CN209305369U - 一种新能源商用车制动能量回收系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种新能源商用车制动能量回收系统；所述回收系统包括机械制动系统、驱动电机及控制系统、动力电池及控制系统、整车控制器及CAN通讯系统、能量回收及控制系统；其中，所述机械制动系统包括储气筒、制动踏板、ABS系统、制动气室，所述制动踏板带有制动深度采集装置和制动阀；所述驱动电机及控制系统包括驱动电机和电机控制器；所述能量回收及控制系统包括气室压力传感器、前后轴气路控制阀、回收系统控制器。本实用新型通过新的结构设计，使能量回收系统可兼容于现有的车辆制动及ABS系统，具有现实可行性，解决了现有技术中影响车辆制动经济性的问题，具有积极的技术意义。

Description

一种新能源商用车制动能量回收系统

技术领域

本实用新型涉及一种新能源商用车制动能量回收系统，属于汽车零部件技术领域。

背景技术

制动能量回收是新能源汽车节能的重要方法之一，即车辆在减速或制动过程中，保证安全的前提下，优先使用驱动电机制动将车辆的动能转换为电能，储存在动力电池中。提高整车经济性的同时，减少了机械制动带来的制动器件磨损。

由于机械机构所致，传统车辆的制动系统，当制动踏板到一定深度时，机械制动会按一定比例施加到车辆前后车轴，不利于制动能量回收。为了提高制动能量回收率，设计一种机械制动和电回收制动比例可调的制动能量回收系统及其方法是十分必要的。前后轴制动力分配比例直接影响制动安全性，前后轴制动力矩可调的能量回收系统同样具有重要意义。

在公布号为CN106043263A的专利文献中，公开了一种制动控制系统。虽然具有理论上的能量回收功能，但在目前的技术条件下却不具有实施意义。该制动控制系统采用替代现有制动系统的方法，利用自带的ABS电磁阀来实现ABS功能，需要对原来车辆的制动系统做颠覆性的改动，这是与现行技术规范的要求相违背的。现行的技术规范对制动及ABS系统的独立性和完整性要求非常高，如果要使制动能量回收系统具有现实实施的价值，就必须从架构上使车辆的制动及ABS系统保持独立，实施过程也必须独立于制动及ABS系统。

因此，设计一种能与车辆的制动及ABS系统保持独立运行的新能源商用车制动能量回收系统，是本领域技术人员亟待解决的问题。

发明内容

现有技术中，已经出现的制动能量回收系统设计方案，无法与现行的制动系统和ABS系统独立运行，需要以替代方式来实现，与现行的技术规范抵触，难以真正实施；或者当ABS时电回收制动就退出，降低制动能量的回收率。为解决这一问题，本实用新型提供一种新能源商用车制动能量回收系统，通过新的结构设计，使能量回收系统可兼容于现有的车辆制动及ABS系统，具有现实可行性。

本实用新型采用下述技术方案：

一种新能源商用车制动能量回收系统，包括：机械制动系统、驱动电机及控制系统、动力电池及控制系统、整车控制器及CAN通讯系统、能量回收及控制系统，其特征在于：

所述机械制动系统包括储气筒、制动踏板、ABS系统、制动气室，所述制动踏板带有与整车控制器信号连接的制动深度采集装置；

所述驱动电机及控制系统包括产生回收力矩的驱动电机和用于接受整车控制器的指令、控制驱动电机的电机控制器；

所述能量回收及控制系统包括气室压力传感器、前后轴气路控制阀、回收系统控制器；所述气室压力传感器安装在制动气室上，用于测量车辆前后轴气室压力，并将测量信号传输给回收系统控制器；所述前后轴气路控制阀进气端接制动踏板，出气端接ABS系统电磁阀。

