專(zhuān)利名稱(chēng)：制動(dòng)能量回收綜合試驗(yàn)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種制動(dòng)能量回收試驗(yàn)裝置，尤其是一種兼具有防抱死制動(dòng)
系統(tǒng)(ABS)制動(dòng)功能的制動(dòng)能量回收綜合試驗(yàn)裝置。
背景技術(shù)：
近年來(lái)，全球環(huán)境和能源問(wèn)題的日益突出。在要求低油耗，低排放的壓 力推動(dòng)下，電動(dòng)車(chē)發(fā)展迅速?；旌蟿?dòng)力電動(dòng)汽車(chē)技術(shù)也成為當(dāng)今國(guó)際汽車(chē)研 究開(kāi)發(fā)的熱點(diǎn)。對(duì)于這些以電動(dòng)機(jī)作為動(dòng)力的車(chē)輛，電池是關(guān)鍵。它存儲(chǔ)電 能多少?zèng)Q定和影響車(chē)輛的續(xù)駛里程。但是蓄電池的技術(shù)相對(duì)落后，不能滿(mǎn)足 車(chē)輛需求，嚴(yán)重制約了電動(dòng)車(chē)及混合動(dòng)力電動(dòng)車(chē)的發(fā)展。然而，傳統(tǒng)制動(dòng)器 將制動(dòng)能量完全轉(zhuǎn)化為熱能。不僅能量白白浪費(fèi)掉，還加大制動(dòng)器的磨損和 減少使用壽命。
目前，能夠?qū)χ苿?dòng)能量進(jìn)行回收的電動(dòng)汽車(chē)，其基本原理為電動(dòng)汽車(chē) 在減速或剎車(chē)時(shí)，將汽車(chē)行駛的慣性能量通過(guò)傳動(dòng)系統(tǒng)傳遞給電機(jī)，電機(jī)以 發(fā)電方式工作，為動(dòng)力電池充電，實(shí)現(xiàn)慣性能量的回收利用。而現(xiàn)在對(duì)于回
收過(guò)程中涉及到的車(chē)輛運(yùn)行平穩(wěn)、電池充電控制、剎車(chē)減速控制、與ABS
控制匹配等技術(shù)問(wèn)題以及安全性，都沒(méi)有很好的解決，因此，急需一種研究
制動(dòng)能量回收的試驗(yàn)平臺(tái)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于由此提供一種包含有ABS制動(dòng)系統(tǒng)的電池儲(chǔ)能式制 動(dòng)能量回收綜合試驗(yàn)裝置。該試驗(yàn)裝置可以模擬優(yōu)化混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(chē)在減 速過(guò)程中將動(dòng)能轉(zhuǎn)化為電能，存儲(chǔ)到蓄電池。還可以利用該試驗(yàn)裝置研究， 在保證汽車(chē)平順性基礎(chǔ)上，ABS制動(dòng)系統(tǒng)與制動(dòng)能量回收系統(tǒng)工作的協(xié)調(diào)匹 配性能，研究如何實(shí)施有效制動(dòng)的同時(shí)最大限度的回收能量。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取了如下技術(shù)方案。本裝置主要包括主電 機(jī)、副電機(jī)、發(fā)電機(jī)和ABS制動(dòng)系統(tǒng)；副電機(jī)轉(zhuǎn)子軸、第二離合器總成、副 電機(jī)轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器同軸依次機(jī)械連接，并通過(guò)皮帶及皮帶輪與主電機(jī)轉(zhuǎn)子
軸連接；主電機(jī)轉(zhuǎn)子軸依次與主電機(jī)轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器、第一離合器總成、制
動(dòng)盤(pán)、發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器、第三離合器總成和發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子軸同軸機(jī)械連
