本發明涉及新能源商用車領域，具體涉及一種并聯式混合動力重型卡車的輔助制動系統及控制方法，實現整車能量的合理利用，提高行車的安全性。

背景技術：

我國山區面積占國土總面積的69％(包括丘陵和高原)，山區公路運輸是一種主要的道路運輸方式，而山區公路中存在較多長大下坡路況，在該路況下長時間行車制動將導致重型卡車制動器熱衰退，極大影響行車安全，同時減少制動器、輪胎的使用壽命，增加重型卡車的運營成本。國外重型卡車多匹配液力緩速器作為輔助制動系統來克服這一難題，但是液力緩速器價格昂貴且無法實現對制動能量的有效回收和利用。國內中型卡車多改裝噴水裝置，當長時間行車制動使得制動器溫升較大時，通過噴水裝置對制動器噴水以實現降溫，但這種方式對于冬季行車而言，會給后續車輛的通過帶來極大的安全隱患。

并聯式混合動力重型卡車采用發動機和驅動電機并聯作為整車驅動系統，制動時，可通過電機制動來實現輔助制動與能量回收，但是受制于動力電池成本、能量密度及動力電池容量等因素，因此，基于并聯混合動力重型卡車現有方案，提出以電機制動與耗能裝置相結合的輔助制動方案，從而替代緩速器的功能，同時減少成本，具有較為廣泛的應用前景。

技術實現要素：

本發明的目的在于針對上述現有技術中的問題，提供一種并聯式混合動力重型卡車的輔助制動系統及控制方法，借助耗能裝置有效地回收制動能量，實現整車能量的合理利用。

為了實現上述目的，本發明并聯式混合動力重型卡車的輔助制動系統，包括能量交換模塊以及與能量交換模塊相連接的控制模塊和冷卻模塊；所述的能量交換模塊包括驅動電機，驅動電機連接電機逆變器，電機逆變器連接高壓配電盒，高壓配電盒分別連接動力電池和耗能裝置；冷卻模塊包括與耗能裝置連接的水泵以及與動力電池連接的動力電池散熱系統，水泵與動力電池散熱系統通過節溫器連接散熱器；控制模塊包括整車控制器，整車控制器通過CAN總線分別連接制動踏板、電池管理系統以及耗能裝置控制器，電池管理系統連接動力電池并實時監控動力電池的各項狀態，耗能裝置控制器連接耗能裝置，整車控制器還連接高壓配電盒并能夠控制動力電池所在支路的通斷。

高壓配電盒中通過絕緣柵雙極型晶體管分別控制耗能裝置和動力電池的通斷。

所述的耗能裝置包括設置在殼體內部的耗能電阻，所述的殼體上開設有進水口以及出水口，通過進水口與出水口連接冷卻模塊的循環水。

所述的水泵與動力電池散熱系統通過節溫器相互連通。

所述的驅動電機通過高壓線束與電機逆變器連接，電機逆變器通過高壓線束與高壓配電盒連接，高壓配電盒通過高壓線束分別連接耗能裝置和動力電池；

所述的電池管理系統通過低壓線束連接動力電池，耗能裝置控制器通過低壓線束連接耗能裝置，整車控制器通過低壓線束連接高壓配電盒。

本發明并聯式混合動力重型卡車輔助制動系統的控制方法，包括以下步驟：

1)當動力電池的荷電不足時，電池管理系統將當前荷電狀態上報給整車控制器，整車控制器和耗能裝置控制器進行通訊，耗能裝置控制器將此時耗能裝置的狀態傳遞給整車控制器，整車控制器通過使能信號使高壓配電盒中動力電池所在支路接通，電機逆變器至動力電池的充電回路接通，電機逆變器至耗能裝置的回路斷開，電機逆變器給動力電池進行充電；

