CN210502292U - 基于智能控制的电动汽车再生制动系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种基于智能控制的电动汽车再生制动系统，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、与所述电力转换电路电连接的蓄电池、以及分别与所述驾驶状态检测装置和所述再生控制装置电连接的神经网络调节模块。本实用新型电动汽车再生制动系统对电动汽车行驶状态的物理量采用频率分析方法计算其平均值及离散度，并且基于每个物理量之间的相关性及利用模糊推理计算出各道路条件的特征度，然后基于神经网络算法建立与驾驶特征的关联模型，确定道路条件‑驾驶特征系数，此智能控制能够提高再生制动力计算的准确性。

Description

基于智能控制的电动汽车再生制动系统

【技术领域】

本实用新型属于电动汽车制动技术领域，尤其涉及一种基于智能控制的电动汽车再生制动系统。

【背景技术】

随着不可再生资源越来越匮乏，自然环境遭到不同程度的破坏，国内外各大企业逐步将电动汽车作为汽车产业升级的突破口之一。电动汽车主要采用蓄电池作为储能装置，电机为车辆行驶提供所需驱动力。与传统燃油汽车相比，电动汽车具有智能可靠、高效率及安全无污染的优点。然而，电动汽车的普及仍然面临诸多难题，蓄电池技术制约其续驶里程就是重要的一方面。再生制动技术利用电动汽车能够回收部分制动能量的特性，在不提高初始成本的前提下，能够提高能量利用率，缓解续驶里程短的问题，对电动汽车的推广和普及起着重要作用。

目前，再生制动技术不能根据路面条件及驾驶人员特征状态的变化而随时控制再生制动力的大小，只是利用电动汽车本身的制动操作和加速操作自动的回收再生电能，这样导致了能量回收利用率低而且在不同行驶工况下进行再生制动时会产生潜在的隐患。基于此，有必要提出一种基于智能控制的电动汽车再生制动系统，不仅能够根据车辆行驶道路条件及驾驶人员的特征状态的变化输出合适的目标再生制动力，而且可以减少油门踏板和制动踏板的操作频率，提高电动汽车再生效率，增加其续航里程。

【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基于智能控制的电动汽车再生制动系统。

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、与所述电力转换电路电连接的蓄电池、以及分别与所述驾驶状态检测装置和所述再生控制装置电连接的存储单元、以及分别与所述再生控制装置、驾驶状态检测装置和所述存储单元电连接的神经网络调节模块，其中：

所述存储单元用于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包含的车辆状态信息以及道路状况的检测信息；

所述神经网络调节模块用于根据所述检测信息车辆状态信息以及所述道路状况车辆属性信息得出道路条件-驾驶特征系数；

所述再生控制装置用于根据所述车辆状态信息检测信息、道路状况信息以及所述道路条件-驾驶特征系数和所述车辆属性信息计算出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；及

所述电力转换电路用于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产生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：

制动频率检测单元，用于检测车辆制动频率；

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；

再生转矩调节单元，用于手动输入再生扭矩；

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；及

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。

优选的，所述神经网络调节模块包括道路条件单元、驾驶特征单元以及设定单元，所述道路条件单元与所述驾驶特征单元连接，所述设定单元分别与所述道路条件单元和所述驾驶特征单元连接，其中：

所述道路条件单元用于根据所述车辆状态信息以及道路状况驾驶状态检测单元检测的检测信息与存储单元存储的车辆属性信息计算出确定电动汽车运行时间比例、平均车速和平均横向加速度，并对所述运行时间比例、平均车速以及所述平均横向加速度进行模糊推理，利用隶属度函数及模糊规则估计出市区道路特征度、高速道路特征度、山区道路特征度及阻塞道路特征度，选取特征度最高的作为当前道路条件；

所述驾驶特征单元用于根据所述驾驶状态检测单元检测的检测信息、存储单元存储的车辆属性信息车辆状态信息、道路状况信息以及所述道路条件确定驾驶特征；

所述设定单元用于根据各个道路条件下对应的物理量的平均值和离散度，利用神经网络算法，建立与驾驶特征之间的关联模型，估计实时变化的驾驶特征，最后所述驾驶特征以及所述道路条件确定道路条件-驾驶特征系数。

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检测单元和所述电机转速检测单元的检测信息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，所述修正计算单元用于根据所述坡度角、道路条件-驾驶特征系数、以及所述基本增益计算出适度再生制动增益，再结合所述再生扭矩计算出目标再生制动力；

