CN108263216A - 一种轮毂电机驱动汽车再生制动***及制动方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了提供了一种轮毂电机驱动汽车再生制动***，能够进行电机制动和液压制动复合模式，提高制动效率。本发明还提供一种轮毂电机驱动汽车再生制动方法，包括步骤1：根据踏板位移获得制动需求的总制动力矩并按照固定比例分配给前后轴，再将前后轴制动力分别均分给对应车轮，每个车轮的电机制动力和液压制动力的控制相互独立；步骤2：根据当前车轮转速得到轮毂电机转速并计算所述轮毂电机可以提供的最大制动力矩Tm；步骤3：当车轮需求的制动力Trep＜0.8Tm时，进行纯电机制动模式；当车轮需求的制动力Trep≥0.8Tm时，进行轮毂电机制动和液压制动的复合制动模式；当车速减速到10km/h之后，进入纯液压制动模式，关闭轮毂电机再生子***，打开增压阀，提高制动效率。
Description
技术领域
本发明涉及电动汽车的制动***领域，更具体的是，本发明涉及一种轮毂电机驱动汽车再生制动***及控制方法。
背景技术
近年来，随着汽车保有量的增加，我国已经成为最大的汽车消费市场，汽车在方便的同时，也带来诸如能源、环境、安全等多方面的困扰。据统计，现在百分之五十的城市空气污染来源于汽车。同时，排放标准以及能源效率等指标进一步提升也促进汽车向节能安全以及环保的方向发展。因此新能源汽车等新型产品出现在人们的视野。在电动汽车的家族中，轮毂电机驱动汽车具有转矩控制响应快，转矩控制精度高等多方面的优点。然而电池技术以及续航里程限制了轮毂电机驱动汽车的发展，在此背景下，再生制动技术为提高电动汽车的续航里程提供了新的思路。
现有再生制动技术大多数是针对混合动力汽车或者是两驱式纯电动汽车，针对轮毂电机驱动的四驱纯电动汽车的再生制动技术较少。
发明内容
本发明的目的是设计开发了一种轮毂电机驱动汽车再生制动***，能够进行电机制动和液压制动复合模式，提高制动效率。
本发明的另一个目的是设计开发了一种轮毂电机驱动汽车再生制动方法，在复合制动模式时，能够确定轮毂电机制动力矩和液压制动力矩，提高制动效率。
本发明提供的技术方案为：
一种轮毂电机驱动汽车再生制动***，包括液压制动子***，其包括：
制动主缸；以及
第一储能器，其与所述制动主缸连接；
增压阀，其与所述第一储能器连接；
压力传感器，其与所述增压阀连接；
第二储能器，其与所述第一储能器连接且之间设置有单向阀；
减压阀，其与所述第二储能器连接；
其中，所述增压阀和压力传感器与第二储能器、单向阀和减压阀并联且并联处连接有制动轮缸。
优选的是，还包括：
轮毂电机再生子***；
踏板位移传感器，其与制动踏板连接，用于检测制动踏板的位移；
再生制动控制器，其与所述踏板位移传感器、轮毂电机再生子***和液压制动子***连接，用于接收所述踏板位移传感器的检测数据并控制所述轮毂电机再生子***和液压制动子***工作。
相应地，本发明还提供一种轮毂电机驱动汽车再生制动方法，包括如下步骤：
步骤1：根据踏板位移获得制动需求的总制动力矩并按照固定比例分配给前后轴，再将前后轴制动力矩分别均分给对应车轮，每个车轮的电机制动力和液压制动力的控制相互独立；
步骤2：根据当前车轮转速得到轮毂电机转速并计算所述轮毂电机能够提供的最大制动力矩：
其中，Tm为所述轮毂电机当前转速下能够提供的最大制动力矩，Tm,max为轮毂电机提供的最大转矩，Pm,max为轮毂电机的峰值功率，n轮毂电机的当前转速，n0为轮毂电机参与再生制动时的临界转速，nb为轮毂电机的基速；
步骤3：当车轮需求的制动力Trep＜0.8Tm时，进行纯轮毂电机制动模式；
当车轮需求的制动力Trep≥0.8Tm时，进行轮毂电机制动和液压制动的复合制动模式，
