專利名稱：電動(dòng)汽車能量回饋控制方法
電動(dòng)汽車能量回饋控制方法技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電動(dòng)汽車能量回收的方法。背景技術(shù)：
傳統(tǒng)的燃油汽車在減速時(shí)依靠的是機(jī)械剎車，在制動(dòng)的過程中能量快 速、大量消耗在機(jī)械摩擦上，從而達(dá)到制動(dòng)的效果。這種制動(dòng)的方式有很 明顯的缺點(diǎn)，主要表現(xiàn)在減速、制動(dòng)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(dòng)或者連續(xù)制動(dòng)時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量的熱量，制 動(dòng)裝置會(huì)有熱衰退的現(xiàn)象，影響制動(dòng)的效果；由于使用機(jī)械摩擦，制動(dòng)器 的使用壽命會(huì)縮短，汽車的使用經(jīng)濟(jì)性低。對(duì)于電動(dòng)汽車，其關(guān)鍵的部件 是蓄電池，它對(duì)于電動(dòng)汽車的續(xù)駛里程指標(biāo)是非常重要的。如果仍然采用 傳統(tǒng)燃油車的制動(dòng)方式則浪費(fèi)了大量的能量，這對(duì)于電動(dòng)汽車的續(xù)駛里程 是極為不利的。為此，現(xiàn)有技術(shù)中出現(xiàn)了一種再生制動(dòng)回饋能量的方式，以提高電動(dòng) 汽車的續(xù)駛里程。例如中國專利申請(qǐng)CN03108022. 7、 200410070893. 3等都 提及再生制動(dòng)的技術(shù)方案，在汽車減速或者制動(dòng)時(shí)將能量問收入蓄電池， 但其中的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、控制方式各不相同。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的主要目的提供一種電動(dòng)汽車能量回饋控制方法，既能有效、 合理實(shí)現(xiàn)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(tǒng)的駕駛體驗(yàn)。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提出一種電動(dòng)汽車能量回饋控制方法，包括 如下步驟1) 實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)采集油門、剎車信號(hào)；2) 當(dāng)采集到剎車信號(hào)時(shí)，依據(jù)當(dāng)前車速V、剎車深度Brake—De印計(jì)算出 反饋力矩T，控制電機(jī)給出反饋力矩，并將該力矩轉(zhuǎn)化為電能對(duì)電池組 充電；3)當(dāng)未采集到剎車信號(hào)時(shí)，判斷油門開度，當(dāng)油門開度小于回饋給定值時(shí)， 依據(jù)當(dāng)前車速V計(jì)算出反饋力矩T，控制電機(jī)給出反饋力矩，并將該力矩轉(zhuǎn)化為電能對(duì)電池組充電。h述的電動(dòng)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于給定的最小能量反饋速度V。，當(dāng)前車速V低于給定的最小能量反饋速度V。時(shí)，反饋力矩取零。在所述步驟3)中，當(dāng)前 車速V大于或等于給定的最小能量反饋速度V。時(shí)，油門幵度小于給定回饋 點(diǎn)時(shí)，所述反饋力矩T與當(dāng)前車速V在一定的范圍內(nèi)成正比，二者關(guān)系為 T二KV (V《V,)， K為計(jì)算反饋力矩的比例系數(shù)，為一確定量，V,為給定的 最大比例反饋車速；當(dāng)前速度V等于或大于V,時(shí)，反饋力矩T固定取值為 最大反饋力矩T ,,,x。Jl述的電動(dòng)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(shí)，反饋力矩T與當(dāng)前車速V成正比；在當(dāng)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(guān)系為T-KJ+^Brake—De印K,、K,分別為計(jì)算反饋力矩時(shí)的速度和剎車深度的比例系數(shù)，為確定值。 在當(dāng)前速度V達(dá)到或大于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(guān)系為T:K,V,+K2Brake—Deep 。上述電動(dòng)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(yōu) 選范圍為4% 6%。所述最小能量反饋速度￥,,優(yōu)選范圍在3 10KM/H之間。 