基于电机特性和原车制动系统的再生制动控制方法

技术领域

本发明涉及再生制动控制技术领域，具体为基于电机特性和原车制动系统的再生制动控制方法。

背景技术

在城市行驶工况下，纯电动公交车需要频繁启停，制动工况较多，若能充分利用电机特性，提高公交车后轮制动力中再生制动的比例，将会提高制动能量回收率、延长续驶里程，近年来，国内外专家学者在研究纯电动汽车制动能量回收方面取得了一定的成果，根据最优滑移率与实际滑移率之间的跟踪误差调整滑模参数，整合最佳的电池状态和能量回收效率，验证了所提控制算法的适用性，在提高能量回收率的同时保证了制动舒适性，利用电池容量测试结果建立电池容量损失模型，降低再生电流对电池容量损失率的不利影响以延长电池的使用寿命。

尽管如此，仍然存在策略忽略了车速对制动的限制问题，同时在回收制动能量时，没有对电机转速特性以及电池充电功率进行限制约束，当电机转速过小时，不能产生足够的反电动势，导致制动能量回收效率低，同时电池在逆功率大于电池最大功率时，无法避免电池损坏的可能性发生，使得汽车无法达到较高的制动能量回收率。

发明内容

本发明的目的在于提供基于电机特性和原车制动系统的再生制动控制方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：基于电机特性和原车制动系统的再生制动控制方法，包括以下步骤：

S1、电机转速与电池充电功率限制：电机在提供再生制动时，需要对电机转速进行限制，保证产生足够的反电动势，再生制动还需要考虑电池充电功率和电池SOC值的约束，即逆功率不能大于电池的最大充电功率，因此对电机转速与电池充电功率限制由限制算法分析得到；

S2、前、后轮制动力的分配：利用公交车的I曲线绘制基于充分利用电机特性的再生制动力分配曲线，求出各点所对应的制动强度，根据对应的制动强度划分的不同阶段，再由不同阶段对前、后轮制动力进行分配；

S3、再生制动与摩擦制动力分配：根据基于充分利用电机特性的再生制动力分配曲线，前、后轮摩擦制动力分配将按照OABCGQ线段进行分配，OA、AB、BG与GQ对应着不同制动强度阶段下的前、后轮摩擦制动力分配β线，再生制动力大小由ODEFG与OABG线段之间纵坐标的差值确定。

优选的，所述S1包括以下步骤：

S101、电机转速设定：电机在提供再生制动时，如果电机转速太小，则不能产生足够的反电动势，导致再生制动过小，制动能量回收效率低，在再生制动控制策略中，设定电机转速低于200r/min转速时，整车再生制动退出；

S102、电池充电功率设定：当电池SOC大于0.9时，为了减小电池因过充而损坏的可能性，整车退出再生制动。

优选的，所述S1还包括以下步骤：

S103、最大再生制动力分析：在考虑电机转速特性与电池充电功率约束后，电机可以产生的再生制动需取其较小值才能同时满足两个约束条件；

S104、最大再生制动力计算：根据实验匹配的电机，可提供稳定的再生制动转矩为955N·m，在纯电动公交车行驶时，电机的额定转速为1200r/min，可以计算得到纯电动公交车最大再生制动力Freq_max为12213N。

优选的，所述S2包括以下步骤：

S201、绘制曲线：将公交车的I曲线沿纵坐标轴向下平移一个Freq_max的距离，从而获得m虚线，并与横坐标轴交于A点，在制动强度大于0.7时，考虑到公交车制动安全性要求，不进行再生制动；故在I曲线上设制动强度0.7的点为F点，作横坐标的垂线与m曲线交于C点，在A、C两点作m曲线的两条切线交于B点，且作制动强度为0.7的等制动强度线与BC线交于G点；D点为在纵坐标轴上距离O点一个Freq_max的距离，过D点作水平线与I曲线交于E点，完成基于充分利用电机特性的再生制动力分配曲线的绘制；

S202、制动强度阶段划分：根据基于充分利用电机特性的再生制动力分配曲线中的D点、E点、B点与F点，可以求出对应的制动强度分别为0.1、0.17、0.42与0.7，将公交车制动过程按照制动强度分为0～0.1、0.1～0.17、0.17～0.42、0.42～0.7与大于0.7四个阶段。

