CN108045234B

CN108045234B - 一种高安全性的电动汽车制动能量回收方法

Info

Publication number: CN108045234B
Application number: CN201711376132.4A
Authority: CN
Inventors: 杨军平
Original assignee: Nanchang Institute of Technology
Current assignee: Nanchang Institute of Technology
Priority date: 2017-12-19
Filing date: 2017-12-19
Publication date: 2018-09-28
Anticipated expiration: 2037-12-19
Also published as: CN108045234A

Abstract

本发明公开了一种高安全性的电动汽车制动能量回收系统，包括电机制动系统、传统液压制动系统和辅助制动系统。基于制动能量回收系统，设计了一套电动汽车的制动能量回收方法，其方法按照车辆行驶的路面附着系数、车速和制动踏板的开度，分配前、后轮的制动力。本发明相比于现有技术，采用了前、后两个制动电机，且通过电流调节器可调节回馈制动力的分配，在保证制动能量回收率最大的同时，保持了汽车制动过程的稳定性，避免了汽车侧滑或偏移，制动能量回收安全性能高。

Description

一种高安全性的电动汽车制动能量回收方法

技术领域

本发明属于新能源汽车技术领域，尤其涉及一种高安全性的电动汽车制动能量回收方法。

背景技术

纯电动汽车鉴于其环境污染比较小、噪音低、效率高、结构简单、维修方便和经久耐用等一系列优势，使之得到各个国家的普遍关注，同时也引发了一场世界范围内的汽车革命。

电动汽车制动能量回收系统，是指在车辆的制动过程中，将汽车的部分动能通过发电机转化成电能储存起来，待车辆加速或启动时为汽车提供全部或部分驱动力的系统。制动过程中，驱动轮的机械能通过能量转换装置（如电机、整流电路等）转换为电能存储在储能装置中（如蓄电池、超级电容等），实现能量的回收；在车辆加速或启动时，储能装置中的电能再反过来经过能量转换装置（如电机、逆变电路等）变换为机械能，加载到驱动轮上为车辆提供驱动力，实现了能量的再利用。

尽管当今世界对汽车制动能量回收系统的研究已经有了长足的进步，但是还存在一些亟待解决或完善的方面，比如：1）能量回收效率。制动能量回收过程由于受到各方各面的因素的影响，所以能量的损耗的收集得不到充分的吸收，因此，就需要考虑提高能量回收效率高低的问题，以实现最大化。2）车辆刹车安全性问题。因为在运行过程中，车辆的速度范围非常大，因此，在刹车时所需要的制动力也会有很大的差距。而当在车辆高速运行时进行刹车所需的制动力并非电机所能提供得了的。尤其是在电机的制动力无法保证正常刹车时，就要求机械刹车器提供一定的力，而不是为了更大的动能回收，就可以无视车辆刹车的平顺性。即需要保证安全性是制动时考虑的第一要素。不仅要考虑到再生制动产生的力矩，有效的处理好摩擦制动的阻力力矩，还要尽量保证刹车时的平顺性。但是就目前来看，以上两点问题未能得到综合理想地解决。

发明内容

基于上述技术问题，本发明提供了一种高安全性的电动汽车制动能量回收系统，包括电机制动系统、传统液压制动系统和辅助制动系统；

所述电机制动系统包括前轴电机和后轴电机，前轴电机通过前离合器连接前轴驱动桥，前轴驱动桥安装在前轴上，后轴电机通过后离合器连接后轴驱动桥，所述前轴电机和后轴电机分别通过导线连接电流调节器，两个电流调节器分别接入电池管理系统，电池管理系统连接车载锂离子电池，电池管理系统和整车控制器通过数据线连接；

所述的传统液压制动系统包括前、后轮的液压制动器、制动踏板、ABS泵、制动主缸和储液罐，所述储液罐内装有液压油，储液罐安装在所述制动主缸上，所述制动踏板和所述制动主缸的推杆相连，所述制动主缸的出液口通过液压油管连接ABS泵，ABS泵用于分配前、后轴的液压制动力，所述ABS泵通过液压油管分别连接前、后轮的液压制动器；

