轮毂电机电动汽车制动系统及制动能量回收控制方法技术方案

本发明专利技术公开了轮毂电机电动汽车制动系统及制动能量回收控制方法。传统电动汽车上的制动系统制动力大小难以控制，蓄电池反复充放电，寿命低。本发明专利技术装置中每个车轮内部都集成有轮毂电机、电机控制器、行星减速器和磁粉制动器；每个轮毂电机由一个电机控制器控制；轮毂电机经行星减速器连接磁粉制动器，磁粉制动器输出轴与轮毂采用螺栓连接；齿圈与减速器外壳构成转动副，并与减速器外壳通过多个电磁执行器连接；电磁执行器通过控制齿圈来轮毂电机与车轮之间动力传输的通断。本发明专利技术方法包括制动力分配过程和能量回收利用过程。本发明专利技术有效分配回馈制动力与非回馈制动力；回馈制动力优先供车载电器使用；汽车紧急制动时，齿圈空转，保护电机。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于电动汽车领域，具体涉及轮毂电机驱动的电动汽车制动系统及制动能量回收控制方法。
技术介绍
电动汽车以其零排放、环保节能的优越性，近年来成为汽车领域的朝阳产业。而轮毂电机的应用更是让电动汽车的操纵性超越了传统汽车，并大大简化了汽车传动系统。目前制约电动汽车发展的一个瓶颈之一是电动汽车的续航里程和传统汽车相比仍有差距。因此如何提高电动汽车的续航里程是电动汽车研究领域的热点之一。电动汽车上再生制动技术的应用将汽车刹车时的机械能转化为电能重新利用，提高了电动汽车的续驶里程。目前大多再生制动系统，是利用电机的可逆性。汽车制动时，使电机运行在发电机状态，将制动产生的回馈电流充入蓄电池中。在制动力分配方面，由于传统电动汽车大多为前驱或者后驱，只能回收前轮或者后轮上的制动力，无法回收四个车轮上的制动能量。其次，传统电动汽车上的制动系统中机械制动往往采用液压制动。机械制动力大小难以实现高精度控制，造成回馈制动力与机械制动力的分配实现起来比较困难。再次，在需要频繁启动刹车的城市路况，蓄电池反复快速地充放电，使蓄电池寿命大大降低。回收少量的电能，却损伤了昂贵的蓄电池，得不偿失。针对此问题，有部分设计者给制动系统增加一个超级电容，用来暂时储存能量，不过超级电容价格要比同等储能量锂电池价格高出十倍，非常昂贵。并且，附加的超级电容又增添了电动汽车的重量，使续驶里程降低。不仅如此，在汽车处于紧急制动的极端情况时，回馈电流过大，可能会烧毁电机。传统的制动能量回收系统没有设计在极端状态下有效保护电机的结构和措施。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对现在轮毂电机电动汽车再生制动系统的不足，提出一种安全、经济、高效的轮毂电机电动汽车制动系统及制动能量回收控制方法。本专利技术轮毂电机电动汽车制动系统，包括制动装置和控制系统。所述的制动装置包括轮毂电机、电机控制器、行星减速器、电磁执行器、磁粉制动器和车载锂电池；每个车轮内部都集成有轮毂电机、电机控制器、行星减速器和磁粉制动器；所述的电机控制器固定在车架上，轮毂电机的定子固定在车架上，每个轮毂电机由一个电机控制器控制；轮毂电机经行星减速器连接磁粉制动器，磁粉制动器输出轴与轮毂采用螺栓连接。行星减速器包括齿圈、减速器外壳和电磁执行器；减速器外壳通过轴承支承在磁粉制动器的磁粉制动器输入轴上；齿圈与减速器外壳构成转动副，并与减速器外壳通过多个电磁执行器连接。