所述轮毂电机制动力矩为：
所述液压制动力矩为：
TH＝Trep-TW
其中，TW为轮毂电机制动力矩，TH为液压制动力矩，Trep为车轮需要的制动力矩，b为汽车质心与车轮轮轴的距离，为路面附着系数，hg为汽车质心高度，L为汽车前后轮轴轴距，T0为动力电池报警温度，T为动力电池当前温度，υ为汽车减速时的初始速度，r为汽车轮毂半径；
当车速减速到10km/h之后，进入纯液压制动模式，关闭轮毂电机再生子***，打开增压阀。
优选的是，所述复合制动模式时：
当轮毂电机达到目标制动转矩后，车辆的滑移率s≥0.2或者车轮减速度时，打开第一蓄能器，保持增压阀关闭，减小电机制动力矩，直至满足滑移率s≤0.15或者车轮减速度时，保持电机制动力矩，当滑移率s≤0.09或者车轮减速度时，增大电机制动力矩，往复上述动作，直至车速减速到10km/h后，进入纯液压制动模式；
当轮毂电机达到目标制动转矩后，车辆的滑移率s＜0.2且车轮减速度
时，打开增压阀，增加液压制动力，直到液压制动力达到目标液压制动力；
当进行液压制动且未达到目标液压制动力过程中，车辆的滑移率s≥0.2或者车轮减速度时，打开第一蓄能器，关闭增压阀，减小电机制动力矩，直至满足滑移率s≤0.15或者车轮减速度时，保持电机制动力矩，当滑移率s≤0.09或者车轮减速度时，增大电机制动力矩，往复上述动作，直至车速减速到10km/h后，进入纯液压制动模式。
优选的是，所述纯轮毂电机制动模式时，当轮毂电机制动能力不足或故障时，进行液压制动，打开增压阀，控制液压制动力达到目标制动力。
优选的是，所述纯轮毂电机制动模式时，当车辆的滑移率s≥0.2或者车轮减速度时，减小电机制动力矩，直至满足滑移率s≤0.15或者车轮减速度时，保持电机制动力矩，当滑移率s≤0.09或者车轮减速度时，增大电机制动力矩，往复上述动作，直至车速减速到10km/h后，进入纯液压制动模式。
优选的是，当车辆由高附着路面向低附着路面行驶制动时，须减小制动力矩；当车辆由低附着路面向高附着路面行驶制动时，须增大制动力矩。
优选的是，所述车辆由高附着路面向低附着路面行驶进行复合模式制动时，减小轮毂电机制动力矩到1并保持超过0.1s，当滑移率s≥0.15且车轮减速度时，打开减压阀，降低液压制动力矩，直到满足滑移率s≤0.09或者车轮减速度时，关闭减压阀，增大电机制动力矩，往复上述动作，直至车速减速到10km/h后，进入纯液压制动模式。
优选的是，所述车辆由低附着路面向高附着路面行驶进行复合模式制动时，增大轮毂电机制动力矩到最大值并保持超过1s，当车辆的滑移率s≤0.2且车轮减速度时，打开增压阀，直到液压制动力达到目标液压制动力。
本发明至少具备以下有益效果：
(1)本发明所述的轮毂电机驱动汽车再生制动***，能够进行电机制动和液压制动复合模式，提高制动效率，保证制动稳定性的同时提高了再生制动子***的能量回收率。
(2)本发明所述的轮毂电机驱动汽车再生制动方法，能够根据制动踏板位移和当前车辆行驶速度确定制动模式，在复合制动模式时，能够确定轮毂电机制动力矩和液压制动力矩，提高制动效率，同时设置了防抱死控制，保证制动稳定性的同时提高了再生制动子***的能量回收率。
附图说明
图1为本发明所述轮毂电机驱动汽车再生制动***的结构图。
图2为本发明所述液压调节子***的结构图。
图3为本发明所述前后轮制动力分配图。
图4为本发明所述轮毂电机外特性曲线。
图5为本发明所述防抱死控制流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