所述辅助制动系统包括整车控制器、路面识别模块、车速传感器和踏板开度传感器，所述整车控制器通过数据线和电池管理系统实现数据交互连接，所述整车控制器通过数据线和电流调节器、ABS泵连接，用于输出指令到电流调节器、ABS泵，路面识别模块、车速传感器和踏板开度传感器通过数据线和整车控制器17连接，用于将计算所得的路面附着系数、车速和制动踏板的开度传输到整车控制器中。

一种电动汽车的制动能量回收方法，按照车辆行驶的路面附着系数、车速和制动踏板的开度，分配前、后轮的制动力，其具体为：

当路面附着系数φ≤0.3、车速v≤30km/h时，驾驶员轻微踩下制动踏板，液压制动系统不工作，前离合器闭合，前轴电机转动发电，同时提供制动力矩，发电所得电能通过电流调节器流入电池管理系统中，再由电池管理系统导入车载锂离子电池内，后离合器断开，后轴电机不参与制动；当驾驶员中度踩踏制动踏板时，制动踏板部位的压力传感器将信号传递至整车控制器，所述整车控制器内预先设有车辆空载状态下理想的前、后轮制动力分配曲线，路面识别模块实时将路面的附着系数值传输到整车控制器中，整车控制器根据附着系数确定后轮制动力与前轮制动力的比值β₁，后轮制动力与前轮制动力的线性曲线正好经过附着系数值对应的理想曲线的数值，然后整车控制系统输出信号同时闭合前离合器和后离合器，再按照β₁值输出指令调节两个电流调节器，使得后轴电机和前轴电机的制动力比值为β₁；当驾驶员重度踩踏制动踏板时，前离合器和后离合器断开，整车控制器启动液压制动系统将前后车轮同时抱死；

当路面附着系数φ≤0.3、车速v＞30km/h时，驾驶员踩踏制动踏板的开度≤总开度的70%时，整车控制器同时闭合前离合器和后离合器，并输出指令调节两个电流调节器，使得前轴电机和后轴电机的制动力比值为β₁，当驾驶员踩踏制动踏板的开度＞总开度的70%时，前离合器和后离合器断开，整车控制器启动液压制动系统将前后车轮同时抱死；

当路面附着系数0.3＜φ≤0.9、车速≤30km/h时，驾驶员轻微踩下制动踏板，液压制动系统不工作，前离合器闭合，前轴电机转动发电，进行能量回收，同时提供制动力矩，后离合器断开，后轴电机不参与制动；当驾驶员中度踩踏制动踏板时，先由前轴电机单独提供制动力，当前轴电机最大制动力不能满足制动踏板开度对应的制动力时，后轴电机参与制动，使得总制动力和制动踏板开度对应的制动力相等；当驾驶员重度踩踏制动踏板时，整车控制器根据附着系数与车辆空载状态下理想的前、后轮制动力分配曲线确定后轮制动力与前轮制动力的比值β₂，整车控制器首先判断制动踏板开度对应的制动力按照β₂分配到前、后轴后，是否均小于前轴电机和后轴电机最大制动力，如果小于，则同时闭合前离合器和后离合器，调节两个电流调节器，按照β₂分配前轴电机和后轴电机的制动力，进行能量回收，同时保持车的稳定性，如果制动踏板开度对应的制动力按照β₂分配到前、后轴后，其中有一个或两个均大于前轴电机或后轴电机最大制动力，断开前离合器和后离合器，前轴电机和后轴电机均不产生回馈制动力，分配前、后轴的液压制动力，使得前、后轴总制动力满足β₂值，当制动踏板的开度为总开度的90%以上时，液压制动系统同时抱死前后轴进行制动；

当路面附着系数0.3＜φ≤0.9、车速＞30km/h时，驾驶员轻微踩下制动踏板，液压制动系统不工作，整车控制器同时闭合前离合器和后离合器，并输出指令调节两个电流调节器，使得前轴电机和后轴电机的制动力比值为β₃，所述β₃为整车控制器根据附着系数与车辆空载状态下理想的前、后轮制动力分配曲线确定后轮制动力与前轮制动力的比值，当驾驶员中度或重度踩踏制动踏板时，前离合器和后离合器断开，前轴电机和后轴电机不参加制动，整车控制器启动液压制动系统进行制动，前、后轴制动力按照β₃分配；

