單能量源電動汽車變電流再生制動控制方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種單能量源電動汽車變電流再生制動控制方法，包括如下步驟：1)根據(jù)車輛行駛速度、電機(jī)電壓和電流可確定電機(jī)最大制動轉(zhuǎn)矩，由此可得電機(jī)電樞電流；2)控制系統(tǒng)進(jìn)行再生制動時間的識別；3)基于識別出的制動時間確定電池最大可接受充電電流；4)基于識別出的制動強(qiáng)度合理分配機(jī)械制動力與電機(jī)制動力；5)通過比較電機(jī)再生制動電流和電池可接受充電電流，得到再生制動回饋電流；6)隨著車速的降低，不斷變換最大回饋電流，動態(tài)跟隨可接受充電電流。本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明以回饋電流為控制對象，兼顧電池充電安全與系統(tǒng)保護(hù)，最大程度地提高能量回收效率。
【專利說明】單能量源電動汽車變電流再生制動控制方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及電動汽車制動的控制方法，尤其涉及一種單能量源電動汽車變電流再 生制動控制的方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 電動汽車是主要以蓄電池為動力源，全部或部分由電動機(jī)驅(qū)動的汽車，是涉及機(jī) 械、電子、電力、微機(jī)控制等多學(xué)科的高科技技術(shù)產(chǎn)品。近年來，電動汽車的研發(fā)在世界各國 呈現(xiàn)出加速發(fā)展的趨勢，各國都在積極推動電動汽車的發(fā)展。
[0003] 電動汽車與傳統(tǒng)燃油汽車的一個最重要區(qū)別便是電動汽車可以實現(xiàn)再生制動，回 收一部分傳統(tǒng)燃油汽車在制動過程中損失的能量，從而提高電動汽車的續(xù)駛里程。對于單 能量源電動汽車，再生制動能量只能回饋到電池。為了最大化回饋制動能量，現(xiàn)有技術(shù)采用 最大回饋功率制動、最大回饋效率制動、恒定力矩制動以及恒定充電電流制動等再生制動 方法。但以上方法大多沒有考慮到電池充電電流的限制，過大的回饋電流對電池會造成損 害。為此，對于單能量源電動汽車制動能量回饋過程中，應(yīng)綜合考慮蓄電池充電電流的限 制，在保證蓄電池安全充電的前提下，最大化回收制動能量。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種綜合考慮電機(jī)制動與機(jī)械制動 協(xié)同控制，保證電池可靠充電的前提下，最大限度地回饋制動能量的單能量源電動汽車變 電流再生制動控制方法。
[0005] 這種單能量源電動汽車變電流再生制動控制方法，包括如下步驟：
[0006] 1)電動汽車制動過程中，根據(jù)車輛行駛速度、電機(jī)電壓和電流可確定電機(jī)最大制 動轉(zhuǎn)矩，由此可得電機(jī)電樞電流；
[0007] 2)控制系統(tǒng)通過傳感器采集制動過程中制動踏板力、踏板位移變化量、踏板位移 變化率以及車速進(jìn)行再生制動時間的識別；
[0008] 3)通過電池管理系統(tǒng)得到電池 SOC、電壓和溫度等信息，根據(jù)電池充電電流模型， 基于識別出的制動時間確定電池最大可接受充電電流；
[0009] 4)基于識別出的制動強(qiáng)度合理分配機(jī)械制動力與電機(jī)制動力；
[0010] 5)通過比較電機(jī)再生制動電流和電池可接受充電電流，得到再生制動回饋電流；
[0011] 6)隨著車速的降低，不斷變換最大回饋電流，動態(tài)跟隨可接受充電電流，兼顧電池 充電安全與系統(tǒng)保護(hù)，最大化回饋制動能量。
[0012] 作為優(yōu)選：所述的步驟2中模型訓(xùn)練和識別是分開獨立進(jìn)行的；制動行為模型的 輸入觀測序列由實車道路試驗獲得，將各傳感器采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行一定預(yù)處理后，對制動模 型進(jìn)行離線訓(xùn)練和辨識驗證。
