張京明， 陳 磊， 張晉華， 崔淑梅

(1.哈爾濱工業(yè)大學(xué)(威海) 汽車工程學(xué)院， 山東 威海 264209； 2.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 電氣工程學(xué)院， 哈爾濱 150001)

?

FSAE電動(dòng)賽車再生制動(dòng)系統(tǒng)開發(fā)

張京明1， 陳 磊1， 張晉華1， 崔淑梅2

(1.哈爾濱工業(yè)大學(xué)(威海) 汽車工程學(xué)院， 山東 威海 264209； 2.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 電氣工程學(xué)院， 哈爾濱 150001)

為提高大學(xué)生方程式(FSAE)純電動(dòng)賽車耐久賽成績(jī)，開發(fā)一套適用于FSAE電動(dòng)賽車的再生制動(dòng)系統(tǒng).對(duì)ADVISOR軟件二次開發(fā)，通過修改整車模型、車輪模型、驅(qū)動(dòng)控制模型及電池模型等，建立適用于FSAE純電動(dòng)賽車的仿真平臺(tái)；為保證再生制動(dòng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，降低賽車控制器和傳感器精度對(duì)系統(tǒng)的影響，提出一種后軸并聯(lián)制動(dòng)力分配控制策略，并進(jìn)行了耐久賽工況分析；對(duì)再生制動(dòng)系統(tǒng)控制器進(jìn)行軟硬件開發(fā)，并進(jìn)行實(shí)車試驗(yàn).仿真及試驗(yàn)中再生制動(dòng)能量回收率分別達(dá)到20.89%和19.07%，所設(shè)計(jì)的再生制動(dòng)系統(tǒng)可有效回收FSAE純電動(dòng)賽車的制動(dòng)能量，提高耐久賽成績(jī).

電動(dòng)汽車；再生制動(dòng)；大學(xué)生方程式(FSAE)賽車；仿真分析；實(shí)車試驗(yàn)

Formula Society of Automotive Engineers (FSAE)由國際汽車工程師學(xué)會(huì)開辦，是面向全世界在校大學(xué)生的方程式賽車競(jìng)賽，要求所設(shè)計(jì)制造的賽車在加速、制動(dòng)、操縱穩(wěn)定性及耐久性方面都有優(yōu)秀的表現(xiàn).FSAE純電動(dòng)賽車耐久賽規(guī)則為：同樣行駛里程情況下，總能量消耗越少，分?jǐn)?shù)越高；而對(duì)于配備再生制動(dòng)功能的電動(dòng)賽車，所回收的制動(dòng)能量將按90%從總能量中扣除.再生制動(dòng)系統(tǒng)在民用車領(lǐng)域應(yīng)用較為廣泛.豐田公司的混合動(dòng)力汽車Prius，基于線控制動(dòng)方案搭載了再生制動(dòng)系統(tǒng)[1];本田公司的混合動(dòng)力汽車Insight應(yīng)用了雙制動(dòng)力分配系數(shù)的再生制動(dòng)控制策略[2];馬自達(dá)公司研發(fā)的i-eloop再生制動(dòng)系統(tǒng)則是以電容作為能量存儲(chǔ)單元，已應(yīng)用在量產(chǎn)車型中[3].控制策略方面,國內(nèi)外學(xué)者做了大量的研究[4-11]，并設(shè)計(jì)了相關(guān)硬件系統(tǒng)，同時(shí)還研究了與ABS等相關(guān)系統(tǒng)的協(xié)調(diào)控制算法.Sankavaram等[12]針對(duì)帶有制動(dòng)能量回收功能的混合動(dòng)力汽車，研究了制動(dòng)能量回收功能的錯(cuò)誤監(jiān)測(cè)和診斷系統(tǒng);Jiweon等[13]設(shè)計(jì)了具有ABS功能的再生制動(dòng)協(xié)調(diào)算法; 趙國柱[14]在制動(dòng)系統(tǒng)中加入慣性比例閥來提高汽車制動(dòng)能量回收效果; 曹建波等[15]設(shè)計(jì)了基于RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)調(diào)節(jié)的制動(dòng)能量回收滑膜控制器，具有更好的響應(yīng)速度和魯棒性.在賽車領(lǐng)域，由于賽車本身尺寸及質(zhì)量較小，在輕量化及動(dòng)力匹配方面已基本達(dá)到極限，為進(jìn)一步提高電動(dòng)賽車的耐久賽成績(jī)，研究適用于FSAE賽車的再生制動(dòng)系統(tǒng)具有重要意義.

