CN115009036A - 一种用于电动汽车再生制动能量回收的电液复合制动力分配方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种用于电动汽车再生制动能量回收的电液复合制动力分配方法，步骤包括：1)获取车辆所需制动强度z、电池荷电状态SOC，并确定电液复合制动控制***的制动力分配方式；2)搭建驾驶员模型、电机模型、电池模型、整车控制器模型；3)搭建电液复合制动控制***的制动力分配模型；4)配置整车参数，包括制动***、驱动形式、转向***、ABS***的参数；5)所述整车控制器模型根据整车参数和制动力分配方式向电机模型和电池模型发出所需提供的制动力信号，电机模型和电池模型根据接收的制动力信号进行再生制动，回收能量。本发明制定了可以取得最大的能量回收率的电液复合制动***控制策略，解决了再生制动能量回收较少的问题。

Description

一种用于电动汽车再生制动能量回收的电液复合制动力分配 方法
技术领域
本发明涉及电动汽车领域，具体是一种用于电动汽车再生制动能量回收的电液复合制动力分配方法。
背景技术
伴随汽车工业的不断发展，人们所处生活环境的改善，以及汽车保有量不断增长，汽车已经成为了每家每户必需的新“三大件”之一，但随之带来的许多新的问题，诸如汽车安全性问题，能源过度消耗等。伴随人类对于石油资源需求的增加以及全球资源面临枯竭，同时不断增加的汽车保有量所带来的严重环境污染问题，都给汽车工业发展带来了许多阻碍。
2019年7月1日开始实施的《国家第六阶段机动车污染物排放标准》，也被称为是有史以来最严苛的排放标准，在当前我国汽车产能过剩的背景下，便可以逐渐淘汰落后产能、引领产业的不断升级，能够满足重点地区的排放标准需求以改善空气质量，另一方面，从技术进步角度来讲，新能源汽车的大力推行，新的排放标准等势必会带来技术的不断革新，如何降低燃油消耗率，提高再生制动能量回收率便是一个主要的研究方向。
随着汽车工业的不断发展，液控制动***已经趋于成熟，人们对于制动***可靠安全性能的要求也不断提升，随之产生了许多依附于传统液压控制动***的电子控制类技术，如ABS(防抱死制动***)，ESP(车身电子稳定***)等，对于电液复合制动***的使用性能要求也越来越高。
制动过程中，理论来说应当尽可能的回收制动能量，以最大可能地减少能量的损失，但是最理想的能量回收策略又会影响汽车的制动安全性，因此，在保证汽车制动时满足ECE法规要求的前提下，如何采取合理的再生制动能量回收的控制策略，提高***的回收工作效率等以取得较大的制动能量回收率，是当下所面临的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于电动汽车再生制动能量回收的电液复合制动力分配方法，包括以下步骤：
1)获取车辆所需制动强度z、电池荷电状态SOC，并根据合车辆所需制动强度z、电池荷电状态SOC确定电液复合制动控制***的制动力分配方式；
获取车辆所需制动强度z的步骤包括：根据驾驶员需求的制动踏板开度、当前车速计算得到车辆所需制动强度z。
所述电液复合制动控制***的制动力分配方式包括第一分配方式、第二分配方式和第三分配方式；
当车辆所需制动强度z<0.1时，制动力分配方式为第一分配方式；
当车辆所需制动强度z满足0.1<z<0.7时，制动力分配方式为第二分配方式；
当车辆所需制动强度z>0.7或电池荷电状态SOC>0.8时，制动力分配方式为第三分配方式。
所述第一分配方式为：制动力全部由电机再生制动产生，且产生的制动力全部分配给前轴，后轴制动力为0。
所述第二分配方式为：制动力先由电机再生制动产生，当制动力达到电机再生制动力矩峰值时，制动力由机械制动***和电机再生制动共同产生。
当分配方式为第二分配方式时，前轴制动力分配、后轴制动力按照I曲线进行分配。
