CN205768715U - 纯电动公交客车制动控制系统 - Google Patents

纯电动公交客车制动控制系统 Download PDF

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石求军
潘忠亮
夏承贺
户亚威
张雪碧
张�成
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Abstract

本实用新型提供了一种纯电动公交客车制动控制系统，所述制动控制系统包括制动踏板行程传感器、加速踏板行程传感器、电机制动系统、气压制动系统和控制器ECU，所述气压制动系统由空气压缩机、卸载阀和四回路保护阀依次连接后分为三路，分别通过前储气筒接入前制动回路、后储气筒接入后制动回路和手制动阀接入辅助制动回路组成。所述制动控制系统根据采集到的工况信息选择相应的制动系统，本实用新型提高了制动能量回收效率、制动安全性和防止在驱动过程中的发生滑转。

Description

纯电动公交客车制动控制系统
技术领域
本实用新型属于车辆制动控制技术领域，具体涉及纯电动公交客车制动系统，尤其适用于安装气压制动系统的纯电动客车。
背景技术
随着经济的发展，世界上的汽车保有量越来越大，汽车对石油的依赖程度也越来越高，与此同时，汽车尾气排放对环境的污染也越来越大。电动汽车的电池能源来源广泛，而且电动汽车具有制动能量回收功能，能够节约能源。尤其是城市公交客车，长期行驶在频繁低速制动工况，通过制动能量回收的能量非常可观。对于纯电动公交客车而言，如何进一步提高制动能量回收效率、制动安全性和防止在驱动过程中的发生滑转非常重要。
实用新型内容
本实用新型为了进一步提高制动能量回收效率、制动安全性和防止在驱动过程中的发生滑转，提供了一种纯电动公交客车制动控制系统，结合说明书附图，本实用新型的技术方案如下：
纯电动公交客车制动控制系统，包括制动踏板行程传感器14、加速踏板行程传感器17、电机制动系统、气压制动系统和控制器ECU；
所述电机制动系统包括安装在车辆前轴处的电池组25和电池管理系统23以及安装在后轴上的主减速器39和电机35，在所述电机35上安装有电机控制器36；
所述制动踏板行程传感器14、加速踏板行程传感器17、电池管理系统23以及所述电机控制器36分别与所述控制器ECU通过信号线相连；
所述气压制动系统由空气压缩机2、卸载阀4和四回路保护阀6依次连接后分为三路，分别通过前储气筒9接入前制动回路、后储气筒10接入后制动回路和手制动阀接入辅助制动回路组成，所述后制动回路包括常规制动回路和驱动防滑转制动回路，其中，
常规制动回路为：后储气筒10经制动阀16的下腔与双控比例继动阀32的低压进气口相连，双控比例继动阀32的高压出气口与三通阀Ⅲ33的进气口相连，三通阀Ⅲ33的两个出气口分别与右后ABS电磁阀11和左后ABS电磁阀34的进气口相连，右后ABS电磁阀11的出气口与右后制动气室5相连，左后ABS电磁阀的出气口与左后制动气室相连；
驱动防滑转制动回路为：后储气筒10的出气口分为三路，一路与双控比例继动阀32的高压进气口相连，一路与ASR电磁阀13相连，一路与制动阀16的下腔进气口相连，三路汇合后与三通阀Ⅲ33相连，三通阀Ⅲ33的两个出气口分别与右后ABS电磁阀11和左后ABS电磁阀34的进气口相连，右后ABS电磁阀11的出气口与右后制动气室5相连，左后ABS电磁阀的出气口与左后制动气室38相连；
所述ASR电磁阀13、右后ABS电磁阀11、左后ABS电磁阀34和双控比例继动阀32的信号控制端口均与所述控制器ECU的信号控制端相连。
纯电动公交客车制动控制系统，其中，所述前制动回路为：前储气筒9经制动阀16的上腔与快放阀31相连，快放阀31经ABS电磁阀30与三通阀Ⅱ29相连，三通阀Ⅱ29的两个出气口分别与右前制动气室20和左前制动气室27相连；
所述ABS电磁阀30的信号控制端口与控制器ECU的信号控制端口相连。
纯电动公交客车制动控制系统，其中，所述辅助制动回路为：手制动阀8出气口与三通阀Ⅰ12相连，三通阀Ⅰ12的两个出气口分别与右后制动气室5和左后制动气室38相连。
