電動汽車能量回饋控制方法

2024-03-10 07:42:15

專利名稱：電動汽車能量回饋控制方法
電動汽車能量回饋控制方法技術領域：
本發明涉及一種電動汽車能量回收的方法。背景技術：
傳統的燃油汽車在減速時依靠的是機械剎車，在制動的過程中能量快 速、大量消耗在機械摩擦上，從而達到制動的效果。這種制動的方式有很 明顯的缺點，主要表現在減速、制動過程中能量沒有反饋吸收，汽車的 能量利用率低；如果汽車頻繁制動或者連續制動時會產生大量的熱量，制 動裝置會有熱衰退的現象，影響制動的效果；由於使用機械摩擦，制動器 的使用壽命會縮短，汽車的使用經濟性低。對於電動汽車，其關鍵的部件 是蓄電池，它對於電動汽車的續駛裡程指標是非常重要的。如果仍然採用 傳統燃油車的制動方式則浪費了大量的能量，這對於電動汽車的續駛裡程 是極為不利的。為此，現有技術中出現了一種再生制動回饋能量的方式，以提高電動 汽車的續駛裡程。例如中國專利申請CN03108022. 7、 200410070893. 3等都 提及再生制動的技術方案，在汽車減速或者制動時將能量問收入蓄電池， 但其中的系統結構、控制方式各不相同。
發明內容本發明的主要目的提供一種電動汽車能量回饋控制方法，既能有效、 合理實現能量回饋，提高能量利用率，又可保證汽車減速的平滑性，不影 響傳統的駕駛體驗。為實現上述目的，本發明提出一種電動汽車能量回饋控制方法，包括 如下步驟1) 實時監測採集油門、剎車信號；2) 當採集到剎車信號時，依據當前車速V、剎車深度Brake—De印計算出 反饋力矩T，控制電機給出反饋力矩，並將該力矩轉化為電能對電池組 充電；3)當未採集到剎車信號時，判斷油門開度，當油門開度小於回饋給定值時， 依據當前車速V計算出反饋力矩T，控制電機給出反饋力矩，並將該力矩轉化為電能對電池組充電。h述的電動汽車能量回饋控制方法，所述步驟2)、步驟3)的具體過程包括判斷車速是否低於給定的最小能量反饋速度V。，當前車速V低於給定的最小能量反饋速度V。時，反饋力矩取零。在所述步驟3)中，當前 車速V大於或等於給定的最小能量反饋速度V。時，油門幵度小於給定回饋 點時，所述反饋力矩T與當前車速V在一定的範圍內成正比，二者關係為 T二KV (V《V,)， K為計算反饋力矩的比例係數，為一確定量，V,為給定的 最大比例反饋車速；當前速度V等於或大於V,時，反饋力矩T固定取值為 最大反饋力矩T ,,,x。Jl述的電動汽車能量回饋控制方法，在所述步驟2)中，剎車深度 Brake—De印為100%時，反饋力矩T與當前車速V成正比；在當前車速V 下，反饋力矩T與剎車深度Brake一De印成正比，三者的關係為T-KJ+^Brake—De印K,、K,分別為計算反饋力矩時的速度和剎車深度的比例係數，為確定值。 在當前速度V達到或大於給定的最大比例反饋車速V,f，反饋力矩T在同一剎車深度則是固定的且最大的反饋力矩也是固定的，其關係為T:K,V,+K2Brake—Deep 。上述電動汽車能量回饋控制方法中，所述的油門開度的回饋給定值優 選範圍為4% 6%。所述最小能量反饋速度￥,,優選範圍在3 10KM/H之間。 所述最大比例反饋車速V,優選範圍在15 25KM/H之間。由於採用了以上的控制方案，當行進過程中時，當電動汽車油門放鬆 到一定值時，此時電機控制器可以從前端的油門、剎車信號採集器發送的 油門、剎車信號結合當前車速等判斷出駕駛員的意圖，並控制電機實現能 量回饋；同理，在行進過程中剎車被踩下時，結合剎車深度、當前車速等， 實現能量回饋控制。運用本發明的能量回饋控制方法可以有效延長電動汽 車的續駛裡程，提高電池能量的利用效率。由於能量回饋時綜合考慮油門比例、剎車深度，並視當前車速等各種
