專利名稱：電動公交車制動能量回收并聯(lián)控制系統(tǒng)及其控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電動汽車制動能量回收范圍，特別涉及一種電動公交車制動能量回收并聯(lián)控制系統(tǒng)及其控制方法。
背景技術(shù)：
制動能量回收是電動汽車的一個巨大優(yōu)勢，這對于提高電動公交車的經(jīng)濟(jì)性，提高能量利用率有重要意義。電動公交車制動能量回收控制策略是影響制動能量回收效果的重要因素之一。目前采用制動能量回收控制策略主要包括串聯(lián)控制和并聯(lián)控制兩類。串聯(lián)控制策略是一種閉環(huán)控制系統(tǒng)，需要采用電子制動系統(tǒng)來實現(xiàn)對前后軸機(jī)械制動力的動態(tài)調(diào)節(jié)，從而為電機(jī)制動提供更多的機(jī)會，理論上可以實現(xiàn)最高的制動能量回收效率，但受到制動安全、驅(qū)動電機(jī)和動力電池的功率容量限制等因素的制約，其實際的制動能量回收利用潛力往往大打折扣，而為了實現(xiàn)串聯(lián)策略控制所需要的電子制動系統(tǒng)增加了電動公交車控制系統(tǒng)的復(fù)雜性和整車開發(fā)成本。并聯(lián)式控制方案是一種開環(huán)控制系統(tǒng)，其主要優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單、成本低；主要缺點是由于總有摩擦制動在起作用，會對制動能量回收效率產(chǎn)生影響。但如果針對電動公交車的運行工況進(jìn)行專門設(shè)計，電動公交車即使采用并聯(lián)制動控制策略也能夠獲得較高的制動能量回收效率。并聯(lián)制動控制策略保留了所有常規(guī)機(jī)械制動系統(tǒng)的主要部件，它可以或不予配備 ABS制動系統(tǒng)，其特點在于僅電機(jī)制動力是可控的，而機(jī)械制動力在ABS開始起作用之前是由駕駛員通過制動踏板進(jìn)行控制的。目前電動公交車上采用的兩種并聯(lián)式制動控制策略分別是簡單并聯(lián)和異步并聯(lián)控制策略，其制動力分配策略如圖1所示。圖2給出了上述兩種并聯(lián)控制策略的制動力分配曲線，從圖中看出，兩種控制策略的制動力分配曲線都位于I曲線的上方，這對制動力分配要求來說是不太理想的。所以解決并聯(lián)控制策略制動力分配中存在的問題具有重要的實用意義。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提出一種電動公交車制動能量回收并聯(lián)控制系統(tǒng)及其控制方法。一種電動公交車制動能量回收并聯(lián)控制系統(tǒng)，其特征在于，所述并聯(lián)控制系統(tǒng)由機(jī)械制動系統(tǒng)和電機(jī)制動系統(tǒng)兩部分組成；所述機(jī)械制動系統(tǒng)包括前輪制動和后輪制動兩部分，前輪制動為前輪制動儲氣罐2通過前輪制動第一管路3和制動腳控制閥4連接，制動腳控制閥4通過前輪制動第二管路7與前制動氣室8連接；后輪制動為后輪制動儲氣罐1 通過后制動第一管路19分別連接制動腳控制閥4與繼動閥17，制動腳控制閥4通過后制動第二管路9和后制動組合閥10連接，后制動組合閥10通過后制動第三管路16與繼動閥 17連接，繼動閥17再與后輪制動氣室18連接；所述電機(jī)制動系統(tǒng)由驅(qū)動電機(jī)控制器14分別與驅(qū)動電機(jī)15、過載保護(hù)控制器12及制動踏板行程傳感器5連接，過載保護(hù)控制器12分別連接電耗裝置11和動力電池組13組成；
