前可提供的最大发电功率、接收制动模块电制动强度上限，进而制定驱动电机回收/扰流装置回收分配比例，并根据当前电池SOC状态调节各用电器负荷。
集成式扰流装置的控制：冷却风扇与机舱气动发电(扰流装置)集成。在冷却需求较低时，将冷却风扇工作状态切换至发电状态，由能源管理控制模块统筹发电控制。监测的条件为冷却风扇工作需求、发动机水温、油温，中冷进气温度，电机/电池/逆变器/变速器水温、油温等信号。
本发明设计了一系列创新的主动空气动力学套件硬件，包括可折叠的扰流/能量回收装置、冷却风扇/发电一体化装置；该套件的主动控制功能与制动及经济性控制融合的应用，为整车提供超过地面附着的制动能力以及更高的能量回收能力。具体为：
1、该主动空气动力学套件与制动功能融合的控制，在不同工况通过调整发电负荷，甚至紧急工况提供反向制动气流的形式，提供不同强度的空气制动力；
2、该主动空气动力学套件与能量管理融合的控制，在制动模块给出的安全边界基础上，最大化能量回收过程的回收比例以及回收效率。
实施例1
一种基于空气动力学套件的辅助制动、缓速及能量回收系统，包括主动空气动力学套件、制动控制模块和能源管理模块。所述主动空气动力学套件中集成一个主动扰流装置。
所述主动扰流装置为位于车辆顶棚的折叠升起式扰流装置。所述折叠升起式扰流装置包括折叠可升起扰流板，其内部集成风扇发电机，且风扇发电机可随着扰流板的升起而迎向气流。所述风扇发电机在主动扰流装置恢复时，可藏在内部空间中，等待随时再次工作。所述风扇发电机在工作过程中通过增加迎风面积、风阻系数的形式增加空气阻力，以提供不受地面附着条件影响的额外制动力。
所述制动控制模块与主动扰流装置相连，能基于驾驶员意图以及整车安全边界，确定扰流装置开启的条件并控制主动扰流装置开启；所述能源管理模块与风扇发电机控制连接。所述折叠升起式扰流装置开启后，能源管理模块能够采集当前车速并预估当前可提供的最大发电功率、接收制动模块电制动强度上限，进而制定驱动电机回收/扰流装置回收分配比例，并根据当前电池SOC状态调节各用电器负荷。
还包括传感器、整车控制器以及与整车控制器相连的ESP控制器、电池控制器BMS和电机控制器；所述电机控制器与电机控制连接，电机与车轮控制连接；所述电池控制器与电池控制连接；所述EPS控制器与机械制动器控制连接；所述整车控制器还分别与传感器及主动扰流装置相连。所述传感器用于获取车速、加速度信号，并发送至整车控制器。所述整车控制器HCU用于调节空压机等电负载目标功率，并按目标强度控制电机、主动扰流装置回收能量。所述ESP控制器用于分配机械制动、电机制动、主动扰流制动工作强度。
实施例2
一种基于空气动力学套件的辅助制动、缓速及能量回收系统，包括主动空气动力学套件、制动控制模块和能源管理模块；所述主动空气动力学套件中集成一个主动扰流装置。
所述主动扰流装置为位于机舱盖的集成式扰流装置；所述集成式扰流装置，包括与机舱气动发电集成在一起的驱动、发电一体式冷却风扇。
所述冷却风扇在冷却需求小于一定程度时，可作为发电风扇，在中高速的制动工况中利用进气动能发电，以增大机舱进气阻力的形式提供额外的制动力矩，并为电力系统提供额外电能。
所述制动控制模块与主动扰流装置相连，能基于驾驶员意图以及整车安全边界，确定扰流装置开启的条件并控制主动扰流装置开启；所述集成式扰流装置的冷却风扇与能源管理模块连接，由能源管理控制模块统筹发电控制。