[0013] 作為優(yōu)選：所述的步驟3中電池最大可接受充電電流，采用混合脈沖功率特性測 試方法HPPC測試電池充放電內(nèi)阻，并通過計算得到。
[0014] 作為優(yōu)選：所述的步驟4中，采用優(yōu)化的變比例液壓閥分配線來代替理想制動力 分配曲線，將制動力盡量多的分配到驅(qū)動軸上由電機(jī)制動來提供。
[0015] 作為優(yōu)選：所述步驟5中，當(dāng)電機(jī)再生制動電流大于電池可接受充電電流時，則由 電池可接受充電電流作為再生制動回饋電流；當(dāng)電機(jī)再生制動電流小于電池可接受充電電 流時，則由電機(jī)再生制動電流作為再生制動回饋電流。
[0016] 作為優(yōu)選：所述步驟6采用變流充電法將恒流充電段改為限壓變電流充電段，充 電各階段采用可接受的最大充電電流，獲得絕大部分充電量。
[0017] 本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明以回饋電流為控制對象，兼顧電池充電安全與系統(tǒng) 保護(hù)，最大程度地提高能量回收效率，為再生制動控制策略設(shè)計提供了一種新的優(yōu)化方法。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0018] 圖1是本發(fā)明單能量源電動汽車變流再生制動控制流程圖；
[0019] 圖2是本發(fā)明再生制動時間識別流程圖；
[0020] 圖3是某電池不同條件下最大充電電流曲線圖；
[0021] 圖4是本發(fā)明再生制動前后輪制動力分配示意圖；
[0022] 圖5是本發(fā)明再生制動分層協(xié)調(diào)控制流程圖；
[0023] 圖6是本發(fā)明再生制動回饋電流隨車速的變化曲線圖。

【具體實施方式】
[0024] 下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明做進(jìn)一步描述。雖然本發(fā)明將結(jié)合較佳實施例進(jìn) 行描述，但應(yīng)知道，并不表示本發(fā)明限制在所述實施例中。相反，本發(fā)明將涵蓋可包含在有 附后權(quán)利要求書限定的本發(fā)明的范圍內(nèi)的替換物、改進(jìn)型和等同物。
[0025] 本發(fā)明采用的技術(shù)方案是當(dāng)電動汽車再生制動時，根據(jù)車輛行駛速度、電機(jī)電壓 和電流可確定電機(jī)最大制動轉(zhuǎn)矩；以制動踏板力、踏板位移變化量、踏板位移變化率以及車 速作為輸入觀察值，對再生制動時間進(jìn)行精確識別。同時，通過電池管理系統(tǒng)得到電池 SOC、 電壓和溫度等信息，基于識別的制動時間，給出制動強(qiáng)度并獲得電池可接受最大充電電流。 根據(jù)制動強(qiáng)度合理的分配機(jī)械制動力與電機(jī)制動力，通過比較電機(jī)再生制動電流和電池可 接受充電電流，確定再生制動回饋電流，從而較準(zhǔn)確的提供需求的再生制動力矩。兼顧電機(jī) 最大制動功率以及電池充電能力等因素，最大限度回收制動能量。
[0026] 本發(fā)明的控制采用分層協(xié)調(diào)控制策略將制動系統(tǒng)分為上下兩層，上層為電機(jī)制動 控制，下層為機(jī)械制動控制。電機(jī)制動控制由電樞電流和動態(tài)跟蹤的可接受充電電流來實 現(xiàn)，并將電機(jī)制動力的需求轉(zhuǎn)化為對機(jī)械制動的控制。通過對充電電流的實時確定，實現(xiàn)上 層電機(jī)制動與下層機(jī)械制動的統(tǒng)一調(diào)節(jié)，既避免了電池的過充，又實現(xiàn)了制動的穩(wěn)定性。
[0027] 再生制動過程中，制動時間及制動強(qiáng)度的識別先由采集到的大量觀測序列來訓(xùn)練 對應(yīng)的模型，再應(yīng)用訓(xùn)練好的模型進(jìn)行識別過程。制動行為模型的輸入觀測序列由實車道 路試驗獲得，將各傳感器采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行一定預(yù)處理后，對制動行為模型進(jìn)行離線訓(xùn)練和 辨識驗證。
[0028] 制動能量回饋采用變流充電法將恒流充電段改為限壓變電流充電段，充電各階段 采用可接受的最大充電電流，獲得絕大部分充電量。