优选的，所述动力电池及控制系统包括用于储存回收能量的动力电池和与整车控制器通讯的电池控制器；

所述整车控制器及CAN通讯系统包括整车控制器和用于信号传输的CAN通讯系统；

所述制动深度采集装置为采集踏板转轴转动角度的角度传感器；

所述前后轴气路控制阀为长通式电磁阀，系统不做控制时制动踏板与ABS阀长通；

所述驱动电机为可作驱动电机亦可回收制动能量的永磁同步电机。

一种上述新能源商用车制动能量回收系统的控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1.整车控制器采集制动踏板深度；

S2.回收系统控制器根据踏板深度解析所需的总制动力矩；

S3.回收系统控制器根据制动力矩分配策略，将制动力矩分为回收力矩和机械制动力矩，机械制动力矩又分为前轴机械制动力矩和后轴机械制动力矩；

S4.整车控制器根据车辆电池状态和ABS状态，对回收力矩进行修正；

S5.回收系统控制器根据修正后的回收力矩，对机械制动力矩进行动态调节。

优选的，所述步骤S2中，解析所需的总制动力矩具体方法为：

1）制定了踏板深度与前后轴气室压力关系曲线；根据该曲线，得到某踏板深度下所需要的气室压力，此曲线为前后轴理想制动力分配关系反映到前后轴气室上的数据；

2）根据函数，计算前轴、后轴所对应的制动力矩；

其中，T为制动器的摩擦力矩Nm ；P-气室压强pa；S-气室有效皮膜面积㎡；i-杠杆比，r-制动鼓或制动盘的作用半径m； -制动器因数；

3）根据，计算某踏板深度下所需要的总制动力矩。

优选的，所述步骤S3中，制定了回收力矩门限值，根据总制动力矩大小落在门限值的区间不同，计算电回收力矩和机械力矩的分配、前后轴机械制动的分配，在保证制动安全的情况下，最大限度的回收制动能量。

优选的，所述步骤S3中，制动力矩分配策略具体为：

1）设定回收力矩门限值：、、，上述回收力矩门限值设定原则如下：为车辆单后轴制动临近抱死的总制动力矩，为前轴机械制动后轴电制动，后轴临近抱死的总制动力矩；为前轴机械制动，后轴电和机械共同制动，后轴临界抱死的总制动力矩；

2）当时，优先考虑电制动回收能量，制动力矩由后轴的驱动电机提供，即（电回收力矩）；

3）当时，优先考虑电制动的同时，电回收剩余的制动能量，由前轴机械制动吸收，即（电机回收力矩，

为前轴机械制动力矩）；

4）当时，电回收剩余的制动能量，由前轴、后轴机械制动共同吸收，即（电机回收力矩，为前轴机械制动力矩，为后轴机械制动力矩）；

5）当制动力矩时，电制动退出，制动力矩由前后轴机械制动提供，即。

优选的，所述步骤S4中，当电池电量SOC低于设定门限值下限A时，进行全功率电制动回收；当SOC不高于设定门限值上限B又不低于门限值下限A时，降功率电制动回收，修正回收力矩；当SOC高于设定门限值上限B时，不进行电制动回收；若ABS电磁阀不动作，即车辆无抱死现象，不对回收力矩修正；

设定两种临界值H>L；当ABS电磁阀动作，且气室压力大于等于H，不对回收力矩修正；当ABS电磁阀动作，且气室压力大于L又小于H，降额修正回收力矩；当ABS电磁阀动作，且气室压力小于等于L，回收力矩为0。

优选的，所述步骤S5中，回收系统控制器根据所述踏板深度与前后轴气室压力关系曲线，通过调节气室压力来调节机械制动力矩；通过机电制动相互协调，保证总制动力矩不变；通过前后轴机械相互协调，保证理想的前后轴制动力分配关系。

优选的，所述步骤S5中，回收系统控制器根据修正后的回收力矩对机械制动力矩进行动态调节，其方法为：

将降额部分的回收力矩，按照前轴/后轴的比例进行分配，通过控制前后轴回收系统电磁阀实现。

本实用新型具有以下的优点：

（1）通过将机械制动系统独立设置，使本实用新型可兼容于现有的制动系统，既更容易符合技术规范的要求，又便于在实施时充分利用现有部件；使本实用新型的实施以保证安全为前提；

