CN210502291U - 电动汽车再生制动控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种电动汽车再生制动控制系统，包括依次电连接的存储单元、驾驶状态检测装置、再生控制装置、电力转换电路、电机、变速器和驱动车轮、以及与所述电力转换电路电连接的蓄电池，所述存储单元用于存储车辆属性信息，所述驾驶状态检测装置用于检测车辆行驶过程中的车辆状态和道路状态，所述再生控制装置用于产生再生制动控制信号，所述电力转换电路控制所述电机的输出功率和工作模式，当所述电机接收到来自所述再生控制装置传递的再生制动控制信号时，所述电机的工作模式由放电驱动模式转换成发电模式，所述驱动车轮产生的动能通过所述电力转换电路转换成电能存储于所述蓄电池中。

Description

电动汽车再生制动控制系统

【技术领域】

本实用新型属于拉电动汽车制动技术领域，尤其涉及一种电动汽车再生制动控制系统。

【背景技术】

电动汽车是新能源汽车的一种类型，其依靠蓄电池储能，并经电机向整车提供动力，从而驱使汽车前行。电机替代了传统内燃机，蓄电池替代了传统油箱，并且作为可再生能源的电能来源丰富。电动汽车最大的特点是在行驶过程中实现零排放、零污染、噪声小、结构简单、维修方便，所以近几年电动汽车在国内呈现井喷式发展。但是蓄电池容量有限和充电站还未普及，让续驶里程短成为电动汽车进一步发展的重要障碍。

由于短时期内蓄电池容量不能有所提高，再生制动技术开始出现在大家视野中。再生制动发生在电动汽车减速制动时，或者在较长下坡的路况下，利用电机的可逆状态，让电机运行在发电模式，在整车控制器的作用下调节电机侧的电压，这样发出的电量能够流向电压侧，进而回收并储存在蓄电池里，从而充分发挥蓄电池电能的利用率，提高电动汽车的续驶里程。

再生制动一般是在制动踏板下压或者油门踏板从下压位置松开时进行控制，制动力是在这种分离过程或者释放过程相结合中产生的。当油门踏板从下压位置松开而制动踏板处于非下压位置时，再生制动要比制动踏板处于下压位置所施加的制动要弱，此时再生制动等效于传统汽车利用发动机进行制动，若此时产生的再生制动力大于所需要的，那么这时的车速会超出期望下降的车速范围。另外，当电动汽车在低速行驶过程中进行再生制动时，此时电机提供的功率很大，无法实现节能。此外，当电动汽车在斜坡上行驶时，此时的再生制动力无法根据道路坡度的频繁变化而进行适当的调节，从而导致再生制动效率降低。

基于此，有必要提出一种电动汽车再生制动控制系统，可以根据坡度角即坡度角的变化输出合适的再生制动力，不需要驾驶员频繁手动操作，实现电动汽车再生制动能量最大限度的利用，提高了其行驶里程。

【实用新型内容】

为了克服背景技术所述电动汽车再生制动存在的问题，本实用新型提出一种电动汽车再生制动控制系统。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案：所述电动汽车再生制动控制系统包括依次电连接的存储单元、驾驶状态检测装置、再生控制装置、电力转换电路、电机、变速器和驱动车轮、以及与所述电力转换电路电连接的蓄电池，所述存储单元用于存储车辆属性信息，所述车辆属性信息包括齿轮传动比、齿轮效率、动载轮胎半径、机械制动转矩、车辆总质量、车辆正投影面积、滚动阻力系数、牵引系数、空车总质量、重力加速度、总传动比、转动轮胎部件转动惯量、旋转电机部件转动惯量以及各值的转化函数，所述驾驶状态检测装置用于检测车辆行驶过程中的车辆状态信息和道路状况信息；

所述再生控制装置用于根据所述车辆状态信息和道路状况信息计算再生制动力并根据所述再生制动力产生再生制动控制信号，所述电力转换电路根据所述再生制动控制信号控制所述电机的输出功率和工作模式，当所述电机接收到来自所述再生控制装置传递的再生制动控制信号时，所述电机的工作模式由放电驱动模式转换成发电模式，所述驱动车轮产生的动能通过所述电力转换电路转换成电能存储于所述蓄电池中。

优选的，所述驾驶状态检测装置包括：

刹车踏板检测单元，用于检测车辆刹车踏板行程；

油门踏板检测单元，用于检测油门踏板行程；

电机转矩检测单元，用于检测车辆电机转矩；

车辆速度检测单元，用于检测车辆速度；

转向角检测单元，用于检测车辆转向角；

电机转速检测单元，用于检测车辆电机转速；

变速杆检测单元，用于检测变速杆位置；

坡度角检测单元，分别与所述电机转矩检测单元、车辆速度检测单元、转向角检测单元、电机转速检测单元、变速杆检测单元以及所述存储单元连接，根据所述电机转矩、车辆速度、转向角、电机转速和变速杆位置以及所述车辆属性信息得出坡度角；及