所述最大比例反饋車速V,優(yōu)選范圍在15 25KM/H之間。由于采用了以上的控制方案，當(dāng)行進(jìn)過程中時(shí)，當(dāng)電動(dòng)汽車油門放松 到一定值時(shí)，此時(shí)電機(jī)控制器可以從前端的油門、剎車信號(hào)采集器發(fā)送的 油門、剎車信號(hào)結(jié)合當(dāng)前車速等判斷出駕駛員的意圖，并控制電機(jī)實(shí)現(xiàn)能 量回饋；同理，在行進(jìn)過程中剎車被踩下時(shí)，結(jié)合剎車深度、當(dāng)前車速等， 實(shí)現(xiàn)能量回饋控制。運(yùn)用本發(fā)明的能量回饋控制方法可以有效延長電動(dòng)汽 車的續(xù)駛里程，提高電池能量的利用效率。由于能量回饋時(shí)綜合考慮油門比例、剎車深度，并視當(dāng)前車速等各種
因素，實(shí)現(xiàn)合理、適當(dāng)?shù)哪芰炕仞?，保證了制動(dòng)、減速的有效性、平滑性， 并使駕駛員的駕駛體驗(yàn)與傳統(tǒng)的燃油車基本無異。
圖1是本發(fā)明能量回饋控制系統(tǒng)的簡要結(jié)構(gòu)圖。圖2是電動(dòng)狀態(tài)下旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)與轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)關(guān)系示意圖。 圖3是能量回饋狀態(tài)下旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)與轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)關(guān)系示意圖。 圖4是本發(fā)明的在松油門時(shí)反饋力矩與速度關(guān)系圖。 圖5是本發(fā)明的反饋力矩與剎車深度、速度關(guān)系圖。 圖6是電機(jī)控制ECU在執(zhí)行能量回饋處理例程的流程圖。具體實(shí)施方式
下面通過具體的實(shí)施例并結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的描述。 圖1是表示作為本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方式的電動(dòng)汽車的能量回饋控制系統(tǒng) 的簡要結(jié)構(gòu)圖。如圖所示，實(shí)施例中的電動(dòng)汽車電氣驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)包括電池 組l;油門踏板2;剎車踏板3;油門、剎車信號(hào)采集器4;電容組5;電 機(jī)控制器(ECU)6;逆變器7;驅(qū)動(dòng)隔離單元8;電動(dòng)機(jī)9;旋轉(zhuǎn)變壓器10。其中，電池組l采用大功率電池組，電壓為200V 330V，是整個(gè)電氣 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的能量源；油門踏板2和剎車踏板3固定在與傳統(tǒng)汽車相同的地 方，用于向油門、剎車信號(hào)采集器傳遞油門深度的模擬信號(hào).，油門、剎車 信號(hào)采集器4負(fù)責(zé)采集油門、剎車的模擬信號(hào)，將其轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號(hào)，并 發(fā)送給電機(jī)控制器6;電容組5正極與電池組1的正極母線相連接，負(fù)極 與電池組1的負(fù)極母線相連接，用于吸收高頻沖擊電壓，平滑直流電壓波 形；電機(jī)控制器6用于計(jì)算PWM信號(hào)，通過驅(qū)動(dòng)隔離單元送入逆變器6; 逆變器6由二個(gè)工PM (智能功率模塊，也可用IGBT，晶體管等功率器件) 組成，IPM分為上下橋臂，二個(gè)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(fù)極母線相連接，各IPM之間的各個(gè)連 接點(diǎn)分別與電動(dòng)機(jī)9的三相線圈(U相、V相、W相)相連接；電動(dòng)機(jī)9是 永磁型同步電動(dòng)機(jī)，作為電動(dòng)汽車的動(dòng)力輸出源；旋轉(zhuǎn)變壓器10與電動(dòng)機(jī) 9的轉(zhuǎn)子相連接，用于檢測(cè)電動(dòng)機(jī)8的轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)角度位置，并傳遞給所 屬電機(jī)控制器6。本例的電動(dòng)汽車能量回饋控制方案，是基于與駕駛員對(duì)油門踏板2的