如图1、2所示，本发明提供一种轮毂电机驱动汽车再生制动***，包括轮毂电机再生子***和液压制动子***，所述液压制动子***包括：制动主缸110；以及第一储能器120，其与所述制动主缸110连接且设置有开关阀121，其作用主要体现在两个方面，一是在纯电机制动工况下，存储来自于制动主缸110的高压制动液，跟随驾驶员的制动操作，二是在轮毂电机制动能力不足或出现故障时快速建立液压制动力而不影响液压制动力；增压阀130，其与所述第一储能器120连接；压力传感器150，其与所述增压阀130连接；第二储能器160，其与所述第一储能器120连接且之间设置有单向阀170，减压阀180，其与所述第二储能器160连接；其中，所述增压阀130和压力传感器150与第二储能器160、单向阀170和减压阀180并联且并联处连接有制动轮缸140。所述第二储能器160的作用是当减压阀180打开，制动轮缸140里面的液压油可以流向第二蓄能器160，从而降低液压制动力，压力传感器150的作用是反馈给再生制动控制器液压制动力的控制状态。本实施例中，还包括踏板位移传感器210，其与制动踏板200连接，用于检测制动踏板200的位移；再生制动控制器300，其与所述踏板位移传感器210、轮毂电机再生子***和液压制动子***连接，用于接收所述踏板位移传感器210的检测数据并控制所述轮毂电机再生子***和液压制动子***工作，本实施例中，还包括逆变器和电机控制器310，其与所述再生制动控制器300连接同时与轮毂电机连接，用于接收再生制动控制器300的控制策略并对轮毂电机进行控制，还包括动力电池320，其与所述逆变器和电机控制器310连接，用于为车辆行驶提供电能，而在行车制动过程中又能将机械能通过逆变器转换为电能存储，回收制动能量。
本发明所述的轮毂电机驱动汽车再生制动***，能够进行电机制动和液压制动复合模式，提高制动效率，保证制动稳定性的同时提高了再生制动子***的能量回收率。
本发明还提供一种本发明还提供一种轮毂电机驱动汽车再生制动方法(该控制策略时候针对每个车轮的，因为每个车轮的电机制动力以及液压制动力的控制是独立)，包括如下步骤：
步骤1：再生制动控制器根据踏板位移获得制动需求的总制动力矩并按照固定比例分配给前后轴，本实施例中的固定比例为图3中的β曲线，该曲线既保持了原车型制动***的结构，又没有改变整车的制动需求，所述β曲线的斜率为0.51～0.69，优选0.6，然后再将前后轴制动力矩分别均分给对应车轮，因为每个车轮的电机制动力以及液压制动力的控制是独立的；
步骤2：轮毂电机具有如图4所示的外特性：当其转速高于基速时，以恒功率方式工作，当其转速低于基速时，以恒转矩的方式工作，其在电动以及发电的两种情况下，外特性曲线具有对称性。根据当前车轮转速得到轮毂电机转速(根据轮毂电机和车轮以及传动轴之间的连接关系，通过车轮转速即可获得轮毂电机的转速)并计算所述轮毂电机能够提供的最大制动力矩：
其中，Tm为所述轮毂电机当前转速下能够提供的最大制动力矩，Tm,max为轮毂电机提供的最大转矩，Pm,max为轮毂电机的峰值功率，n轮毂电机的当前转速，n0为轮毂电机参与再生制动时的临界转速，nb为轮毂电机的基速；
步骤3：当车轮需求的制动力Trep＜0.8Tm时，进行纯电机制动模式；
当车轮需求的制动力Trep,max≥0.8Tm时，进行轮毂电机制动和液压制动的复合制动模式，
所述轮毂电机制动力矩为：
所述液压制动力矩为：
TH＝Trep-TW
其中，TW为轮毂电机制动力矩，TH为液压制动力矩，Trep为车轮需要的制动力矩，b为汽车质心与车轮轮轴的距离，为路面附着系数，hg为汽车质心高度，L为汽车前后轮轴轴距，T0为动力电池报警温度，T为动力电池当前温度，υ为汽车减速时的初始速度，r为汽车轮毂半径；
当车速减速到10km/h之后，进入纯液压制动模式，关闭轮毂电机再生子***，打开增压阀。
