CN110481329A - 电动公交车制动能量回收控制方法 - Google Patents

电动公交车制动能量回收控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种电动公交车制动能量回收控制方法，包括：步骤1：进入自动能量回收模式，步骤2：当前车速发到整车控制模块，步骤3：计算目标整车减速度并发到整车控制模块，制动踏板信号发到整车控制模块，步骤4：电池电量发到整车控制模块，计算不同车速下最大可用回收扭矩，步骤5：最大可用回收扭矩发到电机控制器并由电机执行；步骤6：实际的能量回收扭矩反馈给整车控制模块和电子制动控制***，步骤7：实时减速度信号反馈给整车控制模块，步骤8：调整能量回收扭矩。本发明根据整车整备质量波动调整合理的能量回收扭矩，在整备质量较低时请求比较小的能量回收扭矩，反之则请求比较大的能量回收扭矩，提高能量回收率并兼顾制动舒适性。

Description

电动公交车制动能量回收控制方法
技术领域
本发明涉及一种新能源电动公交车的控制方法，尤其涉及一种电动公交车制动能量回收控制方法。
背景技术
请参见附图1，目前，电动公交车对于制动能量回收的控制方法是：根据电动公交车车速和司机踩下的制动踏板深度，同时考虑高压电池电量和电机最大可用回收扭矩，整车控制模块1发出制动回收扭矩给电机控制器2，电机控制器2控制电机3来实现需求的回收扭矩，这时候电机3处于发电模式，可以产生电流到高压电池端作为能量储存。电机制动扭矩如果不足以达到想要的减速度，这时电子制动控制***4控制气动制动来产生剩余制动扭矩，以达到减速的要求。
现有技术的制动能量回收控制方法对于其他商用车的应用场景能满足要求，但是对于电动公交车的应用场景就存在不足。由于电动公交车应用环境比较特殊，其本身的整备质量随着乘客的上下车变化较大，空载的电动公交车和满载的电动公交车，最大车重差别可达到在5吨以上(整备质量通常的变化范围为12-18吨)。因此，电动公交车在实际应用场景中采用现有技术的能量回收控制方法造成的问题是：当电动公交车处于空载模式时，司机驾驶请求达到一个期望的减速度而踩制动踏板，此时由于车重较小，同样的回收制动扭矩请求导致较大的减速度，乘客减速舒适度下降；当电动公交车处于重载甚至是满载状态时，司机踩制动踏板请求同样的期望的减速度，此时的回收制动扭矩由于车重较大，同样的回收制动扭矩请求导致的减速度不足，此时底盘的电子制动控制***会提早介入，通过加大刹车制动补足制动力矩，不但减速的舒适度下降，而且制动回收由于过大的气动制动扭矩的介入导致能量回收的下降，牺牲了能耗经济性。
发明内容
本发明的目的在于提供一种电动公交车制动能量回收控制方法，能根据整车整备质量的波动，调整合理的能量回收扭矩，即在整备质量较低时请求比较小的能量回收扭矩，无需介入气动制动，兼顾制动舒适性，反之则请求比较大的能量回收扭矩，在最大可用回收扭矩的范围内请求合理的能量回收扭矩以提高能量回收率，如果最大回收扭矩仍然无法满足减速度需求，介入气动制动来满足减速度的安全性要求。
本发明是这样实现的：
一种一种电动公交车制动能量回收控制方法，包括以下步骤：
步骤1：整车控制模块判断电动公交车是否进入自动能量回收模式，若是，则执行步骤2，若否，则不动作；
步骤2：仪表将当前车速发送到整车控制模块；
步骤3：电子制动控制***计算得到目标整车减速度并将其发送到整车控制模块，同时将制动踏板信号发送到整车控制模块；
步骤4：电池管理***将电池电量发送到整车控制模块，整车控制模块计算不同车速下纯电制动时电机执行的最大可用回收扭矩；
步骤5：整车控制模块将步骤4计算得到的最大可用回收扭矩发送到电机控制器，并由电机控制器控制电机执行能量回收；
