专利名称：电再生制动的制作方法
技术领域：
本发明涉及具有旋转制动线圈的电再生制动装置，所述旋转制动线圈安装在车辆 的车轮上，从而在线圈内馈送磁场。本发明还涉及一种根据权利要求10前序所述的方法。
背景技术：
电再生制动器是所有现代电和混合车辆中的基本组件。在再生制动期间，车辆的 动能被转换成电能并且被存储以供将来使用。由于燃料成本的提高和严格的汽车排放量标 准，使得这种能量节约变得重要。除此之外，也增加了车载电子装置的负载。HVAC(供暖、换 气和空调)、信息娱乐设备、以及安全和舒适系统造成了车内的主要电功耗。再生制动总是 与传统制动系统相结合使用。在电再生制动中，将线圈和永磁体置于车轮内。当应用制动器时，完成了通过线圈 的电路。根据法拉第定律，由于车轮的旋转运动，在线圈中产生电流。根据楞次定律，如此 产生的电流对抗车轮中线圈的运动，从而产生制动效果。同时，电路中的电流用于为电池/ 超级电容器充电。可以观察到，在现有的电再生制动中，跨过线圈而存在的磁场随时间保持恒定。因 此，用于再生制动的当前解决方案在较低速使用的情况下并不有效。此外，得到的能量节约 也不是最理想的。
发明内容
根据上述缺点和缺陷，并考虑上述现有技术，本发明的目的是实现低速的高效再 生制动并提供能量节约的显著提高。通过包括权利要求1的特征在内的电再生制动装置以及通过包括权利要求10的 特征在内的方法实现了本发明的目的。在从属权利要求中公开了本发明的有利实施例和有利改进。根据本发明，产生磁场的磁体在至少一个附加线圈的内部空间中，从而制动装置 具有包含旋转制动线圈以及附加线圈作为元件的电路。本发明的基本思想是存在附加线圈和电磁反馈。除了传统用于再生制动的制动线 圈之外，在1中将附加线圈置于磁体周围。由于再生制动而产生的电流的一部分使该电流 通过该附加线圈，从而引起反馈。调节通过该线圈的电流，以调整通过车轮的用于再生制动 的磁场的强度。整流电路和控制器模块负责调节通过附加线圈的电流，以及根据施加到刹 车踏板上的压力来判定在特定时刻使用的再生和传统制动的哪种组合。根据本发明，当应用制动器时在制动线圈中产生电流。可以注意到，该时刻的磁场 仅仅是由于永久性磁场而引起的。一旦电流被驱动经过电路，则由磁体周围的附加线圈所 产生的电磁体变得可操作。因此，在附着到轮胎的线圈周围的磁场开始增大。这根据法拉 第定律在线圈中产生更大的电流，从而为电池或超级电容器产生更大的充电电流。
本发明的优点在于以下事实根据本发明，电再生制动不仅提供了附加的能量节 约，而且在相对低的速度下也有效。这还减少了具体在城市驾驶中通常的启动-停车情况 下电和混合车辆中传统制动器的使用。除了电和混合车辆之外，系统还可以应用于传统车 辆中以实现能量节约，然后可以用于车载电子装置。例如，固态的空调使得可以重新使用通 过再生制动而得到的大量电能。根据本发明，电再生制动系统还继续支持再生制动器的其 他优点，例如减小了汽车中传统制动器的磨损。本发明的另一有利实施例提出了，可以循环地接通和断开附加线圈。在本方面的 范围内，在时间t。n内接通附加线圈，在时间t。ff内断开该附加线圈。以这种方式，确保可以 限制流经附加线圈的电流。附加线圈的断开意味着更弱的磁场，而附加线圈的接通引起更 强的磁场。从而可能调节附加线圈所引起的磁场。优选地，可以在制动期间周期性地接通和断开附加线圈，从而从而周期是tp > 0，
占空比t。n/tp > 0。在这种情况下，在本发明的范围内，认为接通和断开是脉冲式的。为了控制接通和断开过程，本发明的另一有利实施例提出电再生制动装置具有 对附加线圈的接通和断开加以控制的再生电路。在本发明的架构内，电再生制动装置是单个电磁系统。这意味着将线圈所产生的 感应电流馈送至相同的电磁系统。因此，在本发明的发明优选实施例中，电路被配置为，使 得在旋转制动线圈中引起的感应电流流经附加线圈，分别将附加线圈置于磁体的每个极周 围，通过应用制动来闭合电路。已知作为系统的闭合回路特性，磁场的强度继续反复增大，且相应地使电流增大。 