CN117377585A - 用于制动电气化车辆的系统 - Google Patents

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Abstract

提供了一种用于制动车辆的系统。所述系统包括动力系，所述动力系包括布置成推进所述车辆的电机和布置成在所述电机与所述车辆的驱动轮之间传递动力的传动装置。所述系统还包括电阻器装置和气流产生装置，所述电阻器装置布置成耗散在所述车辆的制动期间由所述电机产生的电能，所述气流产生装置布置成在所述电阻器装置上产生气流。所述气流产生装置布置成由所述动力系机械地驱动以便产生所述气流。通过借助于所述动力系(机械地)驱动所述气流产生装置，所述气流产生装置不需要其自身的马达，由此使所述系统不太复杂。此外，借助于所述动力系驱动所述气流产生装置将消耗能量本身，从而有助于制动所述车辆。

Description

用于制动电气化车辆的系统
技术领域
本发明大体上涉及电气化车辆领域。特别地，本发明涉及用于制动这样的车辆的系统。
背景技术
除了普通的车轮制动器之外，电气化车辆(xEV)通常还利用再生制动。当再生制动时，电机通过来自车轮的动力旋转，并且由此作为产生电能的发电机操作，所述电能储存在车辆的电池中。因此，在电池中回收被制动掉的能量，由此延长了电动模式下车辆的里程。再生制动的问题在于，当电池完全充电时，或者在其他情况下由于例如电池太热或太冷而不能接收所需的充电电力时，再生制动不再可能。对于重型车辆，当在长下坡行驶时可能是这种情况，特别是在混合动力应用中，其中电池的尺寸相对较小。根据当前法规，重型车辆必须能够以225kW制动功率制动12分钟。这对应于在仅使用再生制动的情况下需要储存在电池中的45kWh的能量。因此，除了再生制动之外，还期望某种辅助制动系统。
传统的重型车辆使用辅助制动器以便减少普通车轮制动器的磨损。传统辅助制动器的示例是排气制动器、压缩释放制动器和/或水/油减速器。由于内燃式发动机太小(在混合动力推进的情况下)或缺少内燃式发动机(在纯电池推进的情况下)，这些类型的辅助制动器通常难以或甚至不可能在电气化车辆中实施。例如，在混合动力车辆中，内燃式发动机通常小于具有纯内燃式发动机推进的车辆的内燃式发动机，由此排气制动器可能不足以满足制动功率要求。另一方面，(用水或油操作的)减速器形式的辅助制动器不需要内燃式发动机。然而，其需要大的冷却系统，因为水/油在制动期间变得非常热。通常，这样的冷却系统相当复杂，并且通常与发动机冷却系统集成(在车辆配备有内燃式发动机的情况下)。此外，这样的冷却系统需要在车辆前部的热交换器，这可能损害车辆的空气动力学。
在EP2594426 A1中公开了一种制动电气化车辆的方法的示例。这里，电阻器布置成消耗在车辆制动时由车辆的电机产生的功率。冷却空气从鼓风机供应到电阻器。鼓风机由其自身的马达驱动。
发明内容
实现克服或至少减轻上述缺点的系统将是有利的。特别地，期望能够实现一种用于在电池完全充电时在不使用车轮制动器的情况下制动车辆的系统。还期望能够实现这样的复杂度降低的系统。
为了更好地解决这些问题中的一个或多个，提供了一种具有在独立权利要求中限定的特征的用于制动车辆的系统。优选实施例在从属权利要求中限定。
因此，提供了一种用于制动车辆的系统。所述系统包括动力系，所述动力系包括布置成推进所述车辆的电机和布置成在所述电机与所述车辆的驱动轮之间传递动力的传动装置。所述系统还包括电阻器装置和气流产生装置，所述电阻器装置布置成耗散在所述车辆的制动期间由所述电机产生的电能，所述气流产生装置布置成在所述电阻器装置上产生气流。所述气流产生装置布置成由所述动力系机械地驱动以便产生所述气流。
使用电阻器装置来耗散在制动期间产生的电能减少了对另外的辅助制动系统(诸如减速器或排气制动器)的需要，同时仍然能够在电池完全充电时在不使用车轮制动器的情况下制动车辆。通过借助于动力系(机械地)驱动气流产生装置，气流产生装置不需要其自身的马达，由此使制动系统不太复杂。此外，借助于所述动力系驱动所述气流产生装置将消耗能量本身，从而有助于制动所述车辆。