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。

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：

1、本实用新型电动汽车再生制动系统不仅能够根据车辆行驶道路条件及驾驶人员的状态的变化输出合适的再生制动力，而且可以减少油门踏板和制动踏板的操作频率，提高再生效率，增加电动汽车的续航里程。

2、本实用新型电动汽车再生制动系统对电动汽车行驶状态的物理量采用频率分析方法计算其平均值及离散度，并且基于每个物理量之间的相关性及利用模糊推理计算出各道路条件的特征度，然后基于神经网络算法建立与驾驶特征的关联模型，确定道路条件-驾驶特征系数，利用此智能控制能够提高再生制动力计算的准确性。

3、本实用新型电动汽车再生制动系统为避免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，使得电动汽车再生制动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系统中道路条件的确定框图；

图3为本实用新型电动汽车再生制动系统中驾驶特征的确定框图；

图4为本实用新型电动汽车再生制动系统控制流程图。

【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、与所述电力转换电路4电连接的蓄电池8、以及分别与所述驾驶状态检测装置1和所述再生控制装置3电连接的神经网络调节模块9。

所述存储单元2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1用于检测车辆行驶过程中的车辆状态信息以及道路状况信息，所述驾驶状态检测装置1包括制动频率检测单元10、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。

在本实施例中，所述制动频率检测单元10用于检测车辆制动频率，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连接，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。

具体的，所述车辆状态信息和道路状况信息均为数据信息。

所述神经网络调节模块9包括道路条件单元91、驾驶特征单元92以及设定单元93，所述道路条件单元91与所述驾驶特征单元92连接，所述设定单元93分别与所述道路条件单元91和所述驾驶特征单元92连接，所述道路条件单元91用于根据所述车辆状态信息以及道路状况信息确定道路条件，所述驾驶特征单元92用于根据所述车辆状态信息、道路状况信息以及所述道路条件确定驾驶特征，所述设定单元93用于根据所述驾驶特征以及所述道路条件确定道路条件-驾驶特征系数。

请参阅图2，图2为本实用新型电动汽车再生制动系统中道路条件的确定框图。在本实施例中，道路条件是所述道路条件单元91根据所述电机转矩检测单元13输出的电机转矩、车辆速度检测单元14输出的车辆速度、转向角检测单元15输出的转向角及电机转速检测单元16输出的电机转速确定的。依据检测出的电机转矩、车辆速度、转向角及电机转速，计算出电动汽车运行时间比例、平均车速和平均横向加速度。

此外，运行时间比例＝T_d÷(T_d+T_s)，

其中T_d指运行时间；T_s指停止时间；T_d+T_s指总运行时间。并对所述运行时间比例、平均车速以及所述平均横向加速度进行模糊推理，利用隶属度函数及模糊规则估计出市区道路特征度、高速道路特征度、山区道路特征度及阻塞道路特征度，选取特征度最高的作为当前道路条件。

请参阅图3，图3为本实用新型电动汽车再生制动系统中驾驶特征确定框图。所述驾驶特征单元92用于根据所述驾驶状态检测单元1检测的检测信息、存储单元2存储的车辆属性信息以及所述道路条件确定驾驶特征。

具体的，驾驶特征是驾驶特征单元92根据油门踏板检测单元12输出的油门踏板行程、制动频率检测单元10输出的制动频率及道路条件单元91输出的道路条件确定的。其中制动频率可以通过刹车踏板检测单元11检测的制动操作次数或者制动操作周期与运行时间相乘来确定。

驾驶员的驾驶特征可以根据表示车辆行驶状态的物理量来表示，具体的物理量包括油门踏板行程、车辆速度、转向角、纵向加速度和横向加速度，对其进行频率分析，计算出每个物理量的平均值和离散度。

由于各物理量的平均值和离散值随驾驶员的驾驶紧张而增大，随驾驶员的驾驶放松而减小。因此，根据各个道路条件下对应的物理量的平均值和离散度，利用神经网络算法，建立与驾驶特征之间的关联模型，估计实时变化的驾驶特征，最后确定道路条件-驾驶特征系数。