踩壓深度或者是對(duì)剎車踏板3的踩壓來實(shí)施對(duì)電機(jī)控制的。電動(dòng)汽車的電 機(jī)控制器6根據(jù)油門、剎車信號(hào)采集器采集的油門、剎車的數(shù)字信號(hào)，判 斷行車狀態(tài)。結(jié)合圖1和圖2說明電機(jī)的兩種工作狀態(tài)。電動(dòng)汽車使用的電機(jī)9電動(dòng)與發(fā)電狀態(tài)工作原理如下在汽車正常的行駛中，電機(jī)是正向電動(dòng)的， 轉(zhuǎn)子逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，此時(shí)由圖l可知，從電池組經(jīng)逆變器給出的電壓加在電 機(jī)的三相繞組上產(chǎn)生一旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，該磁場(chǎng)與轉(zhuǎn)子永磁場(chǎng)合成為電機(jī)的氣隙旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)B,.，圖2描述了電動(dòng)狀態(tài)時(shí)氣隙旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)B,與轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)F,方向 的關(guān)系，顯然電機(jī)處于電動(dòng)狀態(tài)時(shí)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)B,.的方向是超前于轉(zhuǎn)子磁場(chǎng) F,的方向的，該旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)B,拖動(dòng)轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)F,同步速旋轉(zhuǎn)，即帶動(dòng)轉(zhuǎn)子同步速旋轉(zhuǎn)，因此就將輸入的電功率轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械功率。當(dāng)有剎車或者松油門 的信號(hào)時(shí)，電機(jī)控制器6需要控制電機(jī)回饋能量時(shí)，根據(jù)電機(jī)的運(yùn)行原理，即要改變這兩個(gè)磁場(chǎng)之間的方向關(guān)系，圖3說明能量回饋時(shí)，電機(jī)運(yùn)行在 發(fā)電狀態(tài)，旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)B,的方向要落后于轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)F,的方向，轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)F,帶動(dòng)該旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)BJ司步速旋轉(zhuǎn)，傳遞一定的電磁功率，此時(shí)將轉(zhuǎn)子的機(jī)械能轉(zhuǎn)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(shí)， 使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速下降，達(dá)到了制動(dòng)的效果。對(duì)于上述電機(jī)能量回饋，其回饋時(shí)電機(jī)給出的反向制動(dòng)力矩的大小給 出與車速有關(guān)的，而且剎車時(shí)的能量回饋還與剎車的深度是相關(guān)的。對(duì)于 兩種情況下的能量反饋，首先圖1裝置中的旋轉(zhuǎn)變壓器10采集到轉(zhuǎn)子位置e 2，通過與上次采集的位置信號(hào)e ,計(jì)算出車速，判斷汽車速度是不是低于給定的最小能量反饋速度V。，低于給定的最小能量反饋速度VJ!寸不進(jìn)行能量回饋。當(dāng)油門開度小于回饋給定值時(shí)，對(duì)于油門信號(hào)的能量回饋要根 據(jù)檢測(cè)到的速度值，選擇-個(gè)合適的反向電磁力矩，即該力矩在整個(gè)減速 力矩中的比例，在這個(gè)比例下要保證與傳統(tǒng)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(xiàn)，速度與反饋力矩關(guān)系如圖4，反饋力矩T是隨車速在一定的范圍內(nèi)變化的，依據(jù)公式(l) 計(jì)算T=KV (V《V,) "...' (1)式中，K為當(dāng)前車速V達(dá)到最大比例反饋車速V,速度前計(jì)算反饋力矩的比
