一种轮毂电机驱动电动汽车电液复合制动系统及电动汽车的制作方法

本实用新型涉及电动汽车领域，更具体地说，涉及一种轮毂电机驱动电动汽车电液复合制动系统及电动汽车。

背景技术：

ev(electricvehicle,纯电驱动汽车)被认为是本世纪解决汽车面临的石油能源危机和环境污染问题的有效方案之一。电动汽车是综合了动力电池、电机及其控制、汽车等技术的产物，从电机方面来看，可以把车辆的各种阻力作为电机的负载，把问题归纳为电机的拖动和控制问题；而从车辆技术方面研究，电动汽车又属于汽车技术领域的问题。因此对电动汽车的研究主要是使电机技术和汽车技术更好地结合起来，找到二者之间最佳的匹配。与传统汽车的研发相比，电动汽车的研发和试验主要集中在电机及其控制方面、动力电池方面、制动能量回收、传动系统及整车匹配等方面。

轮毂电机驱动技术主要以日本研究为主，如日本的庆应义塾大学清水浩教授推出了以锂电池为动力源，采用8个大功率交流同步轮毂电机独立驱动的电动大轿车kaz。日本丰田汽车公司在东京车展上推出的燃料电池概念车fine-n也采用了轮毂电机驱动技术；法国tm4公司设计制造了一体化轮毂电机，它采用外转子式永磁电动机，将电动机转子外壳与轮辋相固结，将电动车外壳作为车轮轮辋的组成部分，而且电动机转子与鼓式制动器的制动鼓集成在一起，实现电机转子、轮辋以及制动器三个回转运动物体的集成，大大减轻了一体化轮毂电机系统质量，集成化程度相当高；我国的哈尔滨工业大学研制开发的ev96-1型电动汽车也采用了外转子轮毂电机驱动系统，选用一种称为“多态电动机”的永磁电动机，兼有同步电动机和异步电动机的双重特性；吉利华普公司和同济大学汽车学院在2002、2003和2004年分别推出了采用轮毂电机系统的四轮驱动燃料电池微型电动汽车平台“春晖一号”和“春晖二号”，两者均采用四个低速永磁直流无刷电动机直接驱动，匹配相应的盘式制动器、轮毂电机为上海电驱动公司开发的外转子型轮毂电机。

国内也只有少数科研院所从事轮毂电机驱动技术相关的研究。清华大学汽车安全与节能国家重点实验室的陈全世、伦景光等主持完成了“电动汽车电池、电机、电控及整车性能综合测试系统研制”的课题；吉林大学也依托国家863电动汽车重大专项课题，根据近几年来的摸索积累了一定实践经验，结合理论指导，提出了具有国内、国际先进水平的混合动力试验平台的结构方案和技术方案及相关的试验规范；重庆大学机械传动国家重点实验室针对isg型轻度混合动力汽车进行设计开发的基于dspace的混合动力实验台系统；万向电动汽车开发中心采用can技术开发电动汽车实验平台，由一体化电机及其驱动系统、电气安全系统和电池管理系统将各自系统的运行参数通过can总线传递到数据显示操控板；中山大学的查鸿山、伍庆龙、宗志坚等人采用虚拟仪器技术开发了基于变频控制交流电力测功机的电动汽车动力测试平台。

叠加式制动能量回收系统是将电机回馈制动力直接叠加在原有摩擦制动力之上，不调节原有摩擦制动力，可直接沿用传统制动系统，只需对控制软件进行设置，而无需新增执行机构，但其回馈效率较低，制动感觉较差。目前，包括上汽荣威550、比亚迪秦、北汽ev200、奇瑞瑞麒m1-ev等在内的绝大部分中国量产电驱动车型均采取叠加式回馈制动控制策略。

然而在特斯拉、宝马等推出的系列电驱动车型中，则将叠加式回馈制动策略设计得更加激进，提出了“单踏板驾驶(single-pedaldriving)”的概念：即在加速踏板释放过程中便开始进行制动能量回收，且施加的回馈制动力相对较大。这种策略的目的是在机械制动未起作用之前，就尽可能利用电机制动力对车辆进行制动，最大限度地提高电机制动力在整个减速制动过程总制动力中所占的比例，进而提高制动能量回收效率。然而其实施改变了传统的制动感受，驾驶员需要对驾驶操作重新学习与适应。