纯电动公交客车制动控制系统，其中，所述制动气室内均安装有制动气室压力传感器；
所述纯电动公交客车的车轮上均安装有轮速传感器；
所述制动气室压力传感器与轮速传感器均与控制器ECU控制连接。
本实用新型的有益效果在于：
1、通过安装在前后轴上的ABS电磁阀和双控比例继动阀能够实现对前后轴制动压力的精确调节，
2、后轴上的双控比例继动阀在正常情况下，进行电控，在电控失效的情况下，恢复气控，能够保证制动安全性。
3、在后轴的两个制动气路上分别安装了ABS电磁阀，可以实现对两个后轮制动力的精确调节。
4、另外在后制动回路上安装有ASR电磁阀，当汽车在驱动过程中发生滑转，可以进行驱动防滑控制。
附图说明
图1为本实用新型所述的纯电动公交客车制动控制系统的结构简图；
图2为本实用新型所述的纯电动公交客车制动控制系统的工作过程简图；
图3为本实用新型所述的纯电动公交客车制动控制系统工作过程中，常规制动控制流程框图；
图4为本实用新型所述的纯电动公交客车制动控制系统工作过程中，再生制动与ABS协调控制流程框图。
图中：
1-右后轮速传感器， 2-空气压缩机， 3-右后轮，
4-卸载阀， 5-右后制动气室， 6-四回路保护阀，
7-右后制动气室压力传感器， 8-手制动阀， 9-前储气筒，
10-后储气筒， 11-右后ABS电磁阀， 12-三通阀Ⅰ，
13-ASR电磁阀， 14-制动踏板行程传感器，15-制动踏板，
16-制动阀， 17-加速踏板行程传感器，18-加速踏板，
19-右前制动气室压力传感器， 20-右前制动气室， 21-右前轮，
22-右前轮速传感器， 23-电池管理系统(BMS)， 24-左前轮速传感器，
25-电池组， 26-左前轮， 27-左前制动气室，
28-左前制动气室压力传感器， 29-三通阀Ⅱ， 30-前ABS电磁阀，
31-快放阀， 32-双控比例继动阀， 33-三通阀Ⅲ，
34-左后ABS电磁阀， 35-电机， 36-电机控制器(MCU)，
37-左后制动气室压力传感器， 38-左后制动气室， 39-主减速器，
40-左后轮， 41-左后轮速传感器。
具体实施方式
为了进一步说明本实用新型的技术方案，结合说明书附图，本实用新型的具体实施方式如下：
如图1所示，本实用新型公开了一种纯电动公交客车制动控制系统，包括制动踏板行程传感器14、加速踏板行程传感器17、电机制动系统、气压制动系统和控制器ECU；
所述电机制动系统包括安装在车辆前轴处的电池组25和电池管理系统23以及安装在后轴上的主减速器39和电机35，在所述电机35上安装有电机控制器36，主要是在驱动时给整车提供动力，在制动时，能回收制动能量；
所述电池管理系统(BMS)23能够实时监测电池组25的SOC、电流、电压、温度等信号。在纯电动客车进行制动能量回收时，能够实时给控制器ECU发送电池组25的SOC、电流、电压、温度等信号。控制器ECU根据发送过来的SOC、电流、电压、温度等信号，确定一个电池组25对电机35的限制的最大再生力矩值。
所述制动踏板行程传感器14、加速踏板行程传感器17、电池管理系统23以及所述电机控制器36分别与所述控制器ECU通过信号线相连；
空气压缩机2、卸载阀4和四回路保护阀6依次连接，空气经过空气压缩机2处理后，送入到卸载阀4，卸载阀4的出气口连接到四回路保护阀6的进气口。从四回路保护阀6的三个出气口将整个制动系统分为三路，分别通过前储气筒9接入前制动回路、后储气筒10接入后制动回路和手制动阀接入辅助制动回路组成。
所述前制动回路为：四回路保护阀6的一个出气口与前储气筒9的进气口相连，前储气筒9的出气口与制动阀16的上腔的进气口相连，制动阀16的上腔出气口与快放阀31的进气口相连，快放阀31的出气口与ABS电磁阀30的进气口相连，ABS电磁阀30的出气口与三通阀Ⅱ29的进气口相连，三通阀Ⅱ29的两个出气口分别与右前制动气室20、左前制动气室27相连，ABS电磁阀30的信号控制端口，通过信号线与控制器ECU的信号控制端口相连。
所述后制动回路包括常规制动回路和驱动防滑转制动回路，其中，