因素，實現合理、適當的能量回饋，保證了制動、減速的有效性、平滑性， 並使駕駛員的駕駛體驗與傳統的燃油車基本無異。
圖1是本發明能量回饋控制系統的簡要結構圖。圖2是電動狀態下旋轉磁場與轉子磁場關係示意圖。 圖3是能量回饋狀態下旋轉磁場與轉子磁場關係示意圖。 圖4是本發明的在松油門時反饋力矩與速度關係圖。 圖5是本發明的反饋力矩與剎車深度、速度關係圖。 圖6是電機控制ECU在執行能量回饋處理例程的流程圖。具體實施方式
下面通過具體的實施例並結合附圖對本發明作進一步詳細的描述。 圖1是表示作為本發明一個實施方式的電動汽車的能量回饋控制系統 的簡要結構圖。如圖所示，實施例中的電動汽車電氣驅動系統包括電池 組l;油門踏板2;剎車踏板3;油門、剎車信號採集器4;電容組5;電 機控制器(ECU)6;逆變器7;驅動隔離單元8;電動機9;旋轉變壓器10。其中，電池組l採用大功率電池組，電壓為200V 330V，是整個電氣 驅動系統的能量源；油門踏板2和剎車踏板3固定在與傳統汽車相同的地 方，用於向油門、剎車信號採集器傳遞油門深度的模擬信號.，油門、剎車 信號採集器4負責採集油門、剎車的模擬信號，將其轉變為數位訊號，並 發送給電機控制器6;電容組5正極與電池組1的正極母線相連接，負極 與電池組1的負極母線相連接，用於吸收高頻衝擊電壓，平滑直流電壓波 形；電機控制器6用於計算PWM信號，通過驅動隔離單元送入逆變器6; 逆變器6由二個工PM (智能功率模塊，也可用IGBT，電晶體等功率器件) 組成，IPM分為上下橋臂，二個IPM的上橋臂的輸入端與電池組1的正極 母線相連接，卜橋臂與電池組1的負極母線相連接，各IPM之間的各個連 接點分別與電動機9的三相線圈(U相、V相、W相)相連接；電動機9是 永磁型同步電動機，作為電動汽車的動力輸出源；旋轉變壓器10與電動機 9的轉子相連接，用於檢測電動機8的轉子的旋轉角度位置，並傳遞給所 屬電機控制器6。本例的電動汽車能量回饋控制方案，是基於與駕駛員對油門踏板2的
踩壓深度或者是對剎車踏板3的踩壓來實施對電機控制的。電動汽車的電 機控制器6根據油門、剎車信號採集器採集的油門、剎車的數位訊號，判 斷行車狀態。結合圖1和圖2說明電機的兩種工作狀態。電動汽車使用的電機9電動與發電狀態工作原理如下在汽車正常的行駛中，電機是正向電動的， 轉子逆時針旋轉，此時由圖l可知，從電池組經逆變器給出的電壓加在電 機的三相繞組上產生一旋轉磁場，該磁場與轉子永磁場合成為電機的氣隙旋轉磁場B,.，圖2描述了電動狀態時氣隙旋轉磁場B,與轉子磁場F,方向 的關係，顯然電機處於電動狀態時旋轉磁場B,.的方向是超前於轉子磁場 F,的方向的，該旋轉磁場B,拖動轉子磁場F,同步速旋轉，即帶動轉子同步速旋轉，因此就將輸入的電功率轉變為機械功率。當有剎車或者松油門 的信號時，電機控制器6需要控制電機回饋能量時，根據電機的運行原理，即要改變這兩個磁場之間的方向關係，圖3說明能量回饋時，電機運行在 發電狀態，旋轉磁場B,的方向要落後於轉子磁場F,的方向，轉子磁場F,帶動該旋轉磁場BJ司步速旋轉，傳遞一定的電磁功率，此時將轉子的機械能轉化為電能，從定子繞組輸出電能給蓄電池充電，在輸出電能的同時， 使轉子轉速下降，達到了制動的效果。對於上述電機能量回饋，其回饋時電機給出的反向制動力矩的大小給 出與車速有關的，而且剎車時的能量回饋還與剎車的深度是相關的。對於 兩種情況下的能量反饋，首先圖1裝置中的旋轉變壓器10採集到轉子位置e 2，通過與上次採集的位置信號e ,計算出車速，判斷汽車速度是不是低於給定的最小能量反饋速度V。，低於給定的最小能量反饋速度VJ!寸不進行能量回饋。當油門開度小於回饋給定值時，對於油門信號的能量回饋要根 據檢測到的速度值，選擇-個合適的反向電磁力矩，即該力矩在整個減速 力矩中的比例，在這個比例下要保證與傳統的燃油車的減速效果要大致相 同，即要保證減速的平滑性，不能有突然減速的情況出現，速度與反饋力矩關係如圖4，反饋力矩T是隨車速在一定的範圍內變化的，依據公式(l) 計算T=KV (V《V,) "...' (1)式中，K為當前車速V達到最大比例反饋車速V,速度前計算反饋力矩的比