1 FSAE電動(dòng)賽車

FSAE純電動(dòng)賽車底盤傳動(dòng)及制動(dòng)系統(tǒng)如圖1所示.賽車為后軸驅(qū)動(dòng)，由一臺(tái)永磁同步電機(jī)經(jīng)鏈傳動(dòng)將動(dòng)力傳至后輪，選用磷酸鐵鋰電池作為能量存儲(chǔ)單元，制動(dòng)系統(tǒng)為機(jī)械液壓結(jié)構(gòu)，以固定比值分配前、后制動(dòng)力.FSAE電動(dòng)賽車的主要參數(shù)見表1.

圖1 賽車底盤系統(tǒng)

表1 FSAE電動(dòng)賽車主要參數(shù)

2 仿真模型二次開發(fā)

本文采用ADVISOR軟件進(jìn)行仿真分析.原軟件僅支持前軸驅(qū)動(dòng)車輛的仿真，為使其適用于后軸驅(qū)動(dòng)FSAE電動(dòng)賽車，需對(duì)軟件原有模型進(jìn)行二次開發(fā)，修改的部分主要包括整車模型、車輪模型、驅(qū)動(dòng)控制模塊和動(dòng)力系統(tǒng)模塊.

2.1 整車模型

整車模型的修改主要考慮賽車的直線行駛工況，忽略轉(zhuǎn)向工況及懸架的影響.賽車行駛時(shí)的動(dòng)力學(xué)方程式為

(1)

式中：Ft為行駛驅(qū)動(dòng)力，F(xiàn)f為滾動(dòng)阻力，F(xiàn)w為空氣阻力，F(xiàn)i為坡度阻力，F(xiàn)j為加速阻力，m為整車質(zhì)量，g為重力加速度，f1、f2為前、后輪滾動(dòng)阻力系數(shù)，δ為旋轉(zhuǎn)質(zhì)量換算系數(shù)，α為汽車行駛坡度，ua為賽車行駛車速，CD為空氣阻力系數(shù)；A為賽車迎風(fēng)面積，ρ為空氣密度.

整車后向模型的輸入信號(hào)為整車需求車速ua，采用當(dāng)前步長(zhǎng)內(nèi)的初速度與工況模塊傳來的速度的平均值，即

ua=(Vpre+Vcyc)/2

式中：Vpre為后向模型中當(dāng)前步長(zhǎng)內(nèi)初速度，Vcyc為工況模塊的速度輸入.

整車模型的前向模型根據(jù)車輪模塊傳來的實(shí)際牽引力及車速信號(hào)，計(jì)算下一步長(zhǎng)的初始車速Vpre.

(2)

式中：V0為前向模型當(dāng)前步長(zhǎng)的初始車速，Vave為當(dāng)前步長(zhǎng)平均車速.

將式(2)帶入式(1)，可得

mgsin α-2δm(Vave-V0)/Δt=0.

(3)

求解式(3)可得Vave，進(jìn)而求得前向模型中當(dāng)前步長(zhǎng)末速度Vpre.

2.2 車輪模型

車輪計(jì)算模型主要負(fù)責(zé)連接整車計(jì)算模型與傳動(dòng)系統(tǒng)模型.其中，車輪后向模型接收賽車行駛驅(qū)動(dòng)力及速度信號(hào)，向傳動(dòng)系統(tǒng)提供需求轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)矩信號(hào)；車輪前向模型接收來自傳動(dòng)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)矩及轉(zhuǎn)速信號(hào)，向整車模型輸出實(shí)際車速及驅(qū)動(dòng)力信號(hào).在ADVISOR軟件車輪模型中，需要針對(duì)驅(qū)動(dòng)形式進(jìn)行修改的模塊包括：滑移率限制模塊、慣性損失模塊及相應(yīng)的通信模塊.