常规制动回路为：后储气筒10的出气口通过线路与制动阀16的下腔进气口相连，制动阀16的下腔出气口与双控比例继动阀32的低压进气口相连，双控比例继动阀32的高压出气口与三通阀Ⅲ33的进气口相连，三通阀Ⅲ33的两个出气口分别与右后ABS电磁阀11、左后ABS电磁阀34的进气口相连，右后ABS电磁阀11的出气口与右后制动气室5相连。左后ABS电磁阀的出气口与左后制动气室相连；
驱动防滑转制动回路为：后储气筒10的出气口通过线路与ASR电磁阀13的进气口相连，ASR电磁阀13的出气口与三通阀Ⅲ33的进气口相连，三通阀Ⅲ33的两个出气口分别与右后ABS电磁阀11、左后ABS电磁阀34的进气口相连，右后ABS电磁阀11的出气口与右后制动气室5相连。左后ABS电磁阀的出气口与左后制动气室38相连；
所述ASR电磁阀13、右后ABS电磁阀11、左后ABS电磁阀34和双控比例继动阀32的信号控制端口均与所述控制器ECU的信号控制端相连。
所述辅助制动回路为：四回路保护阀6的一个出气口与手制动阀8的进气口相连，手制动阀8的出气口通过气路与三通阀Ⅰ12的进气口相连，三通阀Ⅰ12两个出气口分别与右后制动气室5和左后制动气室38相连。
制动踏板行程传感器14安装在制动踏板15的下方，当驾驶员踩下制动踏板时，制动踏板行程传感器14将测得的信号，通过信号线传递给控制器ECU，控制器ECU经过分析计算能够识别驾驶员的制动意图和需求制动力，并对前后轴制动力和电机制动力进行预分配。
加速踏板行程传感器17安装在加速踏板18的下方，在驱动行驶过程中，控制器ECU通过采集轮速传感器信号和加速踏板行程传感器17的信号，进行分析计算，判断车轮是否发生滑转，通过加速踏板行程传感器17的信号，可以计算驾驶员的驱动需求。当控制器ECU判断车轮发生滑转，控制器ECU首先会给电机控制器(MCU)36发送指令，减小驱动力矩。然后控制器ECU会给ASR电磁阀13发送指令，调节ASR电磁阀13的开度，开启驱动防滑下的后制动回路。
所述制动气室内均安装有制动气室压力传感器；所述纯电动公交客车的车轮上均安装有轮速传感器；所述制动气室压力传感器与轮速传感器均与控制器ECU控制连接。
如图2所示，本实用新型的纯电动公交客车制动控制系统的工作过程如下：
(1)、车辆在行驶过程中，通过控制器ECU实时采集制动踏板行程传感器14的信号Sb、加速踏板行程传感器17的信号Sp、车轮轮速传感器w、电机控制器(MCU)36电机转速信号n以及电池管理系统(BMS)23的SOC信号，然后控制器ECU根据加速踏板行程传感器17和制动踏板行程传感器14的信号判断车辆处于驱动工况或制动工况；
判断车辆处于驱动工况或制动工况的具体步骤如下：
控制器ECU根据加速踏板行程传感器17的信号Sp和制动踏板行程传感器14的信号Sb进行判断；
当Sp>0且Sb＝0时，此时判断车辆处于驱动工况；
当Sp＝0且Sb>0时，此时判断车辆处于制动工况。
(2)、当控制器ECU判断车辆处于驱动工况时，控制器ECU再根据车辆轮速传感器的信号w计算车速V、滑移率S和制动强度z，并分析判断车辆处于正常驱动状态或打滑状态；
如车辆处于正常驱动状态，则维持现状；
如车辆处于打滑状态则启动电机制动系统和气压制动系统进行制动，具体步骤如下：
①控制器ECU判断车辆当前行驶在驱动工况下，控制器ECU根据轮速传感器的信号w计算滑移率S，其中，
S = V - w r V × 100 %
若S＝0，则判断此时车辆驱动轮处于正常驱动状态；
若S<0，则判断此时车辆驱动轮处于打滑状态；
②此时控制器ECU根据车速V发出控制指令：
A.若此时车速V小于预设最低车速10km/h，则控制器ECU对ASR阀13发出控制指令，线性调节ASR阀13的开度，后储气筒10里的高压气体通过ASR阀13，再通过三通阀33，分别经过右后ABS电磁阀11，左后ABS电磁阀34到达左后制动气室38和右后制动气室5，进行制动；同时控制器ECU对电机控制器36发出控制指令，减小电机驱动力矩，所述控制过程以减小电机驱动力矩为主，给驱动轮施加制动力矩为辅；
