WO2012083777A1 - 一种纯电动汽车能量回收方法和装置 - Google Patents

Description

一种纯电动汽车能量回收方法和装置

技术领域

本发明属于纯电动汽车控制领域，尤其涉及一种纯电动汽车能量回收方法和装置。 背景技术

目前， 人们日益重视环境的保护和能源的有效、 合理使用。 因此， 高效、 节能、 环保的电动汽车就成为汽车行业的发展趋势。 电动汽车可以分为纯电动汽车和混合动 力汽车。 在电动车辆松开油门和踩下刹车时需要回收机械能量， 以提高电动汽车的续 航里程， 同时还要保证安全的刹车距离。

通常减速的做法是： 在驾驶员踩下刹车时， 控制器将直接发出与转速方向相反的 制动转矩使电动汽车停下来， 制动转矩通常根据刹车踏板深度线性控制。 但通过实验 发现， 这种方法会带来三个方面的问题： ①普通线性踏板的输出信号是 0至 1的模拟 量， 随着踏板深度的增加， 此模拟量线性增加， 因此， 用户会感觉到一个明显的刹车 动作， 有 "前倾"的现象； ②能量回收效率低， 通常小于 5% ; ③电机和控制器会承受 一个短时间的冲击电流， 影响系统的寿命和安全性。 发明内容

为解决上述问题， 本发明提供一种纯电动汽车能量回收方法和装置， 以提高松开 油门和踩下刹车时的能量回收效率、 刹车舒适度和安全性。

为实现以上目的， 本发明提供的纯电动汽车能量回收方法包括： 判断是否同时满 足以下条件： 驱动电机处于运转状态、 大电池处于连接状态、 油门踏板松开、 整车无 故障； 如果所述条件满足， 则根据刹车踏板的信号和驱动电机的转速给出相应的制动 转矩， 以获得预定的刹车舒适度和能量回收效率， 否则不给出制动转矩， 返回主程序 运行。

优选地， 所述刹车踏板为两位式刹车踏板； 驱动电机为永磁同步电机或感应电机。 优选地， 当所述刹车踏板的信号有效时或者当所述刹车踏板的信号无效并且驱动 电机的当前转速大于预定值时， 根据驱动电机的当前转速所属的等级给出与驱动电机 允许的最大转矩成预定比例的制动转矩， 当所述刹车踏板的信号无效时并且驱动电机 的当前转速不大于预定值时，根据驱动电机的当前转速所属的等级给出预定制动转矩。

相应地， 提供一种纯电动汽车能量回收装置， 包括： 判断单元， 其用于判断是否 同时满足以下条件： 驱动电机处于运转状态、 大电池处于连接状态、 油门踏板松开、 整车无故障； 能量回收单元， 其用于在判断单元判断所述条件满足的情况下， 根据刹 车踏板的信号和驱动电机的转速给出相应的制动转矩， 以获得预定的刹车舒适度和能 量回收效率， 否则不给出制动转矩， 返回主程序运行。

优选地， 能量回收单元执行以下步骤： 当所述刹车踏板的信号有效时或者当所述 刹车踏板的信号无效并且驱动电机的当前转速大于预定值时， 根据驱动电机的当前转 速所属的等级给出与驱动电机允许的最大转矩成预定比例的制动转矩， 当所述刹车踏 板的信号无效时并且驱动电机的当前转速不大于预定值时， 根据驱动电机的当前转速 所属的等级给出预定制动转矩。

本发明通过综合分析驱动电机转速、油门踏板和刹车踏板状态、大电池连接状态、 整车故障状态给出三种工作模式， 以适应纯电动汽车的不同工况， 从而实现一种高效 可靠的纯电动汽车能量回收方法， 不仅提高松开油门和踩下刹车时的能量回收效率和 刹车舒适度， 而且还提高松开油门和踩下刹车时的安全性和可靠性。 附图说明

图 1是纯电动汽车的驱动电机、 驱动轮和控制器的结构示意图；

图 2是本发明纯电动汽车能量回收装置的示意框图；

图 3是本发明纯电动汽车能量回收方法的流程图。

附图标记：

1.驱动电机 2.刹车踏板 3.油门踏板 4.控制器

5.驱动轮 10.判断单元 20.能量回收单元 具体实施方式

本发明的技术构思在于利用简单的两位式刹车踏板代替传统的线性踏板， 并根据 驱动电机转速和两位式刹车踏板信号采取不同的回收策略， 提高能量回收效率和刹车 舒适度。 下面将参照附图和实施例对本发明进行描述。

