專利名稱：一種制動能量回收系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
概括地說，本實用新型涉及一種制動能量回收系統(tǒng)；具體地說，本實用新型涉及一 種基于防抱死系統(tǒng)(ABS)和輔助制動系統(tǒng)(BAS)的制動能量回收系統(tǒng)。
背景技術：
隨著全球環(huán)境和能源問題日益嚴重，混合動力汽車的研究已經成為本領域內研究 開發(fā)的熱點。制動能量回收是混合動力汽車的一項關鍵技術，是降低混合動力汽車燃油消耗的 重要手段之一。在傳統(tǒng)的混合動力系統(tǒng)上的分析和測試表明，制動能量回收能提高燃油效 率3. 5% %。但是據(jù)國外的文獻分析表明，在典型城市路況下，汽車制動消耗的慣性能 量可達發(fā)動機發(fā)出總能量的59%，因此對混合動力制動能量回收系統(tǒng)的優(yōu)化和改進能更好 的提高汽車燃油經濟性。利用發(fā)電機發(fā)電來回收制動能量是混合動力汽車回收能量的一種主要方式。但 是，在傳統(tǒng)的混合動力應用中，由于制動系統(tǒng)結構在傳統(tǒng)汽車制動系統(tǒng)結構的基礎上保持 不變，在發(fā)電機進行制動的同時機械制動也在發(fā)揮作用，導致車輛動能變成熱能消耗掉，極 大的影響了制動能量的回收效率。

實用新型內容本實用新型的目的是為了解決上述問題從而提供了一種制動能量回收系統(tǒng)。根據(jù)本實用新型的第一方面，提供了一種制動能量回收系統(tǒng)，所述制動能量回收 系統(tǒng)包括主控制器、發(fā)電機、發(fā)電機控制器、儲能器、儲能器控制器、防抱死系統(tǒng)、防抱死系 統(tǒng)控制器、輔助制動系統(tǒng)、真空助力泵、制動總泵、電子制動踏板、輪速傳感器以及壓力傳感 器，其中，所述主控制器、防抱死系統(tǒng)控制器、輔助制動系統(tǒng)、發(fā)電機控制器、儲能器控 制器通過CAN總線組成通訊網(wǎng)絡，所述主控制器通過所述電子制動踏板的開度以及運動速率計算目標制動力矩，當所需目標制動力矩小于或者等于發(fā)電機制動力矩時，完全采用發(fā)電機進行制 動，并且將制動能量回收；當所需目標制動力矩超過所述發(fā)電機制動力矩時，所超出的制動力矩由輔助制動 系統(tǒng)產生，并將制動能量部分回收；當車輛處于緊急制動狀態(tài)時，啟動防抱死系統(tǒng)進行防抱死控制，同時停止制動能 量回收。如上所述，通過輔助制動系統(tǒng)將液壓制動和發(fā)電機制動隔離開來，可以實現(xiàn)制動 工況下不同程度的制動，同時進行能量回收，即當駕駛員輕微制動時，主要由電機提供制 動力，并且將制動能量完全回收(除去損耗)；當駕駛員中等制動，并且超過電機所能提供 制動力時，由輔助制動系統(tǒng)產生液壓制動壓力，進行補充制動，并將制動能量部分回收。當
3駕駛員緊急制動時，此時控制策略以防抱死功能為優(yōu)先，同時電機停止進行能量回收?？蛇x地，在如上所述的制動能量回收系統(tǒng)中，所述主控制器用于根據(jù)所述電子制 動踏板的角度和下降速度判斷當前的制動強度并且區(qū)分緊急制動和平緩制動、對所述發(fā)電 機的制動和所述輔助制動系統(tǒng)的制動進行分配以及控制制動能量的回收?？蛇x地，在如上所述的制動能量回收系統(tǒng)中，所述輔助制動系統(tǒng)包括真空助力器、 常閉開關閥、油泵、常開開關閥、儲液罐和增壓缸，其中，通過所述油泵對密封的油路空間增 壓，帶動所述增壓缸的活動面推擠所述真空助力器而進行增壓動作；通過打開所述常閉開關閥泄油進行減壓動作；通過所述增壓動作和所述減壓動作實現(xiàn)可控的制動壓力調節(jié)。