所述的磁粉制动器由磁轭、激磁线圈、转子、磁粉、板靴、后端盖、轴承、前端盖、磁粉制动器输入轴和磁粉制动器输出轴组成。所述磁粉制动器输入轴的两端分别通过轴承支承在行星减速器的减速器壳体和前端盖上；磁粉制动器输出轴的一端外花键与磁粉制动器输入轴的内花键连接，另一端与车轮轮毂通过螺栓连接；后端盖与车架固定，磁粉制动器输出轴通过轴承支承在后端盖上；转子和板靴设置在前、后端盖之间；转子固定在磁粉制动器输入轴上；板靴呈圆环结构，固定在后端盖上，与转子同轴设置，且与转子的径向间隙内填入磁粉。磁轭套在转子外，且两端分别与前、后端盖固定；磁轭内部装有激磁线圏。所述的控制系统包括蓄电池线路DC/DC转换器、AC/DC转换器、电机线路DC/DC转换器、制动踏板位置传感器、车速传感器、蓄电池荷电状态传感器、整车控制器、车载电器、电路开关S1、电路开关控制线圈KJ1、电磁执行器开关S2和电磁执行器开关控制线圈KJ2。整车控制器控制四个磁粉制动器、四个电机控制器、电路开关控制线圈KJ1和电磁执行器开关控制线圈KJ2；电路开关控制线圈KJ1控制电路开关S1，电磁执行器开关控制线圈KJ2控制电磁执行器开关S2；蓄电池的正极接电路开关S1及电磁执行器开关S2的一端，电路开关S1的另一端接蓄电池线路DC/DC转换器的一端；蓄电池线路DC/DC转换器的另一端接电机线路DC/DC转换器、车载电器及四个磁粉制动器的激磁线圏一端；电机线路DC/DC转换器的另一端接AD/DC变换器的一端；四个电机控制器并联接AD/DC变换器的另一端，每个电机控制器的控
制输出端接对应轮毂电机的控制输入端；四个轮毂电机并联接车载电器的另一端、蓄电池的负极及四个激磁线圏的另一端；所有电磁执行器的电磁铁并联接在电磁执行器开关S2的另一端及蓄电池负极。制动踏板位置传感器检测到的制动踏板位置信号、车速传感器检测到的车速信号、蓄电池荷电状态传感器检测到的蓄电池荷电状态信号分别输入到整车控制器中，整车控制器计算每个车轮上非回馈制动力与再生制动力的大小。非回馈制动力大小是由整车控制器控制磁粉制动器的激励电流大小，从而控制磁粉制动器制动力矩的大小而得。而再生制动力大小是由整车控制器通过电机控制器来控制电机制动力矩的大小而得。所述的行星减速器还包括太阳轮、行星轮和行星架。所述的太阳轮固定在轮毂电机的电机输出轴上，且通过与沿圆周均布的三个行星轮与齿圈啮合；行星轮与行星架的端部构成转动副；行星架的中心处与磁粉制动器输入轴通过花键连接。所述的齿圈外侧面开设沿圆周均布的多个圆槽，圆槽的数量与电磁执行器的数量相等；减速器外壳开设沿圆周均布的四个孔径与圆槽槽宽相等的圆孔。所述的电磁执行器由挡块、滑杆、弹簧、电磁铁和电磁执行器外壳组成。所述的电磁执行器外壳用螺栓固定在减速器外壳上，电磁铁固定在电磁执行器外壳上。所述的滑杆一端固定在电磁铁上，挡块与滑杆另一端构成滑动副。弹簧套置在滑杆上，两端分别与电磁铁和挡块接触。每个电磁执行器的挡块设置在减速器外壳对应的一个圆孔内；挡块在弹簧作用下嵌入齿圈外侧面的圆槽内。本专利技术制动能量回收控制方法，包括制动力分配过程和能量回收利用过程，具体如下：制动力分配过程如下：1、整车控制器根据制动踏板位置传感器测得的信号求出需求的总制动力F大小，将需求的总制动力F按理想的前后轮制动力分配关系分配至前、后轮，理想的前后轮制动力分配关系的计算公式为： F r = 1 2 [ G h g b 2 + 4 h g L G F f 本文档来自技高网...