2.3 驅(qū)動(dòng)控制模塊

驅(qū)動(dòng)模塊位于整車控制模塊中，其作用是與車輪模塊中的后向模型進(jìn)行信號(hào)通信，限制整車模塊向車輪后向模塊輸出的力信號(hào)及車速信號(hào)的大小.

后軸最大驅(qū)動(dòng)力限制模塊及后軸載荷計(jì)算模塊的作用是：限制整車模塊向車輪模塊輸出的需求驅(qū)動(dòng)力，使最大驅(qū)動(dòng)力不超過地面附著條件所能提供的最大附著力，保證仿真的精確度.地面對(duì)賽車后軸的法向反力Fz2為

此時(shí)最大驅(qū)動(dòng)力限制為Fmax=Fz2·φmax.

整車車速限制模塊的作用是：接收整車模塊的速度輸出信號(hào)，限制整車速度不能超過最大附著條件下的最大車速，并將速度信號(hào)輸出至車輪模塊中.

假設(shè)汽車在坡度角為α的斜坡上以初速度αj，加速度aj加速上坡，經(jīng)過Δt時(shí)間后達(dá)到速度Vt，當(dāng)驅(qū)動(dòng)力Ft與地面最大附著力Fmax相等時(shí)，有

Fmax-Ff-Fw-Fi-Fj=0.

其中：

(4)

式中：hg為汽車質(zhì)心高度，L為汽車軸距，a為質(zhì)心至前軸距離，b為質(zhì)心距后軸距離，φmax為路面最大附著系數(shù).且又有

(5)

聯(lián)合式(4)與式(5)，可以得出驅(qū)動(dòng)工況下，驅(qū)動(dòng)力達(dá)到地面最大附著條件時(shí)汽車能達(dá)到的速度.

2.4 動(dòng)力系統(tǒng)模塊

動(dòng)力系統(tǒng)模塊主要包括動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)模型、電機(jī)/控制器模型、電器附件模型以及儲(chǔ)能單元模型.采用ADVISOR軟件原動(dòng)力系統(tǒng)相關(guān)模型，根據(jù)FSAE電動(dòng)賽車動(dòng)力系統(tǒng)主要參數(shù)修改相應(yīng)配置文件.

綜合以上分析，在ADVISOR中創(chuàng)建后軸驅(qū)動(dòng)FSAE賽車仿真模型，如圖2所示.

圖2 后軸驅(qū)動(dòng)FSAE賽車ADVISOR仿真模型

3 后軸并聯(lián)再生制動(dòng)控制策略

FSAE純電動(dòng)賽車液壓制動(dòng)系統(tǒng)按固定比值分配前、后制動(dòng)力，在后軸增加電機(jī)制動(dòng)力.由于車身尺寸及質(zhì)量較小，制動(dòng)時(shí)所需制動(dòng)力也較小，并且考慮到賽車在賽道行駛制動(dòng)時(shí)的制動(dòng)安全性，因而未更改原車液壓制動(dòng)系統(tǒng)的機(jī)械結(jié)構(gòu).

對(duì)于前軸驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)汽車，再生制動(dòng)只能用在前輪.通常為保證制動(dòng)穩(wěn)定性，應(yīng)使前、后軸制動(dòng)力分配曲線靠近I曲線，但這樣會(huì)增加后軸液壓制動(dòng)力，減弱了前軸再生制動(dòng)力的參與.而后軸驅(qū)動(dòng)的FSAE電動(dòng)賽車不存在此種矛盾，因而可以更好地協(xié)調(diào)制動(dòng)穩(wěn)定性和能量回收效果.

受整車控制器和傳感器的精度限制，理想制動(dòng)力分配控制策略、最大再生制動(dòng)力控制策略在FSAE賽車上并不能完全發(fā)揮功效.因此，考慮動(dòng)力電池、電機(jī)狀態(tài)及外界負(fù)載狀態(tài)等影響因素，本文提出了一種既能保證制動(dòng)安全、又能盡量回收制動(dòng)能量，同時(shí)又能穩(wěn)定運(yùn)行的后軸并聯(lián)制動(dòng)控制策略.圖3為該策略下前、后輪制動(dòng)力分配關(guān)系曲線.