根据实施例，系统可以包括控制装置，所述控制装置配置成控制车辆的制动。
根据实施例，通过控制由气流产生装置消耗的功率，由系统产生的制动扭矩可以是可变的。由气流产生装置消耗的功率将经由动力系从移动车辆的动能获取。气流产生装置的较高功耗将在使动力系旋转时产生较高的阻力，这产生较高的制动扭矩。因此，通过控制气流产生装置的功耗(以一种方式或另一种方式)，由系统产生的制动扭矩可以是可控的。功耗可以例如由系统的控制装置控制。
根据实施例，系统还可以包括具有至少两个可选择的齿轮比的齿轮装置，所述齿轮装置布置成将动力从动力系传递到气流产生装置。由此，可以通过控制齿轮装置的齿轮选择来控制由气流产生装置消耗的功率。因此气流产生装置可以以至少两种不同的速度被驱动，由此产生至少两个不同的制动扭矩。在较低的速度下，气流产生装置可以消耗较少的功率，并且制动扭矩将因此较低。在较高的速度下，气流产生装置可以消耗较多的功率，并且制动扭矩将因此较高。
根据实施例，齿轮装置可以包括作为动力系的主齿轮箱的一部分的至少一个部分和/或与主齿轮箱分离的至少一个部分，所述主齿轮箱布置成以不同的齿轮比朝向驱动轮传递推进动力。因此，气流产生装置可以具有其自身的齿轮装置(或齿轮箱)，其可选地可以在设计上相对简单，或者其可以在主齿轮箱的上游联接到动力系(如在从电机朝向车轮的方向上所见)，使得来自车轮的原动力在其到达气流产生装置之前通过主齿轮箱，由此主齿轮箱决定气流产生装置的速度。也可以设想这两种替代方案的组合。因此，气流产生装置可以具有其自身的齿轮装置，并且除此之外，还可以在主齿轮箱的上游联接到动力系。使用主齿轮箱作为气流产生装置的齿轮装置是有利的，原因是动力系的已经存在的部分用于控制制动扭矩，这又降低了系统的复杂度。
根据实施例，气流产生装置可以包括可变几何形状，并且可以通过控制可变几何形状来控制由气流产生装置消耗的功率，这是有利的，原因是其能够无级控制制动扭矩。可以例如控制可变几何形状以产生更高的流动阻力，这又可以通过降低空气产生装置的效率来增加空气产生装置的功耗。可变几何形状可以例如包括可俯仰叶片、入口导叶、可变宽度压缩机扩散器。
根据实施例，系统还可以包括以下中的至少一个：定位在气流产生装置的入口处的节流阀，以及定位在气流产生装置的出口处的节流阀。通过控制入口处的节流阀和/或出口处的节流阀(诸如其打开和关闭)，可以控制气流产生装置的功耗。入口处的更关闭的节流阀将产生更低的流量(这将减小入口空气的压力)，并且由此产生更低的制动扭矩，而入口处的更打开的节流阀将产生更高的流量(这将增加空气的压力)，并且由此产生更高的制动扭矩。出口处的更关闭的节流阀将产生更高的流动阻力(这将增加出口空气的压力)，并且由此产生更高的制动扭矩，而出口处的更打开的节流阀将产生更低的流动阻力(这将降低出口空气的压力)，并且由此产生更低的制动扭矩。本实施例是有利的，原因是其能够实现用于控制制动扭矩的相对简单的设计。
根据实施例，通过控制通过电阻器装置的电流，由系统产生的制动扭矩可以是可变的。例如，系统的控制装置可以配置成控制通过电阻器装置的电流。通过电阻器装置的电流可以例如借助于开关装置(诸如一个或多个晶体管)来控制。本实施例是有利的，原因是能够实现相对简单地并且优选无级地控制制动扭矩。
例如，由系统产生的制动扭矩可以通过控制气流产生装置以较大的步级来控制，并且通过控制通过电阻器的电流来微调。
根据实施例，系统还可以包括布置成控制电机的逆变器，其中所述逆变器可以布置成控制通过电阻器装置的电流的大小。因此，车辆的已经存在的部分可以用于控制制动扭矩，这又降低了系统的复杂度。例如，逆变器可以是系统的控制装置的一部分(或连接到系统的控制装置)。
优选地，气流产生装置可以由动力系选择性地驱动。当不需要制动扭矩时，这可以使气流产生装置能够与动力系分离。
根据实施例，系统可以包括离合器装置，所述离合器装置布置成将气流产生装置机械地和选择性地联接到动力系。离合器装置可以是任何合适的设计，例如爪式离合器、花键联接器或滑动离合器。例如，控制装置可以配置成控制离合器。