2)當動力電池臨近充滿時，電池管理系統將當前的荷電狀態上報給整車控制器，整車控制器根據制動踏板的有效行程確定驅動電機的制動力矩，整車控制器確定出耗能裝置的發熱功率，并利用使能信號控制高壓配電盒中耗能裝置所在的回路打開，電機逆變器至動力電池所在的回路斷開；以此通過電機逆變器給耗能裝置充電，由耗能裝置將電能轉化成相應熱能；

3)當耗能裝置開始工作時，打開水泵，冷卻模塊中節溫器比較動力電池冷卻系統冷卻回路與耗能裝置冷卻回路中的水溫，控制水路通斷實現熱管理。

水泵與動力電池散熱系統通過節溫器相互連通；耗能裝置通過連接水泵、節溫器、散熱器組建冷卻大循環管路；動力電池通過連接動力電池散熱系統、節溫器、散熱器組建冷卻大循環管路；當動力電池散熱系統的回路溫度低于動力電池的最佳工作溫度時，節溫器與散熱器之間的循環支路關閉，水泵、節溫器、動力電池散熱系統之間形成一個內部的小循環回路，驅動電機制動產生的電能通過耗能裝置轉換為熱能并與動力電池散熱系統的冷卻回路進行熱交換，達到熱平衡，直到動力電池散熱系統的冷卻回路水溫達到動力電池的最佳工作溫度。

與現有技術相比，本發明并聯式混合動力重型卡車的輔助制動系統具有如下有益效果：在重型卡車長時間持續或緊急制動時，通過該制動系統能夠在短時間內將重型卡車的勢能、動能轉變成電能，且當超出動力電池的存儲能力后，多余電能會轉化成熱能，繼而滿足動力電池的熱管理需要，多余的熱能則通過冷卻水循環擴散到外部環境中。通過此手段，能夠提高整車行車時的安全性，減少制動器的早期損壞，同時利用制動回收能量對動力電池進行充電和熱管理，既能實現整車油耗的降低又能夠提高動力電池的使用壽命。

與現有技術相比，本發明并聯式混合動力重型卡車輔助制動系統的控制方法，將高壓配電盒作為控制開關分別控制耗能裝置及電機逆變器所在支路的通斷，電機逆變器給動力電池進行充電，當動力電池臨近充滿時，由耗能裝置將電能轉化成相應熱能，使動力電池處于最佳的工作溫度，多余的熱能則通過冷卻水循環擴散到外部環境中。本發明同時利用制動回收能量對動力電池進行充電和熱管理，實現了整車油耗的降低，提高了動力電池的使用壽命。

附圖說明

圖1本發明輔助制動系統的控制原理圖；

圖2本發明能量轉換模塊原理圖；

附圖中：1-電池管理系統；2-動力電池；3-耗能裝置；4-高壓配電盒；5-電機逆變器；6-驅動電機；7-耗能裝置控制器；8-整車控制器；9-制動踏板；10-水泵；11-動力電池散熱系統；12-節溫器；13-散熱器；14-進水口；15-耗能電阻；16-殼體；17-出水口。