（2） 通过动态调节电回收制动力矩和机械制动力矩的分配比例，可以提高制动能量回收效率；

（3）通过设定门限值，采用智能控制，当ABS启动时不立即退出电回收制动，提高能量回收率； 当车辆状态不满足制动能量回收条件时，不启动电回收制动，仅以机械制动，保证行车安全。

附图说明

图1 是本实用新型的实施例架构原理示意图；

图2 是本实用新型实施例控制方法流程示意图；

图3 是本实用新型实施例中踏板深度与前后轴气室压力关系曲线示意图；

其中：1.制动踏板，2.前轴气路控制阀，3.后轴气路控制阀，4.右前气室， 5.右后气室， 6.前轴制动储气筒，7.后轴制动储气筒，8.ABS控制器，9.驱动电机，10.回收系统控制器，11.电机控制器，12.电池控制器，13.整车控制器，14.动力电池，15.左后ABS电磁阀，16.后轴继动阀，17.右后ABS电磁阀，18.左前气室，19.左前ABS电磁阀，20.前轴快放阀，21.右前ABS电磁阀，24.前气室压力传感器，25.后气室压力传感器。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。

如图1所示，本实施例为一种新能源商用车制动能量回收系统，包括：机械制动系统、驱动电机及控制系统、动力电池14及控制系统、整车控制器及CAN通讯系统、能量回收及控制系统；

所述机械制动系统应用已有的成套制动系统，只做接线连接上的改变，不改变原结构和工作原理；包括储气筒、制动踏板1、ABS系统、制动气室；所述制动踏板1带有与整车控制器13信号连接的制动深度采集装置。

所述制动深度采集装置为采集踏板转轴转动角度的角度传感器，本实施例中采用常见直踏式制动总阀。所述制动阀受制动踏板1驱动，包括a1、a2、b1、b2四个口，所述四个口分别为后轴制动进气口、前轴制动进气口、后轴制动出气口、前轴制动出气口；本实施例中采用常见的WG8710360003型号。

所述驱动电机及控制系统包括产生回收力矩（也叫电制动力矩）的驱动电机9和用于接受整车控制器13的指令、控制驱动电机9的电机控制器11；所述驱动电机9为可作驱动电机亦可回收制动能量的永磁同步电机；

所述动力电池14及控制系统包括用于储存回收能量的动力电池14和与整车控制器13通讯的电池控制器12；

所述整车控制器及CAN通讯系统包括整车控制器13和用于信号传输的CAN通讯系统；整车控制器13采用商用车现有的通用型号，本实施例中采用WG8711710040；主要用于：采集制动踏板1信号，发送给回收系统控制器；接受电池控制器12的电量信号、ABS控制器8的阀动作信号，对回收系统控制器发来的回收力矩信号进行修正处理，并将修正后的制动回收力矩发送给电机控制器11和回收系统控制器；所述整车控制器13与所连接的各部件，均通过CAN通讯系统进行信号传输。

所述能量回收及控制系统包括气室压力传感器、前后轴气路控制阀3、回收系统控制器；所述气室压力传感器安装在制动气室上，用于测量车辆前后轴气室压力，并将压力输出给回收系统控制器；所述前后轴气路控制阀3进气端接制动踏板1，出气端接ABS系统电磁阀。所述回收系统控制器采用整车控制器同一型号产品，用于解析制动踏板1深度下所对应的总制动力矩，分配电回收力矩和机械制动力矩，并且接受根据电池状态反馈的修正回收力矩进行动态调节。其中电回收力矩通过整车控制器13发送到电机控制器11控制电机回收力矩执行，机械制动力矩通过控制阀控制气路通断执行。