步骤6：电机控制器将实际执行的能量回收扭矩反馈给整车控制模块，同时整车控制模块把实际执行的能量回收扭矩转发给电子制动控制***；
步骤7：电子制动控制***把实时的减速度信号反馈给整车控制模块；
步骤8：整车控制模块根据实时的减速度信号调整实际执行的能量回收扭矩。
在所述的步骤1中，所述的电动公交车进入自动能量回收模式的条件为：
1、电动公交车当前的档位为前进档；
2、电池管理***目前允许充电功率＞0；
3、当前车速≥5公里/小时；
4、加速踏板信号无效；
5、制动踏板开关的开度＞0.05；
6、电机控制器检测到电机的扭矩下限值＜0；
7、电池管理***检测到电池的荷电状态≤0.98；
8、防抱死***处于非激活状态。；
9、车身电子稳定***处于非激活状态；
10、电动公交车上的高压附件均没有故障；
当上述条件均满足时，电动公交车进入自动能量回收模式。
在所述的步骤4中，电机执行的最大可用回收扭矩的方法是：
I）当电池电量≤0.98且整车车速≥5km/h时，使用电机对应当前车速的最大可用回收扭矩；
II）当电池电量＞0.98时，禁止回收扭矩；
III）当车速＜5km/h时，使用标定的扭矩退坡曲线得到回收扭矩直至车速为零。
所述的不同车速下纯电制动时电机的最大可用回收扭矩的计算方法具体是：
S1：根据基本的物理学原理，计算目标制动力F，计算公式如下：
F=m*a
其中，m为整备质量，a为目标减速度；
S2：计算轮端制动扭矩T，计算公式如下：
T=F*r
其中，F为目标制动力，r为轮胎半径；
S3：计算得到最大可用回收扭矩M，计算公式如下：
M=T*η
其中，T为轮端制动扭矩，η为扭矩效率。
所述的扭矩效率η为0.95-0.98。
在所述的步骤8中，所述的实际执行的能量回收扭矩的调整方法具体是：根据目标减速度调整，若实时的减速度大于目标减速度，则减小制动回馈扭矩，即减小制动力；若实时的减速度小于目标减速度，则增加制动回馈扭矩，即增加制动力。
在所述的步骤8中，若将电动公交车的最大可用回收扭矩调整到电机的最大回收扭矩还是不能满足减速要求，电子制动控制***控制气动制动单元辅助减速。
当所述的电子制动控制***发送任何紧急制动安全的请求时，整车控制模块不会发送回收扭矩请求。
当所述的电池管理***发送任何不适合进行回收充电的请求时，整车控制模块不会发送回收扭矩请求。
所述的整车控制模块发送回收扭矩请求时，当5公里/小时≤车速≤20公里/小时，电机实际执行的能量回收扭矩逐渐增加，当20公里/小时＜车速≤50公里/小时，电机实际执行的能量回收扭矩为电机的最大可用回收扭矩，当50公里/小时＜车速≤70公里/小时，电机实际执行的能量回收扭矩逐渐减小。
本发明在原有电动公交车制动能量回收***架构的基础上，把可用的电子制动控制***信号通过软件进行解析，无需对硬件和机械***结构进行更改升级，对整车***没有任何成本增加。采用本发明的控制方法可以提高能耗经济性，同时兼顾制动舒适性，可以根据客户和应用场景的需求来标定调整不同的减速度曲线来满足需求，灵活性更大，应用场景更加广泛。
附图说明
图1是现有技术的电动车制动能量回收控制方法的原理图；
图2是本发明电动公交车制动能量回收控制方法的原理图。
图中，1整车控制模块，2电机控制器，3电机，4电子制动控制***，5仪表，6电池管理***，7后桥减速***。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。
请参见附图2，一种电动公交车制动能量回收控制方法，包括以下步骤：
步骤1：整车控制模块1判断电动公交车是否进入自动能量回收模式，若是，则执行步骤2，若否，则不动作。
所述的电动公交车进入自动能量回收模式的条件为：
1、电动公交车当前的档位为前进档。
2、电池管理***6目前允许充电功率＞0。
3、当前车速≥5公里/小时。
4、加速踏板信号无效。