B.若此时车速V大于预设最高车速50km/h，则控制器ECU直接对电机控制器(MCU)36发出控制指令，减小电机的驱动力矩。
(3)当控制器ECU判断车辆处于制动工况时，控制器ECU再根据车辆轮速传感器的信号w计算车辆滑移率S，并分析判断车辆滑移率S处于稳定状态或不稳定状态；
如车辆滑移率处于稳定状态，此时采用常规制动，即控制器ECU根据制动强度z、电池的SOC信号和电机转速信号n来判断采取单独电机制动系统、电机制动系统和气压制动系统联合或单独气压制动系统的制动方式，具体步骤如下：
当控制器ECU分析判断得出Sp＝0且Sb>0，则此时车辆处于制动工况，此时滑移率S>0；设S0为滑移率的门限值，n0为电机的极限最低转速；
若S<S0则此时车轮的滑移率处于稳定状态，采用常规制动，根据制动强度z、电池SOC、电机转速n判断制动方式如下：
①若电池SOC<0.9且制动强度z<0.15且电机转速n>n0，则采用单独电机制动系统制动；
②若电池SOC<0.9且制动强度0.15<z<0.6且电机转速n>n0，则采用电机制动系统和气压制动系统联合制动；
③若电池SOC<0.9且制动强度满足z>0.6，则采用单独气压制动系统制动；
④若电池SOC>0.9或电机转速n<n0时，则采用单独气压制动系统制动。
如图3所示，常规制动过程中，驾驶员踩下制动踏板，控制器ECU根据制动踏板行程传感器14的信号Sb可以计算出总需求制动力Ttotal，并对前后轴制动力进行预分配，前轴需求制动力Tf＝βTtotal(β为前后轴制动力分配系数)，后轴需求制动力Tr-req＝(1-β)Ttotal，电机的最大制动力矩Tm-max＝min(Tmax1 Tmax2 Tmax3)(Tmax1为满足ECE法规的最大电机制动力矩；Tmax2为电池组最大充电功率下的最大电机制动力矩；Tmax3为电机本身所能提供的最大制动力矩)。
1)开始制动时，控制器ECU首先判断轮速与电机极限最低转速的关系，如果轮速小于电机的机械最低转速，则此时电机不能正常运转，此时制动所需的制动力完全由气压制动力提供。
2)若轮速大于电机极限最低转速，则判断滑移率此时车辆是否触发ABS，如果触发了ABS，则此时进入下一阶段再生制动与ABS协调控制；若果没有触发ABS，则此时控制器ECU再判断此时电池组25的SOC值。
3)若SOC值大于0.9，则表明此时电池组25不适合充电，此时制动所需的制动力完全由气压制动力提供；若SOC值小于0.9，则再判断此时制动强度z。
4)若制动强度z小于0.1，此时制动强度较小，制动所需的制动力可以完全由电机制动力提供；若此时z大于0.1，则再判断。若z大于0.6，则此时制动强度比较大，为了保证制动安全性，此时制动所需的制动力完全由气压制动力提供；若此时制动强度z在0.1和0.6之间，此时制动所需的制动力由电机制动力和气压制动力联合提供。
5)确定了制动所需的制动力由电机制动力和气压资料联合提供，再判断此时电机所能提供的最大制动力与后轴所需制动力的大小关系。若则此时后轴制动力完全由电机制动力提供，Tf＝βTtotal，Tr＝Tm-max＝(1-β)Ttotal；若则此时，电机的制动力力矩取最大值，后轴气压力取后轴需求制动力与电机制动力之差值，Tf＝βTtotal，Tm＝Tm-max，Tr＝(1-β)Ttotal-Tm-max。
如车辆滑移率处于不稳定状态，此时采用再生制动与ABS协调控制，即控制器ECU对电机制动系统和气压制动力采用协调控制的制动方式，具体步骤如下：
当控制器ECU分析判断得出Sp＝0且Sb>0，则此时车辆处于制动工况，设S0为滑移率的门限值，n0为电机的极限最低转速；
若S>S0，此时车轮滑移率处于不稳定状态，此时采用ABS防抱死制动控制，ABS采用逻辑门限值控制，取车轮角加速度第二门限值a2、车轮角加速度门限值a1、角减速度门限值a0、滑移率S1以及滑移率S2；
电机有如下基本特性，在基速以下时，电机恒扭矩；在基速以上，电机恒功率，用如下公式表示：
其中，Treg为电机实际扭矩，Tm为电机恒定扭矩，Pm为电机恒定功率，n为电机实际转速，nb为电机基速；