所述組合閥10由順序閥22和定壓差減壓閥23兩部分組成，順序閥22的輸入連接制動腳控制閥4輸出，順序閥22的通道內(nèi)固定順序彈簧25和順序閥片M，順序閥22的輸出連接定壓差減壓閥23的輸入，定壓差減壓閥23被定壓膜片27分成A腔和C腔，A腔內(nèi)固定定壓閥片28，C腔內(nèi)定壓彈簧26，定壓閥片觀回右邊為B腔，B腔內(nèi)定壓閥片觀與回位彈簧四連接，B腔與前輪制動第二管路7相通。一種電動公交車制動能量回收并聯(lián)控制方法，其特征在于。所述電動公交車制動能量回收并聯(lián)控制原理是制動腳控制閥4向組合閥10的順序閥22的輸入氣壓pl，并通過順序彈簧25和順序閥片M控制通往定壓差減壓閥23的A腔，壓力值pl通往前輪制動第二管路7的制動氣壓p0延遲一段踏板行程&后再輸出；定壓差減壓閥23的作用是使通往后輪制動氣室18的氣壓p2比pl小Δ p，回位彈簧四使定壓差減壓閥的定壓閥片觀在初始狀態(tài)下保持一定開度，當(dāng)氣壓由A腔通過定壓閥片觀到達(dá)B腔后，通過內(nèi)部腔道進(jìn)入C 腔，C腔的壓力和定壓彈簧沈的彈簧力共同作用在定壓膜片27的左側(cè)，A腔的壓力作用在定壓膜片27的右側(cè)，當(dāng)膜片27處于平衡狀態(tài)時，閥片觀關(guān)閉，就使得通往后輪制動管路的壓力ρ2比pl小Δ ρ，這樣就保證后輪機(jī)械制動力比前輪機(jī)械制動力小一個差值，該差值大小剛好與電機(jī)的最大制動轉(zhuǎn)矩相對應(yīng)，這樣就保證了電動公交車在0. Ig以上的制動強(qiáng)度下整車前后制動力分配關(guān)系與原基礎(chǔ)車型一致；上述電動公交車并聯(lián)控制策略為一種改進(jìn)的異步式并聯(lián)制動控制策略，該策略主要特點有1)制動踏板的全行程的前段是“純電機(jī)驅(qū)動”行程，后段是“純電機(jī)制動和前后機(jī)械制動”組合行程；2)在后輪制動管路上以順序閥和定壓差減壓閥”組合閥的方式實現(xiàn)在制動強(qiáng)度大于0. Ig時獲得與原基礎(chǔ)車型同樣的前后制動力分配曲線；3)采用與動力電池并聯(lián)回饋電耗裝置的方法確保在動力電池電池或超級電容全 SOC范圍內(nèi)制動感覺的一致性。本發(fā)明的有益效果是本改進(jìn)的異步式并聯(lián)制動控制策略將制動踏板劃分為“純電機(jī)驅(qū)動”行程，后段是“純電機(jī)制動和前后機(jī)械制動”組合行程，確保在小減速度范圍內(nèi)盡量讓電機(jī)制動多回收能量。采用組合閥的方式讓后輪的機(jī)械制動延遲起作用，以使制動力分配曲線返回到原基礎(chǔ)車型同樣的前后制動力分配曲線上，而與動力電池并聯(lián)的回饋電耗裝置確保動力電池組不會過充電，且電機(jī)最大制動轉(zhuǎn)矩在任何情形下維持恒定，以保持制動踏板感覺的一致性。


圖1.兩種并聯(lián)控制策略的控制方案，其中a為簡單并聯(lián)控制方案，b為異步并聯(lián)控制方案。圖2.簡單并聯(lián)和異步并聯(lián)控制策略制動力分配曲線，其中，a為簡單并聯(lián)控制策略制動力分配曲線，b為異步并聯(lián)控制策略制動力分配曲線。圖3a為異步并聯(lián)及后軸限壓控制策略曲線；圖北為異步并聯(lián)控制方案的制動力分配曲線。圖4電動公交車并聯(lián)制動控制系統(tǒng)原理圖。圖5為.后制動管路電動公交車制動能量回收并聯(lián)控制系統(tǒng)及其控制方法。
具體實施例方式本發(fā)明提出一種電動公交車制動能量回收并聯(lián)控制系統(tǒng)及其控制方法。下面結(jié)合附圖予以說明。圖4所示為電動公交車并聯(lián)制動控制系統(tǒng)原理圖，圖中，并聯(lián)控制系統(tǒng)由機(jī)械制動系統(tǒng)和電機(jī)制動系統(tǒng)兩部分組成；所述機(jī)械制動系統(tǒng)包括前輪制動和后輪制動兩部分， 前輪制動為前輪制動儲氣罐2通過前輪制動第一管路3和制動腳控制閥4連接，制動腳控制閥4通過前輪制動第二管路7與前制動氣室8連接；后輪制動為后輪制動儲氣罐1通過后制動第一管路19分別連接制動腳控制閥4與繼動閥17，制動腳控制閥4通過后制動第二管路9和后制動組合閥10連接，后制動組合閥10通過后制動第三管路16與繼動閥17連接，繼動閥17再與后制動氣室18連接；所述電機(jī)制動系統(tǒng)由驅(qū)動電機(jī)控制器14分別與驅(qū)動電機(jī)15、過載保護(hù)控制器12及制動踏板行程傳感器5連接，過載保護(hù)控制器12分別連接電耗裝置11和動力電池組13組成。