5、制动踏板开关的开度＞0.05。
6、电机控制器2检测到电机的扭矩下限值＜0。
7、电池管理***6检测到电池的荷电状态≤0.98。
8、防抱死***处于非激活状态。
9、车身电子稳定***处于非激活状态。
10、电动公交车上的其他高压附件均没有故障。
当上述条件均满足时，电动公交车可进入自动能量回收模式。
步骤2：仪表5将当前车速发送到整车控制模块1。
步骤3：电子制动控制***4计算得到合适的目标整车减速度并将其发送到整车控制模块1，同时将制动踏板信号发送到整车控制模块1。
在步骤3中，计算目标整车减速度可通过现有技术的电子制动控制***4的算法逻辑实现，基本逻辑是根据制动踏板深度来标定合理的减速度曲线，减速度曲线可根据不同车型（如公交车、旅游车或者货车等）和应用场景进行标定和调整，本发明不再赘述。
步骤4：电池管理***6将电池电量发送到整车控制模块1，整车控制模块1通过当前车速和电池电量结合目标整车减速度计算不同车速下纯电制动时电机3执行的最大可用回收扭矩。
根据电机3的发电特性，不同转速下电机3都有对应的可用回收扭矩，此时也需要结合整车车速和电池电量特性得到合理的最大可用回收扭矩。具体方法是：当电池电量≤0.98且车速≥5km/h时，可以直接使用电机3对应当前车速的最大可用回收扭矩，最大限度储存回收电流来达到降低能耗的目的；当电池电量＞0.98时，为了提高电池的使用寿命，整车不响应电子制动控制***请求的回收扭矩，此时会禁止输出回收扭矩。当车速＜5km/h时，此时，电机3的发电效率比较低，虽然此时电机3的发电特性可以允许很大的回收扭矩，考虑电池的安全性、制动的舒适性和回收效率，通过标定的扭矩退坡曲线来得到合理的回收扭矩直至车速为零。该合理的回收扭矩是将电子制动***请求的回收扭矩与不同车速下退坡曲线对应的比例系数相乘得到回收扭矩，回收扭矩曲线的合理性可通过标定得到，此时回收效率比较低，但低速制动的舒适性以及车辆停车的稳定性较高，没有抖动等异常状态。
所述的不同车速下纯电制动时电机3的最大可用回收扭矩的计算方法方法具体是：
S1：根据基本的物理学原理，计算目标制动力F，计算公式如下：
F=m*a
其中，m为整备质量，a为目标减速度。
S2：计算轮端制动扭矩T，计算公式如下：
T=F*r
其中，F为目标制动力，r为轮胎半径。
S3：结合轮端制动扭矩T和扭矩效率η，计算得到最大可用回收扭矩M，计算公式如下：M=T*η。
优选的，所述的扭矩效率η可取0.95-0.98。
步骤5：整车控制模块1将步骤4计算得到的最大可用回收扭矩通过CAN总线发送到电机控制器2，并由电机控制器2控制电机3按照当前车速对应的最大可用回收扭矩执行能量回收。此时，只要不是在条件禁止范围内，电机3都按照最大可用回收扭矩进行能量回收，提高能耗经济性。
步骤6：电机控制器2通过CAN总线将实际执行的能量回收扭矩反馈给整车控制模块1，同时整车控制模块1把实际执行的能量回收扭矩通过CAN总线转发给电子制动控制***4。
步骤7：电子制动控制***4把实时的减速度信号通过CAN总线反馈给整车控制模块1。
步骤8：整车控制模块1根据实时的减速度信号调整实际执行的能量回收扭矩，以满足合理的减速度控制要求。所述的实际执行的能量回收扭矩的调整方法具体是：根据目标减速度调整，若实时的减速度大于目标减速度，则减小制动回馈扭矩，即减小制动力；若实时的减速度小于目标减速度，则增加制动回馈扭矩，即增加制动力。
在所述的步骤8中，若将电动公交车的最大可用回收扭矩调整到电机3的最大回收扭矩还是不能满足期望的减速要求，此时电子制动控制***4控制气动制动单元41辅助减速，以满足期望的减速要求。
在本发明方法执行制动能量回收时，存在以下几个使用原则：
1、制动安全原则：当电子制动控制***4发送任何紧急制动安全的请求时，整车控制模块1不会发送回收扭矩请求，即不执行步骤5。