可選地，在如上所述的制動能量回收系統(tǒng)中，所述防抱死系統(tǒng)控制器對車輪轉速 進行監(jiān)測，同時檢測每個通道的制動壓力并接收所述主控制器發(fā)出的目標制動力指令，通 過控制防抱死控制和調節(jié)目標制動力矩從而完成控制功能?？蛇x地，在如上所述的制動能量回收系統(tǒng)中，所述發(fā)電機能夠通過與驅動軸同軸 連接或通過動力耦合裝置直接連接，并通過加裝離合器進行離合控制、在制動時進行能量 回收?？蛇x地，在如上所述的制動能量回收系統(tǒng)中，所述制動能量回收系統(tǒng)還包括儲能 系統(tǒng)，其通過超級電容或電池的形式對發(fā)電機產生的電能進行存儲，同時對系統(tǒng)內部的電 量及充放電進行管理和顯示?？蛇x地，在如上所述的制動能量回收系統(tǒng)中，所述電子制動踏板能夠通過電位計 原理、光電編碼原理產生的角度或者電位的電氣信號來表征制動強度和意圖。可選地，在如上所述的制動能量回收系統(tǒng)中，所述主控制器、防抱死系統(tǒng)控制器、 發(fā)電機控制器、儲能器控制器和輔助制動系統(tǒng)控制器均通過CAN總線連接。本實用新型通過上述的制動能量回收系統(tǒng)有利地提高了制動能量的回收效率。

結合附圖，根據(jù)后面對優(yōu)選實施方式的詳細描述，本實用新型的前述和其它目的、 特征和優(yōu)點將變得非常顯然。應當了解，如下附圖僅具說明性的目的，而并非意在限定本實 用新型的范圍。圖中圖1是根據(jù)本實用新型一種實施方式的能量回收系統(tǒng)的示意性結構框圖；圖2是根據(jù)本實用新型一種實施方式的能量回收系統(tǒng)中輔助制動系統(tǒng)(BAS)的示 意性結構框圖。
具體實施方式
下面將參照附圖對本實用新型的能量回收系統(tǒng)的具體實施方式
進行更詳細的說 明。圖1是根據(jù)本實用新型一種實施方式的能量回收系統(tǒng)的示意性結構框圖。從圖1 中可以看出，根據(jù)本實用新型一種實施方式的能量回收系統(tǒng)包括主控制器5、發(fā)電機1、發(fā) 電機控制器4、儲能器2、儲能器控制器3、防抱死系統(tǒng)(防抱死執(zhí)行器)11、防抱死系統(tǒng)控 制器6、輔助制動系統(tǒng)8、真空助力泵9、制動總泵10、電子制動踏板7、輪速傳感器12以及壓力傳感器13。當然，所述能量回收系統(tǒng)還可以包括其它裝置和機構以實現(xiàn)相應的功能。例 如，其還可以包括電子制動踏板角度傳感器等。圖1中還示例性地示出了上述各裝置之間的連接關系。具體地說，主控制器5通 過CAN總線與發(fā)電機控制器4、儲能器控制器3、防抱死系統(tǒng)控制器6、輔助制動系統(tǒng)8連接， 并且主控制器5還與電子制動踏板7相關聯(lián)。通過這種連接方式，主控制器主要負責整個 系統(tǒng)的管理和控制功能，包括駕駛員制動意圖管理(通過電子制動踏板7)、輔助制動系統(tǒng) 管理、發(fā)電機系統(tǒng)管理、能量儲存管理等功能。在車輛運行過程中，主控制器持續(xù)檢測電子 制動踏板7的狀態(tài)，從而判斷駕駛員意圖并且按照其意圖進行控制。輪速傳感器12通過電氣線路與防抱死系統(tǒng)控制器6連接。壓力傳感器13安裝在 防抱死系統(tǒng)11到輪胎制動分泵中間，其信號通過電氣線路與防抱死系統(tǒng)控制器6連接。輔 助制動系統(tǒng)輸出軸直接連接真空助力泵9的推動桿，真空助力器14直接與制動總泵推動桿 連接，制動總泵10的兩路油路輸出直接連接防抱死系統(tǒng)11的制動液輸入口。下面將分別介紹上述裝置各自所起的功能。如上面所述，主控制器5的主要功能是根據(jù)電子制動踏板7的角度和下降速度判 斷當前的制動強度，并且區(qū)分緊急制動和平緩制動；對發(fā)電機1制動和輔助制動系統(tǒng)8的制 動進行分配；以及控制制動能量的回收。