具體實施方式

下面結合附圖對本發明做進一步的詳細說明。

參見圖1，2，本發明并聯式混合動力重型卡車的輔助制動系統包括三個模塊：能量交換模塊、冷卻模塊和控制模塊。能量交換模塊包括電池管理系統1、動力電池2、耗能裝置3、高壓配電盒4、電機逆變器5以及驅動電機6；電池管理系統1通過低壓電路與動力電池2連接以實現對動力電池2各項狀態的實時監控與控制，動力電池2通過高壓電路與高壓配電盒4連接，高壓配電盒4將電路分成兩個回路：一路通過高壓電路與電機逆變器5連接，可將車輛制動時回收的能量通過該回路給動力電池2充電，另外一個回路通過高壓電路通向耗能裝置3；高壓配電盒4中，采用IGBT控制元件作為兩個回路的控制開關，當驅動電機進行再生制動時，如果動力電池2所在回路接通，耗能裝置3所在回路斷開，則進行能量回收，反之，如果動力電池2所在回路斷開，耗能裝置3所在回路接通則通過耗能裝置3將多余的電能轉化為熱能；耗能裝置3主要包括進水口14、耗能電阻15、殼體16、出水口17，進、出水口分別與冷卻模塊連接，通向整車冷卻循環系統。本發明冷卻模塊包括水泵10、動力電池冷卻系統11、節溫器12、散熱器13；水泵10與耗能裝置3的出水口17通過管路連接，耗能裝置3的進水口14接整車水循環，通過水泵10的驅動在耗能裝置3中形成水路循環帶走耗能電阻15產生的熱量；水泵10與動力電池冷卻系統11通過節溫器12及管路相互連通，節溫器12通過管路與散熱器13連通，當耗能裝置3的散熱回路溫度與電池散熱系統11的回路溫度達到熱平衡并滿足動力電池2的最佳工作狀態溫度時，兩個散熱回路均形成大循環通過散熱器13散去熱量，反之，若耗能裝置3的散熱回路溫度高于電池散熱系統11的回路溫度，電池散熱系統11的回路溫度低于動力電池2的最佳工作狀態溫度時，節溫器12與散熱器13之間的通路將關閉，耗能裝置3的散熱回路與電池散熱系統11的回路之間形成小循環。

本發明所述的控制模塊包括耗能裝置控制器7、整車控制器8、制動踏板9；整車控制器8與能耗裝置控制器7、制動踏板9分別通過CAN總線連接，制動踏板9將整車制動時踏板有效行程轉化成模擬量信號通過CAN信號傳遞給整車控制器8，此時，驅動電機6將按照整車制動力分配策略開始電機制動，整車控制器8將根據電池管理系統1提供的動力電池2的SOC值與設定的SOC值作比較，根據動力電池2的SOC值與設定值的相互關系，整車控制器8通過CAN信號與耗能裝置控制器7通訊，耗能裝置控制器7通過低壓電路信號獲取耗能裝置3的狀態并上報給整車控制器8，整車控制器8通過低壓電路控制高壓配電盒4中兩個IGBT開關的通斷，實現動力電池2的充電或通過耗能裝置3將制動回饋的多余能量轉換成熱能再通過冷卻模塊實現其合理利用。需要說明的是冷卻模塊在整個控制進行過程中，其動力電池冷卻系統11通過電池管理系統1對動力電池2實時監測，并根據動力電池2的最佳工作溫度進行自適應控制；能耗裝置3的冷卻系統隨能耗裝置的啟動開始工作，當能耗裝置3接通工作時，水泵10啟動，整個水循環開始，節溫器12根據能耗裝置3的冷卻循環回路和動力電池冷卻系統11的冷卻回路中的水溫進行自動判斷，實現大循環與小循環。

本發明的具體操作過程為：

1、輔助制動系統的實施：本發明并聯式混合動力重型卡車的輔助制動系統以電機制動與耗能裝置相結合的方式替代原重型卡車中使用的液力緩速器，既能滿足長大下坡路況持續制動時的制動力矩需求，又能使制動回收的能量能到有效、合理的利用。

參見圖1，輔助制動系統采用制動功率較大的驅動電機6、電機逆變器5、高壓配電盒4、耗能裝置3、動力電池2、電池管理系統1構成輔助制動系統的能量交換模塊；驅動電機6、電機逆變器5、高壓配電盒4通過高壓電路串聯，高壓配電盒4有兩個并聯支路分別與動力電池2與耗能裝置3連接，通過高壓配電盒4中的IGBT控制元件實現兩個支路的通斷；當車輛制動時，由于選用制動功率較大的驅動電機6，根據控制模塊的控制，當能量從驅動電機6電機逆變器5高壓配電盒4動力電池2這一支路傳遞時，驅動電機6制動產生的回饋電能將通過該支路按照動力電池2的SOC狀態進行能量回收，如能量從驅動電機6電機逆變器5高壓配電盒4耗能裝置3這一支路傳遞時，耗能裝置3中的大功率電阻15在大電流的作用下快速將驅動電機6制動產生的回饋電能轉化為熱能，并通過冷卻模塊將熱量進行合理利用。