所述前后轴气路控制阀3为长通式电磁阀，系统不做控制时制动踏板1与ABS阀长通；

所述的前轴制动储气筒6的出气端与制动踏板1的a2口通过气管进行连接；所述的制动踏板1的b2口与前轴气路控制阀2的进气端通过气管进行连接；所述的前轴气路控制阀2的出气端与前轴快放阀20的进气端通过气管进行连接；所述前轴快放阀20的出气端与前轴ABS电磁阀（19、21）的进气端通过气管进行连接；所述的前ABS电磁阀（19、21）的出气端与前制动气室（4、18）的进气端通过气管进行连接；所述的后轴制动储气筒7的出气端与制动踏板1a1口通过气管进行连接；所述的制动总泵b1口与后轴气路控制阀3的进气端通过气管进行连接；所述的后轴气路控制阀3的出气端与后轴继动阀16的控制端通过气管进行连接；所述的后轴制动储气筒7的另一出气端与后轴继动阀16的进气端通过气管进行连接；所述的后轴继动阀16的出气端与后ABS电磁阀（15、17）的进气端通过气管进行连接；所述的后ABS电磁阀（15、17）的出气端与后制动气室（5、19）的进气端通过气管进行连接。

其中所述的ABS控制器8与ABS控制阀（15、17、19、21）信号连接，控制其动作，与整车控制器13通过CAN通讯连接。

其中所述的回收系统控制器10与气室压力传感器（24、25）连接，采集气室压力；与整车控制器13通过CAN通讯连接；与前后轴气路控制阀3（2、3）。

其中所述的电机控制器11与动力电机和动力电池14高压电气连接；且电机控制器11与整车控制器13通过CAN通讯连接。

其中所述的电池控制器12与整车控制器13CAN通讯连接。

具体地过程如下，当驾驶员踩下制动踏板1时，整车控制器13采集制动踏板1信号并发送给回收系统控制器，回收系统控制器分配机械制动和电制动力矩，电制动力矩发送给整车控制器13，整车控制器13发给电机控制器11，由驱动电机9施加制动力矩，进行制动，制动回收电能储存在动力电池14里。回收系统控制阀前后轴根据所分配的机械制动力矩对回收系统控制阀进行开闭控制，控制过程由气室压力传感器作为反馈信号，形成压力闭环控制。

随着电池SOC的增高，整车控制器13对回收力矩进行降额修正，同时回收系统控制器根据电回收力矩的降额，通过控制回收系统控制阀的开闭，增加相应气室压力来补充，保证制动力矩不变。

同样的，根据ABS状态和气室压力的大小，整车控制器13对电回收力矩进行降额处理，其所降额度均由回收系统控制阀动作，增加相应气室压力来补充，保证制动力矩不变。

一种本实施例所述新能源商用车制动能量回收系统的控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1.整车控制器13采集制动踏板1深度；

由于所述制动深度采集装置为采集踏板转轴转动角度的角度传感器，因此所采集的踏板深度以角度（°）来计量。

S2.回收系统控制器根据踏板深度解析所需的总制动力矩；

S3.回收系统控制器根据制动力矩分配策略，将制动力矩分为回收力矩和机械制动力矩，机械制动力矩又分为前轴机械制动力矩和后轴机械制动力矩；

S4.整车控制器13根据车辆电池状态和ABS状态，对回收力矩进行修正；

S5.回收系统控制器根据修正后的回收力矩，对机械制动力矩进行动态调节。

所述步骤S2中，解析所需的总制动力矩具体方法为：

1）制定了踏板深度与前后轴气室压力关系曲线；根据该曲线，得到某踏板深度下所需要的气室压力，此曲线为前后轴理想制动力分配关系反映到前后轴气室上的数据；

2）根据函数，计算前轴、后轴所对应的制动力矩；

其中，T为制动器的摩擦力矩Nm ；P-气室压强pa；S-气室有效皮膜面积㎡；i-杠杆比，r-制动鼓或制动盘的作用半径m； -制动器因数；

3）根据，计算某踏板深度下所需要的总制动力矩。

所述步骤S3中，制定了回收力矩门限值，根据总制动力矩大小落在门限值的区间不同，计算电回收力矩和机械力矩的分配、前后轴机械制动的分配，在保证制动安全的情况下，最大限度的回收制动能量。

