一种纯电动汽车的再生制动控制方法与流程

本发明涉及一种纯电动汽车的再生制动控制方法，具体涉及一种能够根据加速踏板开度来改变电机制动力以改变整车减速度，尽量减少制动踏板的参与的纯电动汽车的再生制动控制方法。

背景技术：

随着人类对自然环境的日益重视，以纯电力驱动的电动汽车日渐成为人类日常代步的工具。在电动汽车的行驶过程中，如何确保能耗最小化是人们日益重视的课题。在制动过程中，对汽车进行再生制动控制为目前普遍采用的节能措施。

专利文献1(CN201510254734.7)中公开了一种纯电动汽车的单踏板控制系统及其方法，系统包括单踏板、整车控制器、电机控制器和制动系统主缸压力调节器。分段的单踏板可满足车辆前进/倒退、滑行以及制动等行驶状态，从而将传统的两踏板或者三踏板结构操作简化为“深踩踏板车辆运行、中踩踏板车辆滑行、浅踩踏板车辆制动、松开踏板车辆停止”的单踏板控制。专利文献2(CN201410384563.5)中公开了一种纯电动汽车能量回收再生制动控制方法，主要是针对于纯电动汽车的制动过程设计开发了基于驱动轴力矩信息的纯电动汽车能量回收再生制动控制方法，以驾驶员模型发出的驱动信号、制动信号、以及电机转速、电池SOC状态、电池电压、车速和驱动轴力矩信息为输入，以控制输出机械制动信号和对电机的力矩需求的大小进行建模的。专利文献3(CN201210295947.0)公开了一种增程式电动车制动能量回收系统，包括制动踏板信号处理模块、加速踏板信号处理模块、档位信号处理模块、主缸压力信号检测模块、诊断电路模块、制动能量回收系统控制单元、制动防抱死控制单元、制动防抱死电磁阀驱动模块、制动防抱死泵电机驱动模块、起动/发电一体机控制单元、起动/发电一体机电机、动力电池及电池管理系统、驱动电机控制单元和驱动电机。

对于专利文献1所述的控制方法，主要叙述了利用单踏板行程和制动系统主缸压力调节器，在单踏板小开度时使用传统制动系统制动，未利用电机系统进行制动能量回收，动能转化为热能浪费了，未体现新能源汽车的特点，且此单踏板完全取消制动踏板，中小开度时无法驱动车辆；对于专利文献2和专利文献3所述的控制方法，均是在油门踏板开度为0或者踩下制动踏板时才能有能量回收，这样回收的能量有限，并且会有一部分动能被传统制动发热浪费掉。

因此，可以归结出，目前的电动汽车再生制动控制系统主要采用以下两种方式：第一种，非解耦式再生制动系统，不改变传统制动系统，在车辆滑行阶段施加一个固定的电机制动力，在制动阶段叠加电机制动力与液压制动力。此种系统，简单易用，但是滑行阶段的电机制动力驾驶员不可人为控制，若标定过大驾驶感觉不好、若标定过小回收能量有限，制动阶段又会有一部分的能量被转化为热能浪费。第二种，解耦式再生制动系统，改变传统制动系统，在车辆滑行阶段亦施加一个固定的电机制动力，在制动阶段整车控制器根据车速与制动主缸压力合理分配电机制动力与液压制动力，减少液压制动力的参与，提高能量回收率。但是，此种系统开发周期长、技术难度大，对传统制动部分更改地方多，成本增加大。

因此，亟待出现一种在不改变传统制动系统和增加成本的前提下能够实现再生制动的控制措施的出现。

技术实现要素：

鉴于上述问题，本发明旨在提供一种纯电动汽车的控制方法，旨在通过调节加速踏板开度，达到改变电机制动力改变整车减速度的效果，尽量减少制动踏板的参与，提高能量回收率。

本发明采用的技术方案为：

本发明的实施例提供一种纯电动汽车的再生制动控制方法，所述方法包括：在松开加速踏板使所述汽车减速的过程中，基于实时检测的车速信号、踏板位置信号和电池可用充放电功率信号来实时计算驾驶员需求力矩，当判断所计算的驾驶员需求力矩为回馈力矩时，如果没有检测到踩下制动踏板，则控制所述汽车进入再生制动控制阶段，否则，则控制所述汽车进入联合制动控制阶段，其中，所述再生制动控制阶段包括：控制驱动电机输出第一回馈力矩并施加到所述汽车的车轮端，使得所述汽车在所述第一回馈力矩的作用下减速行驶，所述第一回馈力矩随加速踏板的位置变化而变化；所述联合制动阶段包括：控制驱动电机输出第二回馈力矩和控制液压制动单元输出液压制动力并将所述第二回馈力矩和所述液压制动力施加到所述汽车的车轮端，使得所述汽车在所述第二回馈力矩和所述液压制动力的双重作用下减速行驶，所述第二回馈力矩随加速踏板的位置变化而变化。