[0029] 如圖1所示，本發(fā)明單能量源電動汽車變流再生制動控制方法包括以下步驟：
[0030] (1)電動汽車制動過程中，根據(jù)車輛行駛速度、電機(jī)電壓和電流可確定電機(jī)最大制 動轉(zhuǎn)矩，由此可得電機(jī)電樞電流。通常即使在電機(jī)轉(zhuǎn)速比較低時，也會產(chǎn)生很大的充電電 流，這些電流往往超過電池的最大充電電流，過大的電流會對電池造成損害。
[0031] (2)控制系統(tǒng)通過傳感器采集制動過程中制動踏板力、踏板位移變化量、踏板位移 變化率以及車速進(jìn)行再生制動時間的識別。在配置有制動能量回饋技術(shù)的電動汽車中，機(jī) 械制動與電機(jī)制動是同時存在、聯(lián)合工作的，制動時間的要求因制動工況而異。
[0032] 采用統(tǒng)計模式識別的方式，對再生制動意圖和時間識別在不同時間尺度上進(jìn)行分 析，在不同層內(nèi)對不同時間尺度的簡單動作分別進(jìn)行建模，如圖2所示。第一層模型中以制 動踏板力、踏板位移變化量、踏板位移變化率以及車速作為輸入觀察值，在制動行為辨識過 程中，選取似然度最大的模型作為識別出的制動行為結(jié)果，將其與車速等級進(jìn)行符號化，作 為第二層的輸入序列，再從中選取似然度最大的模型作為識別出的制動時間和強(qiáng)度。
[0033] (3)通過電池管理系統(tǒng)得到電池 SOC、電壓和溫度等信息，根據(jù)電池充電電流模 型，基于步驟2識別出的制動時間確定電池最大可接受充電電流。電池的充電能力與電池 的內(nèi)阻相關(guān)，電池的內(nèi)阻是一個動態(tài)的值，隨電池所處的溫度、荷電狀態(tài)SOC和工作電流值 等變化而不同，其反映了電池的基本特性和能力。采用混合脈沖功率特性測試方法HPPC可 以測試電池充放電內(nèi)阻，若電池的工作電壓上下限為U min彡u(t)彡Umax，那么可以計算得到 電池允許的最大充電電流為圖3所示為某電池不同條件下 〇 最大充電電流曲線圖，由圖可見，在溫度和SOC相同的條件下，電池最大充電電流和充電時 間長短有關(guān)，充電時間越短，可以承受的電流極限值就越大。另外，電池可接受充入電流隨 SOC值的增加而減小，當(dāng)SOC值大于0. 9時，則禁止給電池充電。同時，電池充電電流隨溫度 的變化比較明顯，溫度越高可充電電流越大，由于大電流充電會產(chǎn)生較大的熱效應(yīng)，對電池 正常工作不利，因此，溫度高于55°C時應(yīng)避免采用再生制動。
[0034] (4)根據(jù)步驟2識別出的制動強(qiáng)度合理分配機(jī)械制動力與電機(jī)制動力。電動汽車 制動時，只有驅(qū)動輪上的能量才能夠被回收，因此，為了最大化回收制動能量，就需要將盡 量多的制動力分配給驅(qū)動輪；但另一方面，為了保證汽車在制動時的穩(wěn)定性，又要求前、后 輪的制動力分配必須滿足一定的要求。因此，最大化制動力分配是在實現(xiàn)汽車制動安全性 的前提下，盡可能多的使用再生制動。
[0035] 對前輪驅(qū)動的電動汽車，采用如圖4所示的制動力分配控制線。圖中粗折線OABCD 為前、后輪制動力分配限值控制線。當(dāng)制動強(qiáng)度較小時，由前輪提供全部的制動力（0A段）； 當(dāng)制動強(qiáng)度較大時，由前、后輪共同提供制動力（AB段和BC段），其中AB段為M曲線的切 線，BC段為與f線平行且制動力為f線的90% ;當(dāng)制動強(qiáng)度大于C點時，制動力分配按CD 段進(jìn)行直至f線與I曲線交點。
[0036] (5)通過比較由步驟1確定的電機(jī)再生制動電流和步驟3確定的電池可接受充電 電流，得到再生制動回饋電流。
[0037] ①如果電機(jī)再生制動電流大于電池可接受充電電流，則由電池可接受充電電流作 為再生制動回饋電流；
[0038] ②如果電機(jī)再生制動電流小于電池可接受充電電流，則由電機(jī)再生制動電流作為 再生制動回饋電流。
