（武漢商學(xué)院機電工程與汽車服務(wù)學(xué)院，武漢 430056）

摘 要：本文基于常規(guī)混動汽車（HEV）的制動控制邏輯，提出同時兼顧制動能量回收與車輛制動穩(wěn)定性的控制策略。采用邏輯門限控制方法對混動車輛的常規(guī)ABS控制邏輯進行修改，并將制動能量回收系統(tǒng)進行集成，形成制動能量回收與ABS控制策略，兼顧車輛經(jīng)濟性與制動安全性能。最后運用ADVISOR軟件進行仿真運行，對課題所提出的相關(guān)控制邏輯進行分析，并驗證其運行的合理性及可行性。

關(guān)鍵詞：混合動力;制動能量回收;控制策略

0 前言

混合動力汽車同時采用傳統(tǒng)發(fā)動機和電動機作為其動力源，在車輛制動工況下，有效地將車輛制動時的能量轉(zhuǎn)換為電池的電能并加以存儲，作為電動機工作時的能量來源，對比傳統(tǒng)內(nèi)燃機，其在相同的行駛里程下具有更高的燃油經(jīng)濟性和更低的排放性能?，F(xiàn)如今，為保證車輛在制動尤其是緊急制動時車身的穩(wěn)定性，幾乎所有的汽車都裝配有ABS系統(tǒng)，那么怎樣使得HEV車輛在ABS系統(tǒng)起作用時，最大程度地回收制動能量，對于延長車輛行駛里程，改善整車使用率來講，是HEV汽車一個及其重要的研究方向。

1 傳統(tǒng)汽車前、后軸制動力分配

為滿足混動車輛制動時駕駛員的需求以及達到相關(guān)規(guī)定對制動效果的要求，應(yīng)對傳統(tǒng)汽車前、后軸制動力分配進行分析。為了避免制動時由于后軸抱死而發(fā)生的側(cè)滑現(xiàn)象，車輛制動時理想的制動力分配曲線應(yīng)隨時處于實際制動力分配曲線上方。同時為了避免制動時由于前軸抱死而發(fā)生的車輛轉(zhuǎn)向能力喪失的現(xiàn)象， 實際制動力分配曲線應(yīng)越靠近理想制動力分配曲線。

2 制動能量回收系統(tǒng)原理分析

傳統(tǒng)汽車在制動過程中，其動能被轉(zhuǎn)化成制動器工作所產(chǎn)生的摩擦熱能而散發(fā)到大氣中，從而實現(xiàn)車速的降低，因此制動時的能量不能加以利用而白白浪費掉。如圖1所示，減小電動機工作時的頻率可達到對電動機減速的目的，電機轉(zhuǎn)速隨著工作頻率的下降而減小，但由于電機轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)慣量的存在，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速并不會馬上下降，此時定子所產(chǎn)生的反電動勢會大于變頻器直流端的輸出電壓，電機將轉(zhuǎn)換為發(fā)電機的工作狀態(tài)（再生制動），產(chǎn)生的電能會被儲能裝置所吸收。這樣車輛在產(chǎn)生制動作用的同時，系統(tǒng)電能將會得到有效回收。所以相對于傳統(tǒng)車輛，采用了制動能量回收系統(tǒng)的混動汽車其能量利用率顯著提高，車輛的經(jīng)濟性、續(xù)航里程得到極大改善。

電源儲能裝置是HEV車輛最為重要的部件，其能量存儲的大小直接關(guān)系到汽車的行駛里程。當(dāng)前，電池自身的容量大小與成本仍制約著混動車輛續(xù)航里程的提高。車輛制動時，通過制動能量回收系統(tǒng)將減小的動能更多地轉(zhuǎn)換為電能并存儲在電源儲能裝置內(nèi)，轉(zhuǎn)換后的電能可供電機驅(qū)動系統(tǒng)使用，制動能量回收越充分，轉(zhuǎn)換的電能越多，可供電機運轉(zhuǎn)的電量越多，即可有效地減少內(nèi)燃機工作時間，從而提高燃油經(jīng)濟性及續(xù)航里程。

3 基于ABS的制動能量回收控制策略

由于混動車輛制動系統(tǒng)仍采用傳統(tǒng)液壓制動系統(tǒng)，制動過程中，車輪產(chǎn)生波動，勢必對制動能量回收系統(tǒng)中的再生制動力矩產(chǎn)生變化，變化的力矩又會對車輪的減速度產(chǎn)生進一步的影響。同時，ABS液壓控制單元的壓力調(diào)節(jié)周期明顯快于電動機動作時間，從而影響了車輛制動壓力的調(diào)節(jié)控制，ABS調(diào)節(jié)失效。因此，必須在確保在制動安全性的條件下，使制動能量回收和 ABS 制動系統(tǒng)協(xié)同工作，最大限度回收能量，從而實現(xiàn)制動能量回收和ABS制動系統(tǒng)的綜合控制，兼顧車輛經(jīng)濟性與制動安全性能。