系统可以自发地产生非常高的磁场，这种情况可以称作“磁场失控”。必须对上述行为进行 检验，否则运动车辆的速度将会在急动情况下突然减小。因此，车辆中的乘客可以感受到巨 大的制动力并从而感受到突然的减速。为了避免这种问题，根据另一优选实施例，电路具有 对进入附加线圈的电流加以控制的控制器模块。智能控制器负责控制反馈电路中的电流。主要有两种实现这一操作的方法。第一 种方法包括使用类似FET (场效应晶体管)的器件来限制附加线圈中的电流。如上所述，另 一种备选方法包括类似于ABC机制，快速连续地切换反馈电路的“开(ON)”和“关(OFF)”。 用于切换反馈电路“开”和“关”的脉冲串的脉宽和占空比可以随时间而变化，以得到期望 的结果。此外，本发明提供了一种制动车轮的方法，其中，利用磁体在旋转制动线圈中馈送 磁场，从而磁场被附加线圈的附加磁场加强，所述附加线圈的内部空间具备该磁体。 此外，有利的是，磁场在异名极之间形成。此外，有利的是，在旋转制动线圈中引起的感应电流流经附加线圈。此外，有利的是，利用控制器来控制电流。
参照附图，根据本发明示例实施例的以下描述，本发明的上述和其他特征以及优 点将变得显而易见，在附图中图la-b示出了通过线圈的磁场的变化图2示出了根据本发明的电再生制动装置；图3示出了制动期间的减速曲线；图4示出了制动力随时间的变化。图5示出了脉冲式的附加线圈控制机制；以及图6示出了减速图。
具体实施例方式可以观察到，跨过线圈而存在的磁场0C随时间保持恒定。这可以由图Ia中的曲线 来表示。因此，根据现有技术的再生制动在较低速使用时并不有效。此外，得到的能量节约 也不是最佳的。为了克服根据现有技术的再生制动的缺陷，将附加线圈11、12置于图2所示的电 再生制动装置的永磁体13周围。制动装置100具有包含旋转制动线圈10和附加线圈11、 12作为元件的电路22。根据法拉第定律，由于永磁体13的磁场0C，使得附着到车轮14的旋转制动线圈10 产生emf(电动势)。磁场0C具有参考数字18。当应用制动器时，假定点D和L变成相连。 类似地，假定点H和L也变成相连，从而导致形成了具有参考数字15、16和17的电路ADLCB、 CEHL和CFGHL。制动线圈10所产生的efm通过电路15、16和17来驱动电流。现在，通过 附加线圈11、12来驱动通过制动线圈10的电流的一部分。因此，这些线圈11、12开始起到 电磁体的作用。根据表达式，这使得跨过制动线圈10的磁场18的强度增大
0f = 0c+ki其中，0C=由于磁体13而引起的磁场的强度，k=比例常数，i =通过制动
线圈10的电流。磁场18的强度增大在制动线圈10中产生更大的电流，从而为电池I超级电容器 产生更大的充电电流。同时，制动线圈10电流i的一部分流经附加线圈11、12。因此，跨过 制动线圈10的磁场18以及通过制动线圈和附加线圈10、11、12的电流以循环的方式继续 增大。由于楞次定律，这使得制动线圈10上的制动力增大。因此，需要由控制器模块19来 小心地控制附加线圈11、12中的电流，否则该电流可能引起非常大的瞬时制动力，这种非 常大的瞬时制动力可能会使车辆中的乘客感到不舒适。为了避免上述情况，可以采用两种策略中的任何一种策略。第一种策略包括限制 反馈至附加线圈11、12的峰值电流。另一备选策略包括类似于ABS(自动刹车系统)机制， 快速连续地切换流向附加线圈11、12的反馈电流的‘开’和‘关’。用于切换反馈电路‘开’ 和‘关’的脉冲串的脉宽和占空比可以随时间而变化，以基于施加在刹车踏板上的压力来得 到期望的结果。负责控制反馈电路中的电流以及制动力的控制器模块19执行上述功能中 的任何一种功能。控制器模块19还可以负责根据施加在刹车踏板上的压力来判定用在具 体情况中的再生制动装置100与传统制动装置的组合。模块19的另一重要功能是分发通过再生制动装置100产生的电能。根据再生的 电流的幅度，再生的电流的一部分用作图2中标记为“b”的电池/超级电容器的充电电流， 其余部分可以用在车辆的其他电气设备中。