圖5所示為后輪制動管路上采用的組合閥原理圖。組合閥10由順序閥22和定壓差減壓閥23兩部分組成(如圖fe所示)，順序閥22的輸入連接制動腳控制閥4輸出，順序閥22的通道內(nèi)固定順序彈簧25和順序閥片M，順序閥22的輸出連接定壓差減壓閥23的輸入，定壓差減壓閥23被定壓膜片27分成A腔和C腔，A腔內(nèi)固定定壓閥片28，C腔內(nèi)定壓彈簧26，定壓閥片觀回右邊為B腔，B腔內(nèi)定壓閥片觀與回位彈簧四連接，B腔與前輪制動第二管路7相通(如圖恥所示)。順序閥22的輸入為制動腳控制閥4的后制動管路輸出氣壓pl，通過順序彈簧25和順序閥片M可以控制通往定壓差減壓閥23的壓力值pi 比通往前輪制動第二管路7的制動氣壓p0延遲一段踏板行程Stl (如圖5c所示)后再輸出。 定壓差減壓閥23的作用是使通往后輪制動氣室的氣壓p2比pl小Δρ (如圖5c所示)，回位彈簧四使定壓差減壓閥的定壓閥片觀在初始狀態(tài)下保持一定開度，當(dāng)氣壓由A腔通過定壓閥片觀到達(dá)B腔后，通過內(nèi)部腔道進(jìn)入C腔，C腔的壓力和定壓彈簧沈的彈簧力共同作用在定壓膜片27的左側(cè)，A腔的壓力作用在膜片27的右側(cè)，當(dāng)定壓膜片27處于平衡狀態(tài)時，定壓閥片觀關(guān)閉，就使得通往后輪制動管路的壓力P2比pl小Δρ，這樣就保證后輪機(jī)械制動力比前輪機(jī)械制動力小一個差值，該差值大小剛好與電機(jī)的最大制動轉(zhuǎn)矩相對應(yīng)， 這樣就保證了電動公交車在較大制動強(qiáng)度(0. Ig以上)下整車前后制動力分配關(guān)系與原基礎(chǔ)車型一致。為了解決電動公交車并聯(lián)控制策略制動力分配中存在的問題，本發(fā)明提出了一種異步并聯(lián)加后軸限壓控制策略(如圖3a所示)，該策略主要特點有1)制動踏板的全行程的前段是“純電機(jī)驅(qū)動”行程，后段是“純電機(jī)制動和前后機(jī)械制動”組合行程；2)在后輪制動管路上以順序閥和定壓差減壓閥”組合閥的方式實現(xiàn)在制動強(qiáng)度大于0. Ig時獲得與原基礎(chǔ)車型同樣的前后制動力分配曲線(如圖3a所示)；3)采用與動力電池并聯(lián)回饋電耗裝置的方法確保在動力電池電池或超級電容全 SOC范圍內(nèi)制動感覺的一致性。歸納起來，制動踏板劃分為“純電機(jī)制動”行程和“電機(jī)制動+機(jī)械制動”行程確保在小減速度范圍內(nèi)盡量讓電機(jī)制動多回收能量。采用組合閥的方式讓后輪的機(jī)械制動延遲起作用，以使制動力分配曲線返回到原β線上(如圖北所示)。而與動力電池并聯(lián)的回饋電耗裝置確保動力電池組不會過充電且電機(jī)最大制動轉(zhuǎn)矩在任何情形下維持恒定，以保持制動踏板感覺的一致性。
權(quán)利要求
1.一種電動公交車制動能量回收并聯(lián)控制系統(tǒng)，其特征在于，所述并聯(lián)控制系統(tǒng)由機(jī)械制動系統(tǒng)和電機(jī)制動系統(tǒng)兩部分組成；所述機(jī)械制動系統(tǒng)包括前輪制動和后輪制動兩部分，前輪制動為前輪制動儲氣罐( 通過前輪制動第一管路( 和制動腳控制閥(4)連接， 制動腳控制閥(4)通過前輪制動第二管路(7)與前制動氣室(8)連接；后輪制動為后輪制動儲氣罐(1)通過后制動第一管路(19)分別連接制動腳控制閥(4)與繼動閥(17)，制動腳控制閥(4)通過后制動第二管路(9)和后制動組合閥(10)連接，后制動組合閥(10)通過后制動第三管路(16)與繼動閥(17)連接，繼動閥(17)再與后輪制動氣室(18)連接；所述電機(jī)制動系統(tǒng)由驅(qū)動電機(jī)控制器(14)分別與驅(qū)動電機(jī)(15)、過載保護(hù)控制器(1 