輔助制動系統(tǒng)8包括真空助力器、常閉開關閥、油泵、常開開關閥、儲液罐和增壓 缸，其中，通過油泵對密封的油路空間增壓，帶動增壓缸的活動面推擠真空助力器而進行增 壓動作；通過打開常閉開關閥泄油進行減壓動作；通過增壓動作和減壓動作實現(xiàn)可控的制 動壓力調節(jié)。防抱死系統(tǒng)控制器11對車輪轉速進行監(jiān)測，同時檢測每個通道的制動壓力，并接 收主控制器5發(fā)出的目標制動力指令，通過控制防抱死控制和調節(jié)目標制動力矩從而完成 控制功能。發(fā)電機1能夠通過與驅動軸同軸連接或通過動力耦合裝置直接連接，并通過加裝 離合器進行離合控制，在制動時進行能量回收。發(fā)電機系統(tǒng)(包括發(fā)電機和發(fā)電機控制器) 承擔的主要功能是受整車控制器控制，當剎車時，提供分配的阻力矩同時發(fā)電，當沒有剎 車時，需要斷開與驅動系統(tǒng)連接。儲能器2和儲能器控制器3構成儲能系統(tǒng)，其能夠通過超級電容或電池的形式對 發(fā)電機產生的電能進行存儲，同時對系統(tǒng)內部的電量及充放電進行管理和顯示。電子制動踏板7能夠通過電位計原理、光電編碼原理產生的角度或者電位的電氣 信號來表征制動強度和意圖。例如，主控制器可以通過采集電子制動踏板開度(β )和計算制動踏板運動速率( 汐)，計算出目標制動力矩Fn=fC^ + k々)(其中，ο < k < ι，為踏板速率在目標制動力矩計 算中的權重系數(shù))。當駕駛員所需目標制動力矩(Fn)不超過發(fā)電機制動力矩(Fm)時，完全 采用發(fā)電機進行制動，此時發(fā)電機制動力矩Fm = Fn ；當駕駛員所需制動力矩超過發(fā)電機制 動力矩時，不足制動力由BAS進行主動增壓產生，BAS產生的制動力矩Fl = Fn-Fm ；當車輛 處于緊急制動狀態(tài)時，需要啟動ABS進行防抱死控制，同時停止制動能量回收。由于需要對 系統(tǒng)制動力進行準確的分配，因此需要提前對發(fā)電機和BAS進行制動力精確的標定。這樣，通過制動踏板對駕駛員意圖的判斷，同時計算出車輛制動所需制動力大小，通過主控制器對電機制動和液壓制動的分配和調節(jié)，使制動能量最大回收。同時為了保證 系統(tǒng)安全性，在緊急制動情況下進行ABS制動和電機制動的協(xié)調管理。圖2是根據(jù)本實用新型一種實施方式的能量回收系統(tǒng)中輔助制動系統(tǒng)(BAS)的示 意性結構框圖。從圖中可以看出，輔助制動系統(tǒng)8包括真空助力器14、常閉開關閥15、油泵 16、常開開關閥17、儲液罐18和增壓缸19。BAS的主要功能是根據(jù)主控制器的控制命令， 將車輛制動壓力調節(jié)到目標值。其工作過程是首先接收主控制器的增壓命令和壓力目標 值，通過對系統(tǒng)增壓泵和進、出油口的控制，對壓力進行調節(jié)。于此同時ABS系統(tǒng)不斷采集 安裝在四個制動通道的壓力信息，通過CAN總線報文發(fā)送給BAS，BAS根據(jù)接收到的壓力傳 感器信息進行調整，形成閉環(huán)控制過程。示例 1下面以IVECO都靈V短軸距版車型為例進行說明。IVECO都靈V短軸距版車型中，在原有液壓制動系統(tǒng)其他部件不變的基礎上，撤掉 原有制動踏板，改成電子制動踏板，并且加裝BAS輔助剎車系統(tǒng)。原有的制動管路在ABS出 口與四輪制動分泵之間加裝壓力傳感器。在原有驅動軸上同軸加裝發(fā)電機和發(fā)電機模塊， 并將其電氣信號輸出連接到鋰離子電池組。將輪速傳感器和壓力傳感器直接接入ABS控制 器，電子制動踏板輸出信號分別接BAS和主控制器，同時將主控制器、ABS控制器、BAS控制 器、發(fā)電機控制器和鋰離子電池組通過CAN總線組成通訊網(wǎng)絡，以上完成系統(tǒng)機構部分和 電氣部分連接。其中發(fā)電機最高制動力矩為Fm = 70N.m，管路制動壓力最高為12Mpa，通過計 算得到系統(tǒng)最大制動力矩為140N.m。系統(tǒng)工作前，由于制動踏板開度和所需制動力為 非線性關系，需要通過臺架試驗得到目標制動力與踏板開度和踏板速率之間的關系，即