例系數(shù)，為一確定量,V為當(dāng)前車速，T為反饋力矩。當(dāng)前速度V達(dá)到給定的最大比例反饋車速V,時(shí)，反饋力矩是不變的，即反饋力矩T二乙'、。對(duì)于剎車情況下的能量回饋，在考慮車速的同時(shí)，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(shí)的力矩不一樣；在不同的車速下， 同-一個(gè)剎車深度回饋的力矩也要不一樣，盡量做到與燃油車相似，保證制動(dòng)的效果，結(jié)合圖5，對(duì)于不同的剎車深度和速度，反饋力矩是在圖中的 灰色區(qū)域，而斜線為剎車在不同速度下的剎車深度為100%時(shí)的反饋力矩， 對(duì)于同一速度，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(jù)公式(2)計(jì)算<formula>formula see original document page 8</formula> ......(2)式中K,、 K,分別為計(jì)算反饋力矩時(shí)的速度和剎車深度的比例系數(shù)，為一確 定值，V為當(dāng)前車速，Brake—De印為剎車深度，T為反饋力矩。在速度達(dá) 到V,后，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(shí)用來計(jì)算的速度值應(yīng)作為一常量對(duì)待，使用V,，依據(jù)計(jì)算公式 (3):<formula>formula see original document page 8</formula>......(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(diǎn)就是有一個(gè)最高的反向制動(dòng)力矩，即有一個(gè)最高的反饋比例。 上述各參數(shù)中，太小可能造成能量回饋太頻繁，電機(jī)轉(zhuǎn)速不穩(wěn)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(yōu)選為4% 6%。 V。、 V,根據(jù)車輛的各技術(shù)參數(shù)通過實(shí)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)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(yōu)選的范圍在'3 10KM/H之間。當(dāng) 速度很小時(shí)如果再反饋能量，其反饋的能量很少，此時(shí)的再生制動(dòng)已經(jīng)沒 有意義，并且汽車速度為零的瞬間如果電機(jī)還處于能量回饋的狀態(tài)，電機(jī) 轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速會(huì)在零左右波動(dòng)，Vn的給出可以很好的解決這樣的現(xiàn)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(shí)在V(,附近的電機(jī)抖動(dòng)現(xiàn)象，該現(xiàn)象是由于下坡時(shí)如果不踩油門踏板，能量回饋制動(dòng)的作 用將使當(dāng)前車速逐漸降到V(,，當(dāng)車速低于該Vu時(shí)，不進(jìn)行能量回饋，汽車將會(huì)在自身重力的作用下加速超過v ，但超過該點(diǎn)時(shí)回饋制動(dòng)的作用又會(huì)
使車速再次低于V。，如此電機(jī)轉(zhuǎn)速就會(huì)波動(dòng)，這樣會(huì)使電機(jī)運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生抖 動(dòng)，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(jī)要能平穩(wěn)運(yùn)行，因此給出Vi形成一個(gè)緩沖的區(qū)域，這樣就能抑制因?yàn)槭褂媚芰炕仞伩刂品绞胶笤趘。附近的電機(jī) 抖動(dòng)現(xiàn)象，根據(jù)車輛自身的各技術(shù)參數(shù)，由實(shí)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)可選出合適的v,，本例選V,為20KM/H，其優(yōu)選的范圍在15 25之間。對(duì)于最大反饋力矩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(huì) 引起回饋電流的沖擊，引起功率器件IPM的過流保護(hù)。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 系數(shù)K,、 K2。根據(jù)以上控制方案，電動(dòng)汽車的能量回饋制動(dòng)流程請(qǐng)參考圖6所示， 當(dāng)在行進(jìn)過程中時(shí)，系統(tǒng)采集油門信號(hào)、剎車信號(hào)，如果有剎車信號(hào)，則 依據(jù)車速、剎車深度計(jì)算力矩，給出反饋力矩，對(duì)電池組進(jìn)行充電；駕駛 員松油門到一定值時(shí)，此時(shí)電機(jī)控制器已經(jīng)可以從前端的油門、剎車信號(hào) 采集器發(fā)送的油門、剎車信號(hào)判斷出駕駛員的意圖，并判斷車速，計(jì)算力 矩，給出反饋力矩，對(duì)電池組進(jìn)行充電，能量幵始回饋。運(yùn)用本發(fā)明的能 量回饋控制系統(tǒng)可以有效的延長電動(dòng)汽車的續(xù)駛里程，提高了電池能量的 利用的效率。