单能量源电动汽车变电流再生制动控制方法
【专利摘要】本发明公开了一种单能量源电动汽车变电流再生制动控制方法，包括如下步骤：1)根据车辆行驶速度、电机电压和电流可确定电机最大制动转矩，由此可得电机电枢电流；2)控制系统进行再生制动时间的识别；3)基于识别出的制动时间确定电池最大可接受充电电流；4)基于识别出的制动强度合理分配机械制动力与电机制动力；5)通过比较电机再生制动电流和电池可接受充电电流，得到再生制动回馈电流；6)随着车速的降低，不断变换最大回馈电流，动态跟随可接受充电电流。本发明的有益效果是：本发明以回馈电流为控制对象，兼顾电池充电安全与系统保护，最大程度地提高能量回收效率。
【专利说明】单能量源电动汽车变电流再生制动控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及电动汽车制动的控制方法，尤其涉及一种单能量源电动汽车变电流再 生制动控制的方法。
【背景技术】
[0002] 电动汽车是主要以蓄电池为动力源，全部或部分由电动机驱动的汽车，是涉及机 械、电子、电力、微机控制等多学科的高科技技术产品。近年来，电动汽车的研发在世界各国 呈现出加速发展的趋势，各国都在积极推动电动汽车的发展。
[0003] 电动汽车与传统燃油汽车的一个最重要区别便是电动汽车可以实现再生制动，回 收一部分传统燃油汽车在制动过程中损失的能量，从而提高电动汽车的续驶里程。对于单 能量源电动汽车，再生制动能量只能回馈到电池。为了最大化回馈制动能量，现有技术采用 最大回馈功率制动、最大回馈效率制动、恒定力矩制动以及恒定充电电流制动等再生制动 方法。但以上方法大多没有考虑到电池充电电流的限制，过大的回馈电流对电池会造成损 害。为此，对于单能量源电动汽车制动能量回馈过程中，应综合考虑蓄电池充电电流的限 制，在保证蓄电池安全充电的前提下，最大化回收制动能量。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种综合考虑电机制动与机械制动 协同控制，保证电池可靠充电的前提下，最大限度地回馈制动能量的单能量源电动汽车变 电流再生制动控制方法。
[0005] 这种单能量源电动汽车变电流再生制动控制方法，包括如下步骤：
[0006] 1)电动汽车制动过程中，根据车辆行驶速度、电机电压和电流可确定电机最大制 动转矩，由此可得电机电枢电流；
[0007] 2)控制系统通过传感器采集制动过程中制动踏板力、踏板位移变化量、踏板位移 变化率以及车速进行再生制动时间的识别；
[0008] 3)通过电池管理系统得到电池 SOC、电压和温度等信息，根据电池充电电流模型， 基于识别出的制动时间确定电池最大可接受充电电流；
[0009] 4)基于识别出的制动强度合理分配机械制动力与电机制动力；
[0010] 5)通过比较电机再生制动电流和电池可接受充电电流，得到再生制动回馈电流；
[0011] 6)随着车速的降低，不断变换最大回馈电流，动态跟随可接受充电电流，兼顾电池 充电安全与系统保护，最大化回馈制动能量。
[0012] 作为优选：所述的步骤2中模型训练和识别是分开独立进行的；制动行为模型的 输入观测序列由实车道路试验获得，将各传感器采集的数据进行一定预处理后，对制动模 型进行离线训练和辨识验证。
[0013] 作为优选：所述的步骤3中电池最大可接受充电电流，采用混合脉冲功率特性测 试方法HPPC测试电池充放电内阻，并通过计算得到。
[0014] 作为优选：所述的步骤4中，采用优化的变比例液压阀分配线来代替理想制动力 分配曲线，将制动力尽量多的分配到驱动轴上由电机制动来提供。
[0015] 作为优选：所述步骤5中，当电机再生制动电流大于电池可接受充电电流时，则由 电池可接受充电电流作为再生制动回馈电流；当电机再生制动电流小于电池可接受充电电 流时，则由电机再生制动电流作为再生制动回馈电流。
[0016] 作为优选：所述步骤6采用变流充电法将恒流充电段改为限压变电流充电段，充 电各阶段采用可接受的最大充电电流，获得绝大部分充电量。
[0017] 本发明的有益效果是：本发明以回馈电流为控制对象，兼顾电池充电安全与系统 保护，最大程度地提高能量回收效率，为再生制动控制策略设计提供了一种新的优化方法。
【专利附图】
【附图说明】
[0018] 图1是本发明单能量源电动汽车变流再生制动控制流程图；
[0019] 图2是本发明再生制动时间识别流程图；