当路面附着系数φ＞0.9时，整车控制器根据附着系数与车辆空载状态下理想的前、后轮制动力分配曲线确定后轮制动力与前轮制动力的比值β₄，当驾驶员轻微踩下制动踏板，整车控制器按照β₄值的1.5～2倍分配前、后轴的制动力，通过调节两个电流调节器，使得后轴电机和前轴电机产生的制动力按照所述β₄值的1.5～2倍分配进行制动，同时进行能量回收；当驾驶员中度踩踏制动踏板时，后轴电机和前轴电机产生的制动力按照所述β₄值的1.5～2倍分配进行制动，当分配给后轴电机或前轴电机的制动力其中任意一个大于后轴电机或前轴电机最大制动力矩时，整车控制器不开启前离合器和后离合器，而采用液压制动系统按照β₄值分配前、后轴的液压制动力进行制动；当驾驶员重度踩踏制动踏板时，整车控制器不开启前离合器和后离合器，而采用液压制动系统按照β₄值分配前、后轴的液压制动力进行制动。

进一步地，所述轻微踩下制动踏板是指使得制动踏板的开度为总开度的5%～20%；所述中度踩踏制动踏板是指使得制动踏板的开度为总开度的21%～70%；所述重度踩踏制动踏板是指制动踏板的开度为总开度的71%以上。

本发明相比于现有技术，采用了前、后两个制动电机，且通过电流调节器可调节回馈制动力的分配，在保证制动能量回收率最大的同时，保持了汽车制动过程的稳定性，避免了汽车侧滑或偏移，制动能量回收安全性能高。

制动前综合考虑了车辆行驶的路面附着系数、车速和制动踏板的开度，所获得的制动策略更加科学有效，制动和能量回收的配合更加优化，驾驶体验较佳。

附图说明

图1为本发明实施例1的制动策略下，前、后轴的制动力分配曲线；

图2为本发明实施例1的制动策略下，总制动力-制动踏板开度曲线；

图3为本发明实施例2的制动策略下，前、后轴的制动力分配曲线；

图4为本发明实施例2的制动策略下，总制动力-制动踏板开度曲线；

图5为本发明实施例3的制动策略下，前、后轴的制动力分配曲线；

图6为本发明实施例3的制动策略下，总制动力-制动踏板开度曲线；

图7为本发明实施例4的制动策略下，前、后轴的制动力分配曲线；

图8为本发明实施例4的制动策略下，总制动力-制动踏板开度曲线；

图9为本发明实施例5的制动策略下，前、后轴的制动力分配曲线；

图10为本发明实施例5的制动策略下，总制动力-制动踏板开度曲线；

图11为本发明所述制动能量回收系统的结构示意图。

具体实施方式

如图11所示，一种制动能量回收系统，包括电机制动系统、传统液压制动系统和辅助制动系统，一般情况下，单纯地依靠电机制动满足不了高强度制动的要求，因此本发明采用常规的电机制动协同液压制动系统。

传统多采用驱动电机作为制动电机，也就是说，可再生制动属于驱动轴的制动。经过测试发现，在低附着系数路面下，如果采用单轴(即前轴或后轴)制动，由于前、后制动力分配不合理，会影响车辆制动的平衡性，造成非抱死状态下的侧滑或偏移，已发交通事故，因此本发明采用了前、后双电机制，也即电机制动系统包括前轴电机1和后轴电机2，前轴电机1通过前离合器3连接前轴驱动桥4，前轴驱动桥4安装在前轴上，后轴电机2通过后离合器5连接后轴驱动桥6，后轴驱动桥6安装在后轴上，前轴电机和后轴电机均作为本发明所述电动汽车的电动力来源，当输入电能驱动前轴电机和后轴电机转动时，前轴电机将力矩通过前离合器3、前轴驱动桥4传到前轴上，带动前轴转动，后轴电机将力矩通过后离合器5、后轴驱动桥6传到后轴上，带动后轴转动，实现汽车的电动力运行。制动能量回收时，前轴或后轴上的力矩分别通过前轴驱动桥、后轴驱动桥、前离合器、后离合器传到前轴电机或后轴电机上，带动前轴电机或后轴电机反向转动，实现机械能转换为电能，进行能量回收。导线在磁场中产生力的大小与导线中电流大小相关，因此本发明所述前轴电机1和后轴电机2分别通过导线连接电流调节器7，电流调节器7用于控制从前轴电机1和后轴电机2流出的电流值，从而实现制动力矩的调节。两个电流调节器7分别接入电池管理系统8，由电池管理系统8对输入电流进行整流，电池管理系统8连接车载锂离子电池9，电池管理系统8和整车控制器通过数据线连接，电池管理系统8的作用还包括：用于实时检测车载锂离子电池9的电量；用于和整车控制器实现数据交互连接；用于将从电流调节器流入的电能导入车载锂离子电池中；用于将车载锂离子电池中的电能导出分配到前轴电机1作为动力源或其他车载电器设备使用。

