胡洋，吳成加

（安徽安凱汽車股份有限公司，合肥　230051）

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基于Cruis e的整車制動(dòng)能量回收策略的研究

胡洋，吳成加

（安徽安凱汽車股份有限公司，合肥230051）

摘要：針對(duì)純電動(dòng)客車制動(dòng)時(shí)的能量回收，以電池的剩余容量、車速、制動(dòng)距離和制動(dòng)減速度等為條件，基于Cruise / Simulink聯(lián)合仿真平臺(tái)，對(duì)不同的策略進(jìn)行仿真計(jì)算，分析其對(duì)總續(xù)駛里程的影響。

關(guān)鍵詞：電動(dòng)客車；制動(dòng)能量回收；控制策略；Cruise

隨著新能源客車的發(fā)展，越來(lái)越多的城市客車使用純電動(dòng)客車，節(jié)省能源的同時(shí)也對(duì)環(huán)境的改善起到了一定的作用?？蛙囆旭傇诔鞘欣?，由于制動(dòng)頻繁，將有大量的制動(dòng)能量，如果不加以利用，最終制動(dòng)能量以熱能的形式消耗。對(duì)于電動(dòng)車，這些被浪費(fèi)的動(dòng)量可以通過(guò)制動(dòng)能量回收系統(tǒng)轉(zhuǎn)變成電能后儲(chǔ)存于電池中，作為驅(qū)動(dòng)能量使用。因此，制動(dòng)能量回收的研究，不僅對(duì)延長(zhǎng)制動(dòng)器使用壽命，更是對(duì)提高車輛能量利用效率具有重要意義[1]。本文利用Crusie建立電動(dòng)車的仿真模型，基于Matlab / Simulink的控制策略對(duì)整車動(dòng)力進(jìn)行有效管理。Cruise軟件提供了模塊接口調(diào)用Simulink的控制策略，兩者聯(lián)合能對(duì)車輛性能進(jìn)行仿真計(jì)算。

1　基于Cruise軟件的整車建模

Cruise的建模非常方便，直接采用拖拽的方式，將所需的模塊從組件庫(kù)中拖入模型界面，建立機(jī)械、電氣和數(shù)據(jù)總線的連接，完成車輛結(jié)構(gòu)模型搭建[2]。

Cruise與Matlab的接口可讓用戶將自己設(shè)計(jì)的邏輯程序集成到Cruise中，利用Simulink進(jìn)行建模，建好的模型策略可以通過(guò)兩種方法集成到Cruise中。本文采用API的方法，在Cruise中使用數(shù)據(jù)總線傳輸實(shí)現(xiàn)聯(lián)合。圖1所示的整車仿真模型由車輛模型和策略模型組成。

圖1　整車仿真模型

車輛模型在Cruise中搭建，包含動(dòng)力電池模型、驅(qū)動(dòng)電機(jī)模型、駕駛員模型、Matlab API模型等[3]；策略模型在Matlab / Simulink中搭建，包含車輛起步、滑行、制動(dòng)的控制。Cruise將車輛的車速、電池SOC、電機(jī)轉(zhuǎn)速、電機(jī)扭矩、制動(dòng)力、踏板信息等信號(hào)傳遞給Simulink中的控制策略模型，Simulink將處理后的電機(jī)制動(dòng)力等信號(hào)傳回給Cruise，從而實(shí)現(xiàn)Cruise和Simulink之間的數(shù)據(jù)通信，完成仿真計(jì)算。

本文以某款純電動(dòng)客車為基礎(chǔ)車型，根據(jù)整車動(dòng)力性指標(biāo)完成部件選型[4]，其匹配后的基本參數(shù)如表1所示。

表1　基本參數(shù)

2　制動(dòng)能量回收策略及仿真分析

2.1能量回收策略

電動(dòng)汽車的制動(dòng)能量回收系統(tǒng)，主要包括儲(chǔ)能系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、輔助系統(tǒng)等。制動(dòng)能量回收由車輪速度變化經(jīng)差速器到減速器，再由電機(jī)把機(jī)械能轉(zhuǎn)化成電能給動(dòng)力電池充電[5]。