[0020] 图3是某电池不同条件下最大充电电流曲线图；
[0021] 图4是本发明再生制动前后轮制动力分配示意图；
[0022] 图5是本发明再生制动分层协调控制流程图；
[0023] 图6是本发明再生制动回馈电流随车速的变化曲线图。
【具体实施方式】
[0024] 下面结合附图和实施例对本发明做进一步描述。虽然本发明将结合较佳实施例进 行描述，但应知道，并不表示本发明限制在所述实施例中。相反，本发明将涵盖可包含在有 附后权利要求书限定的本发明的范围内的替换物、改进型和等同物。
[0025] 本发明采用的技术方案是当电动汽车再生制动时，根据车辆行驶速度、电机电压 和电流可确定电机最大制动转矩；以制动踏板力、踏板位移变化量、踏板位移变化率以及车 速作为输入观察值，对再生制动时间进行精确识别。同时，通过电池管理系统得到电池 SOC、 电压和温度等信息，基于识别的制动时间，给出制动强度并获得电池可接受最大充电电流。 根据制动强度合理的分配机械制动力与电机制动力，通过比较电机再生制动电流和电池可 接受充电电流，确定再生制动回馈电流，从而较准确的提供需求的再生制动力矩。兼顾电机 最大制动功率以及电池充电能力等因素，最大限度回收制动能量。
[0026] 本发明的控制采用分层协调控制策略将制动系统分为上下两层，上层为电机制动 控制，下层为机械制动控制。电机制动控制由电枢电流和动态跟踪的可接受充电电流来实 现，并将电机制动力的需求转化为对机械制动的控制。通过对充电电流的实时确定，实现上 层电机制动与下层机械制动的统一调节，既避免了电池的过充，又实现了制动的稳定性。
[0027] 再生制动过程中，制动时间及制动强度的识别先由采集到的大量观测序列来训练 对应的模型，再应用训练好的模型进行识别过程。制动行为模型的输入观测序列由实车道 路试验获得，将各传感器采集的数据进行一定预处理后，对制动行为模型进行离线训练和 辨识验证。
[0028] 制动能量回馈采用变流充电法将恒流充电段改为限压变电流充电段，充电各阶段 采用可接受的最大充电电流，获得绝大部分充电量。
[0029] 如图1所示，本发明单能量源电动汽车变流再生制动控制方法包括以下步骤：
[0030] (1)电动汽车制动过程中，根据车辆行驶速度、电机电压和电流可确定电机最大制 动转矩，由此可得电机电枢电流。通常即使在电机转速比较低时，也会产生很大的充电电 流，这些电流往往超过电池的最大充电电流，过大的电流会对电池造成损害。
[0031] (2)控制系统通过传感器采集制动过程中制动踏板力、踏板位移变化量、踏板位移 变化率以及车速进行再生制动时间的识别。在配置有制动能量回馈技术的电动汽车中，机 械制动与电机制动是同时存在、联合工作的，制动时间的要求因制动工况而异。
[0032] 采用统计模式识别的方式，对再生制动意图和时间识别在不同时间尺度上进行分 析，在不同层内对不同时间尺度的简单动作分别进行建模，如图2所示。第一层模型中以制 动踏板力、踏板位移变化量、踏板位移变化率以及车速作为输入观察值，在制动行为辨识过 程中，选取似然度最大的模型作为识别出的制动行为结果，将其与车速等级进行符号化，作 为第二层的输入序列，再从中选取似然度最大的模型作为识别出的制动时间和强度。
[0033] (3)通过电池管理系统得到电池 SOC、电压和温度等信息，根据电池充电电流模 型，基于步骤2识别出的制动时间确定电池最大可接受充电电流。电池的充电能力与电池 的内阻相关，电池的内阻是一个动态的值，随电池所处的温度、荷电状态SOC和工作电流值 等变化而不同，其反映了电池的基本特性和能力。采用混合脉冲功率特性测试方法HPPC可 以测试电池充放电内阻，若电池的工作电压上下限为U min彡u(t)彡Umax，那么可以计算得到 电池允许的最大充电电流为图3所示为某电池不同条件下 〇 最大充电电流曲线图，由图可见，在温度和SOC相同的条件下，电池最大充电电流和充电时 间长短有关，充电时间越短，可以承受的电流极限值就越大。另外，电池可接受充入电流随 SOC值的增加而减小，当SOC值大于0. 9时，则禁止给电池充电。同时，电池充电电流随温度 的变化比较明显，温度越高可充电电流越大，由于大电流充电会产生较大的热效应，对电池 正常工作不利，因此，温度高于55°C时应避免采用再生制动。