优选的，所述S2还包括以下步骤：

S203、第一范围分析：当0＜z≤0.1时，此时为电机单独制动，对应曲线中的OD线段，电机的再生制动力提供整车所需要的制动力；

S204、第二范围分析：当0.1＜z≤0.17时，此时为复合制动，前、后轮制动力分配对应曲线中的DE线段，当0.17＜z≤0.42时，此时为复合制动，前、后轮制动力分配对应曲线中的EF线段，当0.42＜z≤0.7时，此时为复合制动，前、后轮制动力分配对应曲线中的EFG线段；

S205、第三范围分析：当z＞0.7时，此时为仅摩擦制动，前、后轮制动力分配对应曲线中的GQ线段，因此制定的前、后轮制动力将按照ODEFGQ线段进行分配。

优选的，所述S3包括以下步骤：

S301、计算线段方程：根据曲线中的A点、B点与C点，可以求出AB线与BC线方程；

S302、前后阶段分析：当0＜z≤0.1时，前轮不制动，由后轮提供再生制动力，当z＞0.7时，制动强度过大，不再实施再生制动能量回收，摩擦制动承担整车总制动力需求，按照GQ线方程进行分配。

优选的，所述S3还包括以下步骤：

S303、中间阶段分析：当0.1＜z≤0.17时，前、后轮摩擦制动力按照OA线方程进行分配，电机所提供的再生制动力保持最大再生制动力Freq_max不变，当0.17＜z≤0.42时，前、后轮摩擦制动力按照AB线方程进行分配，电机所提供的再生制动力为EF与AB线段的纵坐标差值，当0.42＜z≤0.7时，前、后轮摩擦制动力按照BC线方程进行分配，电机所提供的再生制动力为EFG与BG线段的纵坐标差值。

优选的，所述S1中限制算法包括电机再生制动算法，电机再生制动算法具体为：

其中T

限制算法还包括电池再生制动算法，电池再生制动算法具体为：

其中P

限制算法还包括最大制动力算法，最大制动力算法具体为：

F

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明在设计制动力分配控制策略的过程中，为了回收更多的制动能量，综合考虑了电机转速特性与电池充电功率的限制，计算出电机在约束下能够提供的最大再生制动力，在兼顾公交车制动能量回收与制动性能的前提下，设计了一种基于充分利用电机特性的再生制动控制方法，为了回收更多的制动能量，摩擦制动介入的时机和β线斜率的确定是控制策略的关键点，该策略保留了原车的摩擦制动系统结构，根据制动强度改变制动力的分配策略，充分利用了电机的特性，工程应用强。

附图说明

图1为本发明实施例提供整体方法流程图；

图2为本发明实施例提供电机转速与电池充电功率限制流程图；

图3为本发明实施例提供前、后轮制动力的分配流程图；

图4为本发明实施例提供再生制动与摩擦制动力分配流程图；

图5为本发明实施例提供再生制动力分配曲线图。

图中：S1、电机转速与电池充电功率限制；S101、电机转速设定；S102、电池充电功率设定；S103、最大再生制动力分析；S104、最大再生制动力计算；S2、前、后轮制动力的分配；S201、绘制曲线；S202、制动强度阶段划分；S203、第一范围分析；S204、第二范围分析；S205、第三范围分析；S3、再生制动与摩擦制动力分配；S301、计算线段方程；S302、前后阶段分析；S303、中间阶段分析。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-5，本发明提供一种技术方案：基于电机特性和原车制动系统的再生制动控制方法，包括以下步骤：

S1、电机转速与电池充电功率限制：电机在提供再生制动时，需要对电机转速进行限制，保证产生足够的反电动势，再生制动还需要考虑电池充电功率和电池SOC值的约束，即逆功率不能大于电池的最大充电功率，因此对电机转速与电池充电功率限制由限制算法分析得到；

S2、前、后轮制动力的分配：利用公交车的I曲线绘制基于充分利用电机特性的再生制动力分配曲线，求出各点所对应的制动强度，根据对应的制动强度划分的不同阶段，再由不同阶段对前、后轮制动力进行分配；