2、电池原则：当电池管理***6通过CAN总线发送任何不适合进行回收充电的请求时，比如说绝缘阻值低、电池***温度过高等，整车控制模块1不会发送回收扭矩请求，即不执行步骤5。
3、车速原则：整车控制模块1发送回收扭矩请求时，当5km/h≤车速≤20km/h时，电机3实际执行的能量回收扭矩逐渐增加，在电池电量≤0.98的情况下，可直接使用电机3对应当前车速下的最大可用回收扭矩。当20公里/小时＜车速≤50公里/小时，电机3实际执行的能量回收扭矩为电机3的最大可用回收扭矩，且最大可用回收扭矩逐渐增加。当50公里/小时＜车速≤70公里/小时，由于电机3对应的最大可回收扭矩降低，电机3实际执行的能量回收扭矩逐渐减小。
4、能耗经济性原则：在满足减速度可控的前提下，整车控制模块1回收扭矩需求为最大可用回收扭矩，即实际减速度能达到电子制动控制***需求的减速度时认为可控，实际执行的扭矩就是电机最大可用回收扭矩。
将本发明应用于某品牌12米级别的电动公交车上，该电动公交车的配置如下：采用上汽申沃公司的整车控制模块1、西门子的交流永磁同步驱动电机（带电机控制器2）、宁德时代的磷酸铁锂电池（带电池管理***6）、德国采埃孚的后桥减速***7和威伯科EBS3的电子制动控制***4。
在整车试验场进行能耗测试，参照《GBT 18386-2017电动汽车能量消耗率和续驶里程试验方法》，整车载荷16.5吨，工况为中国典型城市公交循环，采用不同的制动回收能量控制方法分别测试3个中国典型城市公交循环：
第一种，现有技术的控制方法：根据电动公交车车速和司机踩下的制动踏板深度，同时考虑高压电池电量和电机最大可用回收扭矩，整车控制模块1发出制动回收扭矩给电机控制器2，电机控制器2控制电机3来实现需求的回收扭矩，电机3处于发电模式，可以产生电流到高压电池端作为能量储存。现有技术的控制方法中，平均电池能耗为0.756kwh/km，平均制动回收能量为2.38kwh每循环，制动回收能量在总的电池能量消耗贡献度为35.02%。
第二种，采用本发明的控制方法，在整车试验场进行能耗测试，参照《GBT 18386-2017电动汽车能量消耗率和续驶里程试验方法》，整车载荷为固定载重16.5吨，工况为中国典型城市公交循环。根据公交车安全性和舒适性要求，最大减速度不超过3m/s2。同时不同整车车速对应下电机不同的最大可用回收扭矩，其中电机额定的最大可用回收扭矩为2500Nm，但是在不同转速下面是一个曲线，最终试验结果如下：平均电池能耗为0.712kwh/h，平均能量回收为2.59kwh每循环，制动回收能量在总的电池能量消耗贡献度为38.22%。
综上所述，本发明的制动能量回收控制方法可以有效降低能量消耗，对于电动公交车每天将近300km的运行里程来说能有效的提高能量回收效率和能耗经济性。
以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定发明的保护范围，因此，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种电动公交车制动能量回收控制方法，其特征是：包括以下步骤：
步骤1：整车控制模块（1）判断电动公交车是否进入自动能量回收模式，若是，则执行步骤2，若否，则不动作；
步骤2：仪表（5）将当前车速发送到整车控制模块（1）；
步骤3：电子制动控制***（4）计算得到目标整车减速度并将其发送到整车控制模块（1），同时将制动踏板信号发送到整车控制模块（1）；
步骤4：电池管理***（6）将电池电量发送到整车控制模块（1），整车控制模块（1）计算不同车速下纯电制动时电机（3）执行的最大可用回收扭矩；