图 1是纯电动汽车的驱动电机、 驱动轮和控制器的结构示意图。 如图 1所示， 驱 动轮 5通过驱动电机 1驱动，控制器 4的控制是根据刹车踏板 2和油门踏板 3的信号， 艮卩， 刹车踏板 2是否被踩下来对驱动电机 1进行控制。 这里， 驱动电机 1是指纯电动 汽车所使用的永磁同步电机或感应电机。

在本发明中， 刹车踏板 2为一个两位式刹车踏板， δΡ， 刹车踏板的输出信号只有 1和 0， 刹车踏板信号有效时输出 1， 刹车踏板信号无效时输出 0。

另外， 本发明提供一种纯电动汽车的能量回收装置， 其用于根据驱动电机转速和 两位式刹车踏板的信号采取不同的回收策略。 如图 2所示， 该能量回收装置包括判断 单元 10和能量回收单元 20， 其中， 判断单元 10用于判断以下条件同时是否满足： 驱 动电机 1处于运转状态、 大电池处于连接状态、 油门踏板 3松开、 整车无故障， 大电 池是指纯电动汽车上的动力供电电池； 能量回收单元 20用于在判断单元 10判断上述 条件均满足的情况下根据刹车踏板 2的信号和驱动电机 1的转速， 给出相应的制动转 矩， 以获得预定的刹车舒适度和能量回收效率， 否则不给出制动转矩， 返回主程序运 行。

例如， 可按照以下方式给出制动转矩： 当刹车踏板 2的信号有效 （即， 刹车踏板

2被踩下） 时或者当刹车踏板 2的信号无效 （即， 刹车踏板 2没有被踩下） 并且驱动 电机 1的当前转速大于预定值时， 根据驱动电机 1的当前转速所属的等级， 给出与驱 动电机 1允许的最大转矩成预定比例的制动转矩； 当刹车踏板 2的信号无效 （即， 刹 车踏板 2没有被踩下） 时并且驱动电机 1的当前转速不大于预定值时， 根据驱动电机 1的当前转速所属的等级， 给出预定制动转矩。

本发明纯电动汽车能量回收装置可以通过硬件或软件来实现， 并可以嵌入到控制 器 4中， 或者也可以作为单独的装置与控制器 4连接， 如图 2所示。 能量回收装置从 控制器 4获取驱动电机 1、 刹车踏板 2、 油门踏板 3三者的工作状态、 大电池的连接状 态和整车故障信号， 控制器 4根据能量回收装置给出的制动转矩发出制动转矩， 使驱 动轮 5停止转动。

图 3是本发明纯电动汽车能量回收方法的流程图。

具体地讲， 在步骤 S301中， 判断驱动电机 1是否处于运转状态， 如果是， 则执行 步骤 S302, 否则返回主程序运行。 在步骤 S302中， 判断大电池是否处于连接状态， 如果是， 则执行步骤 S303 , 否则返回主程序运行。 在步骤 S303 中， 判断油门踏板 3 是否松开， 如果是， 则执行步骤 304， 否则返回主程序运行。 在步骤 S304中， 判断整 车是否无故障， 如果是， 则执行步骤 S305 , 否则返回主程序运行。 也就是说， 只有在 驱动电机 1处于运转状态、 大电池处于连接状态、 油门踏板 3松开并且整车无故障的 情况下， 才执行以下步骤。

在步骤 S305中，判断刹车踏板 2是否被踩下，即判断刹车踏板 2的信号是否有效。 如果刹车踏板 2被踩下， δΡ， 刹车踏板 2的信号有效， 则执行步骤 S306-S308。 如果 刹车踏板 2没有被踩下， 即刹车踏板 2的信号无效， 则执行步骤 S309-S315。 在刹车踏板 2被踩下的情况下， 首先， 在步骤 S306中， 进入能量回收模式 1， 并 在步骤 S307中， 按照以下公式 (1)和 (2)， 根据驱动电机 1的当前转速所属的等级给出 制动转矩， 然后在步骤 S308中， 申请获得转矩并返回主程序运行。

T = Factorl xT max 1 (1)

其中， T为制动转矩， T maxl为刹车踏板 ₂被踩下时驱动电机 1允许的最大转矩，

FactOTl为比例因子， 按照以下公式 (2)取值：

0 0 < S < 800

0 800 < S < 1000

0.4 1000 < S < 1300

0.8 1300 < S < 1500

Factorl

0.85 1500 < S < 2000

0.9 2000 < S < 3000

1 3000 < S < 4000

1 S > 4000 ₍₂₎

其中， ^s为电机的当前转速。

在刹车踏板 2没有被踩下的情况下， 首先， 在步骤 S309中， 判断驱动电机转速是 否大于特定阈值， 例如阈值取 1000， 如果是， 则执行步骤 S310-S312, 否则执行步骤 在步骤 S310中， 进入能量回收模式 2， 并在步骤 S311中， 按照以下公式 (3)和 (4)， 根据驱动电机 1的当前转速所属的等级给出制动转矩， 然后在步骤 S312中， 申请获得 制动转矩并返回主程序运行。