【技术保护点】
轮毂电机电动汽车制动系统，包括制动装置和控制系统，其特征在于：所述的制动装置包括轮毂电机、电机控制器、行星减速器、电磁执行器、磁粉制动器和车载锂电池；每个车轮内部都集成有轮毂电机、电机控制器、行星减速器和磁粉制动器；所述的电机控制器固定在车架上，轮毂电机的定子固定在车架上，每个轮毂电机由一个电机控制器控制；轮毂电机经行星减速器连接磁粉制动器，磁粉制动器输出轴与轮毂采用螺栓连接；行星减速器包括齿圈、减速器外壳和电磁执行器；减速器外壳通过轴承支承在磁粉制动器的磁粉制动器输入轴上；齿圈与减速器外壳构成转动副，并与减速器外壳通过多个电磁执行器连接；所述的磁粉制动器由磁轭、激磁线圈、转子、磁粉、板靴、后端盖、轴承、前端盖、磁粉制动器输入轴和磁粉制动器输出轴组成；所述磁粉制动器输入轴的两端分别通过轴承支承在行星减速器的减速器壳体和前端盖上；磁粉制动器输出轴的一端外花键与磁粉制动器输入轴的内花键连接，另一端与车轮轮毂通过螺栓连接；后端盖与车架固定，磁粉制动器输出轴通过轴承支承在后端盖上；转子和板靴设置在前、后端盖之间；转子固定在磁粉制动器输入轴上；板靴呈圆环结构，固定在后端盖上，与转子同轴设置，且与转子的径向间隙内填入磁粉；磁轭套在转子外，且两端分别与前、后端盖固定；磁轭内部装有激磁线圏；所述的控制系统包括蓄电池线路DC/DC转换器、AC/DC转换器、电机线路DC/DC转换器、制动踏板位置传感器、车速传感器、蓄电池荷电状态传感器、整车控制器、车载电器、电路开关S1、电路开关控制线圈KJ1、电磁执行器开关S2和电磁执行器开关控制线圈KJ2；整车控制器控制四个磁粉制动器、四个电机控制器、电路开关控制线圈KJ1和电磁执行器开关控制线圈KJ2；电路开关控制线圈KJ1控制电路开关S1，电磁执行器开关控制线圈KJ2控制电磁执行器开关S2；蓄电池的正极接电路开关S1及电磁执行器开关S2的一端，电路开关S1的另一端接蓄电池线路DC/DC转换器的一端；蓄电池线路DC/DC转换器的另一端接电机线路DC/DC转换器、车载电器及四个磁粉制动器的激磁线圏一端；电机线路DC/DC转换器的另一端接AD/DC变换器的一端；四个电机控制器并联接AD/DC变换器的另一端，每个电机控制器的控制输出端接对应轮毂电机的控制输入端；四个轮毂电机并联接车载电器的另一端、蓄电池的负极及四个激磁线圏的另一端；所有电磁执行器的电磁铁并联接在电磁执行器开关S2的另一端及蓄电池负极；制动踏板位置传感器检测到的制动踏板位置信号、车速传感器检测到的车速信号、蓄电池荷电状态传感器检测到的蓄电池荷电状态信号分别输入到整车控制器中，整车控制器计算每个车轮上非回馈制动力与再生制动力的大小；非回馈制动力大小是由整车控制器控制磁粉制动器的激励电流大小，从而控制磁粉制动器制动力矩的大小而得；而再生制动力大小是由整车控制器通过电机控制器来控制电机制动力矩的大小而得。...