目前通過采用邏輯門限值這一制動控制策略在國內(nèi)較為普及，根據(jù)前期試驗確定與待控制目標(biāo)相一致的門限值，而后依據(jù)各傳感器所輸入的實測值與前期門限值的對比從而進行控制調(diào)節(jié)制動力大小的一種方法。邏輯門限值控制方法所需的控制參量較少，硬件系 統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，因而成本較低。系統(tǒng)基于邏輯門限值制動控制策略，通過集成控制器控制電動機輸出處于不同工況下對應(yīng)的不同制動力矩。若前輪趨于抱死，則適當(dāng)減小前軸的再生制動力矩。此時車輪轉(zhuǎn)速上升，若車輪轉(zhuǎn)速再次進入穩(wěn)定區(qū)域，則維持力矩值不變，否則繼續(xù)減小力矩值。若此時前輪仍處于抱死趨勢，則應(yīng)協(xié)調(diào)控制車輛再生制動力矩值和制動液壓力矩值。減壓工況下，減小前軸的再生制動力矩。當(dāng)處于減壓工況外的其他工況下， 維持車輛再生制動力矩值不變。若某一前輪處于減壓制動工況下，則適當(dāng)減小前軸的再生制動力矩。若兩前輪都處于非減壓制動工況下，則維持車輛再生制動力矩值不變。

4 仿真分析

4.1 ADVISOR簡介

ADVISOR是由美國可再生能源實驗室在MATLAB和SIMULINK軟件環(huán)境下開發(fā)的高級車輛仿真軟件。目前隨著國內(nèi)混動汽車的不斷普及，ADVISOR越來越受到各大汽車制造廠商及汽車研發(fā)單位的青睞。

4.2 仿真分析

本車定義參數(shù)如下，車身質(zhì)量1390Kg，風(fēng)阻系數(shù)0.335，迎風(fēng)面積2.0m2，車輪半徑0.282m，電動機最大功率49Kw，最大電流400A，發(fā)動機排量1.0L，最大功率41/5700r（Kw），最大扭矩81/3477r（Nm），蓄電池額定容量45Ah，峰值功率3.3Kw。建立制動能量回收與ABS集成控制模型，如圖2所示。

邏輯門限控制模型和集控邏輯模型一同組成制動集成控制器。邏輯門限控制量模型接受車輪制動狀態(tài)的輸入，通過安裝在各個車輪上的輪速傳感器采集不同制動減速度下車輪的轉(zhuǎn)速及滑移率并輸入集控邏輯模型。集控邏輯由制動能量回收控制邏輯、制動防抱死控制邏輯兩部分組成，其根據(jù)邏輯門限控制模型輸出的數(shù)據(jù)發(fā)送相應(yīng)的制動能量回收控制指令，通過控制電機的工作負荷達到輸出液壓控制指令的目的，實現(xiàn)制動能量的回收與ABS控制。通過ADVISOR中以存在的并聯(lián)混動汽車模型，在CYC_1015工況下進行仿真分析，并對比默認并聯(lián)混動汽車模型相關(guān)指標(biāo) ，如下表所示，樣車模型油耗優(yōu)于默認并聯(lián)模型，但排放性差別不大，進入ESS的總能力略小。這說明究其制動能量回收方面，本文所提控制策略與傳統(tǒng)并聯(lián)控制策略相差不大。其原因是在CYC_1015工況中，對于軟件默認并聯(lián)模型制動控制策略， 速度高于43.48km/h的制動為112秒，占全部制動工況的75%。而對于邏輯門限值控制策略，制動強度在0.1范圍內(nèi)的制動為130秒，占全部制動工況的87%。ADVISOR軟件默認并聯(lián)制動控制策略中，當(dāng)車輛速度處于43.48km/h以上時，電制動所占份額高于80%。故基于邏輯門限值控制策略中制動能量回收效率要略多一些。

（CYC_1015工況中，制動時間660S，制動距離2.59km，空轉(zhuǎn)時間215S，停止次數(shù)7次，最大速度43.48km/h ，平局速度14.09km/h，最大加速度2.6m/s2，最大減速度-2.76 m/s2）。/

5 結(jié)束

制動能量回收是HEV的關(guān)鍵技術(shù)，在滿足制動能量回收前提下，根據(jù)ECE制動法規(guī)規(guī)定，提出能量回收與ABS控制策略并建立仿真模型，通過ADVISOR軟件對策略進行仿真，結(jié)果表明，在保證制動時車輛穩(wěn)定性的基礎(chǔ)上，更多的制動能量被系統(tǒng)回收，此控制策略比較適合在城市內(nèi)行使的小型混合動力汽車，提高了能量回收利用率，對節(jié)約減排具有顯著的意義。

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注：本文系武漢商學(xué)院校級科研項目“混合動力汽車（HEV）制動能量回收與ABS控制策略研究”（項目編號：2014Y005）研究成果之一