根据实施例，系统还可以包括控制装置(诸如先前提到的控制装置)和布置成向电机供电的电池。控制装置可以配置成在车辆由电机推进时控制系统以便将气流产生装置机械地连接到动力系并且操作电阻器装置以便在即将到来的制动距离之前主动地至少部分地耗尽电池。因此，如果接近制动距离，则可以在推进车辆以耗尽电池中的至少一些的同时操作制动系统。例如车辆可以包括前瞻系统，所述前瞻系统可以例如基于地图数据来预测未来制动需求，诸如是否正在接近下坡行驶，或者其他未来电池限制，诸如电池变得太热或太冷的风险。然后可以主动耗尽电池，以便能够在下坡行驶中进一步进行再生制动，并且降低了违反例如电池的温度限制的风险。
根据实施例，系统还可以包括限制管路，所述限制管路布置成限制电阻器装置上的气流。限制管路可以集中并且由此加速电阻器装置上的来自气流产生装置的气流。因此，提供了电阻器装置的增强冷却以及气流产生装置的增加流动阻力，这增加了系统的制动扭矩容量。
根据实施例，提供了一种车辆。所述车辆包括根据本文中所述的实施例中的任一个实施例的系统。
应当注意，本发明的实施例涉及权利要求中陈述的特征的所有可能的组合。
附图说明
现在将参考附图在以下说明性和非限制性详细描述中更详细地描述本发明的实施例。
图1示出了根据实施例的车辆。
图2示出了根据实施例的用于制动车辆的系统。
所有附图都是示意性的，不一定按比例绘制，并且通常仅示出为了阐明实施例所必需的部分，其中可以省略其他部分。在整个说明书中，相同的附图标记表示相同的元件。
具体实施方式
图1示出了根据实施例的车辆1。车辆1可以例如是重型车辆，诸如卡车或公共汽车。根据另外的实施例，车辆1可以是用于陆基推进的另一种类型的重型或轻型有人驾驶或无人驾驶车辆，诸如建筑车辆、拖拉机、汽车等。车辆1可以包括向车轮2提供扭矩的电气化动力系。车辆1可以是任何合适的xEV，诸如任何种类的混合动力、燃料电池或电池电动车辆。车辆1可以包括传统的车轮制动器3。除了车轮制动器之外，车辆1可以包括用于制动车辆1的系统10。
现在将参考图2更详细地描述这样的系统10的示例。
系统10包括车辆的动力系11。动力系11包括用于推进车辆的电机12。在混合动力应用的情况下，动力系11还可以包括内燃式发动机(未示出)。此外，传动装置13布置成将动力从电机12传递到驱动轮2。
可选地，传动装置13可以包括齿轮装置，诸如具有至少两个可选择的齿轮比以用于提供至少两种不同速度的齿轮箱16(其可以被称为主齿轮箱)。例如，齿轮箱16可以包括用于提供第一齿轮比的第一对齿轮15a和用于提供第二齿轮比的第二对齿轮15b。动力系11还可以包括用于连接其不同元件的任何合适的轴。
电机12可以由电池40供电，并且可以由逆变器35控制。逆变器35用于控制到电机12的电流，由此调节从电机12输送到驱动轮2的功率。当车辆再生制动时，逆变器35还控制电流输送回到电池40。逆变器35可以包括用于控制电机12的任何合适的电路37(包括例如晶体管和开关)。
系统10还包括电阻器装置14，所述电阻器装置以其最简单的形式可以仅是电阻器(如图2中所示)，但是也可以包括另外的元件，诸如若干电阻器和可选地其他合适的电路(未示出)。电阻器装置14布置成在车辆的制动期间耗散由电机12产生的电能。
例如，电阻器装置14可以借助于一个或多个开关36电连接到电机12和电池40。例如，开关36可以包括在逆变器35中。
系统10还包括气流产生装置20，所述气流产生装置布置成产生用于冷却电阻器装置14的气流。气流产生装置20可以替代地被称为风扇或鼓风机。气流产生装置20可以包括可以布置在可旋转轴18上/联接到可旋转轴的叶片/桨叶21。例如，叶片21可以是可俯仰的，用于提供气流产生装置20的可变几何形状。还可以设想气流产生装置的其他类型的可变几何形状，诸如入口导叶和/或可变宽度压缩机扩散器。可选地，气流产生装置20还可以包括具有入口24(在图2中向内延伸)和出口22的壳体25。可选地，节流阀23可以布置在气流产生装置20的出口22处和/或入口24处(后者未示出)。由气流产生装置20产生的气流可以通过管道26被引导到电阻器装置14。例如，电阻器装置14可以布置在管道26中。此外，限制管路9可以布置成限制并且由此加速电阻器装置20上的气流。例如，限制管路9可以布置在管道26中/是管道的一部分。