[0039] 電機(jī)制動控制和機(jī)械制動控制具有相同的控制變量，即再生制動力，且電機(jī)制動 控制是通過回饋電流的控制來實現(xiàn)的。在電機(jī)制動和機(jī)械制動協(xié)同控制時，通過對回饋電 流的動態(tài)跟蹤和實時確定，對再生制動力的控制目標(biāo)進(jìn)行協(xié)調(diào)統(tǒng)一，如圖5所示?？刂葡到y(tǒng) 在滿足制動安全性和電池充電可靠的前提下，優(yōu)先采用電機(jī)制動，不足部分由機(jī)械制動提 供，從而實現(xiàn)最大化的能量回饋。
[0040] (6)隨著車速的降低，電動機(jī)反電動勢下降，造成電樞電流持續(xù)上升。當(dāng)電樞電流 上升到不滿足要求時，已經(jīng)不能按照最大的回饋電流充電，此時，降低最大充電電流的設(shè)定 值，繼續(xù)回饋能量，如圖6所示。當(dāng)電動機(jī)轉(zhuǎn)速降到500r/min時，電動機(jī)產(chǎn)生的反電動勢很 小，此時很難給電池充電，再生制動失效，完全采用液壓制動。
【權(quán)利要求】
1. 一種單能量源電動汽車變電流再生制動控制方法，其特征在于：包括如下步驟： 1) 電動汽車制動過程中，根據(jù)車輛行駛速度、電機(jī)電壓和電流可確定電機(jī)最大制動轉(zhuǎn) 矩，由此可得電機(jī)電樞電流； 2) 控制系統(tǒng)通過傳感器采集制動過程中制動踏板力、踏板位移變化量、踏板位移變化 率以及車速進(jìn)行再生制動時間的識別； 3) 通過電池管理系統(tǒng)得到電池 SOC、電壓和溫度等信息，根據(jù)電池充電電流模型，基于 識別出的制動時間確定電池最大可接受充電電流； 4) 基于識別出的制動強(qiáng)度合理分配機(jī)械制動力與電機(jī)制動力； 5) 通過比較電機(jī)再生制動電流和電池可接受充電電流，得到再生制動回饋電流； 6) 隨著車速的降低，不斷變換最大回饋電流，動態(tài)跟隨可接受充電電流，兼顧電池充電 安全與系統(tǒng)保護(hù)，最大化回饋制動能量。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的單能量源電動汽車變電流再生制動控制方法，其特征在于： 所述的步驟2)中模型訓(xùn)練和識別是分開獨立進(jìn)行的；制動行為模型的輸入觀測序列由實 車道路試驗獲得，將各傳感器采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行一定預(yù)處理后，對制動模型進(jìn)行離線訓(xùn)練和 辨識驗證。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的單能量源電動汽車變電流再生制動控制方法，其特征在于： 所述的步驟3)中電池最大可接受充電電流，采用混合脈沖功率特性測試方法HPPC測試電 池充放電內(nèi)阻，并通過計算得到。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的單能量源電動汽車變電流再生制動控制方法，其特征在于： 所述的步驟4)中，采用優(yōu)化的變比例液壓閥分配線來代替理想制動力分配曲線，將制動力 盡量多的分配到驅(qū)動軸上由電機(jī)制動來提供。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的單能量源電動汽車變電流再生制動控制方法，其特征在于： 所述步驟5)中，當(dāng)電機(jī)再生制動電流大于電池可接受充電電流時，則由電池可接受充電電 流作為再生制動回饋電流；當(dāng)電機(jī)再生制動電流小于電池可接受充電電流時，則由電機(jī)再 生制動電流作為再生制動回饋電流。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的單能量源電動汽車變電流再生制動控制方法，其特征在于： 所述步驟6)中采用變流充電法將恒流充電段改為限壓變電流充電段，充電各階段采用可 接受的最大充電電流，獲得絕大部分充電量。
【文檔編號】B60L7/18GK104477040SQ201410659914
【公開日】2015年4月1日 申請日期:2014年11月18日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月18日
【發(fā)明者】宋士剛, 錢少明, 林勇, 劉福慶, 毛亞郎 申請人:浙江工業(yè)大學(xué)之江學(xué)院