步骤5：整车控制模块（1）将步骤4计算得到的最大可用回收扭矩发送到电机控制器（2），并由电机控制器（2）控制电机（3）按照当前车速对应的最大可用回收扭矩执行能量回收；
步骤6：电机控制器（2）将实际执行的能量回收扭矩反馈给整车控制模块（1），同时整车控制模块（1）把实际执行的能量回收扭矩转发给电子制动控制***（4）；
步骤7：电子制动控制***（4）把实时的减速度信号反馈给整车控制模块（1）；
步骤8：整车控制模块（1）根据实时的减速度信号调整实际执行的能量回收扭矩。
2.根据权利要求1所述的电动公交车制动能量回收控制方法，其特征是：在所述的步骤1中，所述的电动公交车进入自动能量回收模式的条件为：
1、电动公交车当前的档位为前进档；
2、电池管理***（6）目前允许充电功率＞0；
3、当前车速≥5公里/小时；
4、加速踏板信号无效；
5、制动踏板开关的开度＞0.05；
6、电机控制器（2）检测到电机的扭矩下限值＜0；
7、电池管理***（6）检测到电池的荷电状态≤0.98；
8、防抱死***处于非激活状态；
9、车身电子稳定***处于非激活状态；
10、电动公交车上的高压附件均没有故障；
当上述条件均满足时，电动公交车进入自动能量回收模式。
3.根据权利要求1所述的电动公交车制动能量回收控制方法，其特征是：在所述的步骤4中，电机（3）执行的最大可用回收扭矩的方法是：
I）当电池电量≤0.98且整车车速≥5km/h时，使用电机（3）对应当前车速的最大可用回收扭矩；
II）当电池电量＞0.98时，禁止回收扭矩；
III）当车速＜5km/h时，使用标定的扭矩退坡曲线得到回收扭矩直至车速为零。
4.根据权利要求1或3所述的电动公交车制动能量回收控制方法，其特征是：所述的不同车速下纯电制动时电机（3）的最大可用回收扭矩的计算方法具体是：
S1：根据基本的物理学原理，计算目标制动力F，计算公式如下：
F=m*a
其中，m为整备质量，a为目标减速度；
S2：计算轮端制动扭矩T，计算公式如下：
T=F*r
其中，F为目标制动力，r为轮胎半径；
S3：计算得到最大可用回收扭矩M，计算公式如下：
M=T*η
其中，T为轮端制动扭矩，η为扭矩效率。
5.根据权利要求4所述的电动公交车制动能量回收控制方法，其特征是：所述的扭矩效率η为0.95-0.98。
6.根据权利要求1所述的电动公交车制动能量回收控制方法，其特征是：在所述的步骤8中，所述的实际执行的能量回收扭矩的调整方法具体是：根据目标减速度调整，若实时的减速度大于目标减速度，则减小制动回馈扭矩，即减小制动力；若实时的减速度小于目标减速度，则增加制动回馈扭矩，即增加制动力。
7.根据权利要求1所述的电动公交车制动能量回收控制方法，其特征是：在所述的步骤8中，若将电动公交车的最大可用回收扭矩调整到电机（3）的最大回收扭矩还是不能满足减速要求，电子制动控制***（4）控制气动制动单元（41）辅助减速。
8.根据权利要求1所述的电动公交车制动能量回收控制方法，其特征是：当所述的电子制动控制***（4）发送任何紧急制动安全的请求时，整车控制模块（1）不会发送回收扭矩请求。
9.根据权利要求1所述的电动公交车制动能量回收控制方法，其特征是：当所述的电池管理***（6）发送任何不适合进行回收充电的请求时，整车控制模块（1）不会发送回收扭矩请求。
10.根据权利要求1所述的电动公交车制动能量回收控制方法，其特征是：所述的整车控制模块（1）发送回收扭矩请求时，当5公里/小时≤车速≤20公里/小时，电机（3）实际执行的能量回收扭矩逐渐增加，当20公里/小时＜车速≤50公里/小时，电机（3）实际执行的能量回收扭矩为电机（3）的最大可用回收扭矩，当50公里/小时＜车速≤70公里/小时，电机（3）实际执行的能量回收扭矩逐渐减小。
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