由圖3可知后軸并聯(lián)再生制動(dòng)控制策略如下.

1)制動(dòng)強(qiáng)度<0.1時(shí)，屬于小強(qiáng)度制動(dòng)工況，液壓系統(tǒng)不工作(通過增設(shè)制動(dòng)踏板空行程方式實(shí)現(xiàn))，整車制動(dòng)力全部由電機(jī)制動(dòng)力提供；

2)制動(dòng)強(qiáng)度在0.10～0.15時(shí)，液壓制動(dòng)系統(tǒng)開始工作，后軸液壓制動(dòng)力增加，為保證制動(dòng)穩(wěn)定性，電機(jī)制動(dòng)力開始衰減，后軸總制動(dòng)力隨著制動(dòng)強(qiáng)度的增加而減弱；

3)制動(dòng)強(qiáng)度在0.15～0.60時(shí)，屬于中等強(qiáng)度制動(dòng)工況，此時(shí)電機(jī)制動(dòng)力隨著制動(dòng)強(qiáng)度的增加而增大，后軸制動(dòng)力占總制動(dòng)力份額上升，前、后輪制動(dòng)力關(guān)系曲線向I曲線貼近，但仍低于I曲線；

4)制動(dòng)強(qiáng)度在0.60～0.70時(shí)，屬于由中等強(qiáng)度制動(dòng)工況向大制動(dòng)強(qiáng)度制動(dòng)工況過度階段，此時(shí)，原車液壓制動(dòng)系統(tǒng)制動(dòng)力仍在上升，而減小電機(jī)制動(dòng)力，當(dāng)制動(dòng)強(qiáng)度達(dá)到0.7時(shí)，電機(jī)制動(dòng)力減小至0；

5)當(dāng)制動(dòng)強(qiáng)度>0.70時(shí)，制動(dòng)強(qiáng)度大，屬于緊急制動(dòng)工況.為保證賽車制動(dòng)安全，撤銷電機(jī)制動(dòng)力，改為液壓制動(dòng)系統(tǒng)工作.此時(shí)整車前、后車輪制動(dòng)力分配曲線回歸原車實(shí)際液壓制動(dòng)力分配曲線(β線).

圖3 制動(dòng)力分配關(guān)系曲線

所采用的磷酸鐵鋰電池組SOC的工作范圍為5%～95%，因此當(dāng)電池SOC低于95%時(shí)，開啟再生制動(dòng)功能.另外，F(xiàn)SAE比賽規(guī)定：對(duì)于裝有再生制動(dòng)功能的賽車，當(dāng)速度低于5 km/h時(shí)，不可進(jìn)行再生制動(dòng)，因此策略中系統(tǒng)運(yùn)行的最低車速為5 km/h.

4 再生制動(dòng)系統(tǒng)控制器設(shè)計(jì)

4.1 硬件設(shè)計(jì)

核心控制芯片選用意法半導(dǎo)體(ST)公司所生產(chǎn)的32位微控制器STM32F105RBT6，其最小系統(tǒng)電路包括電源電路、時(shí)鐘電路、復(fù)位電路.采用線性穩(wěn)壓電源，將車內(nèi)12 V電壓轉(zhuǎn)換為中間值的7 V電壓，再分別轉(zhuǎn)換為5 V及3.3 V的芯片工作電壓.時(shí)鐘電路是通過在芯片外部接口OSC_IN/PD0和OSC_OUT/PD1上接入頻率為8 MHz的晶振，利用芯片的內(nèi)部鎖相環(huán)，將頻率提高到芯片運(yùn)行頻率72 MHz來驅(qū)動(dòng)芯片正常運(yùn)行.