再生转矩调节开关，用于手动输入再生扭矩。

优选的，所述再生控制装置包括：

再生制动力计算单元，其包括基本计算单元和修正计算单元，所述基本计算单元用于根据所述刹车踏板行程和所述电机转速来计算基础增益，所述修正计算单元与所述基本计算单元连接，所述修正计算单元根据所述坡度角来计算增加/减少增益并校正所述基本计算单元计算出的基本增益，再结合所述再生扭矩计算出再生制动力；

一阶低通滤波器，与所述修正计算单元连接，用于过滤不满足预设值的再生制动力；及

控制单元，与所述一阶低通滤波器连接，用于将所述再生制动力转换成再生制动信号。

优选的，所述车辆速度检测单元为车速传感器，所述转向角检测单元为转向角传感器。

优选的，所述刹车踏板检测单元为刹车开关，所述油门踏板检测单元为油门开关。

相较于现有技术，本实用新型具有以下有益效果：

本实用新型再生制动控制系统能够根据道路条件的变化输出合适的再生制动力，不需要驾驶员频繁手动操作，实现电动汽车再生制动能量最大限度的利用，提高了其行驶里程，还为了防止出现计算输出的再生制动力突然改变的情况，设置了一阶低通滤波器，使得再生制动控制系统能够避免产生不协调的控制情况，保证了电动汽车再生制动时的稳定性及安全性。

【附图说明】

图1为本实用新型电动汽车再生制动控制系统结构示意图；

图2为本实用新型电动汽车再生制动控制系统运行流程图；

图3为本实用新型电动汽车再生制动控制系统改进操作流程图。

【具体实施方式】

为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型方案，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

下面结合附图及实施例对本实用新型作更进一步的说明。

请参阅图1，图1为本实用新型电动汽车再生制动控制系统结构示意图。所述电动汽车再生制动控制系统100包括依次电连接的存储单元2、驾驶状态检测装置1、再生控制装置3、电力转换电路4、电机5、变速器 6和驱动车轮7、以及与所述电力转换电路4电连接的蓄电池8。

所述驾驶状态检测装置1用于检测车辆行驶过程中的车辆状态信息和道路状况信息，所述存储单元2存储有车辆属性信息，所述车辆属性信息包括齿轮传动比、齿轮效率、动载轮胎半径、机械制动转矩、车辆总质量、车辆正投影面积、滚动阻力系数、牵引系数、空车总质量、重力加速度、总传动比、转动轮胎部件转动惯量以及旋转电机部件转动惯量；

所述驾驶状态检测装置1包括刹车踏板检测单元11、油门踏板检测单元12、电机转矩检测单元13、车辆速度检测单元14、转向角检测单元15、电机转速检测单元16、变速杆检测单元17、坡度角检测单元18以及再生转矩调节开关19，所述刹车踏板检测单元11用于检测车辆刹车踏板行程，所述油门踏板检测单元12用于检测油门踏板行程，所述电机转矩检测单元 13用于检测车辆电机转矩，所述车辆速度检测单元14用于检测车辆速度，所述转向角检测单元15用于检测车辆转向角，所述电机转速检测单元16 用于检测车辆电机转速，所述变速杆检测单元17用于检测变速杆位置，所述坡度角检测单元18分别与所述电机转矩检测单元13、车辆速度检测单元14、转向角检测单元15、电机转速检测单元16、以及所述变速杆检测单元17，根据检测信息电机转矩、车辆速度、转向角、电机转速和变速杆位置以及所述车辆属性信息得出坡度角，所述再生转矩调节开关19用于手动输入再生扭矩。

在本实施例中，所述车辆状态信息和道路状况信息均为数据信息。

所述再生控制装置3用于根据所述车辆状态信息和道路状况信息计算再生制动力并根据所述再生制动力产生再生制动控制信号，所述再生控制装置3包括再生制动力计算单元31、一阶低通滤波器32以及控制单元33，所述再生制动力计算单元31包括基本计算单元311和修正计算单元312，所述基本计算单元311用于根据所述刹车踏板检测单元11和所述电机转速检测单元16的检测信息来计算基础增益，所述修正计算单元312与所述基本计算单元311连接，所述修正计算单元312根据所述坡度角来计算增加/ 减少增益并校正所述基本计算单元311计算出的基本增益，再结合所述再生扭矩计算出再生制动力，所述一阶低通滤波器32与所述修正计算单元 312连接并设有预设值，用于过滤不满足预设值的再生制动力，所述控制单元33与所述一阶低通滤波器32连接，用于将所述再生制动力转换成再生制动信号。

