孫 凱（安徽江淮汽車股份有限公司技術(shù)中心，安徽 合肥 230601）

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電動(dòng)汽車再生制動(dòng)系統(tǒng)仿真與分析

孫 凱
（安徽江淮汽車股份有限公司技術(shù)中心，安徽 合肥 230601）

以電動(dòng)汽車為研究對(duì)象，對(duì)其再生制動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行了深入的理論分析和仿真研究。從能量回饋的原理、再生－摩擦制動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、控制理論、影響因素等幾個(gè)方面入手。對(duì)制動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行了全面、詳細(xì)、深入的剖析，搭建了仿真模型。在此基礎(chǔ)上進(jìn)行了一系列仿真數(shù)據(jù)和曲線進(jìn)行分析，為實(shí)車綜合控制策略的制定提供參考。

再生制動(dòng)；制動(dòng)力分配；仿真

10.16638/j.cnki.1671-7988.2016.08.006

CLC NO.: U469.7Document Code: AArticle ID: 1671-7988(2016)08-15-03

前言

與傳統(tǒng)汽車相比，能夠進(jìn)行再生制動(dòng)是電動(dòng)汽車的一個(gè)顯著特點(diǎn)。即電動(dòng)機(jī)在特定條件下可以轉(zhuǎn)為發(fā)電機(jī)運(yùn)行，因此可以在制動(dòng)時(shí)采用再生制動(dòng)，將回饋能量儲(chǔ)存在電力儲(chǔ)能裝置中，再加以利用，提高電動(dòng)汽車的續(xù)駛里程。

電動(dòng)汽車的再生制動(dòng)與發(fā)動(dòng)機(jī)、電機(jī)、變速器以及電池組等關(guān)鍵部件密切相關(guān)，他們都是構(gòu)成整車動(dòng)力系統(tǒng)的主要框架，模擬電動(dòng)汽車的再生制動(dòng)過程是一項(xiàng)重要同時(shí)又較為復(fù)雜的研究工作。本文采用Matlab/Simulink和Advisor軟件對(duì)電動(dòng)汽車再生制動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行建模， 采用后饋仿真為主并輔以前饋仿真的仿真方法，在精度允許的范圍內(nèi)對(duì)某些次要影響因素進(jìn)行了適當(dāng)?shù)暮喕?/p>

1、電動(dòng)汽車仿真軟件ADVISOR

ADVISOR (Advanced Vehicle Sinmulator，高級(jí)車輛仿真器)是由美國可再生能源實(shí)驗(yàn)室(National Renewable Energy Laboratory)在 Matlab和 Simulink軟件環(huán)境下開發(fā)的仿真軟件。ADVISOR是一種基于Matlab /Simulink環(huán)境的后向式仿真軟件，可以通過修改參數(shù)對(duì)不同整車車型進(jìn)行仿真與性能分析。

2、建立制動(dòng)系統(tǒng)仿真模型［1］

仿真計(jì)算采用Advisor中典型的后饋仿真為主并輔以前饋仿真的仿真方法，以能量傳遞為主線，分別計(jì)算各部件之間的能量分配，從而得到整車在各種循環(huán)工況下的能量消耗、SOC值的變化等情況，最終實(shí)現(xiàn)整車再生制動(dòng)對(duì)經(jīng)濟(jì)性能的影響的分析。如圖2.1。

advisor中制動(dòng)控制模塊分為前饋路徑和后向路徑。在上圖所示模型中，制動(dòng)模塊位于Matlab/Simulink頂層模型中的車輛控制子模塊中。

1）制動(dòng)模塊前向路徑

“前后輪制動(dòng)控制器” 模塊根據(jù)總制動(dòng)力的需求和驅(qū)動(dòng)鏈上所能提供的再生制動(dòng)力的多少，確定前、后輪制動(dòng)器上制動(dòng)力的分配。前輪制動(dòng)系數(shù)決定了前輪制動(dòng)力在所有制動(dòng)力（摩擦制動(dòng)力與再生制動(dòng)的和）中所占的比例［2］。前輪制動(dòng)力要始終保證前輪制動(dòng)系數(shù)與設(shè)定值相同，同時(shí)，不能超過最大摩擦力。后輪制動(dòng)力為總摩擦力減去前輪制動(dòng)力的差，同樣不能超過限制值。

2）制動(dòng)模塊后向路徑

制動(dòng)控制策略模塊，用來確定在前、后輪制動(dòng)器上所需的制動(dòng)力是多少。所需驅(qū)動(dòng)力的差額將最大限度的發(fā)揮驅(qū)動(dòng)鏈（再生制動(dòng)）的能力，如果再生制動(dòng)已經(jīng)達(dá)到了限制的極限值，那么由根據(jù)前、后輪制動(dòng)器根據(jù)他們制動(dòng)能力來提供剩下的制動(dòng)力。

3、再生制動(dòng)系統(tǒng)有效能量回收率評(píng)價(jià)