可选地，在所述再生制动控制阶段中，如果检测到踩下制动踏板，则进入所述联合制动控制阶段。

可选地，在所述再生制动控制阶段中，如果检测到ABS触发信号，则使所述第一回馈力矩降为0，结束所述再生制动控制阶段。

可选地，在所述联合制动控制阶段中，如果检测到ABS触发信号，则使所述第二回馈力矩降为0，使所述液压制动力随ABS调节。

可选地，在松开加速踏板至小于加速踏板行程的30％位置时，计算出的驾驶员需求力矩为回馈力矩。

可选地，当所计算的驾驶员需求力矩为0时，控制所述驱动电机处于随转状态。

可选地，在加速踏板保持在加速踏板行程的30％位置时，计算出的驾驶员需求力矩为0。

与现有技术相比，本发明的纯电动汽车的控制方法不需要改变传统制动系统，就能够实现良好的再生制动效果，较传统车不增加成本，节能效果与0.2g解耦式再生制动系统相当。

附图说明

图1为本发明的纯电动汽车的再生制动控制系统的拓扑图。

图2为本发明一实施例的纯电动汽车的再生制动控制方法的流程示意图。

具体实施方式

为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。

图1为本发明的纯电动汽车的再生制动控制系统的拓扑图。图2为本发明一实施例的纯电动汽车的再生制动控制方法的流程示意图。

首先结合图1对本发明中应用的硬件系统(再生控制系统)进行介绍。如图1所示，本发明使用的再生控制系统可包括整车控制器6、驱动电机2、电机控制器4、电池管理系统、制动防抱死系统ABS控制器3、加速踏板7、制动踏板8和液压制动单元1，所述加速踏板7和所述制动踏板8包含位置传感器，所述电机控制器、所述电池管理系统和所述制动防抱死系统通过CAN总线5与整车控制器6实现信息交互，所述加速踏板7、所述制动踏板8通过硬线与整车控制器6相连接，所述的驱动电机2通过机械连接与车轮连接，所述液压制动单元1通过液压管路与车轮连接。再生控制系统的这些结构与现有技术类似，在此省略对它们的详细介绍。也就是说，本发明实施例提供的纯电动汽车的再生制动控制方法，不需要对汽车的传统制动系统进行改造，只利用现有的制动系统就可实现。

在本发明的再生制动控制过程中，所涉及的控制信号主要包括车速信号、驾驶员需求力矩信号、加速踏板位置信号、制动踏板开关信号、电机力矩信号、电池可用充放电功率信号、ABS触发信号、液压制动系统主缸压力信号。其中，车速信号反应当前汽车车速，可根据车速传感器检测得到；驾驶员需求力矩信号反应整车控制器根据加速踏板位置和车速计算出的驱动或回馈需求力矩；加速踏板位置信号反应加速踏板开度大小，可根据加速踏板的位置传感器检测得到；制动踏板开关信号反应是否踩下制动踏板，可根据制动踏板的位置传感器检测得到；电机力矩信号反应以驾驶员需求力矩为基础，电机施加到车轮端的驱动或回馈力矩；电池可用充放电功率信号反应电池当前可以提供的充放电功率，根据电池电压计算得到；ABS触发信号反应当前车轮是否滑转，可根据车轮滑移率计算得到；液压制动系统主缸压力信号反应制动系统(液压制动单元)实际施加的制动力大小。

以下，参考图2对本发明的纯电动汽车的再生制动控制方法进行介绍。

本发明提供的一种纯电动汽车的再生制动控制方法包括：在松开加速踏板使所述汽车减速的过程中，通过汽车自带的传感器实时检测车速信号、踏板位置信号和电池可充放电状态信号，整车控制器6基于检测的车速信号、踏板位置信号和电池可用充放电功率信号来实时计算驾驶员需求力矩，当整车控制器6计算出驾驶员需求力矩为回馈力矩时，如果没有检测到踩下制动踏板时，则控制汽车进入再生制动控制阶段，否则，则控制汽车进入联合制动控制阶段。在行车过程中，当驾驶员需要减速时，会松开加速踏板(即加速踏板开度位置变小)，直至减速感达到驾驶员的预期，减速时即为回馈力矩。其中，所述再生制动控制阶段可包括：控制驱动电机输出第一回馈力矩并施加到所述汽车的车轮端，使得所述汽车在所述第一回馈力矩的作用下减速行驶，所述第一回馈力矩随加速踏板的位置变化而变化；所述联合制动阶段包括：控制驱动电机输出第二回馈力矩和控制液压制动单元输出液压制动力并将所述第二回馈力矩和所述液压制动力施加到所述汽车的车轮端，使得所述汽车在所述第二回馈力矩和所述液压制动力的双重作用下减速行驶，所述第二回馈力矩随加速踏板的位置变化而变化。在计算本发明中的驾驶员需求力矩时，可基于检测的当前车速信号、加速踏板位置信号和电池可用充放电功率信号利用查表法来获得。