本步骤中，制动力矩分配策略具体为：

1）设定回收力矩门限值：、、，上述回收力矩门限值设定原则如下：为车辆单后轴制动临近抱死的总制动力矩，为前轴机械制动后轴电制动，后轴临近抱死的总制动力矩；为前轴机械制动，后轴电和机械共同制动，后轴临界抱死的总制动力矩；

2）当时，优先考虑电制动回收能量，制动力矩由后轴的驱动电机提供，即（电回收力矩）；

3）当时，优先考虑电制动的同时，电回收剩余的制动能量，由前轴机械制动吸收，即（电机回收力矩，

为前轴机械制动力矩）；

4）当时，电回收剩余的制动能量，由前轴、后轴机械制动共同吸收，即（电机回收力矩，为前轴机械制动力矩，为后轴机械制动力矩）；

5）当制动力矩时，电制动退出，制动力矩由前后轴机械制动提供，即。

所述步骤S4中，当电池电量SOC低于设定门限值下限A时，进行全功率(电机控制器所允许的最大功率）电制动回收；当SOC不高于设定门限值上限B又不低于门限值下限A时，降功率电制动回收，修正回收力矩；当SOC高于设定门限值上限B时，不进行电制动回收；若ABS电磁阀不动作，即车辆无抱死现象，不对回收力矩修正；(本实施例中设定门限A为75%，B为98%）

设定两种临界值H>L；当ABS电磁阀动作，且气室压力大于等于设定值H，不对回收力矩修正；当ABS电磁阀动作，且气室压力大于设定值L又小于设定值H，降额修正回收力矩；当ABS电磁阀动作，且气室压力小于等于设定值L，回收力矩为0。（本实施例中H设定值为4bar、L为1.5bar）

所述步骤S5中，回收系统控制器根据修正后的回收力矩对机械制动力矩进行动态调节，其方法为：

回收系统控制器根据所述踏板深度与前后轴气室压力关系曲线，通过调节气室压力来调节机械制动力矩；通过机电制动相互协调，保证总制动力矩不变；通过前后轴机械相互协调，保证理想的前后轴制动力分配关系；

将降额部分的回收力矩，按照前轴/后轴的比例进行分配，通过控制前后轴的回收系统电磁阀实现。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现，未予以详细说明和局部放大呈现的部分，为现有技术，在此不进行赘述。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和特点相一致的最宽的范围。

Claims (2)

1.一种新能源商用车制动能量回收系统，包括：机械制动系统、驱动电机（9）及控制系统、动力电池（14）及控制系统、整车控制器（13）及CAN通讯系统、能量回收及控制系统，其特征在于：

所述机械制动系统包括储气筒、制动踏板（1）、ABS系统、制动气室，所述制动踏板（1）带有与整车控制器（13）信号连接的制动深度采集装置；

所述驱动电机（9）及控制系统包括产生回收力矩的驱动电机（9）和用于接受整车控制器（13）的指令、控制驱动电机（9）的电机控制器（11）；

所述能量回收及控制系统包括气室压力传感器、前后轴气路控制阀、回收系统控制器（10）；所述气室压力传感器安装在制动气室上，用于测量车辆前后轴气室压力，并将测量信号传输给回收系统控制器（10）；所述前后轴气路控制阀进气端接制动踏板（1），出气端接ABS系统电磁阀。

2.根据权利要求1所述的制动能量回收系统，其特征在于，所述动力电池（14）及控制系统包括用于储存回收能量的动力电池（14）和与整车控制器（13）通讯的电池控制器（12）；

所述整车控制器（13）及CAN通讯系统包括整车控制器（13）和用于信号传输的CAN通讯系统；

所述制动深度采集装置为采集踏板转轴转动角度的角度传感器；

所述前后轴气路控制阀为长通式电磁阀，系统不做控制时制动踏板（1）与ABS阀长通；

所述驱动电机（9）为可作驱动电机（9）亦可回收制动能量的永磁同步电机。