还包括传感器、整车控制器以及与整车控制器相连的ESP控制器、电池控制器BMS和电机控制器；所述电机控制器与电机控制连接，电机与车轮控制连接；所述电池控制器与电池控制连接；所述EPS控制器与机械制动器控制连接；所述整车控制器还分别与传感器及主动扰流装置相连。所述传感器用于获取车速、加速度信号，并发送至整车控制器。所述整车控制器HCU用于调节空压机等电负载目标功率，并按目标强度控制电机、主动扰流装置回收能量。所述ESP控制器用于分配机械制动、电机制动、主动扰流制动工作强度。
注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (9)

1.一种基于空气动力学套件的辅助制动、缓速及能量回收系统，其特征在于：包括主动空气动力学套件、制动控制模块和能源管理模块；所述主动空气动力学套件中集成至少一个主动扰流装置；
所述主动扰流装置为折叠升起式扰流装置或集成式扰流装置；其中，所述折叠升起式扰流装置包括折叠可升起扰流板，其内部集成风扇发电机，且风扇发电机可随着扰流板的升起而迎向气流；所述集成式扰流装置，包括与机舱气动发电集成在一起的驱动、发电一体式冷却风扇；
所述制动控制模块与主动扰流装置相连，能基于驾驶员意图以及整车安全边界，确定扰流装置开启的条件并控制主动扰流装置开启；所述能源管理模块与折叠升起式扰流装置的风扇发电机控制连接；所述集成式扰流装置的冷却风扇与能源管理模块连接，由能源管理控制模块统筹发电控制；
还包括传感器、整车控制器以及与整车控制器相连的ESP控制器、电池控制器BMS和电机控制器；所述电机控制器与电机控制连接，电机与车轮控制连接；所述电池控制器与电池控制连接；所述EPS控制器与机械制动器控制连接；所述整车控制器还分别与传感器及主动扰流装置相连。
2.根据权利要求1所述的一种基于空气动力学套件的辅助制动、缓速及能量回收系统，其特征在于：所述主动扰流装置为小型发电/驱动一体机，分别位于车辆棚顶、机舱盖、底盘以及机舱内的一个或多个位置。
3.根据权利要求1所述的一种基于空气动力学套件的辅助制动、缓速及能量回收系统，其特征在于：所述风扇发电机在主动扰流装置恢复时，可藏在内部空间中，等待随时再次工作。
4.根据权利要求1所述的一种基于空气动力学套件的辅助制动、缓速及能量回收系统，其特征在于：所述风扇发电机在工作过程中通过增加迎风面积、风阻系数的形式增加空气阻力，以提供不受地面附着条件影响的额外制动力。
5.根据权利要求1所述的一种基于空气动力学套件的辅助制动、缓速及能量回收系统，其特征在于：所述冷却风扇在冷却需求小于一定程度时，可作为发电风扇，在中高速的制动工况中利用进气动能发电，以增大机舱进气阻力的形式提供额外的制动力矩，并为电力系统提供额外电能。
6.根据权利要求1所述的一种基于空气动力学套件的辅助制动、缓速及能量回收系统，其特征在于：所述折叠升起式扰流装置开启后，能源管理模块能够采集当前车速并预估当前可提供的最大发电功率、接收制动模块电制动强度上限，进而制定驱动电机回收/扰流装置回收分配比例，并根据当前电池SOC状态调节各用电器负荷。
7.根据权利要求1所述的一种基于空气动力学套件的辅助制动、缓速及能量回收系统，其特征在于：所述传感器用于获取车速、加速度信号，并发送至整车控制器。
8.根据权利要求1所述的一种基于空气动力学套件的辅助制动、缓速及能量回收系统，其特征在于：所述整车控制器HCU用于调节空压机等电负载目标功率，并按目标强度控制电机、主动扰流装置回收能量。
9.根据权利要求1所述的一种基于空气动力学套件的辅助制动、缓速及能量回收系统，其特征在于：所述ESP控制器用于分配机械制动、电机制动、主动扰流制动工作强度。
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