接；發(fā)電機(jī)依次與逆變器、蓄電池組和電源管理單元電路連接。所述的ABS 制動(dòng)系統(tǒng)包括制動(dòng)盤(pán)、制動(dòng)鉗、ABS轉(zhuǎn)速傳感器、ABS泵、ABS控制器、制 動(dòng)開(kāi)關(guān)、制動(dòng)踏板、真空助力器和制動(dòng)總泵，ABS輪速傳感器與ABS控制器 電路連接，制動(dòng)鉗總成與ABS泵管路連接，ABS控制器與ABS泵電路連接， ABS泵與制動(dòng)總泵管路連接，制動(dòng)總泵與真空助力器機(jī)械連接，制動(dòng)踏板與 真空泵機(jī)械連接，制動(dòng)開(kāi)關(guān)與ABS控制器電路連接；主電機(jī)控制器與主電機(jī) 電路連接；副電機(jī)控制器與副電機(jī)電路連接；發(fā)電機(jī)控制器與發(fā)電機(jī)電路連 接；主電機(jī)轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器、副電機(jī)轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器、發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感 器分別連接有轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速測(cè)量?jī)x。轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速測(cè)量?jī)x、主電機(jī)控制器、副電機(jī)控 制器、發(fā)電機(jī)控制器、電池管理單元、ABS控制器和協(xié)調(diào)匹配控制器均連接 在CAN總線(xiàn)上。
本發(fā)明中主/副電機(jī)可單獨(dú)或共同工作，通過(guò)連接軸向發(fā)電機(jī)輸出動(dòng) 力。主/副電機(jī)控制器分別控制主/副電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩及功率大小。針對(duì)不同的 試驗(yàn)要求，主/副電機(jī)控制器可控制主/副電機(jī)輸出恒定轉(zhuǎn)矩或者隨時(shí)間變化 的轉(zhuǎn)矩。離合器總成作用是防止電機(jī)過(guò)載，保護(hù)試驗(yàn)裝置。電池管理單元實(shí) 時(shí)監(jiān)控和記錄蓄電池組狀態(tài)參數(shù)。當(dāng)發(fā)電機(jī)處于發(fā)電狀態(tài)時(shí)，電池管理單元 判斷蓄電池組荷電狀態(tài)(SOC)值是否低于100%時(shí)，低于100%時(shí)允許給蓄電池 組充電。發(fā)電機(jī)發(fā)出的交流電經(jīng)過(guò)逆變器轉(zhuǎn)成直流電補(bǔ)充給蓄電池組。通過(guò) CAN (控制器局域網(wǎng)，Controller Area Networks的縮寫(xiě))，協(xié)調(diào)匹配控制 器可獲取各電機(jī)工況信息及電池狀態(tài)信息。根據(jù)不同試驗(yàn)所采用的控制策 略，向電機(jī)控制器、ABS控制器及電池管理單元發(fā)送相應(yīng)的指令，對(duì)各自控 制對(duì)象進(jìn)行控制管理。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)為制動(dòng)能量回收研究提供試驗(yàn)平臺(tái)。模擬實(shí)現(xiàn)制動(dòng)能量 回收的基礎(chǔ)上，還可在該試驗(yàn)裝置上，針對(duì)不同的運(yùn)行工況，按照多種控制 策略，對(duì)制動(dòng)能量回收系統(tǒng)進(jìn)行研究，以達(dá)到提高制動(dòng)能量回收系統(tǒng)的回收 效率及工作可靠性的目的。此外，該試驗(yàn)裝置還可用于獨(dú)立研究改進(jìn)ABS
制動(dòng)系統(tǒng)的制動(dòng)性能。


圖l本發(fā)明的控制結(jié)構(gòu)示意圖