所述纯轮毂电机制动模式时，该车轮上的制动力矩仅由轮毂电机提供，液压制动力为0，该车轮所处的液压控制子***中，增压阀处于关闭状态，来自制动主缸的制动液进入到第一蓄能器中，当轮毂电机制动能力不足或故障时，进行液压制动，打开增压阀，根据压力传感器反馈的信号，控制液压制动力达到目标制动力。
所述纯轮毂电机制动模式时，当车辆的滑移率s≥0.2或者车轮减速度时，车轮出现抱死状态，此时需进行制动防抱死控制(如图5所示)，减小电机制动力矩，直至满足滑移率s≤0.15或者车轮减速度时，保持电机制动力矩，当滑移率s≤0.09或者车轮减速度时，增大电机制动力矩，往复上述动作，直至车速减速到10km/h后，进入纯液压制动模式。
所述复合制动模式时：
当轮毂电机达到目标制动转矩后，车辆的滑移率s≥0.2或者车轮减速度时，打开第一蓄能器，保持增压阀关闭，减小电机制动力矩，直至满足滑移率s≤0.15或者车轮减速度时，保持电机制动力矩，当滑移率s≤0.09或者车轮减速度时，增大电机制动力矩，往复上述动作，直至车速减速到10km/h后，进入纯液压制动模式；
当轮毂电机达到目标制动转矩后，车辆的滑移率s＜0.2且车轮减速度时，打开增压阀，增加液压制动力，直到液压制动力达到目标液压制动力；
当进行液压制动且未达到目标液压制动力过程中，车辆的滑移率s≥0.2或者车轮减速度时，打开第一蓄能器，关闭增压阀，减小电机制动力矩，直至满足滑移率s≤0.15或者车轮减速度时，保持电机制动力矩，当滑移率s≤0.09或者车轮减速度时，增大电机制动力矩，往复上述动作，直至车速减速到10km/h后，进入纯液压制动模式。
当车辆由高附着路面向低附着路面行驶制动时，须减小制动力矩；当车辆由低附着路面向高附着路面行驶制动时，须增大制动力矩，具体的是：
(1)所述车辆由高附着路面向低附着路面行驶进行复合模式制动时，减小轮毂电机制动力矩到1并保持超过0.1s，当滑移率s≥0.15且车轮减速度时，打开减压阀，降低液压制动力矩，直到满足滑移率s≤0.09或者车轮减速度时，关闭减压阀，增大电机制动力矩，往复上述动作，直至车速减速到10km/h后，进入纯液压制动模式。
(2)所述车辆由低附着路面向高附着路面行驶进行复合模式制动时，增大轮毂电机制动力矩到最大值并保持超过1s，当车辆的滑移率s≤0.2且车轮减速度时，打开增压阀，直到液压制动力达到目标液压制动力。
本发明所述的轮毂电机驱动汽车再生制动方法，能够根据制动踏板位移和当前车辆行驶速度确定制动模式，在复合制动模式时，能够确定轮毂电机制动力矩和液压制动力矩，提高制动效率，同时设置了防抱死控制，保证制动稳定性的同时提高了再生制动子***的能量回收率。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。
Claims (9)
1.一种轮毂电机驱动汽车再生制动***，其特征在于，包括液压制动子***，其包括：
制动主缸；以及
第一储能器，其与所述制动主缸连接；
增压阀，其与所述第一储能器连接；
压力传感器，其与所述增压阀连接；
第二储能器，其与所述第一储能器连接且之间设置有单向阀；
减压阀，其与所述第二储能器连接；
其中，所述增压阀和压力传感器与第二储能器、单向阀和减压阀并联且并联处连接有制动轮缸。
2.如权利要求1所述的轮毂电机驱动汽车再生制动***，其特征在于，还包括：
轮毂电机再生子***；
踏板位移传感器，其与制动踏板连接，用于检测制动踏板的位移；
再生制动控制器，其与所述踏板位移传感器、轮毂电机再生子***和液压制动子***连接，用于接收所述踏板位移传感器的检测数据并控制所述轮毂电机再生子***和液压制动子***工作。
3.一种轮毂电机驱动汽车再生制动方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1：根据踏板位移获得制动需求的总制动力矩并按照固定比例分配给前后轴，再将前后轴制动力矩分别均分给对应车轮，每个车轮的电机制动力和液压制动力的控制相互独立；