所述电力转换电路4根据所述再生制动控制信号控制所述电机5的输出功率和工作模式，当所述电机5接收到来自所述再生控制装置3传递的再生制动控制信号时，所述电机5的工作模式由放电驱动模式转换成发电模式，所述驱动车轮7产生的动能通过所述电力转换电路4转换成电能存储于所述蓄电池8中

具体的还有，所述刹车踏板检测单元11为刹车开关，油门踏板检测单元12为油门开关，所述车辆速度检测单元14为车速传感器，所述转向角检测单元15为转向角传感器。

请参阅图2，图2为本实用新型电动汽车再生制动控制系统运行流程图。所述电动汽车再生制动控制系统100的控制流程如下：

S201，首先计算当前电动汽车的坡度角，基于电动汽车行驶过程中力分量的平衡计算坡度角，在本实施例中：

F＝R_a+R，

其中，F为轮胎驱动力或者轮胎制动力；R_a为加速阻力；R为运行阻力。

其中，轮胎驱动力＝电机运行转矩×齿轮传动比×齿轮效率÷动载轮胎半径；轮胎制动力＝电机运行转矩×齿轮传动比×齿轮效率÷动载轮胎半径+机械制动转矩。

运行阻力R的关系式为坡度角和车速的函数，可表示为：

R(θ,V)＝W(μ_r×cosθ×sinθ)×μ_c×S×V²+R_c，

其中，W为车辆总质量；S为车辆正投影面积；μ_r为滚动阻力系数；μ_c为牵引系数；R_c为转向阻力，可由转向角检测单元15测得的转向角确定。

加速阻力可表示为：

R_a＝{W+W_o×[g×I_w/(r²×W_o)+(g×I_m/(r²×W_o))×(n_t×n_f)²]}×a/g；

其中W_o为空车总质量；g为重心加速度；r为动载轮胎半径；n_t为齿轮传动比；n_f为总传动比；I_w为转动轮胎部件转动惯量；I_m为旋转电机部件转动惯量；

a为车辆加速度，可表示为a＝Δ[(电机转速+传动比)×2π×轮胎半径]/Δt。

综上所述，坡度角θ＝arcsin[W/(F-R_a-W×μ_c-μ_c×S×V²-R_c)]。

S202，判断电动汽车移动的方向，通过所述变速杆检测单元17的检测信息判断汽车正向还是反向，同时决定坡度角的正负，当坡度角θ大于零时，此时电动汽车处于上坡道路，且减少增益的大小随着坡度角的增加而呈比例增加；当坡度角θ小于零时，此时电动汽车处于下坡道路，且增加增益的大小随着坡度角的增加而呈比例增加；当坡度角θ趋近于零时，此时电动汽车处于水平道路，且增加/减少增益为0％。另外，为保证汽车再生制动控制系统100的稳定性，对增加/减少增益设置了最小限度和最大限度，当增加的坡度角大于坡度预设值时，令减少增益的大小取最大值(-100％)；当减少的坡度角大于坡度预设值时，令增加增益的大小取最大值 (100％)。

S203，计算适度再生制动增益，其中适度再生制动增益＝基本增益+增加/减少增益，基本增益与电机转速成正比例变化。

S204，判断适度再生制动增益是否大于100％，若高于上限100％，则执行步骤205；若不大于100％，则执行步骤206。

S205，令适度再生制动增益等于100％。

S206，判断适度再生制动增益是否小于0％，若小于0％，则执行步骤 207，若不小于0％，则执行步骤208。

S207，令适度再生制动增益为0％。

S208，采用一阶低通滤波器32处理由再生制动力计算模块31输出的再生制动力，最后返回步骤201继续实时调整再生制动力。

请结合参阅图2和图3，图3为本实用新型再生制动控制系统改进操作流程图。在雨雪天气潮湿的路面上，轮胎的摩擦阻力很低，再生制动力的突然增加可能会导致轮胎抱死，或者油门踏板突然下压可能导致轮胎打滑，因此，在这种道路条件下需要考虑增加或者减少再生制动力。

所述电动汽车再生制动控制系统100的操作流程如下：

S301，首先需要判断电动汽车加速器是否关闭，通过油门踏板检测单元12检测油门踏板行程来判断汽车加速器关闭情况。若关闭则执行步骤 302，若未关闭，则执行步骤308。

S302，检测电动汽车的减速度是否大于预设的减速度极限值0.8g且持续0.05秒，若是，则执行步骤303，若不是，则执行步骤305，在本实施例中，减速度根据车辆加速度的方向所得。