协调式制动能量回收策略的原则是优先使用回馈制动力，同时对液压制动力进行相应调节，使两种制动力之和与总制动需求协调一致。这种策略回馈效率较高，制动感觉较好，但需要对传统液压制动系统进行改造或重新设计，实施较为复杂。随着技术的发展，在回馈效率、制动感觉和制动安全等诸多方面具有巨大优势的协调式回馈制动逐渐成为研究的主流，包括丰田prius、通用volt、本田civichybrid、日产leaf等在内的电驱动车型均采取协调式制动能量回收策略。

采用驱动电机回馈制动实现能量回收是现有新能源电动汽车的主流能量回收方式，但是它存在一些难以克服的缺陷：

①低速无法制动。驱动电机处于回馈制动状态时，电机产生的感应电动势正比于电机转速，汽车行驶速度低会到时电机感应电动势低，进而输出电流低，也意味着制动力小。也就是说，纯粹的驱动电机回馈制动既不能在低速提供制动力也不可能实现动能的完全回收。

②瞬时制动能量无法及时吸收。以重量为1.2t的汽车为例，从初速度80km/h开始，以减速度-3m/s2制动至停车需要时间7.5s，释放动能2,900,000j，能量释放平均功率为400kw，如此高密度的能量是动力电池无法完全吸收的并转化为电能的。

复合制动系统的动态协调控制是多种形式电驱动车辆控制领域另一个重要的研究方向。协调控制包括车辆正常驱动和制动行驶时状态切换过程的系统控制，以及车辆极端驱制动状态下的协调控制。电液复合制动系统能够有效地提高车辆运行经济性和制动安全性，其性能受系统结构及制动力控制策略等影响。国内外提出了满足电液复合制动需求的各式拓扑结构，比如通过改进液压调节单元和设计新型制动主缸设计了制动踏板与轮缸压力解耦的线控制动系统。国内外还对制动力协调控制策略进行了研究，比如对非紧急制动工况下液压制动力和再生制动力分配策略提出了优化方案。

汽车制动系统的发展方向是去除整个液压系统，且没有机械或液压后备系统的纯粹线控制动系统，但是它存在一些难以克服的缺陷：

①安全性和可靠性大大下降。由于完全取消了液压元件和后备执行系统，使得制动系统的安全性和可靠性大大下降；另外，由于电子器件和执行器的增加，制动系统的抗干扰能力也大大降低。这也是没有机械或液压后备系统的纯粹线控制动系统无法推广的主要原因。

②系统寿命短。纯粹线控制动系统去除了常规制动系统中的液压系统(主缸、真空增压装置、液压管路等)，由电机驱动控制器控制电机产生制动力，其制动系统寿命由于众多电子元器件和电机在高温工作环境下的寿命限制而大大缩短。

③执行器能耗大。电机执行器的能量需求大，鼓式制动需300w的功率，而盘式制动则需要1kw；另外，有很大一部分电能在电机驱动功率管上以热能的方式消耗掉。

从目前国内外的研究内容来看，由于纯粹线控制动系统存在安全性和可靠性低、系统寿命短、执行器能耗大等缺陷，且驱动电机回馈制动系统存在低速无法制动、瞬时制动能量无法及时吸收等缺陷，制动系统和电能回收系统的研究比较缺乏，需要提供新的解决方案。

技术实现要素：

本实用新型要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种轮毂电机驱动电动汽车电液复合制动系统及电动汽车。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种轮毂电机驱动电动汽车电液复合制动系统，包括制动主缸子系统和电能回收子系统，所述制动主缸子系统通过can总线连接所述电能回收子系统，所述电能回收子系统用于在所述制动主缸子系统制动时回收能量；

所述制动主缸子系统包括储液室、高压蓄能器、液压泵、第一单向阀、第二单向阀、常开型电磁阀、压力传感器、第一制动主缸出油口、第二制动主缸出油口、主缸前腔、主缸第二回位弹簧、主缸第二活塞、主缸后腔、主缸第一回位弹簧、主缸第一活塞、液压助力第二腔、助力第二活塞、踏板感觉模拟弹簧组、踏板感觉模拟腔、助力第一活塞、液压助力第一腔、缸体、制动主缸推杆、踏板位移传感器、制动踏板；