圖中1-主電機(jī)2-副電機(jī)3-發(fā)電機(jī)4-主電機(jī)控制器5-副電機(jī)控 制器6-發(fā)電機(jī)控制器7-第一離合器總成8-第二離合器總成9-第三 離合器總成10-聯(lián)軸器 11-ABS輪速傳感器 12-制動(dòng)盤(pán) 13-制動(dòng)開(kāi)關(guān) 14-制動(dòng)踏板15-真空助力器 16-制動(dòng)總泵 17-ABS泵 18-ABS控制器 19-制動(dòng)鉗總成20-皮帶及皮帶輪21-皮帶張緊器22-CAN總線(xiàn)23-電 池管理單元24-蓄電池組25-逆變器26-主電機(jī)轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器27-副電機(jī)轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器28-發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器29-轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速測(cè)量?jī)x 30-協(xié)調(diào)匹配控制器具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明
如圖1所示，在制動(dòng)能量回收綜合試驗(yàn)裝置中，副電機(jī)2在主電機(jī)1
的一側(cè)，與主電機(jī)l串聯(lián)連接。副電機(jī)2轉(zhuǎn)子軸、第二離合器總成8副電機(jī) 和第二轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器27依次同軸機(jī)械連接，該連接軸還通過(guò)皮帶及皮帶 輪20與主電機(jī)1轉(zhuǎn)子軸連接，皮帶張緊輪21作用在皮帶20上。主電機(jī)l 轉(zhuǎn)子軸與主電機(jī)轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器26、第一離合器總成7、制動(dòng)盤(pán)總成19、 發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器28、第三離合器總成9、發(fā)電機(jī)3轉(zhuǎn)子軸順序同軸機(jī) 械連接；發(fā)電機(jī)3與逆變器25電路連接；逆變器25與蓄電池組24電路連 接；電源管理單元23與蓄電池組24電路連接；ABS輪速傳感器11與ABS 控制器18電路連接；制動(dòng)鉗總成19與ABS泵17管路連接；ABS控制器18 與ABS泵17電路連接；ABS泵17與制動(dòng)總泵16管路連接；制動(dòng)總泵16與 真空助力器15機(jī)械連接；制動(dòng)踏板14與真空泵15機(jī)械連接；制動(dòng)開(kāi)關(guān)13 與ABS控制器18電路連接；由制動(dòng)盤(pán)12、制動(dòng)鉗12、 ABS轉(zhuǎn)速傳感器ll、 ABS泵17、 ABS控制器18、制動(dòng)開(kāi)關(guān)13、制動(dòng)踏板14、真空助力器15和制 動(dòng)總泵16組成了 ABS制動(dòng)系統(tǒng)。主電機(jī)控制器4與主電機(jī)1電路連接；副 電機(jī)控制器5與副電機(jī)2電路連接；發(fā)電機(jī)控制器6與發(fā)電機(jī)3電路連接；
三個(gè)轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器26、 27、 28均與轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速測(cè)量?jī)x29電路連接；三個(gè)轉(zhuǎn) 矩轉(zhuǎn)速測(cè)量?jī)x29、主電機(jī)控制器4、副電機(jī)控制器5、發(fā)電機(jī)控制器6、電 池管理單元23、 ABS控制器18和協(xié)調(diào)匹配控制器30，這些裝置能量管理和 自動(dòng)控制所需電子裝置，均連接在CAN總線(xiàn)22上。 具體工作原理如下
主/副電機(jī)l， 2可單獨(dú)或共同工作，通過(guò)連接軸向發(fā)電機(jī)3輸出動(dòng)力。 主/副電機(jī)控制器4， 5分別控制主/副電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩及功率大小。針對(duì)不同 的試驗(yàn)要求，主/副電機(jī)控制器4， 5可控制主/副電機(jī)輸出恒定轉(zhuǎn)矩或者隨 時(shí)間變化的轉(zhuǎn)矩。離合器總成7， 8， 9作用是防止電機(jī)過(guò)載，保護(hù)試驗(yàn)裝置。 電池管理單元23實(shí)時(shí)監(jiān)控和記錄蓄電池組24狀態(tài)參數(shù)。