按照I曲线进行分配的方法包括：按照前后轴载荷比进行前后轴制动力分配；
其中，前轮所需制动力FZf、后轮所需制动力FZr分别如下所示：
Figure BDA0003711647040000021
Figure BDA0003711647040000022
其中，FZf为前轮所需制动力，FZr为后轮所需制动力，a为质心至前轴中心线距离，b为质心至后轴中心线距离，L为前轴中心线至后轴中心线距离，m为汽车质量，hg为汽车质心高度，
Figure BDA0003711647040000023
为汽车减速度；G为整车质量。
所述第三分配方式为：制动力全部由机械制动***产生。
2)搭建驾驶员模型、电机模型、电池模型、整车控制器模型；
所述整车控制器模型包括制动控制策略模块，能量管理模块，效率模块和能量损失模块。
3)根据步骤1)所述电液复合制动控制***的制动力分配方式，搭建电液复合制动控制***的制动力分配仿真模型；
4)配置整车参数，包括制动***、驱动形式、转向***、ABS***的参数；
所述整车参数包括整车质量、质心高度、轴距、迎风面积、整车空气阻力系数、滚动阻力系数、车轮半径、质心至前轴距离。
5)所述整车控制器模型根据整车参数和制动力分配方式向电机模型和电池模型发出所需提供的制动力信号，电机模型和电池模型根据接收的制动力信号进行再生制动，回收能量。
值得说明的是，本发明公开了一种用于电动汽车再生制动能量回收的电液复合制动力分配策略，包括以下步骤：S1、制定电液复合制动控制***的制动力分配策略；S2、搭建驾驶员模型，电机模型，电池模型及VCU(整车控制器)模型；S3、搭建电液复合制动控制***的制动力分配模型；S4、配置整车参数，对于制动***，驱动形式，转向***，ABS***等进行相关参数设定；S5、在不同驾驶工况下进行仿真分析，对电动汽车进行再生制动能量回收。
本发明的技术效果是毋庸置疑的，本发明提供的一种用于电动汽车再生制动能量回收的电液复合制动力分配策略解决了在满足相关安全法规及平顺性要求下所面临的再生制动能量回收率不足的问题。
本发明在满足安全法规要求，制动平顺性及稳定性条件下，制定了可以取得最大的能量回收率的电液复合制动***控制策略，解决了再生制动能量回收较少的问题。
附图说明
图1为一种用于电动汽车再生制动能量回收的电液复合制动力分配策略的流程图；
图2为电机的再生制动转矩规划模块图；
图3为电液复合制动***工作流程图；
图4为制动***控制及制动力分配策略图；
图5为定义简单工况的工况模型图；
图6为定义简单工况下的电池SOC曲线。
图7为定义简单工况下的电机转矩曲线。
图8为NEDC工况的模型图；
图9为NEDC工况下的电池SOC曲线。
图10为NEDC工况下的电机转矩曲线。。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明，但不应该理解为本发明上述主题范围仅限于下述实施例。在不脱离本发明上述技术思想的情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段，做出各种替换和变更，均应包括在本发明的保护范围内。
实施例1：
参见图1至图10，一种用于电动汽车再生制动能量回收的电液复合制动力分配方法，包括以下步骤：
1)获取车辆所需制动强度z、电池荷电状态SOC(State of Charge,荷电状态)，并根据合车辆所需制动强度z、电池荷电状态SOC确定电液复合制动控制***的制动力分配方式；
获取车辆所需制动强度z的步骤包括：根据驾驶员需求的制动踏板开度、当前车速计算得到车辆所需制动强度z。
所述电液复合制动控制***的制动力分配方式包括第一分配方式、第二分配方式和第三分配方式；
当车辆所需制动强度z<0.1时，制动力分配方式为第一分配方式；
当车辆所需制动强度z满足0.1<z<0.7时，制动力分配方式为第二分配方式；