T = Factor 2 xT max 2 (3)

其中， T max 2为所述刹车踏板的信号无效时驱动电机允许的最大转矩， Fact_Q12 为比例因子， 按照以下公式 (4)取值：

0 0 < S < 930

0 930 < S < 1000

0.2 1000 < S < 1300

0.4 1300 < S < 1500

Factor 2

0.8 1500 < S < 2000

0.9 2000 < S < 2500

1 2500 < S < 3000

1 S > 3000

(4)

在步骤 S310中， 进入能量回收模式 2， 并在步骤 S311中， 按照以下公式 (3)和 (4)， 根据驱动电机 1的当前转速所属的等级， 给出制动转矩， 然后在步骤 S312中， 申请获 得制动转矩并返回主程序运行。

在步骤 S313中， 进入能量回收模式 3， 即限转矩模式， 并在步骤 S314中， 按照 以下公式 (5)， 根据驱动电机 1 的当前转速给出制动转矩， 然后在步骤 S315中， 申请 获得制动转矩并返回主程序运行。

在具体实现时， 可以将公式 (2)、 （4)和 (5)实现为如下三个速度转矩表：

表 1

在这种情况下，分别在步骤 S307和 S311中查询表 1和表 2获得对应的比例因子， 并将获得的比例因子与驱动电机 1允许的最大转矩相乘， 获得对应的制动转矩， 在步 骤 S314中查询表 3， 直接获得制动转矩。

在试验中采用续航里程的变化来描述能量回收效率的变化。 试验方法为： 对于相 同的车型在相同工况的情况下， 分别在不采用能量回收策略以及采用传统能量回收策 略和采用本发明的新型能量回收控制策略的三种情况下观察续航里程的变化， 可观察 到续航里程变化分别为 100km (不采用能量回收策略）、 104km (采用传统能量回收策 略）和 111km (采用本发明的新型能量回收控制策略）。 从这些数据可看出， 在采用本 发明的新型能量回收控制策略的情况下， 能量回收效率大于 10%

通过以上描述可看出， 本发明可获得如下有益技术效果：

(1) 通过综合分析驱动电机转速、 大电池的状态、 刹车踏板信号和整车故障信号， 可避免车载系统误动作， 从而提高了车载系统的安全性； (2) 根据驱动电机转速和两位式刹车踏板信号， 采取不同的回收策略， 提高能量 回收效率 ( >10 )；

(3) 用简单的两位式刹车踏板代替传统的线性踏板， 降低成本， 同时提高车载系 统的可靠性， 而且， 用户不会感觉到明显的刹车动作， 舒适度会比较合适。

以上已参照附图和实施例对本发明进行详细描述， 但是， 应该理解， 本发明并不 限于以上所公开的具体实施例， 任何基于本说明书所公开的技术方案的变型都应包括 在本发明的保护范围内。 例如， 判断车速是否为低速的阈值、 表 1和表 2中的比例因 子、 表 3中的制动扭矩并不限于以上实施例中所示的值， 而是可以根据实际应用情况 进行选取， 比如， 对于特定等级的驱动电机转速， 可根据特定函数或算法在其上限和 下限范围内选取相应的比例因子或制动转矩。

Claims

权利要求书

1. 一种纯电动汽车能量回收方法， 其特征在于， 包括以下步骤：

判断是否同时满足以下条件： 驱动电机处于运转状态、 大电池处于连接状态、 油 门踏板松开、 整车无故障； 如果所述条件满足， 根据刹车踏板的信号和驱动电机的转 速， 给出相应的制动转矩， 以获得预定的刹车舒适度和能量回收效率， 否则不给出制 动转矩， 返回主程序运行。

2. 根据权利要求 1所述的方法， 其特征在于， 所述刹车踏板为两位式刹车踏板。

3. 根据权利要求 1所述的方法， 其特征在于， 所述驱动电机为永磁同步电机或者 感应电机。

4. 根据权利要求 1所述的方法， 其特征在于， 当所述刹车踏板的信号有效时或者 当所述刹车踏板的信号无效并且驱动电机的当前转速大于预定值时， 根据驱动电机的 当前转速所属的等级， 给出与驱动电机允许的最大转矩成预定比例的制动转矩；