當(dāng)發(fā)電機(jī)3處于發(fā) 電狀態(tài)時(shí)，電池管理單元23判斷蓄電池組S0C值是否低于100%時(shí)，低于100% 時(shí)允許給蓄電池組充電。發(fā)電機(jī)3發(fā)出的交流電經(jīng)過(guò)逆變器25轉(zhuǎn)成直流電 補(bǔ)充給蓄電池組24。通過(guò)CAN總線(xiàn)22，協(xié)調(diào)匹配控制器30可獲取各電機(jī)工 況信息及電池狀態(tài)信息。根據(jù)不同試驗(yàn)所采用的控制策略，向電機(jī)控制器、 ABS控制器18及電池管理單元23發(fā)送相應(yīng)的指令，對(duì)各自控制對(duì)象進(jìn)行控 制管理。
制動(dòng)能量綜合試驗(yàn)裝置可實(shí)現(xiàn)再生制動(dòng)能量回收的兩種工作模式
1) 純電機(jī)制動(dòng)能量回收模式
在再生制動(dòng)過(guò)程中，當(dāng)制動(dòng)踏板14沒(méi)有踩下時(shí)，進(jìn)行純電機(jī)制動(dòng)。制 動(dòng)力矩完全由發(fā)電機(jī)3提供，施加于連接軸上。制動(dòng)力矩反作用于發(fā)電機(jī)3，
致使發(fā)電機(jī)3發(fā)電，進(jìn)行慣性能量回收。
2) 機(jī)電混合式制動(dòng)能量回收模式
在再生制動(dòng)過(guò)程中，當(dāng)制動(dòng)踏板14踩下時(shí)，制動(dòng)力矩包含摩擦制動(dòng)力 矩和電機(jī)制動(dòng)力矩兩部分。摩擦制動(dòng)力矩通過(guò)操縱制動(dòng)踏板14得到。當(dāng)ABS 控制器18通過(guò)ABS輪速傳感器11捕獲的信號(hào)，處理判斷車(chē)輪角減速度未達(dá) 到設(shè)定的ABS工作值時(shí)(根據(jù)不同試驗(yàn)要求，ABS工作的角減速度值可人為 設(shè)定)，ABS不工作，相當(dāng)于常規(guī)的摩擦制動(dòng)；當(dāng)車(chē)輪角減速度達(dá)到設(shè)定值 時(shí)，ABS工作，對(duì)制動(dòng)盤(pán)12的摩擦制動(dòng)力進(jìn)行控制。電機(jī)制動(dòng)力矩作為再
生制動(dòng)力矩，可使發(fā)電機(jī)運(yùn)行在發(fā)電狀態(tài)給蓄電池組24充電，進(jìn)行慣性能
量回收。
同時(shí)，此制動(dòng)能量回收綜合試驗(yàn)臺(tái)還可單獨(dú)用于ABS控制系統(tǒng)的試驗(yàn)開(kāi) 發(fā)研究。具體的工作原理是這樣的主電機(jī)1與第一離合器總成7保持分離。 發(fā)電機(jī)控制器6控制發(fā)電機(jī)3以電機(jī)工作模式工作，帶動(dòng)制動(dòng)盤(pán)12轉(zhuǎn)動(dòng)。 當(dāng)轉(zhuǎn)速達(dá)到試驗(yàn)要求時(shí)，發(fā)電機(jī)3停止工作，保持慣性轉(zhuǎn)動(dòng)。ABS制動(dòng)系統(tǒng) 開(kāi)始工作，對(duì)制動(dòng)盤(pán)實(shí)施制動(dòng)。
本發(fā)明的有益效果是，制動(dòng)能量回收綜合試驗(yàn)裝置為研究制動(dòng)能量回收 課題提供了試驗(yàn)平臺(tái)。在此試驗(yàn)平臺(tái)上，可進(jìn)行例如制動(dòng)能量回收系統(tǒng)的回 收效能試驗(yàn)，與ABS制動(dòng)系統(tǒng)協(xié)調(diào)匹配試驗(yàn)等。同時(shí)也為開(kāi)發(fā)ABS制動(dòng)系統(tǒng) 及控制方法提供了試驗(yàn)平臺(tái)。還可對(duì)協(xié)調(diào)匹配控制器、電機(jī)控制器，ABS控 制器等及相應(yīng)的控制方法進(jìn)行試驗(yàn)研究。
權(quán)利要求