由于電動(dòng)汽車再生制動(dòng)系統(tǒng)仿真模型是在能量傳遞的基礎(chǔ)上建立的動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)模型，因此可以將整車制動(dòng)能量回收率作為再生制動(dòng)效能的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。電動(dòng)汽車制動(dòng)過程中的能量消耗如圖3.1所示。

整車能量的消耗主要包括六個(gè)部分，但在仿真計(jì)算過程中主要關(guān)心的是回收到蓄電池中的能量大小。因此可以通過以下計(jì)算得到再生制動(dòng)系統(tǒng)的有效能量回收率［3］。

通過對(duì)仿真工況的分析，可知整車在選定測(cè)試循環(huán)中所需要消耗的有效總能量E，如下式：

式中：Ek--整車牽引消耗的有效能量；

Eb--整車制動(dòng)消耗的有效能量；

整車回收的有效能量可由下式求得：

上式是通過液壓制動(dòng)力和總有效制動(dòng)能量來計(jì)算有效回收能量的，但計(jì)算較為復(fù)雜，因此可通過求蓄電池充放電功率對(duì)時(shí)間的積分直接計(jì)算整車有效回收的能量：

式中：Ub--蓄電池組充放電電壓；

Ib--蓄電池組充放電電流；

由以上計(jì)算即可得到整車有效能量回收率ηv：

4、仿真典型城市驅(qū)動(dòng)循環(huán)工況

在城市較為擁擠的路況下，由于頻繁的加速和制動(dòng)，傳統(tǒng)燃油汽車將發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的車輛牽引能量通過摩擦制動(dòng)的形式轉(zhuǎn)化為熱量消耗掉了。與傳統(tǒng)燃油汽車相比電動(dòng)汽車由于采用再生制動(dòng)可將一部分車輛動(dòng)能加以回收，因此在城市工況節(jié)能效果要優(yōu)于在郊區(qū)和高速公路工況的節(jié)能效果。

因此在滿足整車制動(dòng)安全和制動(dòng)穩(wěn)定的前提下，還需要在典型城市驅(qū)動(dòng)測(cè)試循環(huán)下對(duì)再生制動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行仿真，才能較全面的模擬電動(dòng)汽車再生制動(dòng)系統(tǒng)的工作過程，從而對(duì)整車的能量回收及其各影響因素進(jìn)行分析和評(píng)價(jià)。

本文選擇了三種典型的城市驅(qū)動(dòng)循環(huán)：歐洲 ECE+ EUDC、日本1015和美國UDDS來進(jìn)行再生制動(dòng)系統(tǒng)的仿真［2］。

表1　控制策略能量回收分析

5、結(jié)論

通過對(duì)三種循環(huán)工況下的仿真結(jié)果進(jìn)行分析，驗(yàn)證了本文所建立的電動(dòng)汽車仿真模型的合理性和正確性，按照選定的評(píng)價(jià)指標(biāo)，Advisor中制動(dòng)控制策略具有一定的能量回收能力。如何確定合理的再生制動(dòng)和摩擦制動(dòng)的能量分配管理，如何實(shí)現(xiàn)再生制動(dòng)、摩擦制動(dòng)和ABS的綜合協(xié)調(diào)控制，在保證制動(dòng)安全性的條件下提高制動(dòng)能量回收效率是再生制動(dòng)系統(tǒng)研究的重點(diǎn)和難點(diǎn)。在當(dāng)前新能源汽車產(chǎn)品開發(fā)過程中，再生制動(dòng)的研究具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。

[1]江勛,黃妙華.基于ADVISOR的電動(dòng)汽車再生制動(dòng)控制的建模與仿真[J].北京汽車，2008，第1期.

[2]唐鵬.電動(dòng)汽車制動(dòng)能量回收的分析與研究[D].合肥：合肥工業(yè)大學(xué)車輛工程，2007.

[3]曾小華，王慶年，李駿，王偉華，初亮.基于 ADVISOR2002混合動(dòng)力汽車控制策略模塊開發(fā)[J].汽車工程，2004年04期.

The simulation and analysis of electric vehile brake system

Sun Kai
(Technological Center,Anhui Jianghuai Automobile Co.,Ltd,Anhui Hefei 230601)

According to vehicle dynamics theory,The deeply theoretical researching and simulation are completed.the braking system is also analyzed entirely and thoroughly，including in the principle of energy recovery.the conformation of the regenerative-friction system、controltheory，innuencing factors and so on.Creating simulation data and curves show that regenerative braking distribution control strategy can assure high effcient energy recover.Gives some suggestion for the experiments and tests.

Regenerative braking; Braking distribution; Simulation

U469.7

A

1671-7988（2016）08-15-03

孫凱（1972-）男，高級(jí)工程師，就職于安徽江淮汽車股份有限公司技術(shù)中心，主要從事發(fā)動(dòng)機(jī)與新能源汽車產(chǎn)品開發(fā)及研究工作。