当所述刹车踏板的信号无效时并且驱动电机的当前转速小于或等于预定值时， 根 据驱动电机的当前转速所属的等级， 给出预定制动转矩。

5. 根据权利要求 4所述的方法， 其特征在于，

当所述刹车踏板的信号有效时， 按照以下公式 (1)给出制动转矩：

T = Factor lxT max 1 (1)

其中， T为制动转矩， T max l为所述刹车踏板的信号有效时驱动电机允许的最大 转矩， FactOTl为比例因子， 按照以下公式 (2)取值：

0 0 < S < 800

0 800 < S < 1000

0.4 1000 < S < 1300

0.8 1300 < S < 1500

Factorl

0.85 1500 < S < 2000

0.9 2000 < S < 3000

1 3000 < S < 4000

1 S > 4000

(2)

其中， ^S为驱动电机的当前转速， 当所述刹车踏板的信号无效并且驱动电机的当前转速大于 1000时，按照以下公式 (3)给出制动转矩：

T = Factor 2 xT max 2 (3)

其中， T max 2为所述刹车踏板的信号无效时驱动电机允许的最大转矩， Fact_Q12 为比例因子， 按照以下公式 (4)取值：

0 0 < S < 930

0 930 < S < 1000

0.2 1000 < S < 1300

0.4 1300 < S < 1500

Factor 2

0.8 1500 < S < 2000

0.9 2000 < S < 2500

1 2500 < S < 3000

1 S > 3000

(4)

当所述刹车踏板的信号无效并且驱动电机的当前转速小于或等于 1000时，按照以 下公式 (5)给出制动转矩：

6. 一种纯电动汽车能量回收装置， 其特征在于， 包括：

判断单元： 用于判断是否同时满足以下条件： 驱动电机处于运转状态、 大电池处 于连接状态、 油门踏板松开、 整车无故障；

能量回收单元： 用于在判断单元判断所述条件满足的情况下根据刹车踏板的信号 和驱动电机的转速， 给出相应的制动转矩， 以获得预定的刹车舒适度和能量回收效率， 否则不给出制动转矩， 返回主程序运行。

7. 根据权利要求 6所述的装置， 其特征在于， 所述刹车踏板为两位式刹车踏板。

8. 根据权利要求 6所述的装置， 其特征在于， 驱动电机为永磁同步电机或者感应 电机。

9. 根据权利要求 6所述的装置， 其特征在于， 能量回收单元执行以下步骤： 当所述刹车踏板的信号有效时或者当所述刹车踏板的信号无效并且驱动电机的当 前转速大于预定值时， 根据驱动电机的当前转速所属的等级， 给出与驱动电机允许的 最大转矩成预定比例的制动转矩，

当所述刹车踏板的信号无效时并且驱动电机的当前转速小于或等于预定值时， 根 据驱动电机的当前转速所属的等级， 给出预定制动转矩。

10. 根据权利要求 9所述的装置， 其特征在于，

能量回收单元执行以下步骤：

当所述刹车踏板的信号有效时， 按照以下公式 (1)给出制动转矩：

T = Factor l xT max 1 (1)

其中， T为制动转矩， T max l为所述刹车踏板的信号有效时驱动电机允许的最大 转矩， FactOTl为比例因子， 按照以下公式 (2)取值：

0 0 < S < 800

0 800 < S < 1000

0.4 1000 < S < 1300

0.8 1300 < S < 1500

Factorl

0.85 1500 < S < 2000

0.9 2000 < S < 3000

1 3000 < S < 4000

1 S > 4000

(2)

其中， S为驱动电机的当前转速，

当所述刹车踏板的信号无效并且驱动电机的当前转速大于 1000时，按照以下公式 (3)给出制动转矩：

T = Factor2 xT max 2 (3)

其中， T max 2为所述刹车踏板的信号无效时驱动电机允许的最大转矩， Fact_Q12 为比例因子， 按照以下公式 (4)取值： 0 0 < S < 930

0 930 < S < 1000

0.2 1000 <S < 1300

0.4 1300 <S < 1500

Factor 2

0.8 1500 <S < 2000

0.9 2000 <S < 2500

1 2500 <S < 3000

1 S > 3000

(4)

当所述刹车踏板的信号无效并且驱动电机的当前转速小于或等于 1000时，按照以 下公式 (5)给出制动转矩：

0 0<S<800

0 80QcS≤820

-5 82&S≤840

T -15 84&S≤860 (5)

-20 86&S≤880

-25 88&S≤900

-30 90&S<100