車輛制動(dòng)時(shí)，電動(dòng)汽車的制動(dòng)力可由電機(jī)制動(dòng)和機(jī)械制動(dòng)兩者組成。在盡可能多地回收制動(dòng)能量時(shí)，需考慮制動(dòng)距離及整車安全性。如何在電機(jī)制動(dòng)和機(jī)械制動(dòng)之間進(jìn)行合理分配，是制動(dòng)能量回收首要考慮問題[5]。同時(shí)，電機(jī)的能量回收還受到電池SOC值、當(dāng)前車速、制動(dòng)減速度等條件的約束。根據(jù)不同的SOC值，為了對(duì)電池起到保護(hù)作用，電池可充電電流是隨之變化的[6]。隨著SOC值增高，回收能量轉(zhuǎn)化的電能對(duì)電池進(jìn)行充電的電流相應(yīng)減少直到零。因此，制動(dòng)回收能量為降低過(guò)程。車速高時(shí)，可回收的制動(dòng)能量較多，但需區(qū)分是否為緊急制動(dòng)。緊急情況下，為確保制動(dòng)安全距離，不進(jìn)行制動(dòng)能量回收。車速過(guò)低時(shí)，電機(jī)的發(fā)電能力低，也不進(jìn)行制動(dòng)能量回收。因此，制動(dòng)能量回收的主要制約因素在于制動(dòng)安全距離和制動(dòng)初速度，同時(shí)要考慮當(dāng)前電池最大充電功率和電機(jī)的發(fā)電能力[7]。使用Simulink搭建的整車制動(dòng)能量回收控制策略如圖2所示。

圖2　搭建的制動(dòng)能量回收控制策略

本文制動(dòng)能量回收控制策略，當(dāng)車速小于設(shè)定的最低車速值，僅用機(jī)械制動(dòng)；當(dāng)電池SOC大于上限值，僅用機(jī)械制動(dòng)；當(dāng)制動(dòng)力大于設(shè)定值時(shí)，僅用機(jī)械制動(dòng)。除上述情況外，采用電機(jī)和機(jī)械制動(dòng)相結(jié)合方式，根據(jù)制動(dòng)踏板的開度判斷當(dāng)前所需制動(dòng)力，再與電池的可充電電流計(jì)算出電機(jī)的制動(dòng)力相比較，取較小值作為電機(jī)制動(dòng)依據(jù)，剩余部分由機(jī)械制動(dòng)提供[8]。

2.2策略效果仿真分析

控制策略模型搭建后，通過(guò)滑行實(shí)驗(yàn)得整車阻力，取代風(fēng)阻和滾阻等計(jì)算，有利于提高模型的準(zhǔn)確性。本次進(jìn)行的實(shí)車滑行實(shí)驗(yàn)曲線如圖3所示，將曲線放入Cruise中建立整車的阻力模型[9]。

圖3　滑行曲線

本次仿真工況為實(shí)際采集到的市區(qū)城市客車行車路線的工況、城郊行車路線的工況[10]，如圖4、圖5所示。

圖4　市區(qū)工況

圖5　城郊工況

根據(jù)上述工況，分有無(wú)制動(dòng)能量回收控制策略兩種情況。進(jìn)行續(xù)駛里程的仿真[10]結(jié)果見表2。情況一，全程不進(jìn)行制動(dòng)能量回收；情況二，當(dāng)SOC值小于90%、車速大于10 km/h時(shí)，進(jìn)行制動(dòng)能量回收。與不進(jìn)行制動(dòng)回收系統(tǒng)相比，制動(dòng)回收的純電動(dòng)續(xù)駛里程都有所增加，但不同工況下增加的有所不同。

表2　續(xù)駛里程仿真結(jié)果

從表2中可看出，兩種工況下制動(dòng)能量回收對(duì)續(xù)駛里程的增加率均超過(guò)了30%。其中，市區(qū)工況增加較多。這是因?yàn)榕c城郊工況相比，市區(qū)工況的制動(dòng)情況比較多。

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修改稿日期：2015-07-15

3　結(jié)束語(yǔ)

本文基于整車制動(dòng)能量回收策略的仿真，綜合考慮電池SOC、車速和制動(dòng)力對(duì)制動(dòng)回收的影響，并用Cruise / Simulink聯(lián)合仿真平臺(tái)進(jìn)行了對(duì)比分析。結(jié)果顯示，市區(qū)工況下使用制動(dòng)能量回收策略的續(xù)駛里程可增加38.6%，城郊工況下增加為31.6%，制動(dòng)能量回收對(duì)續(xù)駛里程的增加率均在30%以上。

Research on Bus Braking Energy Recovery Strategy Based on Cruise

Hu Yang,Wu Chengjia
(Anhui Ankai Automobile Co., Ltd, Hefei 230051, China)

Abstract：According to the braking energy recovery of a pure electric bus, the authors take the remaining capacity of the battery, bus speed, braking distance and braking deceleration as conditions to simulate different strategies based on the Cruise / Simulink co-simulation platform, and analyze their influence on the overall drivingrange.

Key words:electric bus；brake energyrecovery; control strategy; Cruise

作者簡(jiǎn)介：胡洋（1985-），女，工程師；研究方向：新能源汽車整車性能仿真。

基金項(xiàng)目：國(guó)家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目：純電動(dòng)中型公務(wù)客車研發(fā)與示范項(xiàng)目（2014BAG6B02）

中圖分類號(hào)：U463.5

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1006-3331（2016）01-0004-03