[发明专利]轮毂电机电动汽车制动系统及制动能量回收控制方法

权利要求书

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；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：

Fr=12[Ghgb2+4hgLGFf-(Gbhg+2Ff)]Fr+Ff=F]]>

式中，G为汽车重力；b为汽车质心至后轴中心线的距离；h_g为汽车质心高度，L为汽车前、后轴的轴距；F_f为两个前轮分配到的总制动力,F_r为两个后轮分配到的总制动力；

2、整车控制器将F_r平均分配给两个后轮，将F_f平均分配给两个前轮；

3、每个车轮上进行非回馈制动力与再生制动力的分配，各个车轮的非回馈制动力与再生制动力分配原则一致；下面以后轮为例，分四种情况进行非回馈制动力与再生制动力的分配：

①当SOC>85％，车速高于20km/h时，蓄电池不允许充电，车轮的制动力优先分配给轮毂电机进行能量回收，回收功率的最大值为车载电器功率P_ele，剩余的制动力由磁粉制动器承担，即再生制动力F_mot＝min(P_ele/(4v)，0.5F_r)，min为取最小值，非回馈制动力F_mp＝0.5F_r-F_mot，其中，P_ele为车载电器功率；

②当SOC>85％，车速低于20km/h时，蓄电池不允许充电，车轮的制动力优先分配给轮毂电机进行能量回收，F_mot＝min(P_ele/(4v),T_motmaxK_v/r，0.5F_r)，F_mp＝0.5F_r-F_mot，其中，r为车轮外径；轮毂电机制动能力通过轮毂电机在车速v下的最大制动力矩表达，即T_mot＝T_motmaxK_v，其中，K_v为对应车速下的电机制动力矩因数，T_motmax为轮毂电机的最大扭矩，K_v、T_motmax是由电机参数决定的；

③当SOC≤85％，车速高于20km/h时，蓄电池允许充电，车轮的制动力优先分配给轮毂电机进行能量回收，但回收功率的最大值为车载电器和蓄电池充电的最大功率P_bat之和，剩余的制动力由磁粉制动器承担，即F_mot＝min[(P_ele+P_bat)/(4v)，0.5F_r]，F_mp＝0.5F_r-F_mot；

④当SOC≤85％，车速低于20km/h时，蓄电池允许充电，车轮的制动力优先分配给轮毂电机进行能量回收，但回收的最大值为电机制动能力的限制值，剩余的制动由磁粉制动器承担，即F_mot＝min(T_motmaxK_v/r，0.5F_r)，F_mp＝0.5F_r-F_mot；

能量回收利用过程包括如下两个过程：1、控制轮毂发电机产生的电流流向，从而控制对轮毂电机在汽车制动过程中产生的电能的利用；2、控制电磁执行器的工作状况，从而控制轮毂电机与车轮之间动力传输的通断；

控制对轮毂电机在汽车制动过程中产生的电能的利用：在蓄电池与DC/DC转换器中间接入电控开关S1，整车控制器根据加速踏板位置传感器传来的加速踏板位置信号、车速传感器传来的车速信号v、电池荷电状态传感器传来的电池荷电状态信号控制电控开关控制线圈KJ1中的电流，控制电路开关S1的通断，接通或切断蓄电池，来控制轮毂发电机产生的电流流向，从而控制对轮毂电机在汽车制动过程中产生的电能的利用；具体如下：

①当汽车驱动行驶，即加速踏板位置传感器检测的制动踏板位置信号N＝0时，整车控制器给电控开关控制线圈KJ1提供高电平，电路开关S1处于闭合状态，蓄电池给轮毂电机以及车载电器提供电能；

②当汽车处于制动状态，即制动踏板位置信号N＞0时，电控开关控制线圈KJ1的状态还要根据蓄电池剩余电量SOC以及当前四个轮毂电机制动功率之和P_mot判断，P_mot＝4vF_mot；当SOC>85％或P_mot＜P_ele，整车控制器给电控开关控制线圈KJ1提供低电平，电路开关S1处于断开状态，轮毂电机回收而来的能量仅仅供给车载电器和磁粉制动器使用，不给蓄电池充电；

③当汽车处于制动状态，另SOC≤85％且P_mot≥P_ele时，整车控制器给电控开关控制线圈KJ1提供高电平，电路开关处于闭合状态，电机回收而来的能量不仅提供给车载电器和磁粉制动器，多余的电能给蓄电池充电；

电磁执行器控制轮毂电机与车轮之间动力传输的通断：行星减速器的电磁执行器串联电磁执行器开关S2后接入蓄电池两端；整车控制器根据车速信号来控制电磁执行器开关线圈KJ2的电流，从而控制电磁执行器控制电磁执行器开关S2的通断，来控制电磁执行器的工作状况；具体情况如下：

①当汽车处于非急剧制动状态，即汽车加速度a＞-8m/s²时，整车电机控制器给电磁执行器开关线圈KJ2提供低电平，使电磁执行器开关S2处于断开状态，电磁执行器不工作，动力由轮毂电机传到车轮；

②当汽车处于急剧制动状态，即汽车加速度a≤-8m/s²时，整车电机控制器给电磁执行器开关线圈KJ2提供高电平，使电磁执行器开关S2处于闭合状态，电磁执行器工作，电磁铁吸合挡块，释放齿圈，齿圈空转，切断了轮毂电机与车轮之间的动力传递。