S3、再生制动与摩擦制动力分配：根据基于充分利用电机特性的再生制动力分配曲线，前、后轮摩擦制动力分配将按照OABCGQ线段进行分配，OA、AB、BG与GQ对应着不同制动强度阶段下的前、后轮摩擦制动力分配β线，再生制动力大小由ODEFG与OABG线段之间纵坐标的差值确定。

S1包括以下步骤：

S101、电机转速设定：电机在提供再生制动时，如果电机转速太小，则不能产生足够的反电动势，导致再生制动过小，制动能量回收效率低，在再生制动控制策略中，设定电机转速低于200r/min转速时，整车再生制动退出；

S102、电池充电功率设定：当电池SOC大于0.9时，为了减小电池因过充而损坏的可能性，整车退出再生制动；

S1还包括以下步骤：

S103、最大再生制动力分析：在考虑电机转速特性与电池充电功率约束后，电机可以产生的再生制动需取其较小值才能同时满足两个约束条件；

S104、最大再生制动力计算：根据实验匹配的电机，可提供稳定的再生制动转矩为955N·m，在纯电动公交车行驶时，电机的额定转速为1200r/min，可以计算得到纯电动公交车最大再生制动力Freq_max为12213N。

S2包括以下步骤：

S201、绘制曲线：将公交车的I曲线沿纵坐标轴向下平移一个Freq_max的距离，从而获得m虚线，并与横坐标轴交于A点，在制动强度大于0.7时，考虑到公交车制动安全性要求，不进行再生制动；故在I曲线上设制动强度0.7的点为F点，作横坐标的垂线与m曲线交于C点，在A、C两点作m曲线的两条切线交于B点，且作制动强度为0.7的等制动强度线与BC线交于G点；D点为在纵坐标轴上距离O点一个Freq_max的距离，过D点作水平线与I曲线交于E点，完成基于充分利用电机特性的再生制动力分配曲线的绘制；

S202、制动强度阶段划分：根据基于充分利用电机特性的再生制动力分配曲线中的D点、E点、B点与F点，可以求出对应的制动强度分别为0.1、0.17、0.42与0.7，将公交车制动过程按照制动强度分为0～0.1、0.1～0.17、0.17～0.42、0.42～0.7与大于0.7四个阶段；

S2还包括以下步骤：

S203、第一范围分析：当0＜z≤0.1时，此时为电机单独制动，对应曲线中的OD线段，电机的再生制动力提供整车所需要的制动力；

S204、第二范围分析：当0.1＜z≤0.17时，此时为复合制动，前、后轮制动力分配对应曲线中的DE线段，当0.17＜z≤0.42时，此时为复合制动，前、后轮制动力分配对应曲线中的EF线段，当0.42＜z≤0.7时，此时为复合制动，前、后轮制动力分配对应曲线中的EFG线段；

S205、第三范围分析：当z＞0.7时，此时为仅摩擦制动，前、后轮制动力分配对应曲线中的GQ线段，因此制定的前、后轮制动力将按照ODEFGQ线段进行分配；

S3包括以下步骤：

S301、计算线段方程：根据曲线中的A点、B点与C点，可以求出AB线与BC线方程；

S302、前后阶段分析：当0＜z≤0.1时，前轮不制动，由后轮提供再生制动力，当z＞0.7时，制动强度过大，不再实施再生制动能量回收，摩擦制动承担整车总制动力需求，按照GQ线方程进行分配；

S3还包括以下步骤：

S303、中间阶段分析：当0.1＜z≤0.17时，前、后轮摩擦制动力按照OA线方程进行分配，电机所提供的再生制动力保持最大再生制动力Freq_max不变，当0.17＜z≤0.42时，前、后轮摩擦制动力按照AB线方程进行分配，电机所提供的再生制动力为EF与AB线段的纵坐标差值，当0.42＜z≤0.7时，前、后轮摩擦制动力按照BC线方程进行分配，电机所提供的再生制动力为EFG与BG线段的纵坐标差值；

S1中限制算法包括电机再生制动算法，电机再生制动算法具体为：

其中T

限制算法还包括电池再生制动算法，电池再生制动算法具体为：

其中P

限制算法还包括最大制动力算法，最大制动力算法具体为：

F

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。