所述储液室通过管道连通所述缸体的液压助力第一腔，所述储液室通过所述常开型电磁阀连通所述缸体的液压助力第二腔，所述储液室通过管道连通所述缸体的主缸后腔，所述储液室通过管道连通所述缸体的主缸前腔；所述液压泵的第一端连通所述常开型电磁阀和所述液压助力第二腔之间的管道，所述压力传感器用于监测所述常开型电磁阀和所述液压助力第二腔之间管道的压力，所述高压蓄能器与所述液压泵的第一端连通；所述液压泵的第二端连通所述储液室和所述液压助力第一腔之间的管道，所述第一单向阀设置在所述液压泵第一端的管道上，所述第二单向阀设置在所述液压泵第二端的管道上；

所述缸体内部从所述缸体的第一端到所述缸体的第二端依次设置有第二回位弹簧、主缸第二活塞、主缸第一回位弹簧、主缸第一活塞、助力第二活塞、踏板感觉模拟弹簧组、助力第一活塞、制动主缸推杆；所述制动主缸推杆通过所述缸体的第二端的开口连接所述制动踏板，所述制动踏板连接所述踏板位移传感器；

所述主缸前腔设置有所述第一制动主缸出油口，所述主缸后腔设置有所述第二制动主缸出油口，所述踏板感觉模拟腔设置有出油口。

进一步，在本实用新型所述的轮毂电机驱动电动汽车电液复合制动系统中，所述主缸第二活塞和所述缸体的缸壁形成所述主缸前腔；

所述主缸第一活塞、所述主缸第二活塞和所述缸体的缸壁围合成所述主缸后腔；

所述主缸第一活塞、所述助力第二活塞和所述缸体的缸壁围合成所述液压助力第二腔；

所述助力第二活塞、所述助力第一活塞和所述缸体的缸壁围合成所述踏板感觉模拟腔；

所述助力第一活塞、所述制动主缸推杆和所述缸体的缸壁围合成所述液压助力第一腔。

进一步，在本实用新型所述的轮毂电机驱动电动汽车电液复合制动系统中，所述主缸第一活塞为t型活塞，所述制动主缸推杆为t型推杆。

进一步，在本实用新型所述的轮毂电机驱动电动汽车电液复合制动系统中，所述主缸第一活塞和所述主缸第二活塞的直径相同；

所述助力第一活塞的直径大于所述制动主缸推杆的直径，所述助力第二活塞的直径大于所述助力第一活塞的直径。

进一步，在本实用新型所述的轮毂电机驱动电动汽车电液复合制动系统中，所述助力第二活塞的直径大于所述主缸第一活塞的直径。

进一步，在本实用新型所述的轮毂电机驱动电动汽车电液复合制动系统中，所述电能回收子系统包括左前轮毂电机、右前轮毂电机、左后轮毂电机、右后轮毂电机、左前电机控制器、右前电机控制器、左后电机控制器、右后电机控制器、动力电池、低压蓄电池、超级电容组、dc/dc转换器；

所述左前轮毂电机电连接所述左前电机控制器的输入端，所述右前轮毂电机电连接所述右前电机控制器的输入端，所述左后轮毂电机电连接所述左后电机控制器的输入端，所述右后轮毂电机电连接所述右后电机控制器的输入端；所述动力电池的输入端分别电连接所述左前电机控制器的第一输出端、右前电机控制器的第一输出端、左后电机控制器的第一输出端、右后电机控制器的第一输出端；所述超级电容组的输入端分别电连接所述左前电机控制器的第二输出端、右前电机控制器的第二输出端、左后电机控制器的第二输出端、右后电机控制器的第二输出端；

所述超级电容组的输出端通过所述dc/dc转换器电连接所述低压蓄电池的输入端，所述低压蓄电池用于为低压用电设备供电。

另，本实用新型还提供一种电动汽车，包括如上述的轮毂电机驱动电动汽车电液复合制动系统。

实施本实用新型的一种轮毂电机驱动电动汽车电液复合制动系统及电动汽车，具有以下有益效果：本实用新型的电液复合制动系统使车辆既能有效地保证制动距离的安全性、制动方向的稳定性，又能充分地回收制动能量，并在能在失效状态下紧急制动提供液压助力，提高车辆制动安全性和可靠性。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明，附图中：