所述传统液压制动系统采用本领域常规的液压制动系统均可，只要求液压制动系统能够按要求分配前、后轴的制动力即可，不做其他特别的要求。本发明所述的传统液压制动系统包括前、后轮的液压制动器10、制动踏板11、ABS泵12、制动主缸13和储液罐14，储液罐14内装有液压油，储液罐14安装在所述制动主缸13上，制动踏板11和制动主缸13的推杆相连，制动主缸13的出液口通过液压油管15连接ABS泵12，ABS泵内包括EBD模块，用于分配前、后轴的液压制动力，ABS泵通过液压油管15分别连接前、后轮的液压制动器10。

所述辅助制动系统包括整车控制器17、路面识别模块18、车速传感器19和踏板开度传感器16，所述整车控制器通过数据线和电池管理系统8实现数据交互连接，所述整车控制器通过数据线和电流调节器7、ABS泵12连接，用于输出指令到电流调节器7、ABS泵12，进而控制前轴电机1和后轴电机2的制动力以及液压制动力的分配。所述路面识别模块18用于检测汽车行驶路面的状况，计算行驶路面的附着系数，车速传感器19用于实施测量汽车行驶速度，路面识别模块18、车速传感器19和踏板开度传感器16通过数据线和整车控制器17连接，用于将计算所得的路面附着系数、车速和制动踏板的开度传输到整车控制器17中。

本发明通过上述结构，实现了一种电动汽车的制动能量回收方法，其按照车辆行驶的路面附着系数、车速和制动踏板的开度，分配前、后轮的制动力，分为以下几种制动策略：

实施例1

当路面附着系数φ≤0.3、车速v≤30km/h时，驾驶员轻微踩下制动踏板，液压制动系统不工作，前离合器闭合，前轴电机转动发电，同时提供制动力矩，发电所得电能通过电流调节器流入电池管理系统中，再由电池管理系统导入车载锂离子电池内，后离合器断开，后轴电机不参与制动；当驾驶员中度踩踏制动踏板时，制动踏板部位的压力传感器将信号传递至整车控制器，所述整车控制器内预先设有车辆空载状态下理想的前、后轮制动力分配曲线，路面识别模块实时将路面的附着系数值传输到整车控制器中，整车控制器根据附着系数确定后轮制动力与前轮制动力的比值β₁，后轮制动力与前轮制动力的线性曲线正好经过附着系数值对应的理想曲线的数值，然后整车控制系统输出信号同时闭合前离合器和后离合器，再按照β₁值输出指令调节两个电流调节器，使得后轴电机和前轴电机的制动力比值为β₁；当驾驶员重度踩踏制动踏板时，前离合器和后离合器断开，整车控制器启动液压制动系统将前后车轮同时抱死。其前、后轴的制动力分配曲线和总制动力-制动踏板开度曲线分别如图1和图2所示。

实施例2

当路面附着系数φ≤0.3、车速v＞30km/h时，驾驶员踩踏制动踏板的开度≤总开度的70%时，整车控制器同时闭合前离合器和后离合器，并输出指令调节两个电流调节器，使得前轴电机和后轴电机的制动力比值为β₁，当驾驶员踩踏制动踏板的开度＞总开度的70%时，前离合器和后离合器断开，整车控制器启动液压制动系统将前后车轮同时抱死。其前、后轴的制动力分配曲线和总制动力-制动踏板开度曲线分别如图3和图4所示。