[0034] (4)根据步骤2识别出的制动强度合理分配机械制动力与电机制动力。电动汽车 制动时，只有驱动轮上的能量才能够被回收，因此，为了最大化回收制动能量，就需要将尽 量多的制动力分配给驱动轮；但另一方面，为了保证汽车在制动时的稳定性，又要求前、后 轮的制动力分配必须满足一定的要求。因此，最大化制动力分配是在实现汽车制动安全性 的前提下，尽可能多的使用再生制动。
[0035] 对前轮驱动的电动汽车，采用如图4所示的制动力分配控制线。图中粗折线OABCD 为前、后轮制动力分配限值控制线。当制动强度较小时，由前轮提供全部的制动力（0A段）； 当制动强度较大时，由前、后轮共同提供制动力（AB段和BC段），其中AB段为M曲线的切 线，BC段为与f线平行且制动力为f线的90% ;当制动强度大于C点时，制动力分配按CD 段进行直至f线与I曲线交点。
[0036] (5)通过比较由步骤1确定的电机再生制动电流和步骤3确定的电池可接受充电 电流，得到再生制动回馈电流。
[0037] ①如果电机再生制动电流大于电池可接受充电电流，则由电池可接受充电电流作 为再生制动回馈电流；
[0038] ②如果电机再生制动电流小于电池可接受充电电流，则由电机再生制动电流作为 再生制动回馈电流。
[0039] 电机制动控制和机械制动控制具有相同的控制变量，即再生制动力，且电机制动 控制是通过回馈电流的控制来实现的。在电机制动和机械制动协同控制时，通过对回馈电 流的动态跟踪和实时确定，对再生制动力的控制目标进行协调统一，如图5所示。控制系统 在满足制动安全性和电池充电可靠的前提下，优先采用电机制动，不足部分由机械制动提 供，从而实现最大化的能量回馈。
[0040] (6)随着车速的降低，电动机反电动势下降，造成电枢电流持续上升。当电枢电流 上升到不满足要求时，已经不能按照最大的回馈电流充电，此时，降低最大充电电流的设定 值，继续回馈能量，如图6所示。当电动机转速降到500r/min时，电动机产生的反电动势很 小，此时很难给电池充电，再生制动失效，完全采用液压制动。
【权利要求】
1. 一种单能量源电动汽车变电流再生制动控制方法，其特征在于：包括如下步骤： 1) 电动汽车制动过程中，根据车辆行驶速度、电机电压和电流可确定电机最大制动转 矩，由此可得电机电枢电流； 2) 控制系统通过传感器采集制动过程中制动踏板力、踏板位移变化量、踏板位移变化 率以及车速进行再生制动时间的识别； 3) 通过电池管理系统得到电池 SOC、电压和温度等信息，根据电池充电电流模型，基于 识别出的制动时间确定电池最大可接受充电电流； 4) 基于识别出的制动强度合理分配机械制动力与电机制动力； 5) 通过比较电机再生制动电流和电池可接受充电电流，得到再生制动回馈电流； 6) 随着车速的降低，不断变换最大回馈电流，动态跟随可接受充电电流，兼顾电池充电 安全与系统保护，最大化回馈制动能量。
2. 根据权利要求1所述的单能量源电动汽车变电流再生制动控制方法，其特征在于： 所述的步骤2)中模型训练和识别是分开独立进行的；制动行为模型的输入观测序列由实 车道路试验获得，将各传感器采集的数据进行一定预处理后，对制动模型进行离线训练和 辨识验证。
3. 根据权利要求1所述的单能量源电动汽车变电流再生制动控制方法，其特征在于： 所述的步骤3)中电池最大可接受充电电流，采用混合脉冲功率特性测试方法HPPC测试电 池充放电内阻，并通过计算得到。
4. 根据权利要求1所述的单能量源电动汽车变电流再生制动控制方法，其特征在于： 所述的步骤4)中，采用优化的变比例液压阀分配线来代替理想制动力分配曲线，将制动力 尽量多的分配到驱动轴上由电机制动来提供。
5. 根据权利要求1所述的单能量源电动汽车变电流再生制动控制方法，其特征在于： 所述步骤5)中，当电机再生制动电流大于电池可接受充电电流时，则由电池可接受充电电 流作为再生制动回馈电流；当电机再生制动电流小于电池可接受充电电流时，则由电机再 生制动电流作为再生制动回馈电流。
6. 根据权利要求1所述的单能量源电动汽车变电流再生制动控制方法，其特征在于： 所述步骤6)中采用变流充电法将恒流充电段改为限压变电流充电段，充电各阶段采用可 接受的最大充电电流，获得绝大部分充电量。
【文档编号】B60L7/18GK104477040SQ201410659914
【公开日】2015年4月1日 申请日期:2014年11月18日 优先权日:2014年11月18日
【发明者】宋士刚, 钱少明, 林勇, 刘福庆, 毛亚郎 申请人:浙江工业大学之江学院