图1是一实施例提供的制动主缸子系统的结构示意图；

图2是一实施例提供的电能回收子系统的结构示意图。

具体实施方式

为了对本实用新型的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本实用新型的具体实施方式。

实施例

参考图1，本实施例的轮毂电机驱动电动汽车电液复合制动系统包括制动主缸子系统和电能回收子系统，制动主缸子系统通过can总线连接电能回收子系统，电能回收子系统用于在制动主缸子系统制动时回收能量。

制动主缸子系统包括储液室1、高压蓄能器2、液压泵3、第一单向阀4、第二单向阀5、常开型电磁阀6、压力传感器7、第一制动主缸出油口8、第二制动主缸出油口12、主缸前腔9、主缸第二回位弹簧10、主缸第二活塞11、主缸后腔13、主缸第一回位弹簧14、主缸第一活塞15、液压助力第二腔16、助力第二活塞17、踏板感觉模拟弹簧组18、踏板感觉模拟腔19、助力第一活塞20、液压助力第一腔21、缸体22、制动主缸推杆23、踏板位移传感器24、制动踏板25。

储液室1通过管道连通缸体22的液压助力第一腔21，储液室1通过常开型电磁阀6连通缸体22的液压助力第二腔16，储液室1通过管道连通缸体22的主缸后腔13，储液室1通过管道连通缸体22的主缸前腔9；液压泵3的第一端连通常开型电磁阀6和液压助力第二腔16之间的管道，压力传感器7用于监测常开型电磁阀6和液压助力第二腔16之间管道的压力，高压蓄能器2与液压泵3的第一端连通；液压泵3的第二端连通储液室1和液压助力第一腔21之间的管道，第一单向阀4设置在液压泵3第一端的管道上，第二单向阀5设置在液压泵3第二端的管道上。

缸体22内部从缸体22的第一端到缸体22的第二端依次设置有第二回位弹簧10、主缸第二活塞11、主缸第一回位弹簧14、主缸第一活塞15、助力第二活塞17、踏板感觉模拟弹簧组18、助力第一活塞20、制动主缸推杆23；制动主缸推杆23通过缸体22的第二端的开口连接制动踏板25，制动踏板25连接踏板位移传感器24。主缸前腔9设置有第一制动主缸出油口8，主缸后腔13设置有第二制动主缸出油口12，踏板感觉模拟腔19设置有出油口。

进一步，在本实施例的轮毂电机驱动电动汽车电液复合制动系统中主缸第二活塞11和缸体22的缸壁形成主缸前腔9。主缸第一活塞15、主缸第二活塞11和缸体22的缸壁围合成主缸后腔13。主缸第一活塞15、助力第二活塞17和缸体22的缸壁围合成液压助力第二腔16。助力第二活塞17、助力第一活塞20和缸体22的缸壁围合成踏板感觉模拟腔19。助力第一活塞20、制动主缸推杆23和缸体22的缸壁围合成液压助力第一腔21。

进一步，在本实施例的轮毂电机驱动电动汽车电液复合制动系统中主缸第一活塞15为t型活塞，t型活塞的活塞杆朝向助力第二活塞17一侧。制动主缸推杆23为t型推杆，t型推杆的推杆朝向缸体22的第二端的开口。

进一步，在本实施例的轮毂电机驱动电动汽车电液复合制动系统中，主缸第一活塞15和主缸第二活塞11的直径相同。助力第一活塞20的直径大于制动主缸推杆23的直径，助力第二活塞17的直径大于助力第一活塞20的直径。进一步，在本实施例的轮毂电机驱动电动汽车电液复合制动系统中，助力第二活塞17的直径大于主缸第一活塞15的直径。可以理解，各个活塞的直径与缸体22的内径尺寸相同，或略小于缸体22的内径尺寸。