JTn=^ + k^)o當發(fā)電機以不超過其最高制動力矩進行制動時，發(fā)電機目標工作力矩Fm = Fn, 而發(fā)電機當前力矩可以通過對充電電流i進行控制得到，即Fm = f (i)。系統(tǒng)采用PID控 制算法進行控制，取控制量誤差e = f(i)-Fn，控制系統(tǒng)輸出量為u(t) =kp * e(t)+l/ TI f e (t) dt+TD * de(t)/dt，其中kp，TI，TD分別為比例、積分、微分系數(shù)。當需要進行補充液壓制動時，即目標制動力矩大于電機最大制動力矩是，BAS將增 壓泵電機打開。BAS的目標壓力為Fl = Fn-Fm,從主控制器接收到。當前液壓系統(tǒng)制動壓 力Fn從由ABS系統(tǒng)采集，并通過CAN總線發(fā)送到BAS。壓力采用PID閉環(huán)控制方式，假設當 前液壓系統(tǒng)壓力為Fr，取e = Fl-Fr,則控制系統(tǒng)輸出量為u(t) = kp * e(t)+l/TI f e (t) dt+TD女如(0/肚，其中1^)，Tl, TD分別為比例、積分、微分系數(shù)。輸出量經過變換成為常 開、常閉閥通電時間進行增、減壓控制。在控制的過程中，由于驅動軸已經增加了發(fā)電機的 制動力矩，因此考慮優(yōu)先在非驅動軸增加補充力矩，即在制動強度不大時，只適當在非驅動 軸補充制動力。系統(tǒng)根據(jù)四輪壓力傳感器壓力值可以精確控制前后軸制動力。當發(fā)生緊急制動，ABS需要介入的時候，執(zhí)行以防抱死優(yōu)先的控制策略，即不考慮 制動能量回收，純粹進行防抱死控制。經過以上系統(tǒng)的改裝和控制策略的改進，實現(xiàn)了車輛制動時機械制動和電機制動 的聯(lián)合控制，使得車輛在保證系統(tǒng)安全的情況下能以最大效率回收制動能量。經過實車在 城市工況下道路循環(huán)的測試，該系統(tǒng)在原有混合動力車輛制動能量回收節(jié)能3. 5-7%的基礎上，還能提高至少將近5%的燃油效率。因此，該系統(tǒng)作為新能源汽車的節(jié)能一個重要手 段，在混合動力汽車、電動汽車和氫燃料電池汽車等新能源車上均有良好的應用前景?？梢?，考慮對傳統(tǒng)汽車制動系統(tǒng)進行改進，將原有的“踩踏板_>推擠真空助力 器_ >推擠制動總泵產生壓力”的過程改為“檢測電子制動踏板開度_ >按需求通過BAS產 生壓力”的過程，通過此更改將踩踏板和產生制動壓力兩個過程分離出來，并且可以進行控 制。通過更改傳統(tǒng)制動系統(tǒng)結構，結合發(fā)電機系統(tǒng)和儲能系統(tǒng)，可以大大的提升制動能量回 收效率，提高燃油經濟性。應當理解，在未改變本實用新型的總體構思的情況下，所屬領域的技術人員可以 將本實用新型上述實施方式中的一個或多個特征進行重新組合、改型從而得到更多不同的 實施方式；但毫無疑問，這些不同的實施方式也將落入本實用新型的保護范圍內。
權利要求一種制動能量回收系統(tǒng)，所述制動能量回收系統(tǒng)包括主控制器(5)、發(fā)電機(1)、發(fā)電機控制器(4)、儲能器(2)、儲能器控制器(3)、防抱死系統(tǒng)(11)、防抱死系統(tǒng)控制器(6)、輔助制動系統(tǒng)(8)、真空助力泵(9)、制動總泵(10)、電子制動踏板(7)、輪速傳感器(12)以及壓力傳感器(13)，其中，所述主控制器(5)、防抱死系統(tǒng)控制器(6)、輔助制動系統(tǒng)(8)、發(fā)電機控制器(4)、儲能器控制器(3)通過CAN總線組