例係數，為一確定量,V為當前車速，T為反饋力矩。當前速度V達到給定的最大比例反饋車速V,時，反饋力矩是不變的，即反饋力矩T二乙'、。對於剎車情況下的能量回饋，在考慮車速的同時，要考慮剎車的深度，即要求 在同一車速下，不同的剎車深度回饋時的力矩不一樣；在不同的車速下， 同-一個剎車深度回饋的力矩也要不一樣，儘量做到與燃油車相似，保證制動的效果，結合圖5，對於不同的剎車深度和速度，反饋力矩是在圖中的 灰色區域，而斜線為剎車在不同速度下的剎車深度為100%時的反饋力矩， 對於同一速度，在沿T軸方向上剎車深度是增加的，即剎車深度大則反饋 的力矩是增大的，依據公式(2)計算formula see original document page 8 ......(2)式中K,、 K,分別為計算反饋力矩時的速度和剎車深度的比例係數，為一確 定值，V為當前車速，Brake—De印為剎車深度，T為反饋力矩。在速度達 到V,後，反饋力矩在同一剎車深度則是固定的且最大的反饋力矩也是固定 的，即此時用來計算的速度值應作為一常量對待，使用V,，依據計算公式 (3):formula see original document page 8......(3)式中的各變量與公式(2)相同，只將速度變量V改為常量V,，兩種能量 回饋的相同點就是有一個最高的反向制動力矩，即有一個最高的反饋比例。 上述各參數中，太小可能造成能量回饋太頻繁，電機轉速不穩定，太 大則能量回饋的效率不高，本例油門開度的回饋給定值優選為4% 6%。 V。、 V,根據車輛的各技術參數通過實驗統計而確定，如車重不-1羊，V(i、 V,取值 就可能不 -樣。本例取V。為5腿/H，其優選的範圍在'3 10KM/H之間。當 速度很小時如果再反饋能量，其反饋的能量很少，此時的再生制動已經沒 有意義，並且汽車速度為零的瞬間如果電機還處於能量回饋的狀態，電機 轉子的轉速會在零左右波動，Vn的給出可以很好的解決這樣的現象；如果 V"太大則影響回饋的效率。限定V,的目的是為了解決下坡時在V(,附近的電機抖動現象，該現象是由於下坡時如果不踩油門踏板，能量回饋制動的作 用將使當前車速逐漸降到V(,，當車速低於該Vu時，不進行能量回饋，汽車將會在自身重力的作用下加速超過v ，但超過該點時回饋制動的作用又會
使車速再次低於V。，如此電機轉速就會波動，這樣會使電機運行時產生抖 動，如果V,取值能夠接近V。，可以使回饋的能量更多，提高能量的使用效率，但要考慮乘車人的感覺，即電機要能平穩運行，因此給出Vi形成一個緩衝的區域，這樣就能抑制因為使用能量回饋控制方式後在v。附近的電機 抖動現象，根據車輛自身的各技術參數，由實驗統計可選出合適的v,，本例選V,為20KM/H，其優選的範圍在15 25之間。對於最大反饋力矩T隨 的選擇，油門回饋主要是考慮乘坐的舒適度，剎車要考慮的是回饋過大會 引起回饋電流的衝擊，引起功率器件IPM的過流保護。由V,的確定同理可 以確定K， Ki、 K^的選擇則是先確定最大反饋力矩T,^由此可反推出比例 係數K,、 K2。根據以上控制方案，電動汽車的能量回饋制動流程請參考圖6所示， 當在行進過程中時，系統採集油門信號、剎車信號，如果有剎車信號，則 依據車速、剎車深度計算力矩，給出反饋力矩，對電池組進行充電；駕駛 員松油門到一定值時，此時電機控制器已經可以從前端的油門、剎車信號 採集器發送的油門、剎車信號判斷出駕駛員的意圖，並判斷車速，計算力 矩，給出反饋力矩，對電池組進行充電，能量幵始回饋。運用本發明的能 量回饋控制系統可以有效的延長電動汽車的續駛裡程，提高了電池能量的 利用的效率。以上，對本發明的實施方式進行了說明，但本發明並不僅限於實施例， 本領域技術人員完全可以根據本發明以其他各種方式進行拓展實施，這些 均屬於本發明之保護範圍內。