此外，在所述再生制动控制阶段中，如果检测到踩下制动踏板，则进入所述联合制动控制阶段；如果检测到ABS触发信号，则使所述第一回馈力矩降为0，结束所述再生制动控制阶段。在所述联合制动控制阶段中，如果检测到ABS触发信号，则使所述第二回馈力矩降为0，使所述液压制动力随ABS调节。在本发明的一示例中，在松开加速踏板至小于加速踏板行程的30％位置时，整车控制器根据所检测的信号计算出驾驶员需求力矩为回馈力矩。此外，当所计算的驾驶员需求力矩为0时，控制所述驱动电机处于随转状态。在加速踏板保持在加速踏板行程的30％位置时，整车控制器根据所检测的信号计算出驾驶员需求力矩为0。

即，在汽车的减速行驶过程中，如果在某个时刻计算出的驾驶员需求力矩为回馈力矩时，如果此时没有检测到踩下制动踏板，则整车控制器6只控制驱动电机施加与所计算的驾驶员需求力矩相对应的回馈力矩进行再生制动，使得汽车只在驱动电机的作用下减速行驶，如果在该行驶过程中检测到ABS触发信号，则整车控制器6控制驱动电机将回馈力矩降为0，结束再生制动控制阶段；如果在减速过程中，检测到制动踏板行程信号即表示踩下制动踏板，则整车控制器6控制驱动电机输出回馈力矩，同时控制液压制动单元1输出液压制动力来进行联合制动，此时汽车在回馈力矩和液压制动力的双重作用下减速，在该减速过程中，如果在该行驶过程中检测到ABS触发信号，则整车控制器6将此过程中的回馈力矩降为0，并使液压制动力随ABS调节，该过程可称为第一再生制动过程(随后参考图2进行具体描述)。如果在某个时刻计算的驾驶员需求力矩为回馈力矩时，且此时同时检测到踩下制动踏板，则整车控制器6控制驱动电机输出回馈力矩，同时控制液压制动单元1输出液压制动力来进行联合制动，此时汽车在回馈力矩和液压制动力的双重作用下减速，在该减速过程中，如果在该行驶过程中检测到ABS触发信号，则整车控制器6将此过程中的回馈力矩降为0，并使液压制动力随ABS调节。如果没有检测到ABS触发信号，则车在回馈力矩和液压制动力的双重作用下减速直至停止。

如图2所示，第一再生制动过程可具体包括以下步骤：

S1：松开加速踏板；

S2：实时计算驾驶员需求力矩并判断驾驶员需求力矩是否为回馈力矩，如果不是，则返回步骤S1，继续判断驾驶员需求力矩是否为回馈力矩，如果确定驾驶员需求力矩为回馈力矩时，则进入下述步骤S3；

S3：控制驱动电机施加回馈力矩开始实施再生制动控制；

S4：判断在开始实施再生制动的过程中是否触发了ABS，如果触发了ABS，则使得驱动电机的回馈力矩降为0，并结束再生制动控制，否则，进入下述步骤S5；

S5：实时计算驾驶员需求力矩并基于计算的驾驶员需求力矩来控制驱动电机实时施加回馈力矩；

S6：判断在实时施加回馈力矩的过程中是否踩下制动踏板，如果没有踩下制动踏板，则基于步骤S5中计算的驾驶员需求力矩来控制驱动电机实时施加回馈力矩，并结束再生制动控制，否则，则进入下述步骤S7；

S7：实时计算驾驶员需求力矩并基于计算的驾驶员需求力矩来控制驱动电机实时施加回馈力矩和液压制动单元施加液压制动力以实施联合制动控制；S8：判断在实施联合制动的过程中，是否触发了ABS，如果触发了ABS，则使得驱动电机的回馈力矩降为0并使得液压制动力随ABS进行调节，并结束联合制动控制，否则，进入下述步骤S9；