在本实施例的轮毂电机驱动电动汽车电液复合制动系统中，制动主缸子系统上电后，依据压力传感器7反馈信号控制液压泵3维持高压蓄能器2压力稳定，持续地为主缸前腔9和主缸后腔13提供高压制动液。

当制动踏板25被踩下后，液压助力第二腔16内高压制动液使助力第二活塞17保持静止，踏板感觉模拟弹簧组18通过液压助力第一腔21向制动踏板25提供反作用力，模拟传统制动踏板制动感觉。

当出现电气故障时，高压蓄能器2不再维持高压，制动踏板25被踩下时，踏板力依次作用于助力第一活塞20、助力第二活塞17、踏板感觉模拟弹簧组18和主缸第一活塞15，制动液在主缸第一活塞15和主缸第二活塞11的推动下流向制动轮缸，在失效状态下紧急制动提供液压助力，实现四轮失效备份制动。

本实施例的电液复合制动系统使车辆既能有效地保证制动距离的安全性、制动方向的稳定性，又能在失效状态下紧急制动提供液压助力，提高车辆制动安全性和可靠性。

实施例

参考图2，在上述实施例的基础上，本实施例的轮毂电机驱动电动汽车电液复合制动系统中电能回收子系统包括左前轮毂电机101、右前轮毂电机102、左后轮毂电机103、右后轮毂电机104、左前电机控制器201、右前电机控制器202、左后电机控制器203、右后电机控制器204、动力电池301、低压蓄电池302、超级电容组303、dc/dc转换器304。

左前轮毂电机101电连接左前电机控制器201的输入端，右前轮毂电机102电连接右前电机控制器202的输入端，左后轮毂电机103电连接左后电机控制器203的输入端，右后轮毂电机104电连接右后电机控制器204的输入端；动力电池的输入端分别电连接左前电机控制器201的第一输出端、右前电机控制器202的第一输出端、左后电机控制器203的第一输出端、右后电机控制器204的第一输出端；超级电容组303的输入端分别电连接左前电机控制器201的第二输出端、右前电机控制器202的第二输出端、左后电机控制器203的第二输出端、右后电机控制器204的第二输出端。超级电容组303的输出端通过dc/dc转换器304电连接低压蓄电池302的输入端，低压蓄电池302用于为低压用电设备供电。

在本实施例的轮毂电机驱动电动汽车电液复合制动系统中，当四轮轮毂电机处于高速再生回馈制动状态，轮毂电机(左前轮毂电机101、右前轮毂电机102、左后轮毂电机103、右后轮毂电机104)产生的感应电动势较高，再生回馈制动的能量经四轮轮毂电机控制器(左前电机控制器201、右前电机控制器202、左后电机控制器203、右后电机控制器204)给动力电池301充电。

当四轮轮毂电机处于低速再生回馈制动状态，轮毂电机(左前轮毂电机101、右前轮毂电机102、左后轮毂电机103、右后轮毂电机104)产生的感应电动势较低，再生回馈制动的能量经四轮轮毂电机控制器(左前电机控制器201、右前电机控制器202、左后电机控制器203、右后电机控制器204)给超级电容组303充电；

在正常驱动行驶过程中，超级电容组303中的能量再通过dc/dc转换器304给低压蓄电池302充电。

本实施例的电液复合制动系统使车辆既能有效地保证制动距离的安全性、制动方向的稳定性，又能充分地回收制动能量，并在能在失效状态下紧急制动提供液压助力，提高车辆制动安全性和可靠性。

实施例

本实施例的电动汽车包括如上述的轮毂电机驱动电动汽车电液复合制动系统。

本实施例的电液复合制动系统使车辆既能有效地保证制动距离的安全性、制动方向的稳定性，又能充分地回收制动能量，并在能在失效状态下紧急制动提供液压助力，提高车辆制动安全性和可靠性。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本实用新型的范围。

结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以直接用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(ram)、内存、只读存储器(rom)、电可编程rom、电可擦除可编程rom、寄存器、硬盘、可移动磁盘、cd-rom、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。

以上实施例只为说明本实用新型的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本实用新型的内容并据此实施，并不能限制本实用新型的保护范围。凡跟本实用新型权利要求范围所做的均等变化与修饰，均应属于本实用新型权利要求的涵盖范围。