气流产生装置20布置成由动力系11机械地驱动，以便在电阻器装置14上产生气流。例如，离合器装置17可以布置成将气流产生装置20机械地和选择性地联接到动力系11。例如，离合器装置17可以布置在电机12的输出轴19上/联接到电机的输出轴。离合器装置17还可以布置在气流产生装置20的轴18上/联接到气流产生装置的轴。离合器17可以是任何合适的类型，例如爪式离合器、花键联接器或滑动离合器。在本说明书中，术语“离合器”应广义地解释为能够将气流产生装置连接到动力系和从动力系断开的任何联接装置。
可选地，气流产生装置20可以具有与主齿轮箱16分离的其自身的专用齿轮装置(未示出)。这样的齿轮装置可以例如布置在离合器17与气流产生装置20之间，以便使气流产生装置20能够以不同的速度被驱动。
系统10还可以包括控制装置30。在本公开中，术语“控制装置”应该被广义地解释为在单个单元或单元的分布式网络中的任何控制装置，其承载用于控制系统10的硬件元件的软件。控制装置30可以例如布置成控制以下中的一个或多个：离合器17、可俯仰叶片21和节流阀23、齿轮箱16以及气流产生装置20的任何专用齿轮装置。此外，控制装置30可以连接到逆变器35和/或开关36或者是逆变器和/或开关的一部分。应当领会，本公开中所称的控制装置30可以包括(或分布)在车辆的传统电子控制单元中，例如在传动装置控制单元和/或逆变器控制单元中。
在下文中，将仍然参考图2描述系统10的操作的示例。
在车辆的向前驱动期间，逆变器35可以被控制(诸如通过控制装置30)以从电池40向电机12提供电流。由电机12产生的原动力经由传动装置13(例如，包括主齿轮箱16)传递到驱动轮2。
当车辆制动时，再生制动可以优选地优先于其他类型的制动，以用于节省车轮制动器并用于回收动能，以便延长车辆在电力上的里程。当车辆再生制动时，动力借助于传动装置13从驱动轮2传递到电机12。也就是说，与车辆的向前驱动相比，动力在整个动力系11中在相反的方向上传递。旋转电机12现在作为发电机操作并且产生电流，所述电流经由逆变器35返回到电池40。旋转电机12的阻力产生制动车辆的制动扭矩。
在一些情况下，电池40被完全充电。这可以是例如长时间下坡行驶的情况，特别是对于需要高制动扭矩的重型车辆，并且如果电池相对较小的话(例如在混合动力应用中)。在这些情况下，电阻器装置14可以被连接(诸如通过开关36)，以便耗散在制动期间由电机产生的电能。因此，由电机12产生的电流可以被引导通过电阻器装置14，所述电阻器装置又将电能转换成热量。此外，气流产生装置20机械地联接到动力系(例如通过离合器17)，以便在电阻器装置14上产生气流以用于将其冷却。因此，来自驱动轮2的动力的一部分被传递到气流产生装置20并由其消耗。这有助于制动车辆的制动扭矩。
可以设想，电阻器装置14和气流产生装置20有时可以单独操作。然而，为了避免过热，在没有来自气流产生装置20的冷却的情况下，电阻器装置14可以不操作太长时间。
此外，应当领会，可以在车辆再生制动时操作电阻器装置14(并且优选地还操作气流产生装置20)。然后电能的一部分储存在电池中，另一部分在电阻器装置14中耗散热量。
由系统10产生的制动扭矩可以以若干方式调节。例如，可以通过控制由气流产生装置20消耗的功率来调节制动扭矩。这可以通过例如改变叶片21的俯仰(或改变气流产生装置20的可变几何形状的任何其他部分)或通过将出口处的节流阀23带到更关闭的位置(更高的制动扭矩)或更打开的位置(更低的制动扭矩)来实现。如果使用布置在气流产生装置20的入口处的节流阀，则通过将节流阀带到更打开的位置来增加制动扭矩，并且通过将节流阀带到更关闭的位置来减小制动扭矩。此外，可以选择齿轮装置(诸如主齿轮箱16和/或气流产生装置自身的专用齿轮装置)的不同齿轮比，由此可以以不同的速度驱动气流产生装置20。较低的速度将提供较低的制动扭矩，并且较高的速度将提供较高的制动扭矩。