STM32F105RBT6芯片本身集成有一個(gè)內(nèi)部上電復(fù)位電路和一個(gè)內(nèi)部掉電復(fù)位電路，但是在控制器硬件及軟件設(shè)計(jì)完成進(jìn)行調(diào)試時(shí)，無法經(jīng)常通過電源的通斷來進(jìn)行復(fù)位.因此，為了方便硬件調(diào)試過程，設(shè)計(jì)了外置手動(dòng)RC復(fù)位電路，見圖4.

控制器CAN總線通信電路如圖5所示,采用VP230作為報(bào)文收發(fā)芯片，采用3.3 V電壓供電.

圖4 外置RC復(fù)位電路

A/D輸入信號(hào)調(diào)理電路見圖6.采用LTC6253芯片，傳感器信號(hào)經(jīng)分壓電路轉(zhuǎn)換為3.3 V電壓，經(jīng)過電壓跟隨器進(jìn)行阻抗匹配，進(jìn)入STM32F105RBT6芯片內(nèi)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換.考慮到傳感器信號(hào)的擴(kuò)展性，共設(shè)計(jì)5路信號(hào)調(diào)理電路，其原理相同.

輸入信號(hào)保護(hù)電路用于防止高壓沖擊等危險(xiǎn)情況對(duì)核心控制芯片造成損壞，本文采用PS2501L-1光耦原件，輸入、輸出端進(jìn)行完全地電氣隔離，如圖7所示.

圖5 CAN通信接口電路

4.2 軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)軟件開發(fā)使用的是美國Keil Software公司所開發(fā)的c語言開發(fā)環(huán)境Keil μVision4.采用模塊化設(shè)計(jì)方法，進(jìn)行了軟件系統(tǒng)初始化配置設(shè)計(jì)、針對(duì)傳感器信號(hào)采集及轉(zhuǎn)換的A/D信號(hào)處理設(shè)計(jì)、再生制動(dòng)控制策略主程序設(shè)計(jì)、CAN通信軟件設(shè)計(jì)和串口通信軟件設(shè)計(jì)等.

5 仿真分析及實(shí)車試驗(yàn)

對(duì)提出的控制策略進(jìn)行軟件仿真.行駛工況模型采用原ADVISOR軟件自帶模型，將耐久賽工況數(shù)據(jù)寫入相對(duì)應(yīng)的.mat文件中，并對(duì)配置m文件進(jìn)行修改.

圖8為修改后的耐久賽行駛工況，圖9為該工況下賽車需求驅(qū)動(dòng)力及制動(dòng)力變化曲線.分析圖9、10可知，仿真過程中賽車的車速變化頻繁，制動(dòng)工況占有很大比例.實(shí)際比賽中，賽道的急彎較多且專門設(shè)置了大量障礙物，賽車需要不斷加減速，因而再生制動(dòng)功能可以充分發(fā)揮作用.

圖8 耐久賽工況

圖9 耐久賽整車需求驅(qū)動(dòng)力-制動(dòng)力曲線

Fig.9 Endurance race vehicle demand driving force- braking force curve

圖10 有/無再生制動(dòng)時(shí)電池SOC對(duì)比曲線

Fig.10 Comparison of the SOC of the battery with / without regenerative braking

用能量回收率ηreg衡量再生制動(dòng)系統(tǒng)的表現(xiàn)，且令

(6)

式中：Ereg為回收到蓄電池中的能量，Ebrake為制動(dòng)過程耗總能量，其表達(dá)式分別為

(7)

(8)

式中：U為電池組輸出電壓，I為電池充電電流.

圖10為有/無再生制動(dòng)時(shí)電池的SOC曲線對(duì)比圖.由圖10可見，耐久賽后電池SOC值下降明顯，所提出的后軸并聯(lián)再生制動(dòng)控制策略改善了動(dòng)力電池的SOC曲線，可有效回收制動(dòng)能量，提高比賽成績(jī).

表2為ADVISOR軟件仿真耐久賽工況得出的賽車能量數(shù)據(jù).在耐久賽工況下，后軸并聯(lián)再生制動(dòng)控制策略的制動(dòng)能量回收率為20.89%，根據(jù)前文所述FSAE耐久賽規(guī)則，可將成績(jī)提高7.19%.