见表1，表1为本实用新型电动汽车再生制动系统的道路条件-驾驶特征系数设定表。

表1

道路条件-驾驶特征系数是设定单元93根据道路条件单元91输入的道路条件及驾驶特征单元92输入的驾驶特征确定的。

当驾驶特征属于放松状态时，道路条件-驾驶特征系数设定的略小，以至于电动汽车再生制动程度趋于减弱；当驾驶特征属于紧张状态时，道路条件-驾驶特征系数设定的稍大，以至于电动汽车再生制动程度趋于加强；当驾驶特征属于正常状态时，道路条件-驾驶特征系数设定在上述两种情况之间。

此外，当道路条件属于市区道路时，道路条件-驾驶特征系数设定的稍大，以便电动汽车再生制动在一定程度上可以加强；当道路条件属于高速道路时，道路条件-驾驶特征系数设定的较小，这时电动汽车再生制动发挥的作用被削弱；当道路条件属于山区道路时，道路条件-驾驶特征系数设定的稍大，使电动汽车再生制动能力加强；当道路条件属于阻塞道路时，道路条件-驾驶特征系数设定不需要改变，使电动汽车再生制动能力保持适中状态。

所述再生控制装置3用于根据所述车辆状态信息与所述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、道路条件-驾驶特征系数、以及所述基本增益计算出适度再生制动增益，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用于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4，图4为本实用新型电动汽车再生制动系统的控制流程图。所述电动汽车再生制动控制系统100的控制流程如下：

S201，判断油门踏板是否关闭，如果确定打开，则执行步骤202，如果关闭，则执行步骤212。

S202，判断刹车踏板是否关闭，如果刹车踏板处于开启状态，则执行步骤213，如果关闭，则执行步骤203。

S203，设置电机转速，执行步骤204。

S204，设置基本增益，所述基本增益与电机转速成比例关系，执行步骤205。

S205，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)]，执行步骤206。

S206，确定电动汽车移动的方向，移动方向包括向前或者向后，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，为保证再生制动控制系统的稳定性，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％)，最后确定出增减/减少增益并执行步骤207。

S207，确定道路条件，执行步骤208。

S208，确定驾驶特征，执行步骤209。

S209，设置道路条件-驾驶特征系数，执行步骤210。

S210，计算适度再生制动增益，执行步骤211。

S211，将适度再生制动增益乘以由再生转矩调节装置28确定的再生转矩计算出目标再生制动力，执行步骤212。

S212，采用一阶低通滤波器32处理由再生制动力计算单元31输出的目标再生制动力，并返回步骤201，实时智能控制。

S213，执行步骤211。

相较于现有技术，本实用新型提供的电动汽车再生制动系统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、驱动车轮7、神经网络调节模块9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 (6)

1.一种基于智能控制的电动汽车再生制动系统，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、与所述电力转换电路电连接的蓄电池、以及分别与所述驾驶状态检测装置和所述再生控制装置电连接的存储单元神经网络调节模块，其中：

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以及道路状况信息；

所述神经网络调节模块用于根据所述车辆状态信息及所述道路状况信息得出道路条件-驾驶特征系数；

所述再生控制装置用于根据所述车辆状态信息、道路状况信息以及所述道路条件-驾驶特征系数计算出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；

所述电力转换电路用于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产生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系统，其特征在于，所述驾驶状态检测装置包括：

制动频率检测单元，用于检测车辆制动频率；

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；

再生转矩调节单元，用于手动输入再生扭矩；

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；及

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、变速杆位置以及所述车辆属性信息得出坡度角。

3.根据权利要求1所述的电动汽车再生制动系统，其特征在于，所述神经网络调节模块包括道路条件单元、驾驶特征单元以及设定单元，所述道路条件单元与所述驾驶特征单元连接，所述设定单元分别与所述道路条件单元和所述驾驶特征单元连接，其中：

所述道路条件单元用于根据所述车辆状态信息以及道路状况信息确定道路条件；

所述驾驶特征单元用于根据所述车辆状态信息、道路状况信息以及所述道路条件确定驾驶特征；

所述设定单元用于根据所述驾驶特征以及所述道路条件确定道路条件-驾驶特征系数。

4.根据权利要求2所述的电动汽车再生制动系统，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本增益，所述修正计算单元与所述基本计算单元连接，所述修正计算单元用于根据所述坡度角、道路条件-驾驶特征系数、以及所述基本增益计算出适度再生制动增益，再结合所述再生扭矩计算出目标再生制动力；

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。

5.根据权利要求2所述的电动汽车再生制动系统，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。

6.根据权利要求2所述的电动汽车再生制动系统，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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