用于电动汽车的机电复合再生制动控制系统及其控制策略

摘要

本发明涉及一种用于电动汽车的机电复合制动控制系统，属电动汽车再生制动控制技术领域。该系统主要由驱动电机、整车控制器、再生制动控制模块、传统机械制动系统的制动踏板和制动推杆或控制阀推杆组成，在制动踏板(1)与制动推杆或控制阀推杆(5)之间增加一预压推杆(3)，预压推杆(3)通过一连杆(6)与制动踏板(1)活动连接，预压推杆(3)的另一端与制动推杆或控制阀推杆(5)滑动连接，且沿轴向滑动方向上预留一段距离l，在预压推杆(3)与制动推杆(5)之间安装有预压弹簧(4)。本发明既能提高制动能量回收率又可保持原车制动性能的机电复合制动，同时以较低成本和简单的系统结构实现了机电复合制动控制。

说明书

技术领域

本发明涉及电动汽车的一种新的机电复合再生制动控制系统，属电动汽车再生制动控制技术领域。

背景技术

电动汽车包括混合动力汽车、燃料电池汽车、纯电动汽车等，它具有节能、环保的特点，是新一代汽车技术的发展方向。目前所开发的电动汽车一般是在传统汽车底盘中通过改造动力传动系而成。如混合动力汽车是通过在传动系中加入驱动电机并借助动力合成器实现动力合成而驱动汽车。燃料电池汽车则是燃料电池输出的电能及辅助能源的电能给驱动电机提供动力驱动汽车。纯电动汽车则是通过动力电池为驱动电机提供电能驱动汽车。在这些车辆中输出机械动力驱动汽车的是电动机或者其一部分是电动机。电动汽车的驱动电机要求具有四相限运行的能力即要求既可以电动运行也可以发电运行。当电动汽车的驱动电机以发电模式运行时称为再生制动，此时他把汽车制动的机械能转换为电能储存到电池中。如果以汽车车轮上获得的能量为100％计的话，制动耗能约占行驶耗能的25％左右，出此可见通过电动机的再生制动回收制动能量是提高电动汽车能量利用率的一个重要手段。但目前电动汽车的再生制动控制技术普遍存在电机制动与传统机械制动系不协调的缺陷。如在轻度制动时由于机械制动的存在，电机制动回收能量受到限制；在大强度制动时，又由于电机制动的存在会影响原机械制动系的制动性能及驾驶员的制动感觉。特别是对乘用车，由于普遍装有制动防抱死系统(ABS)，在中、高强度制动时，电机再生制动力矩会造成与单纯机械制动系制动相比，车轮减速度过大，会导致ABS控制器误判断汽车行驶于低附着路面而影响制动安全性。目前，我国汽车产业界尚未掌握自主生产ABS系统的技术，无法更改ABS系统的控制策略使之与电动汽车的电机再生制动控制相协调。而国外生产的电动汽车再生制动控制是与汽车的ABS系统及电子稳定系统(ESP)集成在一起的，起到比较好的效果。

根据统计数据，汽车制动强度小于0.23g的轻度制动约占汽车全部制动工况的99％，而小于0.3g制动强度的制动工况约占95％以上。而用驱动电机的制动转矩使汽车产生0.3g的制动强度是不存在技术问题的，特别是在采用将驱动电机与驱动轮集成的轮毂电机驱动方案的情况。为避开国外ABS系统的技术壁垒，同时以较低成本实现电动汽车的机电复合制动控制技术。以上述统计数据为基础，本发明提出了一种保持原车传统机械制动系及ABS系统不改变的基础上，通过制动操纵机构的重新设计并结合驱动电机的布置实现既能提高制动能量回收率又可保持原车制动性能的机电复合制动方法。

发明内容

本发明的目的是提出一种通过对传统制动操纵机构的重新设计并结合驱动电机再生制动控制实现既提高电动汽车制动能量回收率又保持原车制动性能的一种用于电动汽车的机电复合再生制动控制系统及其控制策略。该控制系统及控制策略可使我国电动汽车再生制动控制技术研发避开汽车ABS系统为国外少数公司垄断的技术壁垒，并且以较低的成本、简单的系统结构实现电动汽车电动机的再生制动与原机械制动系特别是ABS制动系统的协调工作。

本发明的上述目的可通过以下技术方案这样实现，结合附图说明如下：

一种用于电动汽车的机电复合制动控制系统，该系统主要由驱动电机、整车控制器、再生制动控制模块、传统机械制动系统的制动踏板和制动推杆或控制阀推杆组成，在制动踏板1与制动推杆或控制阀推杆5之间增加一预压推杆3，预压推杆3通过一连杆6与制动踏板1活动连接，预压推杆3的另一端与制动推杆或控制阀推杆5滑动连接，且沿轴向滑动方向上预留一段距离l，在预压推杆3与制动推杆5之间安装有预压弹簧4。

所述的驱动电机为环形驱动电机，环形驱动电机8与车轮7集成安装在一起，环形驱动电机8的转子部分与车轮1相连接，定子部分与车轮7的悬架相连接。

所述的整车控制器10与安装在制动踏板1位置的踏板位置传感器2及环形驱动电机8电连接，整车控制器10采集制动踏板1的位置信号及环形驱动电机8的转速、转矩信号，整车控制器10的再生制动控制模块11根据这些信号控制环形驱动电机8输出的再生制动转矩。