如图4所示，首先通过滑移率S判断是否触发ABS，当没有触发ABS时，恢复常规制动，当ABS触发后：
①如果相关的门限值达到了增压门限值，即：车轮角加速度w>a2，或者车轮滑移率S>S2，则增大气压制动力，保持电机制动力不变；
②如果相关门限值没有达到增压门限值，即：车轮滑移率S<S1，或者车轮角加速度0<w<a1，则继续判断是否达到保压门限值；
如果达到了保压门限值，若电机实际转速大于电机基速，则随着保压的进行，保持气压制动力不变，并连续小梯度减小电机制动力；若电机转速小于基速，则保持气压和电机制动力均不变；
③如果相关门限值没有达到保压门限值，即：车轮角减速度满足w<a0，则继续判断是否达到减压门限值；
如果达到了减压门限值，若电机实际转速大于电机基速，则随着减压的进行，减小气压制动力，并连续小梯度减小电机制动力；若电机转速小于基速，则减小气压制动力，并连续小梯度减小电机制动力；
④如果相关门限值还是没有达到减压的门限值，即：车轮角减速度w<a0，则继续返回比较增压门限值，进行循环判断。

Claims (4)

1.纯电动公交客车制动控制系统，其特征在于：包括制动踏板行程传感器(14)、加速踏板行程传感器(17)、电机制动系统、气压制动系统和控制器ECU；
所述电机制动系统包括安装在车辆前轴处的电池组(25)和电池管理系统(23)以及安装在后轴上的主减速器(39)和电机(35)，在所述电机(35)上安装有电机控制器(36)；
所述制动踏板行程传感器(14)、加速踏板行程传感器(17)、电池管理系统(23)以及所述电机控制器(36)分别与所述控制器ECU通过信号线相连；
所述气压制动系统由空气压缩机(2)、卸载阀(4)和四回路保护阀(6)依次连接后分为三路，分别通过前储气筒(9)接入前制动回路、后储气筒(10)接入后制动回路和手制动阀接入辅助制动回路组成，其特征在于：
所述后制动回路包括常规制动回路和驱动防滑转制动回路，其中，
常规制动回路为：后储气筒(10)经制动阀(16)的下腔与双控比例继动阀(32)的低压进气口相连，双控比例继动阀(32)的高压出气口与三通阀Ⅲ(33)的进气口相连，三通阀Ⅲ(33)的两个出气口分别与右后ABS电磁阀(11)和左后ABS电磁阀(34)的进气口相连，右后ABS电磁阀(11)的出气口与右后制动气室(5)相连，左后ABS电磁阀的出气口与左后制动气室相连；
驱动防滑转制动回路为：后储气筒(10)的出气口分为三路，一路与双控比例继动阀(32)的高压进气口相连，一路与ASR电磁阀(13)相连，一路与制动阀(16)的下腔进气口相连，三路汇合后与三通阀Ⅲ(33)相连，三通阀Ⅲ(33)的两个出气口分别与右后ABS电磁阀(11)和左后ABS电磁阀(34)的进气口相连，右后ABS电磁阀(11)的出气口与右后制动气室(5)相连，左后ABS电磁阀的出气口与左后制动气室(38)相连；
所述ASR电磁阀(13)、右后ABS电磁阀(11)、左后ABS电磁阀(34)和双控比例继动阀(32)的信号控制端口均与所述控制器ECU的信号控制端相连。
2.如权利要求1所述纯电动公交客车制动控制系统，其特征在于：
所述前制动回路为：前储气筒(9)经制动阀(16)的上腔与快放阀(31)相连，快放阀(31)经ABS电磁阀(30)与三通阀Ⅱ(29)相连，三通阀Ⅱ(29)的两个出气口分别与右前制动气室(20)和左前制动气室(27)相连；
所述ABS电磁阀(30)的信号控制端口与控制器ECU的信号控制端口相连。
3.如权利要求1所述纯电动公交客车制动控制系统，其特征在于：
所述辅助制动回路为：手制动阀(8)出气口与三通阀Ⅰ(12)相连，三通阀Ⅰ(12)的两个出气口分别与右后制动气室(5)和左后制动气室(38)相连。
4.如权利要求1-3中任一项所述纯电动公交客车制动控制系统，其特征在于：
所述制动气室内均安装有制动气室压力传感器；
所述纯电动公交客车的车轮上均安装有轮速传感器；
所述制动气室压力传感器与轮速传感器均与控制器ECU控制连接。
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