表2 能量利用仿真數(shù)值

首先設(shè)計(jì)試驗(yàn)檢測(cè)再生制動(dòng)硬件系統(tǒng)運(yùn)行狀況.賽車以初速度60 km/h進(jìn)行直線減速至停車，圖11為該制動(dòng)過程中實(shí)際電機(jī)制動(dòng)力輸出結(jié)果.A點(diǎn)之前為純電機(jī)制動(dòng)，通過設(shè)置額外踏板空行程實(shí)現(xiàn)；A點(diǎn)為液壓制動(dòng)力開始介入的起始點(diǎn)，電機(jī)制動(dòng)力隨踏板開度增加而下降至零；BC為中等強(qiáng)度制動(dòng)，電機(jī)制動(dòng)力隨踏板開度增加開始逐漸上升，與液壓制動(dòng)力并聯(lián)制動(dòng)；CD段進(jìn)入大制動(dòng)強(qiáng)度階段，電機(jī)制動(dòng)力減小至零；D點(diǎn)后制動(dòng)強(qiáng)度較大，為保證制動(dòng)安全性，電機(jī)制動(dòng)退出，由液壓制動(dòng)系統(tǒng)將車停住.

圖11 實(shí)際電機(jī)制動(dòng)力

由于FSAE純電動(dòng)賽車制動(dòng)踏板位移較小，制動(dòng)系統(tǒng)響應(yīng)靈敏，且傳感器精度、采樣頻率以及踩踏制動(dòng)踏板的速度并不能保證完全勻速，所輸出的電機(jī)制動(dòng)力曲線并不完全呈線性變化，但系統(tǒng)仍能按照所設(shè)計(jì)的控制策略運(yùn)行.

隨后按照耐久賽要求布置場(chǎng)地，并使賽車電池SOC初始值高于95%，將后軸并聯(lián)控制策略寫入控制器，進(jìn)行實(shí)車試驗(yàn).將數(shù)據(jù)采集器中的電池充放電電壓和電流數(shù)據(jù)導(dǎo)出，根據(jù)式(6)～(8)計(jì)算出實(shí)車試驗(yàn)時(shí)賽車的能量利用結(jié)果(見表3).后軸并聯(lián)控制策略的能量回收率為19.07%，按照FSAE耐久賽規(guī)則，成績(jī)提高了7%.

表3 能量利用試驗(yàn)數(shù)據(jù)

對(duì)比仿真與實(shí)車試驗(yàn)，能量回收率的誤差約為8.7%，實(shí)車試驗(yàn)時(shí)的能量回收率較低.主要原因是試驗(yàn)所用的練習(xí)賽道與實(shí)際耐久賽的賽道相比，彎道及障礙物所占比例相對(duì)較少，因而制動(dòng)工況少.同時(shí)在仿真中未考慮控制器、傳感器和數(shù)據(jù)采集器的精度對(duì)實(shí)際結(jié)果的影響，由硬件精度造成的誤差使實(shí)車試驗(yàn)中的能量回收率降低.

6 結(jié) 論

1)后軸并聯(lián)再生制動(dòng)控制策略充分考慮了FSAE純電動(dòng)賽車體積小、質(zhì)量輕的特點(diǎn)，同時(shí)兼顧控制器與傳感器精度、電機(jī)電池特性和制動(dòng)工況特性，較好地兼容了制動(dòng)穩(wěn)定性和能量回收效果，仿真和試車試驗(yàn)中的能量回收率分別為20.89%和19.07%.

2)設(shè)計(jì)開發(fā)了整車控制器.實(shí)車試驗(yàn)結(jié)果證明，控制器可穩(wěn)定工作，所提出的再生制動(dòng)控制策略可有效運(yùn)用于后軸驅(qū)動(dòng)FSAE賽車.

3)受硬件系統(tǒng)精度及項(xiàng)目時(shí)間限制，本文采用了易于實(shí)現(xiàn)的并聯(lián)控制策略，未能探討理想制動(dòng)控制和最大再生制動(dòng)控制策略在FSAE賽車上的可行性，后續(xù)可對(duì)此進(jìn)行深入研究.