【技术特征摘要】
1.轮毂电机电动汽车制动系统，包括制动装置和控制系统，其特征在于：所述的制动装置包括轮毂电机、电机控制器、行星减速器、电磁执行器、磁粉制动器和车载锂电池；每个车轮内部都集成有轮毂电机、电机控制器、行星减速器和磁粉制动器；所述的电机控制器固定在车架上，轮毂电机的定子固定在车架上，每个轮毂电机由一个电机控制器控制；轮毂电机经行星减速器连接磁粉制动器，磁粉制动器输出轴与轮毂采用螺栓连接；行星减速器包括齿圈、减速器外壳和电磁执行器；减速器外壳通过轴承支承在磁粉制动器的磁粉制动器输入轴上；齿圈与减速器外壳构成转动副，并与减速器外壳通过多个电磁执行器连接；所述的磁粉制动器由磁轭、激磁线圈、转子、磁粉、板靴、后端盖、轴承、前端盖、磁粉制动器输入轴和磁粉制动器输出轴组成；所述磁粉制动器输入轴的两端分别通过轴承支承在行星减速器的减速器壳体和前端盖上；磁粉制动器输出轴的一端外花键与磁粉制动器输入轴的内花键连接，另一端与车轮轮毂通过螺栓连接；后端盖与车架固定，磁粉制动器输出轴通过轴承支承在后端盖上；转子和板靴设置在前、后端盖之间；转子固定在磁粉制动器输入轴上；板靴呈圆环结构，固定在后端盖上，与转子同轴设置，且与转子的径向间隙内填入磁粉；磁轭套在转子外，且两端分别与前、后端盖固定；磁轭内部装有激磁线圏；所述的控制系统包括蓄电池线路DC/DC转换器、AC/DC转换器、电机线路DC/DC转换器、制动踏板位置传感器、车速传感器、蓄电池荷电状态传感器、整车控制器、车载电器、电路开关S1、电路开关控制线圈KJ1、电磁执行器开关S2和电磁执行器开关控制线圈KJ2；整车控制器控制四个磁粉制动器、四个电机控制器、电路开关控制线圈KJ1和电磁执行器开关控制线圈KJ2；电路开关控制线圈KJ1控制电路开关S1，电磁执行器开关控制线圈KJ2控制电磁执行器开关S2；蓄电池的正极接电路开关S1及电磁执行器开关S2的一端，电路开关S1的另一端接蓄电池线路DC/DC转换器的一端；蓄电池线路DC/DC转换器的另一端接电机线路DC/DC转换器、车载电器及四个磁粉制动器的激磁线圏一端；电机线路DC/DC转换器的另一端接AD/DC变换器的一端；四个电机控制器并联接AD/DC变换器的另一端，每个电机控制器的控制输出端接对应轮毂电机的控制输入端；四个轮毂电机并联接车载电器的另一端、蓄电池的负极及四个激磁线圏的另一端；所有电磁执行器的电磁铁并联接在电磁执行器开关S2的另一端及蓄电池负极；
\t制动踏板位置传感器检测到的制动踏板位置信号、车速传感器检测到的车速信号、蓄电池荷电状态传感器检测到的蓄电池荷电状态信号分别输入到整车控制器中，整车控制器计算每个车轮上非回馈制动力与再生制动力的大小；非回馈制动力大小是由整车控制器控制磁粉制动器的激励电流大小，从而控制磁粉制动器制动力矩的大小而得；而再生制动力大小是由整车控制器通过电机控制器来控制电机制动力矩的大小而得。2.根据权利要求1所述的轮毂电机电动汽车制动系统，其特征在于：所述的行星减速器还包括太阳轮、行星轮和行星架；所述的太阳轮固定在轮毂电机的电机输出轴上，且通过与沿圆周均布的三个行星轮与齿圈啮合；行星轮与行星架的端部构成转动副；行星架的中心处与磁粉制动器输入轴通过花键连接；所述的齿圈外侧面开设沿圆周均布的多个圆槽，圆槽的数量与电磁执行器的数量相等；减速器外壳开设沿圆周均布的四个孔径与圆槽槽宽相等的圆孔。3.根据权利要求1所述的轮毂电机电动汽车制动系统，其特征在于：所述的电磁执行器由挡块、滑杆、弹簧、电磁铁和电磁执行器外壳组成；所述的电磁执行器外壳用螺栓固定在减速器外壳上，电磁铁固定在电磁执行器外壳上；所述的滑杆一端固定在电磁铁上，挡块与滑杆另一端构成滑动副；弹簧套置在滑杆上，两端分别与电磁铁和挡块接触；每个电磁执行器的挡块设置在减速器外壳对应的一个圆孔内；挡块在弹簧作用下嵌入齿圈外侧面的圆槽内。4.根据权利要求3所述轮毂电机电动汽车制动系统的制动能量回收控制方法，其特征在于：包括制动力分配过程和能量回收利用过程，具体如下：制动力分配过程如下：1、整车控制器根据制动踏板位置传感器测得的信号求出需求的总制动力F大小，将需求的总制动力F按理想的前后轮制动力分配关系分配至前、后轮，理想的前后轮制动力分配关系的计算公式为： F r = 1 2 [ G h g b 2 + 4 h g L G F f ...

【专利技术属性】
技术研发人员：孟庆华，赵婷婷，蔡怀玉，陈堂禄，
申请(专利权)人：杭州电子科技大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33