及制動踏板行程傳感器( 連接，過載保護(hù)控制器(1 分別連接電耗裝置(11)和動力電池組 (13)組成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述電動公交車制動能量回收并聯(lián)控制系統(tǒng)，其特征在于，所述組合閥(10)由順序閥0 和定壓差減壓閥兩部分組成，順序閥0 的輸入連接制動腳控制閥⑷輸出，順序閥02)的通道內(nèi)固定順序彈簧05)和順序閥片(M)，順序閥02) 的輸出連接定壓差減壓閥的輸入，定壓差減壓閥被定壓膜片(XT)分成A腔和C 腔，A腔內(nèi)固定定壓閥片08)，C腔內(nèi)定壓彈簧( )，定壓閥片08)回右邊為B腔，B腔內(nèi)定壓閥片08)與回位彈簧09)連接，B腔與前輪制動第二管路(7)相通。
3.一種電動公交車制動能量回收并聯(lián)控制方法，其特征在于，所述電動公交車制動能量回收并聯(lián)控制原理是制動腳控制閥向組合閥(10)的順序閥02)的輸入氣壓pl，并通過順序彈簧0 和順序閥片04)控制通往定壓差減壓閥的A腔，壓力值pl通往前輪制動第二管路(7)的制動氣壓pO延遲一段踏板行程&后再輸出；定壓差減壓閥03) 的作用是使通往后輪制動氣室(18)的氣壓p2比pl小Δρ，回位彈簧09)使定壓差減壓閥的定壓閥片08)在初始狀態(tài)下保持一定開度，當(dāng)氣壓由A腔通過定壓閥片08)到達(dá)B 腔后，通過內(nèi)部腔道進(jìn)入C腔，C腔的壓力和定壓彈簧06)的彈簧力共同作用在定壓膜片(27)的左側(cè)，A腔的壓力作用在定壓膜片(XT)的右側(cè)，當(dāng)膜片(XT)處于平衡狀態(tài)時，閥片(28)關(guān)閉，就使得通往后輪制動管路的壓力p2比pl小Δp，這樣就保證后輪機(jī)械制動力比前輪機(jī)械制動力小一個差值，該差值大小剛好與電機(jī)的最大制動轉(zhuǎn)矩相對應(yīng)，這樣就保證了電動公交車在0. Ig以上的制動強(qiáng)度下整車前后制動力分配關(guān)系與原基礎(chǔ)車型一致；上述電動公交車并聯(lián)控制策略為一種改進(jìn)的異步式并聯(lián)制動控制策略，該策略主要特點有1)制動踏板的全行程的前段是“純電機(jī)驅(qū)動”行程，后段是“純電機(jī)制動和前后機(jī)械制動”組合行程；2)在后輪制動管路上以順序閥和定壓差減壓閥，組合閥的方式實現(xiàn)在制動強(qiáng)度大于 0. Ig時獲得與原基礎(chǔ)車型同樣的前后制動力分配曲線；3)采用與動力電池并聯(lián)回饋電耗裝置的方法確保在動力電池電池或超級電容全SOC 范圍內(nèi)制動感覺的一致性。
全文摘要
本發(fā)明公開了屬于電動汽車制動能量回收范圍的一種電動公交車制動能量回收并聯(lián)控制系統(tǒng)及其控制方法。所述并聯(lián)控制系統(tǒng)由機(jī)械制動系統(tǒng)和電機(jī)制動系統(tǒng)兩部分組成；所述機(jī)械制動系統(tǒng)包括前輪制動和后輪制動兩部分，前輪制動為前輪制動儲氣罐，通過前輪制動管路和制動腳控制閥連接，后制動組合閥通過后制動管路與繼動閥連接；所述電機(jī)制動系統(tǒng)由驅(qū)動電機(jī)控制器控制。電動公交車并聯(lián)控制策略為一種改進(jìn)的異步式并聯(lián)制動控制策略，其制動踏板的全行程的前段是“純電機(jī)驅(qū)動”行程，后段是“純電機(jī)制動和前后機(jī)械制動”組合行程；獲得與原基礎(chǔ)車型同樣的前后制動力分配曲線，確保在動力電池電池或超級電容全SOC范圍內(nèi)制動感覺的一致性。
文檔編號B60L7/26GK102424003SQ20111032377
公開日2012年4月25日 申請日期2011年10月21日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月21日
發(fā)明者仇斌, 朱妮, 朱家璉, 江發(fā)潮, 陳全世 申請人:清華大學(xué)