步骤2：根据当前车轮转速得到轮毂电机转速并计算所述轮毂电机能够提供的最大制动力矩：
其中，Tm为所述轮毂电机当前转速下能够提供的最大制动力矩，Tm,max为轮毂电机提供的最大转矩，Pm,max为轮毂电机的峰值功率，n轮毂电机的当前转速，n0为轮毂电机参与再生制动时的临界转速，nb为轮毂电机的基速；
步骤3：当车轮需求的制动力Trep＜0.8Tm时，进行纯轮毂电机制动模式；
当车轮需求的制动力Trep≥0.8Tm时，进行轮毂电机制动和液压制动的复合制动模式，
所述轮毂电机制动力矩为：
所述液压制动力矩为：
TH＝Trep-TW
其中，TW为轮毂电机制动力矩，TH为液压制动力矩，Trep为车轮需要的制动力矩，b为汽车质心与车轮轮轴的距离，为路面附着系数，hg为汽车质心高度，L为汽车前后轮轴轴距，T0为动力电池报警温度，T为动力电池当前温度，υ为汽车减速时的初始速度，r为汽车轮毂半径；
当车速减速到10km/h之后，进入纯液压制动模式，关闭轮毂电机再生子***，打开增压阀。
4.如权利要求3所述的轮毂电机驱动汽车再生制动方法，其特征在于，所述复合制动模式时：
当轮毂电机达到目标制动转矩后，车辆的滑移率s≥0.2或者车轮减速度时，打开第一蓄能器，保持增压阀关闭，减小电机制动力矩，直至满足滑移率s≤0.15或者车轮减速度时，保持电机制动力矩，当滑移率s≤0.09或者车轮减速度时，增大电机制动力矩，往复上述动作，直至车速减速到10km/h后，进入纯液压制动模式；
当轮毂电机达到目标制动转矩后，车辆的滑移率s＜0.2且车轮减速度时，打开增压阀，增加液压制动力，直到液压制动力达到目标液压制动力；
当进行液压制动且未达到目标液压制动力过程中，车辆的滑移率s≥0.2或者车轮减速度时，打开第一蓄能器，关闭增压阀，减小电机制动力矩，直至满足滑移率s≤0.15或者车轮减速度时，保持电机制动力矩，当滑移率s≤0.09或者车轮减速度时，增大电机制动力矩，往复上述动作，直至车速减速到10km/h后，进入纯液压制动模式。
5.如权利要求3所述的轮毂电机驱动汽车再生制动方法，其特征在于，所述纯轮毂电机制动模式时，当轮毂电机制动能力不足或故障时，进行液压制动，打开增压阀，控制液压制动力达到目标制动力。
6.如权利要求3所述的轮毂电机驱动汽车再生制动方法，其特征在于，所述纯轮毂电机制动模式时，当车辆的滑移率s≥0.2或者车轮减速度时，减小电机制动力矩，直至满足滑移率s≤0.15或者车轮减速度时，保持电机制动力矩，当滑移率s≤0.09或者车轮减速度时，增大电机制动力矩，往复上述动作，直至车速减速到10km/h后，进入纯液压制动模式。
7.如权利要求3所述的轮毂电机驱动汽车再生制动方法，其特征在于，当车辆由高附着路面向低附着路面行驶制动时，须减小制动力矩；当车辆由低附着路面向高附着路面行驶制动时，须增大制动力矩。
8.如权利要求7所述的轮毂电机驱动汽车再生制动方法，其特征在于，所述车辆由高附着路面向低附着路面行驶进行复合模式制动时，减小轮毂电机制动力矩到1并保持超过0.1s，当滑移率s≥0.15且车轮减速度时，打开减压阀，降低液压制动力矩，直到满足滑移率s≤0.09或者车轮减速度时，关闭减压阀，增大电机制动力矩，往复上述动作，直至车速减速到10km/h后，进入纯液压制动模式。
9.如权利要求7所述的轮毂电机驱动汽车再生制动方法，其特征在于，所述车辆由低附着路面向高附着路面行驶进行复合模式制动时，增大轮毂电机制动力矩到最大值并保持超过1s，当车辆的滑移率s≤0.2且车轮减速度时，打开增压阀，直到液压制动力达到目标液压制动力。
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