S9：基于步骤S7计算的驾驶员需求力矩控制驱动电机实时施加回馈力矩和液压制动单元施加液压制动力。驱动电机施加的回馈力矩为计算的驾驶员需求扭矩减去液压制动力，如果驾驶员需求扭矩小于液压制动力，则回馈力矩为零。

在利用本发明的再生制动控制方法对纯电动汽车进行再生制动控制时，可将汽车的减速行驶过程分为滑行阶段、再生制动阶段和联合制动阶段，其中，滑行阶段为驾驶员需求力矩为0(保持加速踏板在踏板行程30％的位置)的阶段，再生制动阶段为需求回馈力矩(松开加速踏板至小于踏板行程30％的位置)且没有踩下制动踏板的阶段，此阶段只在驱动电机的回馈力矩下减速，联合制动阶段为需求回馈力矩(松开加速踏板至小于踏板行程30％的位置)且同时踩下制动踏板的阶段，此阶段在驱动电机回馈力矩和液压制动力的双重作用下减速。具体地，利用本发明的再生制动控制方法对汽车的减速过程各阶段进行再生制动控制的方法可为如下：

1)滑行阶段：此阶段整车控制器根据车速信号、加速踏板位置信号和电池可用充放电功率信号计算出驾驶员需求力矩为0，电机既不施加驱动力矩也不施加回馈力矩，电机处于随转状态。

2)再生制动阶段：此阶段整车控制器根据车速信号、加速踏板位置信号和电池可用充放电功率信号计算出驾驶员需求回馈力矩，回馈力矩随加速踏板位置变化而变化，当加速踏板位置为0时，回馈力矩最大，驾驶员需求力矩信号通过CAN总线传递给电机控制器，电机控制器基于该驾驶员需求信号生成电机力矩信号，以控制驱动电机将与该驾驶员需求信号相对应的第一回馈力矩施加到车轮端，使得纯电动汽车在该第一回馈力矩的作用下减速。在汽车减速过程中，如果触发ABS信号，则整车控制器会迅速撤销该第一回馈力矩，使得该第一回馈力矩降为0。如果没有触发ABS信号，则汽车在第一回馈力矩的作用下减速直至停止。

3)联合制动阶段：此阶段整车控制器根据车速和加速踏板位置信号计算出驾驶员需求回馈力矩，回馈力矩随加速踏板位置变化而变化，当加速踏板位置为0时，回馈力矩最大，驾驶员需求力矩信号通过CAN总线传递给电机控制器，电机控制器基于该驾驶员需求信号生成电机力矩信号，以控制驱动电机将与该驾驶员需求信号相对应的第二回馈力矩施加到车轮端，第二回馈力矩为驾驶员需求扭矩减去液压制动力，如果需求扭矩小于液压制动力，则第二回馈力矩为零。液压制动单元根据主缸压力信号施加液压制动力到车轮端。如此，汽车在第二回馈力矩和液压制动力的双重作用下减速。在汽车减速过程中，如果触发ABS信号，则整车控制器迅速撤销电机回馈力矩，使得第二回馈力矩降为0，液压制动力随ABS调节。如果没有触发ABS信号，则汽车在第二回馈力矩和液压制动力的双重作用下减速直至停止。

此外，本发明的再生制动控制方法还可以用于汽车在驱动行驶的过程中。例如，在车辆静止时，当检测到踩下加速踏板7，或者，在车辆行驶中，检测到踩下所述加速踏板位置位于大于踏板行程的30％时，整车控制器6基于检测的当前车速信号、加速踏板位置信号和电池可用充放电功率信号计算出驾驶员需求力矩为驱动力矩，则通过CAN总线5将与计算的驱动力矩相对应的驾驶员需求力矩信号传递给所述电机控制器4，进而电机控制器4控制所述驱动电机2将所需的驱动力矩施加到车轮端，使得所述汽车在驱动力矩的作用下加速向前。

综上，在车辆行驶过程中，整车控制器根据当前车速与加速踏板开度信号及电池可用充放电功率信号，实时计算驾驶员需求力矩。当驾驶员松开加速踏板到一定开度时，需求力矩由驱动力矩变化为回馈力矩进行再生制动，回馈力矩的大小随车速与加速踏板开度信号变化而变化。该再生制动控制方法实现了汽车在不改变传统制动系统的基础上，减速过程中回馈力矩大小与加速踏板开度的一定解耦关系，即回馈力矩大小随加速踏板开度变化而变化，既节省成本容易实现，又可以通过回馈力矩实现车辆减速而尽可能多的将汽车的动能转化为电能储存到电池中，提高整车能量利用率。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。