此外，通过控制通过电阻器装置14的电流，制动扭矩可以是可变的。通过电阻器装置14的较高电流提供较高扭矩，并且较低电流提供较低扭矩。优选地，可以控制通过电阻器装置14的电流，以便将制动扭矩微调到相当精确的期望值。
根据示例，控制装置30可以包括或可以访问能够看到即将到来的制动需求(例如，基于地图数据)的前瞻功能，例如长时间下坡行驶。然后控制装置30可以配置成在车辆由电机推进时(即，在向前驱动期间)控制系统10以便将气流产生装置20机械地连接到动力系11并且操作电阻器装置14以便在即将到来的制动距离之前主动地至少部分地耗尽电池40。然后车辆可以稍后在下坡行驶中再生地制动，使得能量在电池40中恢复。
本领域技术人员认识到，本发明决不限于上述实施例。相反，在所附独立权利要求的范围内，许多修改和变化是可能的。
另外，通过研究附图、公开内容和所附权利要求，本领域技术人员在实践所要求保护的发明时可以理解和实现所公开的实施例的变型。在权利要求中，词语“包括”不排除其他元件或步骤，并且不定冠词“一(a)”或“一(an)”不排除多个。在互不相同的从属权利要求中陈述某些措施的事实并不表示不能有利地使用这些措施的组合。

Claims (12)

1.一种用于制动车辆(1)的系统(10)，所述系统包括：
动力系(11)，所述动力系包括布置成推进所述车辆的电机(12)和布置成在所述电机与所述车辆的驱动轮(2)之间传递动力的传动装置(13)，
电阻器装置(14)，所述电阻器装置布置成耗散在所述车辆的制动期间由所述电机产生的电能，以及
气流产生装置(20)，所述气流产生装置布置成在所述电阻器装置上产生气流，
其中所述气流产生装置布置成由所述动力系机械地驱动以便产生所述气流。
2.根据权利要求1所述的系统，其中通过控制由所述气流产生装置消耗的功率，由所述系统产生的制动扭矩是可变的。
3.根据权利要求2所述的系统，
还包括具有至少两个可选择的齿轮比的齿轮装置(16)，所述齿轮装置布置成将动力从所述动力系传递到所述气流产生装置，
其中通过控制所述齿轮装置的齿轮选择，所述制动扭矩是可变的。
4.根据权利要求3所述的系统，其中所述齿轮装置包括：
作为所述动力系的主齿轮箱(16)的一部分的至少一个部分，所述主齿轮箱布置成以不同的齿轮比朝向所述驱动轮传递推进动力，和/或
与所述主齿轮箱分离的至少一个部分。
5.根据权利要求2至4中任一项所述的系统，
其中所述气流产生装置包括可变几何形状，
其中通过控制所述可变几何形状，所述制动扭矩是可变的。
6.根据权利要求2至5中任一项所述的系统，还包括以下中的至少一个：
定位在所述气流产生装置的入口(24)处的节流阀，其中通过控制定位在入口(24)处的所述节流阀，所述制动扭矩是可变的，以及
定位在所述气流产生装置的出口(22)处的节流阀(23)，其中通过控制定位在入口(24)处的所述节流阀，所述制动扭矩是可变的。
7.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其中通过控制通过所述电阻器装置的电流，由所述系统产生的制动扭矩是可变的。
8.根据权利要求7所述的系统，还包括布置成控制所述电机的逆变器(35)，其中所述逆变器布置成控制通过所述电阻器装置的所述电流的大小。
9.根据前述权利要求中任一项所述的系统，还包括离合器装置(17)，所述离合器装置布置成将所述气流产生装置机械地和选择性地联接到所述动力系。
10.根据前述权利要求中任一项所述的系统，
还包括控制装置(30)和布置成向所述电机供电的电池(40)，
其中所述控制装置配置成在所述车辆由所述电机推进时控制所述系统以便将所述气流产生装置机械地连接到所述动力系并且操作所述电阻器装置以便在即将到来的制动距离之前主动地至少部分地耗尽所述电池。
11.根据前述权利要求中任一项所述的系统，还包括限制管路(9)，所述限制管路布置成限制所述电阻器装置上的所述气流。
12.一种车辆(1)，包括根据前述权利要求中任一项所述的系统(10)。
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