S303，设置电机制动力转矩为0。

S304，将轮胎抱死前的坡度角的检测值作为控制计算的坡度角。

S305，判断电动汽车速度是否高于预设的预设阈值5km/h且持续5秒，若是，则轮胎的抱死状态已经释放，电动汽车基本处于停止状态，采用坡度角检测单元18所计算得出的坡度角进行控制；若不是，则执行步骤306。

S306，设置电机转矩为0。

S307，将轮胎抱死前的坡度角的检测值作为控制计算的坡度角。

S308，检测电动汽车的减速度是否大于预设的减速度极限值0.4g且持续0.05秒，若是，则执行步骤309，若不是，则执行步骤310。

S309，将轮胎打滑前的坡度角的检测值作为控制计算的坡度角。

S310，检测电动汽车的减速度是否小于预设的减速度极限值0.1g且持续1秒，若是，则轮胎的打滑状态已经释放；若不是，则执行步骤311。

S311，采用电动汽车打滑之前即电动汽车加速度大于0.4g之前所检测到的坡度角作为坡度角检测单元18输出的坡度角执行控制。

相较于现有技术，本实用新型提供的电动汽车再生制动控制系统100 保护的是由驾驶状态检测装置1、存储单元2、再生控制装置3、电力转换电路4、电机5、蓄电池8、变速器6以及驱动车轮7等硬件结构组成的，在控制流程中由软件部分实现的控制功能可采用现有技术中常规的车辆控制软件实现。

上述实施例和图式并非限定本实用新型的产品形态和式样，任何所属技术领域的普通技术人员对其所做的适当变化或修饰，皆应视为不脱离本实用新型的专利范畴。

Claims (5)

1.一种电动汽车再生制动控制系统，其特征在于，包括依次电连接的存储单元、驾驶状态检测装置、再生控制装置、电力转换电路、电机、变速器和驱动车轮、以及与所述电力转换电路电连接的蓄电池；

所述存储单元用于存储车辆属性信息，所述车辆属性信息包括齿轮传动比、齿轮效率、动载轮胎半径、机械制动转矩、车辆总质量、车辆正投影面积、滚动阻力系数、牵引系数、空车总质量、重力加速度、总传动比、转动轮胎部件转动惯量以及旋转电机部件转动惯量；

所述驾驶状态检测装置用于检测车辆行驶过程中的车辆状态信息和道路状况信息；

所述再生控制装置用于根据所述车辆状态信息和道路状况信息计算再生制动力并根据所述再生制动力产生再生制动控制信号，所述电力转换电路根据所述再生制动控制信号控制所述电机的输出功率和工作模式，当所述电机接收到来自所述再生控制装置传递的再生制动控制信号时，所述电机的工作模式由放电驱动模式转换成发电模式，所述驱动车轮产生的动能通过所述电力转换电路转换成电能存储于所述蓄电池中。

2.根据权利要求1所述的电动汽车再生制动控制系统，其特征在于，所述驾驶状态检测装置包括：

刹车踏板检测单元，用于检测车辆刹车踏板行程；

油门踏板检测单元，用于检测油门踏板行程；

电机转矩检测单元，用于检测车辆电机转矩；

车辆速度检测单元，用于检测车辆速度；

转向角检测单元，用于检测车辆转向角；

电机转速检测单元，用于检测车辆电机转速；

变速杆检测单元，用于检测变速杆位置；

坡度角检测单元，分别与所述电机转矩检测单元、车辆速度检测单元、转向角检测单元、电机转速检测单元以及所述变速杆检测单元连接，根据所述电机转矩、车辆速度、转向角、电机转速和变速杆位置以及所述车辆属性信息得出坡度角；及

再生转矩调节开关，用于手动输入再生扭矩。

3.根据权利要求2所述的电动汽车再生制动控制系统，其特征在于，所述再生控制装置包括：

再生制动力计算单元，其包括基本计算单元和修正计算单元，所述基本计算单元用于根据所述刹车踏板行程和所述电机转速来计算基础增益，所述修正计算单元与所述基本计算单元连接，所述修正计算单元根据所述坡度角来计算增加/减少增益并校正所述基本计算单元计算出的基本增益，再结合所述再生扭矩计算出再生制动力；

一阶低通滤波器，与所述修正计算单元连接，用于过滤不满足预设值的再生制动力；及

控制单元，与所述一阶低通滤波器连接，用于根据所述再生制动力产生再生制动信号。

4.根据权利要求2所述的电动汽车再生制动控制系统，其特征在于，所述车辆速度检测单元为车速传感器，所述转向角检测单元为转向角传感器。

5.根据权利要求2所述的电动汽车再生制动控制系统，其特征在于，所述刹车踏板检测单元为刹车开关，所述油门踏板检测单元为油门开关。

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