1、制動(dòng)能量回收綜合試驗(yàn)裝置，其特征在于主要包括主電機(jī)(1)、副電機(jī)(2)、發(fā)電機(jī)(3)和ABS制動(dòng)系統(tǒng)；副電機(jī)(2)轉(zhuǎn)子軸、第二離合器總成(8)、副電機(jī)轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器(27)依次同軸機(jī)械連接，并通過(guò)皮帶及皮帶輪(20)與主電機(jī)(1)轉(zhuǎn)子軸連接；主電機(jī)(1)轉(zhuǎn)子軸依次與主電機(jī)轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器(26)、第一離合器總成(7)、制動(dòng)盤(pán)(12)、發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器(28)、第三離合器總成(9)和發(fā)電機(jī)(3)轉(zhuǎn)子軸同軸機(jī)械連接；發(fā)電機(jī)(3)依次與逆變器(25)、蓄電池組(24)和電源管理單元(23)電路連接；所述的ABS制動(dòng)系統(tǒng)包括制動(dòng)盤(pán)(12)、制動(dòng)鉗總成(9)、ABS轉(zhuǎn)速傳感器(11)、ABS泵(17)、ABS控制器(18)、制動(dòng)開(kāi)關(guān)(13)、制動(dòng)踏板(14)、真空助力器(15)和制動(dòng)總泵(16)，ABS輪速傳感器(11)與ABS控制器(18)電路連接，制動(dòng)鉗總成(19)與ABS泵(17)管路連接，ABS控制器(18)與ABS泵(17)電路連接，ABS泵(17)與制動(dòng)總泵(16)管路連接，制動(dòng)總泵(16)與真空助力器(15)機(jī)械連接，制動(dòng)踏板(14)與真空泵(15)機(jī)械連接，制動(dòng)開(kāi)關(guān)(13)與ABS控制器(18)電路連接；主電機(jī)控制器(4)與主電機(jī)(1)電路連接；副電機(jī)控制器(5)與副電機(jī)(2)電路連接；發(fā)電機(jī)控制器(6)與發(fā)電機(jī)(3)電路連接；主電機(jī)轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器(26)、副電機(jī)轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器(27)、發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器(28)分別連接有轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速測(cè)量?jī)x(29)；轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速測(cè)量?jī)x(29)、主電機(jī)控制器(4)、副電機(jī)控制器(5)、發(fā)電機(jī)控制器(6)、電池管理單元(23)、ABS控制器(18)和協(xié)調(diào)匹配控制器(30)均連接在CAN總線(xiàn)(22)上。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種制動(dòng)能量回收試驗(yàn)裝置，尤其是一種兼具有防抱死制動(dòng)系統(tǒng)(ABS)制動(dòng)功能的制動(dòng)能量回收綜合試驗(yàn)裝置。本發(fā)明的主要部件主副電機(jī)、具有ABS制動(dòng)功能的制動(dòng)器和發(fā)電機(jī)串聯(lián)組成。主副電機(jī)工作為裝置提供動(dòng)能，含ABS的制動(dòng)系統(tǒng)提供摩擦制動(dòng)力矩，發(fā)電機(jī)提供再生制動(dòng)力矩，二者可單獨(dú)或聯(lián)合實(shí)現(xiàn)制動(dòng)。在制動(dòng)過(guò)程中，發(fā)電機(jī)將部分動(dòng)能轉(zhuǎn)成電能存儲(chǔ)到蓄電池組中，實(shí)現(xiàn)制動(dòng)能量回收。該裝置還可單獨(dú)進(jìn)行ABS控制系統(tǒng)試驗(yàn)研究。本發(fā)明作為制動(dòng)能量回收試驗(yàn)平臺(tái)，為提高制動(dòng)能量回收系統(tǒng)的回收效率及工作可靠性提供了試驗(yàn)基礎(chǔ)。
文檔編號(hào)G01M17/007GK101387578SQ20081022593
公開(kāi)日2009年3月18日 申請(qǐng)日期2008年11月7日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月7日
發(fā)明者浩 于, 馮能蓮, 周大森, 邱釗鵬 申請(qǐng)人:北京工業(yè)大學(xué)