当车辆所需制动强度z>0.7或电池荷电状态SOC>0.8时，制动力分配方式为第三分配方式。
所述第一分配方式为：制动力全部由电机再生制动产生，且产生的制动力全部分配给前轴，后轴制动力为0。
所述第二分配方式为：制动力先由电机再生制动产生，当制动力达到电机再生制动力矩峰值时，制动力由机械制动***和电机再生制动共同产生。
当分配方式为第二分配方式时，前轴制动力分配、后轴制动力按照I曲线进行分配。
按照I曲线进行分配的方法包括：按照前后轴载荷比进行前后轴制动力分配；
其中，前轮所需制动力FZf、后轮所需制动力FZr分别如下所示：
Figure BDA0003711647040000041
Figure BDA0003711647040000042
其中，FZf为前轮所需制动力，FZr为后轮所需制动力，a为质心至前轴中心线距离，b为质心至后轴中心线距离，L为前轴中心线至后轴中心线距离，m为汽车质量，hg为汽车质心高度，
Figure BDA0003711647040000043
为汽车减速度；G为整车质量。
所述第三分配方式为：制动力全部由机械制动***产生。
2)搭建驾驶员模型、电机模型、电池模型、整车控制器模型；
所述整车控制器模型包括制动控制策略模块，能量管理模块，效率模块和能量损失模块。
3)根据步骤1)所述电液复合制动控制***的制动力分配方式，搭建电液复合制动控制***的制动力分配仿真模型；
4)在制动力分配仿真模型中配置整车参数，包括制动***、驱动形式、转向***、ABS***(Anti-lock Brake System)的参数；
所述整车参数包括整车质量、质心高度、轴距、迎风面积、整车空气阻力系数、滚动阻力系数、车轮半径、质心至前轴距离。
5)所述整车控制器模型根据整车参数和制动力分配方式向电机模型和电池模型发出所需提供的制动力信号，电机模型和电池模型根据接收的制动力信号进行再生制动，回收能量。
实施例2：
一种用于电动汽车再生制动能量回收的电液复合制动力分配方法，包括以下步骤：
1)获取车辆所需制动强度z、所述电池荷电状态SOC，并根据合车辆所需制动强度z、电池荷电状态SOC确定电液复合制动控制***的制动力分配方式。
2)搭建驾驶员模型、电机模型、电池模型、整车控制器模型；
3)配置整车参数，包括制动***、驱动形式、转向***、ABS***的参数；
4)所述整车控制器模型根据整车参数和制动力分配方式向电机模型和电池模型发出所需提供的制动力信号，电机模型和电池模型根据接收的制动力信号进行再生制动，回收能量。
实施例3：
一种用于电动汽车再生制动能量回收的电液复合制动力分配方法，包括以下步骤：
1)获取车辆所需制动强度z、所述电池荷电状态SOC，并根据合车辆所需制动强度z、电池荷电状态SOC确定电液复合制动控制***的制动力分配方式。
2)搭建驾驶员模型、电机模型、电池模型、整车控制器模型；
3)根据步骤1)所述电液复合制动控制***的制动力分配方式，搭建电液复合制动控制***的制动力分配仿真模型；
4)配置整车参数，包括制动***、驱动形式、转向***、ABS***的参数；
5)所述整车控制器模型根据整车参数和制动力分配方式向电机模型和电池模型发出所需提供的制动力信号，电机模型和电池模型根据接收的制动力信号进行再生制动，回收能量。
实施例4：
一种用于电动汽车再生制动能量回收的电液复合制动力分配方法，主要内容见实施例2-3，其中，获取车辆所需制动强度z的步骤包括：根据驾驶员需求的制动踏板开度、当前车速计算得到车辆所需制动强度z。
实施例5：
一种用于电动汽车再生制动能量回收的电液复合制动力分配方法，主要内容见实施例2-3，其中，所述电液复合制动控制***的制动力分配方式包括第一分配方式、第二分配方式和第三分配方式；
当车辆所需制动强度z<0.1时，制动力分配方式为第一分配方式；
当车辆所需制动强度z满足0.1<z<0.7时，制动力分配方式为第二分配方式；