輔助制動系統中的冷卻模塊可形成兩個大循環回路和一個小循環回路，耗能裝置3的冷卻大循環通過水泵10、節溫器12、散熱器13實現，動力電池2的冷卻大循環通過動力電池冷卻系統11、節溫器12、散熱器13來實現；另外，當動力電池冷卻系統11的回路溫度低于動力電池2的最佳工作溫度時，節溫器12、散熱器13之間的循環將關閉，此時，水泵10、節溫器12、動力電池冷卻系統11之間形成一個內部的小循環回路，此時，驅動電機6制動產生的電能通過耗能裝置3轉換為熱能并與動力電池冷卻系統11的冷卻回路進行熱交換，達到熱平衡，直到動力電池冷卻系統11的冷卻回路的水溫達到動力電池2的最佳工作溫度。

輔助制動系統中的控制模塊主要由耗能裝置控制器7、整車控制器8、制動踏板9組成，通過整車控制器8對輔助制動系統進行實時控制，控制信號主要來自制動踏板9的有效行程信號及電池管理系統1中的SOC狀態信號。

2、輔助制動系統的控制：結合圖1、圖2，當并聯式混合動力重型卡車制動時，制動踏板9的有效行程轉化為模擬量并通過CAN通訊上報給整車控制器8，整車控制器8會根據整車的制動控制策略來分配電機制動力的大??；當驅動電機6參與制動時，車輛行駛的部分動能和勢能轉換為電能，高壓電路中的能量流向為驅動電機6電機逆變器5高壓配電盒4，此時，高壓配電盒4中的兩個IGBT開關元件的起始狀態為開路狀態，整車控制器8將根據相關的狀態信號實施控制，具體控制方法如下：

1)當動力電池2的SOC較小時，電池管理系統1將SOC當前狀態以CAN信號形式上報給整車控制器8，耗能裝置控制器7將耗能裝置3的狀態也通過CAN信號上報給整車控制器8，整車控制器8通過使能信號控制高壓配電盒4中動力電池2所在支路的IGBT開關接通，此時，制動踏板9在任何位置，耗能裝置3均不工作，電機逆變器5至動力電池2的充電回路結合，電機逆變器5給動力電池2進行充電；

2)當動力電池SOC接近充滿閾值時，電池管理系統1將SOC當前狀態以CAN信號形式上報給整車控制器8，整車控制器8根據制動踏板9的有效行程并按照制動控制策略確定驅動電機6的制動力矩，同時，整車控制器8將與耗能裝置控制器7進行CAN通訊，從而確定耗能裝置3的相應發熱功率，此時，整車控制器8將通過低壓電路，利用使能信號控制高壓配電盒4中耗能裝置3所在的高壓回路打開，電壓逆變器5至動力電池2所在的高壓回路斷開；電機逆變器5給耗能裝置3充電，耗能裝置3將電能轉化成相應熱能；

3)當耗能裝置3開始工作時，耗能裝置3的冷卻循環開始工作，水泵10打開，散熱模塊中節溫器12比較動力電池冷卻系統11冷卻回路與耗能裝置3冷卻回路中的水溫，實現水路通斷；當動力電池冷卻系統11冷卻回路水溫高于耗能裝置3的冷卻回路水溫，節溫器12與散熱器13的通路打開，耗能裝置3和動力電池2通過各自的冷卻回路并通過散熱器13散熱，當動力電池冷卻系統11冷卻回路水溫低于耗能裝置3的冷卻回路水溫，并且低于動力電池2的最佳工作溫度時，節溫器12與散熱器13的通路關閉，耗能轉置3冷卻回路與動力電池冷卻系統11冷卻回路通過節溫器12連通，并進行熱交換，以實現對動力電池2的熱管理。