实施例3

当路面附着系数0.3＜φ≤0.9、车速≤30km/h时，驾驶员轻微踩下制动踏板，液压制动系统不工作，前离合器闭合，前轴电机转动发电，进行能量回收，同时提供制动力矩，后离合器断开，后轴电机不参与制动；当驾驶员中度踩踏制动踏板时，先由前轴电机单独提供制动力，当前轴电机最大制动力不能满足制动踏板开度对应的制动力时，后轴电机参与制动，使得总制动力和制动踏板开度对应的制动力相等；当驾驶员重度踩踏制动踏板时，整车控制器首先判断制动踏板开度对应的制动力按照β₂分配到前、后轴后，是否均小于前轴电机和后轴电机最大制动力，如果小于，则同时闭合前离合器和后离合器，调节两个电流调节器，整车控制器根据附着系数与车辆空载状态下理想的前、后轮制动力分配曲线确定后轮制动力与前轮制动力的比值β₂，按照β₂分配前轴电机和后轴电机的制动力，进行能量回收，同时保持车的稳定性，如果制动踏板开度对应的制动力按照β₂分配到前、后轴后，其中有一个或两个均大于前轴电机或后轴电机最大制动力，断开前离合器和后离合器，前轴电机和后轴电机均不产生回馈制动力，分配前、后轴的液压制动力，使得前、后轴总制动力满足β₂值，例如：制动踏板开度对应的制动力为5kN，按照β₂值分配到前轴的制动力为3.5kN，分配到后轴的制动力为1.5kN，如果假设前轴电机和后轴电机所能提供的最大制动力均为4kN，那3.5kN、1.5kN均小于4kN，则车辆按照前轴电机和后轴电机共同进行制动，进行能量回收；假设前轴电机和后轴电机所能提供的最大制动力分别为3kN和2kN，则由于3kN小于3.5kN，车轮不采用能量回收制动力，而采用液压制动系统进行制动；假设前轴电机和后轴电机所能提供的最大制动力均为1kN，由于按照β₂值分配到前轴的制动力和后轴的制动力均大于两者最大的制动力，因此车轮也不采用能量回收制动力，而采用液压制动系统进行制动。当制动踏板的开度为总开度的90%以上时，液压制动系统同时抱死前后轴进行制动。其前、后轴的制动力分配曲线和总制动力-制动踏板开度曲线分别如图5和图6所示。

实施例4

当路面附着系数0.3＜φ≤0.9、车速＞30km/h时，驾驶员轻微踩下制动踏板，液压制动系统不工作，整车控制器同时闭合前离合器和后离合器，并输出指令调节两个电流调节器，使得前轴电机和后轴电机的制动力比值为β₃，所述β₃为整车控制器根据附着系数与车辆空载状态下理想的前、后轮制动力分配曲线确定后轮制动力与前轮制动力的比值，当驾驶员中度或重度踩踏制动踏板时，前离合器和后离合器断开，前轴电机和后轴电机不参加制动，整车控制器启动液压制动系统进行制动，前、后轴制动力按照β₃分配。其前、后轴的制动力分配曲线和总制动力-制动踏板开度曲线分别如图7和图8所示。

实施例5

当路面附着系数φ＞0.9时，整车控制器根据附着系数与车辆空载状态下理想的前、后轮制动力分配曲线确定后轮制动力与前轮制动力的比值β₄，当驾驶员轻微踩下制动踏板，整车控制器按照β₄值的1.5～2倍分配前、后轴的制动力，通过调节两个电流调节器，使得后轴电机和前轴电机产生的制动力按照所述β₄值的1.5～2倍分配进行制动，同时进行能量回收；当驾驶员中度踩踏制动踏板时，后轴电机和前轴电机产生的制动力按照所述β₄值的1.5～2倍分配进行制动，当分配给后轴电机或前轴电机的制动力其中任意一个大于后轴电机或前轴电机最大制动力矩时，整车控制器不开启前离合器和后离合器，而采用液压制动系统按照β₄值分配前、后轴的液压制动力进行制动；当驾驶员重度踩踏制动踏板时，整车控制器不开启前离合器和后离合器，而采用液压制动系统按照β₄值分配前、后轴的液压制动力进行制动。其前、后轴的制动力分配曲线和总制动力-制动踏板开度曲线分别如图9和图10所示。