当车辆所需制动强度z>0.7或电池荷电状态SOC>0.8时，制动力分配方式为第三分配方式。
实施例6：
一种用于电动汽车再生制动能量回收的电液复合制动力分配方法，主要内容见实施例5，其中，所述第一分配方式为：制动力全部由电机再生制动产生，且产生的制动力全部分配给前轴，后轴制动力为0。
实施例7：
一种用于电动汽车再生制动能量回收的电液复合制动力分配方法，主要内容见实施例5，其中，所述第二分配方式为：制动力先由电机再生制动产生，当制动力达到电机再生制动力矩峰值时，制动力由机械制动***和电机再生制动共同产生。
实施例8：
一种用于电动汽车再生制动能量回收的电液复合制动力分配方法，主要内容见实施例5，其中，当分配方式为第二分配方式时，前轴制动力分配、后轴制动力按照I曲线进行分配。
实施例9：
一种用于电动汽车再生制动能量回收的电液复合制动力分配方法，主要内容见实施例5，其中，按照I曲线进行分配的方法包括：按照前后轴载荷比进行前后轴制动力分配；
其中，前轮所需制动力FZf、后轮所需制动力FZr分别如下所示：
Figure BDA0003711647040000071
Figure BDA0003711647040000072
其中，FZf为前轮所需制动力，FZr为后轮所需制动力，a为质心至前轴中心线距离，b为质心至后轴中心线距离，L为前轴中心线至后轴中心线距离，m为质量，hg为汽车质心高度，
Figure BDA0003711647040000073
为汽车减速度；G为整车质量。
实施例10：
一种用于电动汽车再生制动能量回收的电液复合制动力分配方法，主要内容见实施例2-3，其中，所述第三分配方式为：制动力全部由机械制动***产生。
实施例11：
一种用于电动汽车再生制动能量回收的电液复合制动力分配方法，主要内容见实施例2-3，其中，所述整车控制器模型包括制动控制策略模块，能量管理模块，效率模块和能量损失模块。
实施例12：
一种用于电动汽车再生制动能量回收的电液复合制动力分配方法，主要内容见实施例2-3，其中，所述整车参数包括整车质量、质心高度、轴距、迎风面积、整车空气阻力系数、滚动阻力系数、车轮半径、质心至前轴距离。
实施例13：
参见图1至图10，一种用于电动汽车再生制动能量回收的电液复合制动力分配方法，包括以下步骤：
S1、制定电液复合制动控制***的制动力分配策略；
在本实施例中，制动力分配策略模型可在不同的仿真软件上实现，例如：可视化仿真工具Simulink。
步骤S1包括以下分步骤：
S11、在目前常用的三种制动力分配策略即：理想制动力分配控制策略、并联制动控制策略、最大再生制动控制策略的基础上，分析其优势与劣势；
S12、结合三种策略的优势，在满足相关安全法规要求及平顺性要求的前提下，制定合理的再生制动控制策略。
所述步骤S12包括以下分步骤：
S121、当车辆所需制动强度z<0.1时，电机能够保证所需的制动力矩，则制动力全部由电机再生制动产生，由于制动强度较小，此时制动力全部分配给前轴，后轴制动力为0；
S122、当所需制动强度0.1<z<0.7时，优先考虑电机再生制动，电机将全部力矩供给给前轴，当达到电机再生制动力矩峰值时再由机械制动***补充其他的制动力矩，前后轴制动力分配则按照I曲线进行分配；
S123、当所需制动强度z>0.7或SOC>0.8时，此时处于紧急制动状态或电池电量已经接近饱和，不足以继续维持再生制动，即使电机参与再生制动，也很难产生较高的制动能量回收，则此时全部的制动力矩皆由机械制动***产生。
所述根据I曲线进行制动力分配时，也就是按照前后轴载荷比进行前后轴制动力分配：
Figure BDA0003711647040000081
Figure BDA0003711647040000082
其中，Fzf为前轮所需制动力，FZr为后轮所需制动力，a为质心至前轴中心线距离，b为质心至后轴中心线距离，L为前轴中心线至后轴中心线距离，m为汽车质量，hg为汽车质心高度，