以上，對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行了說明，但本發(fā)明并不僅限于實(shí)施例， 本領(lǐng)域技術(shù)人員完全可以根據(jù)本發(fā)明以其他各種方式進(jìn)行拓展實(shí)施，這些 均屬于本發(fā)明之保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1. 一種電動(dòng)汽車能量回饋控制方法，包括如下步驟1)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)采集油門、剎車信號(hào)；2)當(dāng)采集到剎車信號(hào)時(shí)，依據(jù)當(dāng)前車速V、剎車深度Brake_Deep計(jì)算出反饋力矩T，控制電機(jī)給出反饋力矩，并將該力矩轉(zhuǎn)化為電能對(duì)電池組充電；3)當(dāng)未采集到剎車信號(hào)時(shí)，判斷油門開度，當(dāng)油門開度小于回饋給定值時(shí)，依據(jù)當(dāng)前車速V計(jì)算反饋力矩T，控制電機(jī)給出反饋力矩，并將該力矩轉(zhuǎn)化為電能對(duì)電池組充電。
2、 如權(quán)利要求1所述的電動(dòng)汽車能量回饋控制方法，其特征是所述步驟2)、步驟3)中的具體過程包括判斷車速是否低于給定的最小能量反 饋速度V。，當(dāng)前車速V低于給定的最小能量反饋速度V。時(shí)，反饋力矩取零。
3、 如權(quán)利要求1或2所述的電動(dòng)汽車能量回饋控制方法，其特征是所述 步驟3)中，當(dāng)前車速V大于或等于給定的最小能量反饋速度V。時(shí)，所述反饋力矩T與當(dāng)前車速V在一定的范圍內(nèi)成正比，二者關(guān)系為 T二KV (V《V》，K為計(jì)算反饋力矩的比例系數(shù)，為一確定量，V,為給定 的最大比例反饋車速；當(dāng)前速度V等于或大于V,時(shí)，反饋力矩T固定 取值為最大反饋力矩T_。
4、 如權(quán)利要求1或2所述的電動(dòng)汽車能量回饋控制方法，其特征是在所 述步驟2)中，剎車深度Brake—De印為100%時(shí)，反饋力矩T與當(dāng)前車 速V成正比；在當(dāng)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(guān)系為T:K,V+K2Brake一De印 ^ 、K2分別為計(jì)算反饋力矩時(shí)的速度和剎車深度的比例系數(shù)，為確定值。
5、 如權(quán)利要求4所述的電動(dòng)汽車能量回饋控制方法，其特征是在當(dāng)前速 度V達(dá)到或大于給定的最大比例反饋車速V,時(shí)，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(guān)系為T二K,Brake—De印。
6、 如權(quán)利要求1或2所述的電動(dòng)汽車能量回饋控制方法，其特征是所述步驟3)中所述的油門開度的回饋給定值優(yōu)選范圍為4% 6%。
7、 如權(quán)利要求1或2所述的電動(dòng)汽車能量回饋控制方法，其特征是所述 最小能量反饋速度V。優(yōu)選范圍在3 10KM/H之間。
8、 如權(quán)利要求1或2所述的電動(dòng)汽車能量回饋控制方法，其特征是所述 最大比例反饋車速V,優(yōu)選范圍在15 25KM/H之間。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種電動(dòng)汽車能量回饋控制方法，當(dāng)行進(jìn)過程中時(shí)，當(dāng)電動(dòng)汽車油門放松到一定值時(shí)，此時(shí)電機(jī)控制器可以從前端的油門、剎車信號(hào)采集器發(fā)送的油門、剎車信號(hào)結(jié)合當(dāng)前車速等判斷出駕駛員的意圖，并控制電機(jī)實(shí)現(xiàn)能量回饋；同理，在行進(jìn)過程中剎車被踩下時(shí)，結(jié)合剎車深度、當(dāng)前車速等，實(shí)現(xiàn)能量回饋控制。運(yùn)用本發(fā)明的能量回饋控制方法可以有效延長電動(dòng)汽車的續(xù)駛里程，提高電池能量的利用效率。由于能量回饋時(shí)綜合考慮油門比例、剎車深度，并視當(dāng)前車速等各種因素，實(shí)現(xiàn)合理、適當(dāng)?shù)哪芰炕仞?，保證了制動(dòng)、減速的有效性、平滑性，并使駕駛員的駕駛體驗(yàn)與傳統(tǒng)的燃油車基本無異。
文檔編號(hào)B60W10/18GK101209675SQ20061015773
公開日2008年7月2日 申請(qǐng)日期2006年12月26日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月26日
發(fā)明者楠 劉, 周旭光, 楊廣明, 湯小華, 銘 郁, 劍 龔 申請(qǐng)人:比亞迪股份有限公司