出于仿真的原因，进行以下简化假设。然而，这些假设并不影响解决方案的一般 性。假定了图2中具有OPQR的制动线圈10由单匝构成，其中OPQR是具有单位尺寸从而具 有单位面积的正方形。假定制动线圈10的边OQ和ra具有等于一的每单位长度质量，而假 定边OP和QR无质量。将车轮14当作是具有以下参数的独立系统，本说明书中提供的结果来自于使用 Matlab/Simulink[ Mathfforks 中:htt //www. mathworks. com]手丸^ 的4方;fc。畐身寸
磁场跨过具有单位车轮半径的制动线圈。磁场的强度归因于永磁体0c=O.lWb/m2。常量
“k”考虑图2中制动线圈10的电流i中的流经附加线圈11、12的一小部分，以及由于该部 分电流而产生的磁场。图3所示的仿真结果与值k = 0.04相对应。然而，该值已被选择仅 用于证明方法的可行性以及强调特定的关联现象。在实际情况中，更高的k值可以与用于 确保车辆上的有限制动力的技术相结合使用。图3示出了针对不同制动情况的减速曲线。假定初始车辆速度是28m/s，转换成大 约lOOkm/hr。从图3可以观察到，在发生传统的再生制动的一段时间之后需要应用传统的 制动器，这降低了能量节约。在恒定的非限制反馈的情况下，在应用制动器之后立即观察到 较大的减速。这是由于反馈所引起的制动力的波动而引起的，并且是不期望的。图4示出了用于非限制恒定反馈系统的制动线圈的单位长度(PR)上的制动力的 变化。另一方面，可变反馈并不发生这种情况。可以通过脉冲化附加线圈12、13中的电流 来快速该改变k值从而实现这一点，以实现有效的制动并提高能量节约。能量节约可以由 图3所示的阴影三角形区域来视觉上表示，阴影三角形区域的一个边以对应于特定技术的 曲线为界。对于以上所示的仿真，针对高级再生制动方案的能量节约比传统再生制动的能 量节约高出32.52%。图3还示出了该方案能够在与采用传统再生制动系统将车辆的速度 减半所用的时间相同的时间内使车辆几乎停止。如上所述，作为系统的闭环特性，磁场的强度继续反复地增大，且相应地使电流增 大。系统可以自发地产生非常高的磁场0C,这种情况可以被称作“磁场失控”。必须对上述 行为进行检验，否则运动车辆的速度将会在急动情况下突然减小。在图Ib中可以看出这一 点。因此，乘客可以感受到巨大的制动力并从而感受到突然的减速。为了避免这种问题，提 出了如图2所示的控制器模块19。控制器模块19负责控制反馈电路中的电流。如上所述，主要有两种实现这一操作 的方法。第一种方法包括使用类似FET (场效应晶体管)的器件来限制辅助电路中的电流。 另一种备选方法包括类似于ABC机制(参见图5)快速连续地切换反馈电路的‘开’和‘关’。 用于切换反馈电路‘开’和‘关’的脉冲串的周期(tP)和占空比(t。n/tP)可以随时间变化， 以得到期望的结果。附加线圈的断开引起磁场在时间t。ff期间变弱。附加线圈的接通引起在时间t。n 期间磁场再次增强。图5所示的附加线圈的接通和断开的时序从而示出了脉冲图。可以在集成到再生 制动装置中的再生电路上控制附加线圈的接通和断开。由于再生制动仅在高速下有效，因此再生制动通常与传统制动相结合使用。图6 示出了典型的制动情况。假定在图中的零时刻应用了制动器。在速度下降到特定阈值之前 使用再生制动，在速度下降到特定阈值之后使用传统的制动器以使车辆停止。在采用自适应再生制动的情况下，该临界速度比仅采用再生制动方案的情况下的临界速度要小得多。 这使得显著节约了能量，如图6中的图示中区域20所示。此外，自适应再生制动允许延缓 传统制动器的应用。因此，自适应再生制动提供了甚至更高的能量节约(如区域21所示) 并且还减小了传统制动器的磨损。必须强调的是，在任何时候都不以乘客的安全为代价。可 以观察到，在这两种情况下车辆都在等量的时间内停止。 在实际情况下，停止所需的时间以及施加到车轮14的制动力与驾驶员施加在刹 车踏板上的压力有关。在采用自适应再生制动的情况下控制器模块19还在调节施加到车 轮14的制动力时考虑这一点。通过如上所述控制反馈回路中的电流来实现这一操作。参考数字