Figure BDA0003711647040000083
为汽车减速度。
S2、搭建驾驶员模型，电机模型，电池模型及VCU(vehicle control unit，整车控制器)模型；
在本实施例中，步骤S2所搭建的VCU模型包括：制动控制策略模块，能量管理模块，效率模块及能量损失模块。
S3、按照图2，图3及图4搭建电液复合制动控制***的制动力分配模型；
S4、在仿真软件Carsim中配置整车参数，对于制动***，驱动形式，转向***，ABS***等进行相关参数设定；
整车参数如表1所示：
表1.相关参数
Figure BDA0003711647040000091
S5、在自定义的简单工况(图5)及NEDC驾驶工况(图8)下进行仿真分析，对电动汽车进行再生制动能量回收。
实验结果：
1、图6为定义简单工况下的电池SOC曲线；图7为定义简单工况下的电机转矩曲线；图9为NEDC工况(New European Driving Cycle，新标欧洲循环测试工况)下的电池SOC曲线；图10为NEDC工况下的电机转矩曲线。
2、如图5所示，定义的简单行驶工况为:在0-10s节气门开度逐渐增大，在10s时节气门开度达到1，然后持续以最大节气门开度加速至300s，300s-320s节气门开度逐渐降低至0，即此时停止加速，320s-340s节气门开度恒定为0，在340s-350s节气门开度逐渐增加为1，此时处于加速阶段，350s-470s节气门开度持续保持为1，即处于最大加速阶段，在470s-480s节气门开度逐渐降低为0，后续节气门一直保持为0直至仿真结束。所自定义的简单制动工况为：在0-320s，制动力为0，在320s-325s，制动力逐渐增加至50N，制动强度较低，在325s-335s制动力持续为50N，而后在335s-340s制动力逐渐降低为0，在340s-480s没有制动力输入，在480s-485s制动力逐渐增加至300N，此时制动强度较大，485s-490s制动力持续为300N，490s-500s制动力逐渐降低为0，而后没有制动力输入直至仿真结束。
如图6所示，在仿真过程中，电池电量SOC都是降低趋势，在车辆加速过程中电量的降低明显降低较快，在匀速或者是没有制动参与的减速过程中，电量的降低明显较为缓慢，在320s-325s的制动过程中，由于制动强度较小，此时的电池电量SOC轻微上升，在485s-490s的制动过程中，由于制动强度较大，此时的电池电量SOC有明显的上升。
如图7所示，由于整车的动力输入为电机，因此可以明显看出，启动之后，电机转矩逐渐增加至最大转矩，VCU及电机管理模块出于对电机的保护，此时电机的输出转矩降低至一定值后保持恒定，而后在制动阶段电机转矩逐渐降低至负转矩，且制动力或制动强度越大，电机的再生制动力矩越大，由于本文所配置的电机考虑电机的实时状态，及不同状态的电机的最大再生制动力矩不同，因此不同制动强度下的电机负转矩并不相同。
3、如图8所示，NEDC工况即多个简单驾驶工况的叠加，电池SOC的工作图9与上述分析类似，在加速阶段SOC降低较快，在匀速或无制动参与的减速阶段SOC降低较缓，在400s-800s的四个简单制动情况下，由于所设置的制动强度并不相同，因此电池电量SOC的上升程度也不相同，但是可以看到明显的制动能量回收。
电机的工作图10表明电机的工作状态满足要求，在加速时给车辆提供增加的正转矩，在匀速时所提供转矩较小，在制动时，给车辆提供负转矩，且根据制动强度的不同，提供不同大小的再生制动力矩，满足设计要求。
综上所述，本实施例综合考虑了电动汽车再生制动能量回收的电液复合制动力分配策略。结果显示，电池SOC及电池容量在此控制策略下降低程度较小，即总的能量使用量有所降低，同时有明显的能量回收效果，在电池电量SOC达到80％时不进行再生制动能量回收。初始时刻，制动优先采用电机的再生制动，当电机的再生制动力矩逐渐增加至电机可再生的最大值时，电机输出转矩饱和，其余所需制动力由机械制动***提供，保证了最大的再生制动能量回收。