所述的用于电动汽车的机电复合制动控制系统的控制策略：当踏板位置信号显示预压推杆3和制动推杆5没有接触时，则此时所需制动转矩均由环形驱动电机8产生，再生制动控制模块11根据制动踏板1踩下的位置输出驱动电机再生制动转矩，当踏板位置传感器2信号显示预压推杆3与制动推杆5开始接触时，环形驱动电机8输出最大再生制动转矩；当踏板位置传感器2显示预压推杆3与制动推杆5已经接触时，再生制动控制模块11迅速减小驱动电机的再生制动转矩，从而使其快速退出再生制动功能，由机械制动系进行紧急情况下的制动。

本发明是对传统机械制动系中制动踏板与制动推杆的连接结构进行重新设计，在制动踏板与制动推杆之间增加一个预压推杆且预压推杆与制动推杆在沿轴向运动方向上不直接接触而是预留一段距离。并增加制动踏板位置传感器用以测量制动踏板踩下的位置及速度。将驱动电机与驱动轮集成安装在一起。整车控制器根据踏板位置传感器显示的踏板位置控制驱动电机的再生制动转矩。在踏板被踩下的初始段，预压推杆与制动推杆未接触，机械制动系不产生制动压力，此时制动转矩全部由驱动电机产生，保持很高的制动能量回收率。而在踏板位置传感器显示预压推杆与制动推杆接触时，此时机械制动系开始产生制动压力，汽车进行大强度制动工况，驱动电机逐渐退出再生制动，全部制动力矩由机械制动系统产生。

附图说明

附图1制动踏板与制动推杆连接装置示意图；

附图2驱动电机与驱动车轮集成安装示意图；

附图3整车控制器再生制动控制系统结构示意图；

附图4再生制动转矩输出曲线图。

图中：1.制动踏板  2.踏板位置传感器  3.预压推杆  4.预压弹簧  5.制动推杆或控制阀推杆  6.连杆  7.车轮  8.环形驱动电机  9.传统汽车制动器  10.整车控制器  11.再生制动控制模块

具体实施方式

以下结合附图所示实施例对本发明实现方法作进一步详细说明。

本发明所述的制动踏板1与制动推杆5连接装置方案参阅附图1，制动踏板1通过连杆6与预压推杆3连接，连杆6两端采用铰接方式。预压推杆3与制动推杆(无真空增力器时)或控制阀推杆(有真空增力器时)5滑动连接，二者沿滑动方向相距一段距离l。预压推杆3与制动推杆5之间安装一预压弹簧4用于近似模拟驾驶员踏板感觉。电动汽车的驱动电机采用环形驱动电机8，环形驱动电机8与车轮及制动器的集成方案参阅附图2，传统汽车制动器9与车轮7的连接结构不变，通过增大轮辋直径，在制动器与轮辋的径向空间内安装环形驱动电机8，电机转子部分与轮辋相连，定子部分与悬架相连，汽车驱动车轮均采用此结构。预压推杆3与制动推杆5之间的距离l的确定原则为：对原机械制动系，踩下制动踏板使制动推杆5移动距离l时，制动器所产生的制动转矩正好等于驱动电机所有产生的最大制动力矩的80％，也就是说二者之间预留的距离l与电机所能产生的制动转矩相关。

再生制动控制系统结构参阅附图3，在电动汽车整车控制器10中增加一再生制动控制模块11，二者通过信号连接，整车控制器10与驱动电机9、踏板位置传感器2电连接，整车控制器10采集踏板位置信号、各驱动电机转矩、转速信号，并将其传送至再生制动控制模块11。再生制动控制模块的控制策略为：

当踏板位置信号显示预压推杆3和制动推杆5没有接触时，则此时所需制动转矩均由环形驱动电机8产生，再生制动控制模块11根据附图4所示曲线的OA段输出驱动电机再生制动转矩，即根据预压推杆3相对制动推杆5的轴向距离线性增加驱动电机再生制动转矩，如当距离为l时(制动踏板1在初始位置，制动踏板1位置角度为0)，输出制动转矩为0，当距离为0时(制动踏板1位置角度为αl)，输出制动转矩为电机所能产生最大制动转矩的80％(此比例可根据实际车辆进行调整)。当踏板位置传感器2信号显示预压推杆3与制动推杆5已经接触时，此时制动踏板1位置角度＞α_l，再生制动控制模块11按附图4所示曲线的AB段控制环形驱动电机8输出的再生制动转矩，从而使环形驱动电机8的再生制动功能快速退出，由机械制动系进行紧急情况下的制动，保证整车制动安全性。图中再生制动完全退出时的制动踏板1位置角β_L，取为10％αl，并可以根据实际车辆特性进行调整，其目标是尽量保持机电复合制动系响应特性与原机械制动系响应特性相近。在纯电机再生制动段，汽车处于小强度制动工况，在中高附着路面不会出现车轮抱死工况，但当在极低附着路面制动时，若电机再生制动转矩很大的话，仍可能出现车轮抱死的情况且此时由于没有机械制动压力故机械制动系统的ABS调节器不启动。因此再生制动控制模块要具有制动防抱死功能，其策略是根据驱动电机控制器反馈的转速信号或者从动轮轮速传感器信号ω计算当前车速v及车轮加、减速度，根据车速信号及轮速信号计算制动滑移率s，计算公式如下：

$s=\frac{v-w·r_w}{v}\times 100\%$

当踏板位置信号显示制动推杆与预压推杆没有接触时，若滑移率s＞40％或车轮减速度＞0.3g时即判定车轮具有抱死趋势，再生制动控制模块以10％Tqmax的步长减小再生制动转矩，当滑移率s或车轮减速度未超出上述门限时，则进入正常制动模式。