100电再生制动
10制动线圈
11附加线圈
12附加线圈
13磁体
14车轮
15电路
16电路
17电路
18磁场
19控制器模块
20区域
21区域
22电路
权利要求
一种具有旋转制动线圈(10)的电再生制动装置(100)，所述旋转制动线圈(10)被安装在车辆的车轮(14)上，从而在线圈(10)中馈送磁场(18)，其中，产生磁场(18)的磁体(13)在至少一个附加线圈(11、12)的内部空间中，从而制动装置(100)具有包含旋转制动线圈(10)和附加线圈(11、12)作为元件的电路(22)。
2.根据权利要求1所述的电再生制动装置，其中，附加线圈(11、12)能够在制动期间循 环地接通和断开。
3.根据权利要求1或2所述的电再生制动装置，其中，附加线圈(11、12)在时间t。nR 接通，在时间亿 内断开。
4.根据权利要求3所述的电再生制动装置，其中，附加线圈(11、12)周期性地接通和断 开，从而周期是％ > 0，占空比是t。n/tp > 0。
5.根据权利要求2至4中任一项所述的电再生制动装置，其中，附加线圈(11、12)的接 通和断开是脉冲式的。
6.根据权利要求2至5中任一项所述的电再生制动装置，其中，电再生制动装置(100) 具有对附加线圈(11、12)的接通和断开加以控制的再生电路。
7.根据前述权利要求中任一项所述的电再生制动装置，其中，磁场(18)被配置在磁体 (13)的两个异名极之间。
8.根据权利要求7所述的电再生制动装置，其中，车轮(14)置于两个异名极之间。
9.根据前述权利要求中任一项所述的电再生制动装置，其中，磁体(13)是永磁体。
10.根据权利要求7至9中任一项所述的电再生制动装置，其中，附加线圈(11、12)分 别置于每个极周围。
11.根据前述权利要求中任一项所述的电再生制动装置，其中，通过应用制动装置 (100)来闭合电路(22)。
12.根据前述权利要求中任一项所述的电再生制动装置，其中，电路(22)被配置为，使 得旋转制动线圈(10)中产生的感应电流流经附加线圈(11、12)。
13.根据前述权利要求中任一项所述的电再生制动装置，其中，电路(22)具有对进入 附加线圈(11、12)中的电流加以控制的控制器(19)。
14.根据权利要求13所述的电再生制动装置，其中，控制器(19)以对进入附加线圈 (11、12)中的电流加以限制的晶体管的形式存在。
15.一种用于制动车轮(14)的方法，其中利用磁体(13)在旋转制动线圈(10)中馈送 磁场(18)，其中，磁场(18)由附加线圈(11,12)的附加磁场(18)加强，所述附加线圈(11、 12)的内部空间具备磁体(13)。
16.根据权利要求15所述的方法，其中，磁场(18)在异名极之间形成。
17.根据权利要求15或16所述的方法，其中，在旋转制动线圈(10)中引起的感应电流 流经附加线圈(11、12)。
18.根据权利要求17所述的方法，其中，利用控制器(19)来控制电流。
19.根据权利要求15至18中任一项所述的方法，其中，周期性地接通和断开附加线圈 (11、12)。
20.根据权利要求19所述的方法，其中，接通和断开是脉冲式的。
全文摘要
本发明涉及一种具有旋转制动线圈(10)的电再生制动装置(100)，所述旋转制动线圈(10)被安装在车辆的车轮(14)上，从而在线圈(10)中馈送磁场(18)。为了允许低速的有效再生制动装置(100)并提供功率节约的显著提高，本发明提出将产生磁场(18)的磁体(13)置于至少一个附加线圈(11、12)的内部空间中，从而制动装置具有包含旋转制动线圈(10)和附加线圈(11、12)作为元件的电路(22)。
文档编号H02K21/44GK101911446SQ200880123759
公开日2010年12月8日 申请日期2008年10月31日 优先权日2008年1月2日
发明者阿尼班·拉希里 申请人:Nxp股份有限公司