權利要求
1. 一種電動汽車能量回饋控制方法，包括如下步驟1)實時監測採集油門、剎車信號；2)當採集到剎車信號時，依據當前車速V、剎車深度Brake_Deep計算出反饋力矩T，控制電機給出反饋力矩，並將該力矩轉化為電能對電池組充電；3)當未採集到剎車信號時，判斷油門開度，當油門開度小於回饋給定值時，依據當前車速V計算反饋力矩T，控制電機給出反饋力矩，並將該力矩轉化為電能對電池組充電。
2、 如權利要求1所述的電動汽車能量回饋控制方法，其特徵是所述步驟2)、步驟3)中的具體過程包括判斷車速是否低於給定的最小能量反 饋速度V。，當前車速V低於給定的最小能量反饋速度V。時，反饋力矩取零。
3、 如權利要求1或2所述的電動汽車能量回饋控制方法，其特徵是所述 步驟3)中，當前車速V大於或等於給定的最小能量反饋速度V。時，所述反饋力矩T與當前車速V在一定的範圍內成正比，二者關係為 T二KV (V《V》，K為計算反饋力矩的比例係數，為一確定量，V,為給定 的最大比例反饋車速；當前速度V等於或大於V,時，反饋力矩T固定 取值為最大反饋力矩T_。
4、 如權利要求1或2所述的電動汽車能量回饋控制方法，其特徵是在所 述步驟2)中，剎車深度Brake—De印為100%時，反饋力矩T與當前車 速V成正比；在當前車速V下，反饋力矩T與剎車深度Brake—De印成 正比，三者的關係為T:K,V+K2Brake一De印 ^ 、K2分別為計算反饋力矩時的速度和剎車深度的比例係數，為確定值。
5、 如權利要求4所述的電動汽車能量回饋控制方法，其特徵是在當前速 度V達到或大於給定的最大比例反饋車速V,時，反饋力矩T在同一剎車深度則是固定的且最大的反饋力矩也是固定的，其關係為T二K,Brake—De印。
6、 如權利要求1或2所述的電動汽車能量回饋控制方法，其特徵是所述步驟3)中所述的油門開度的回饋給定值優選範圍為4% 6%。
7、 如權利要求1或2所述的電動汽車能量回饋控制方法，其特徵是所述 最小能量反饋速度V。優選範圍在3 10KM/H之間。
8、 如權利要求1或2所述的電動汽車能量回饋控制方法，其特徵是所述 最大比例反饋車速V,優選範圍在15 25KM/H之間。
全文摘要
本發明公開了一種電動汽車能量回饋控制方法，當行進過程中時，當電動汽車油門放鬆到一定值時，此時電機控制器可以從前端的油門、剎車信號採集器發送的油門、剎車信號結合當前車速等判斷出駕駛員的意圖，並控制電機實現能量回饋；同理，在行進過程中剎車被踩下時，結合剎車深度、當前車速等，實現能量回饋控制。運用本發明的能量回饋控制方法可以有效延長電動汽車的續駛裡程，提高電池能量的利用效率。由於能量回饋時綜合考慮油門比例、剎車深度，並視當前車速等各種因素，實現合理、適當的能量回饋，保證了制動、減速的有效性、平滑性，並使駕駛員的駕駛體驗與傳統的燃油車基本無異。
文檔編號B60W10/18GK101209675SQ20061015773
公開日2008年7月2日 申請日期2006年12月26日 優先權日2006年12月26日
發明者楠 劉, 周旭光, 楊廣明, 湯小華, 銘 鬱, 劍 龔 申請人:比亞迪股份有限公司