Claims (10)

1.一种用于电动汽车再生制动能量回收的电液复合制动力分配方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)获取车辆所需制动强度z、所述电池荷电状态SOC，并根据合车辆所需制动强度z、电池荷电状态SOC确定电液复合制动控制***的制动力分配方式。
2)搭建驾驶员模型、电机模型、电池模型、整车控制器模型；
3)根据步骤1)所述电液复合制动控制***的制动力分配方式，搭建电液复合制动控制***的制动力分配仿真模型；
4)配置整车参数，包括制动***、驱动形式、转向***、ABS***的参数；
5)所述整车控制器模型根据整车参数和制动力分配方式向电机模型和电池模型发出所需提供的制动力信号，电机模型和电池模型根据接收的制动力信号进行再生制动，回收能量。
2.根据权利要求1所述的一种用于电动汽车再生制动能量回收的电液复合制动力分配方法，其特征在于，获取车辆所需制动强度z的步骤包括：根据驾驶员需求的制动踏板开度、当前车速计算得到车辆所需制动强度z。
3.根据权利要求1所述的一种用于电动汽车再生制动能量回收的电液复合制动力分配方法，其特征在于，所述电液复合制动控制***的制动力分配方式包括第一分配方式、第二分配方式和第三分配方式；
当车辆所需制动强度z<0.1时，制动力分配方式为第一分配方式；
当车辆所需制动强度z满足0.1<z<0.7时，制动力分配方式为第二分配方式；
当车辆所需制动强度z>0.7或电池荷电状态SOC>0.8时，制动力分配方式为第三分配方式。
4.根据权利要求3所述的一种用于电动汽车再生制动能量回收的电液复合制动力分配方法，其特征在于，所述第一分配方式为：制动力全部由电机再生制动产生，且产生的制动力全部分配给前轴，后轴制动力为0。
5.根据权利要求3所述的一种用于电动汽车再生制动能量回收的电液复合制动力分配方法，其特征在于，所述第二分配方式为：制动力先由电机再生制动产生，当制动力达到电机再生制动力矩峰值时，制动力由机械制动***和电机再生制动共同产生。
6.根据权利要求5所述的一种用于电动汽车再生制动能量回收的电液复合制动力分配方法，其特征在于，当分配方式为第二分配方式时，前轴制动力分配、后轴制动力按照I曲线进行分配。
7.根据权利要求6所述的一种用于电动汽车再生制动能量回收的电液复合制动力分配方法，其特征在于，按照I曲线进行分配的方法包括：按照前后轴载荷比进行前后轴制动力分配；
其中，前轮所需制动力FZf、后轮所需制动力FZr分别如下所示：
Figure FDA0003711647030000021
Figure FDA0003711647030000022
其中，FZf为前轮所需制动力，FZr为后轮所需制动力，a为质心至前轴中心线距离，b为质心至后轴中心线距离，L为前轴中心线至后轴中心线距离，m为质量，hg为汽车质心高度，
Figure FDA0003711647030000023
为汽车减速度；G为整车质量。
8.根据权利要求3所述的一种用于电动汽车再生制动能量回收的电液复合制动力分配方法，其特征在于，所述第三分配方式为：制动力全部由机械制动***产生。
9.根据权利要求1所述的一种用于电动汽车再生制动能量回收的电液复合制动力分配方法，其特征在于，所述整车控制器模型包括制动控制策略模块，能量管理模块，效率模块和能量损失模块。
10.根据权利要求1所述的一种用于电动汽车再生制动能量回收的电液复合制动力分配方法，其特征在于，所述整车参数包括整车质量、质心高度、轴距、迎风面积、整车空气阻力系数、滚动阻力系数、车轮半径、质心至前轴距离。
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