在实施例1～5中，所述轻微踩下制动踏板是指使得制动踏板的开度为总开度的5%～20%；所述中度踩踏制动踏板是指使得制动踏板的开度为总开度的21%～70%；所述重度踩踏制动踏板是指制动踏板的开度为总开度的71%以上。

以上对本发明所提供的技术方案进行了详细介绍，对于本领域的一般技术人员，依据本发明实施例的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims

1.一种利用电动汽车制动能量回收系统进行制动能量回收的方法，该电动汽车制动能量回收系统包括电机制动系统、传统液压制动系统和辅助制动系统；所述电机制动系统包括前轴电机和后轴电机，前轴电机通过前离合器连接前轴驱动桥，前轴驱动桥安装在前轴上，后轴电机通过后离合器连接后轴驱动桥，所述前轴电机和后轴电机分别通过导线连接电流调节器，两个电流调节器分别接入电池管理系统，电池管理系统连接车载锂离子电池，电池管理系统和整车控制器通过数据线连接；所述的传统液压制动系统包括前、后轮的液压制动器、制动踏板、ABS泵、制动主缸和储液罐，所述储液罐内装有液压油，储液罐安装在所述制动主缸上，所述制动踏板和所述制动主缸的推杆相连，所述制动主缸的出液口通过液压油管连接ABS泵，ABS泵用于分配前、后轴的液压制动力，所述ABS泵通过液压油管分别连接前、后轮的液压制动器；所述辅助制动系统包括整车控制器、路面识别模块、车速传感器和踏板开度传感器，所述整车控制器通过数据线和电池管理系统实现数据交互连接，所述整车控制器通过数据线和电流调节器、ABS泵连接，用于输出指令到电流调节器、ABS泵，路面识别模块、车速传感器和踏板开度传感器通过数据线和整车控制器17连接，用于将计算所得的路面附着系数、车速和制动踏板的开度传输到整车控制器中；

其特征在于，按照车辆行驶的路面附着系数、车速和制动踏板的开度，分配前、后轮的制动力，其具体为：

当路面附着系数0.3＜φ≤0.9、车速＞30km/h时，驾驶员轻微踩下制动踏板，液压制动系统不工作，整车控制器同时闭合前离合器和后离合器，并输出指令调节两个电流调节器，使得前轴电机和后轴电机的制动力比值为β₃，所述β₃为整车控制器根据附着系数与车辆空载状态下理想的前、后轮制动力分配曲线确定后轮制动力与前轮制动力的比值，当驾驶员中度或重度踩踏制动踏板时，前离合器和后离合器断开，前轴电机和后轴电机不参加制动，整车控制器启动液压制动系统进行制动，前、后轴制动力按照β₃分配。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，当路面附着系数φ＞0.9时，整车控制器根据附着系数与车辆空载状态下理想的前、后轮制动力分配曲线确定后轮制动力与前轮制动力的比值β₄，当驾驶员轻微踩下制动踏板，整车控制器按照β₄值的1.5～2倍分配前、后轴的制动力，通过调节两个电流调节器，使得后轴电机和前轴电机产生的制动力按照所述β₄值的1.5～2倍分配进行制动，同时进行能量回收；当驾驶员中度踩踏制动踏板时，后轴电机和前轴电机产生的制动力按照所述β₄值的1.5～2倍分配进行制动，当分配给后轴电机或前轴电机的制动力其中任意一个大于后轴电机或前轴电机最大制动力矩时，整车控制器不开启前离合器和后离合器，而采用液压制动系统按照β₄值分配前、后轴的液压制动力进行制动；当驾驶员重度踩踏制动踏板时，整车控制器不开启前离合器和后离合器，而采用液压制动系统按照β₄值分配前、后轴的液压制动力进行制动。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述轻微踩下制动踏板是指使得制动踏板的开度为总开度的5%～20%；所述中度踩踏制动踏板是指使得制动踏板的开度为总开度的21%～70%；所述重度踩踏制动踏板是指制动踏板的开度为总开度的71%以上。