成通訊網(wǎng)絡，所述主控制器(5)與所述電子制動踏板(7)相關聯(lián)，并且通過所述電子制動踏板(7)的開度以及運動速率計算目標制動力矩(Fn)，并且，所述制動能量回收系統(tǒng)構造成使得當所需目標制動力矩(Fn)小于或者等于發(fā)電機制動力矩(Fm)時所述主控制器(5)控制所述發(fā)動機控制器(4)采用發(fā)電機(1)進行制動，此時制動能量被回收至儲能器(2)；當所需目標制動力矩(Fn)超過所述發(fā)電機制動力矩(Fm)時，所述主控制器(5)控制輔助制動系統(tǒng)(8)產生所超出的制動力矩(Fl＝Fn Fm)，此時部分回收制動能量；當車輛處于緊急制動狀態(tài)時所述主控制器(5)啟動防抱死系統(tǒng)進行防抱死控制，此時停止了制動能量回收。
2.如權利要求1所述的制動能量回收系統(tǒng)，其特征在于，所述主控制器(5)用于根據(jù)所 述電子制動踏板(7)的角度和下降速度判斷當前的制動強度并且區(qū)分緊急制動和平緩制 動、對所述發(fā)電機(1)的制動和所述輔助制動系統(tǒng)(8)的制動進行分配以及控制制動能量 的回收。
3.如權利要求1所述的制動能量回收系統(tǒng)，其特征在于，所述輔助制動系統(tǒng)(8)包括真 空助力器(14)、常閉開關閥(15)、油泵(16)、常開開關閥(17)、儲液罐(18)和增壓缸(19)， 并且構造成所述油泵能夠對密封的油路空間增壓并帶動所述增壓缸的活動面推擠所述真 空助力器而進行增壓動作；減壓動作通過打開所述常閉開關閥泄油進行；所述增壓動作和 所述減壓動作能夠實現(xiàn)可控的制動壓力調節(jié)。
4.如權利要求1所述的制動能量回收系統(tǒng)，其特征在于，所述防抱死系統(tǒng)控制器(11) 構造成所述防抱死控制器(11)能夠對車輪轉速進行監(jiān)測，同時檢測每個通道的制動壓力 并接收所述主控制器(5)發(fā)出的目標制動力指令從而控制防抱死控制和調節(jié)目標制動力 矩。
5.如權利要求1所述的制動能量回收系統(tǒng)，其特征在于，所述發(fā)電機(1)能夠通過與驅 動軸同軸連接或通過動力耦合裝置直接連接，并通過加裝離合器進行離合控制、在制動時 進行能量回收。
6.如權利要求1所述的制動能量回收系統(tǒng)，其特征在于，所述制動能量回收系統(tǒng)還包 括儲能系統(tǒng)，其通過超級電容或電池的形式對發(fā)電機產生的電能進行存儲，同時對系統(tǒng)內 部的電量及充放電進行管理和顯示。
7.如權利要求1所述的制動能量回收系統(tǒng)，其特征在于，所述電子制動踏板(7)構造成 能夠通過電位計原理、光電編碼原理產生的角度或者電位的電氣信號來表征制動強度和意 圖。
專利摘要本實用新型涉及一種制動能量回收系統(tǒng)，其包括主控制器(5)、發(fā)電機(1)及其控制器(4)、儲能器(2)及其控制器(3)、防抱死系統(tǒng)(11)及其控制器(6)、輔助制動系統(tǒng)(8)、真空助力泵(9)、制動總泵(10)、電子制動踏板(7)、輪速傳感器(12)以及壓力傳感器(13)，其中，當目標制動力矩(Fn)小于或等于發(fā)電機制動力矩(Fm)時，完全采用發(fā)電機(1)制動并回收制動能量；當目標制動力矩(Fn)超過發(fā)電機制動力矩(Fm)時，超出的制動力矩(Fl＝Fn-Fm)由輔助制動系統(tǒng)(8)產生并部分回收制動能量；當處于緊急制動狀態(tài)時，啟動防抱死系統(tǒng)(11)進行防抱死控制并停止制動能量回收。
文檔編號B60T13/52GK201736828SQ20092028711
公開日2011年2月9日 申請日期2009年12月31日 優(yōu)先權日2009年12月31日
發(fā)明者張丙軍, 蔣元廣, 鐘國華 申請人:上海汽車集團股份有限公司;南京汽車集團有限公司