[1] DUOBA M, BOHN T, LOHSE-BUSCH H.Investigating possible fuel economy bias due to regenerative braking in testing HEVs on 2WD and 4WD chassis dynamometers [J].SAE transactions, 2005, 114(4):324-334.DOI:10.4271/2005-01-0685.

[2] 李賀.純電動(dòng)汽車的再生制動(dòng)系統(tǒng)與ABS集成控制策略研究[D].武漢:武漢理工大學(xué),2012.DOI: 10.7666/d.y2099088.

LI He.A study on regenerative of braking system of pure[D].Wuhan: Wuhan University of Technology, 2012.DOI: 10.7666/d.y2099088

[3] WIESBADEN S F.Mazda’s i-ELOOP: saves engine power, boosts fuel efficiency [J].Auto Tech Review, 2013, 2(2):64-64.DOI:10.1365/s40112-013-0236-8.

[4] EHSANI M, GAO Yimin, MILLER J M.Hybrid electric vehicles: architecture and motor drives [J].Proceedings of the IEEE, 2007,95(4):719-728.DOI:10.1109/JPROC.2007.892492.

[5] 仇斌.電動(dòng)城市公交車制動(dòng)能量回收過程中的能量效率研究[D].北京:清華大學(xué), 2011.

QIU Bin.Research on the energy efficiency of electric city bus during regenerative braking[D].Beijing: Tsinghua University, 2011.

[6] SANGTARASH F, ESFAHANIAN V, NEHZATI H, et al.Effect of different regenerative braking strategies on braking performance and fuel economy in a hybrid electric bus employing CRUISE vehicle simulation [J].SAE International Journal of Fuels and Lubricants, 2009, 1(1): 828-837.DOI: 10.4271/2008-01-1561.

[7] AHN J K, JUNG K H, KIM D H, et al.Analysis of a regenerative braking system for hybrid electric vehicles using an electro-mechanical brake [J].International Journal of Automotive Technology, 2009, 10(2):229-234.DOI:10.1007/s12239-009-0027-z.

[8] PENG Dong, ZHANG Y, YIN Chengliang, et al.Combined control of a regenerative braking and antilock braking system for hybrid electric vehicles [J].International Journal of Automotive Technology, 2008, 9(6):749-757.DOI:10.1109/STUDENT.2010.5686984.

[9] OLEKSOWICZ S A, BURNHAM K J, BARBER P, et al.Investigation of regenerative and anti-lock braking interaction [J].International Journal of Automotive Technology, 2013, 14(4): 641-650.DOI:10.1007/s12239-013-0069-0.

[10]YANG M J, JHOU H L, MA B Y, et al.A cost-effective method of electric brake with energy regeneration for electric vehicles [J].IEEE Transactions on Industrial Electronics, 2009, 56(6): 2203-2212.DOI:10.1109/TIE.2009.2015356.

[11]SEKI H, ISHIHARA K, TADAKUMA S.Novel regenerative braking control of electric power-assisted wheelchair for safety downhill road driving [J].IEEE Transactions on Industrial Electronics, 2009,56(5):1393-1400.DOI:10.1109/TIE.2009.2014747.

[12]SANKAVARAM C, PATTIPATI B, PATTIPATI K R, et al.Fault diagnosis in hybrid electric vehicle regenerative braking system [J].IEEE Access, 2014, 2: 1225-1239.DOI:10.1109/ACCESS.2014.2362756.

[13]JIWEON K, KO S, SON H, et al.Development of brake system and regenerative braking cooperative control algorithm for automatic-transmission-based hybrid electric vehicles [J].IEEE Transactions on Vehicular Technology, 2015, 64(2):431-440.DOI:10.1109/TVT.2014.2325056.

[14]趙國柱.電動(dòng)汽車再生制動(dòng)若干關(guān)鍵問題研究[D].南京:南京航空航天大學(xué), 2012.

ZHAO Guozhu.Research on key problems of regenerative braking for electric vehicles[D].Nanjing: Nanjing University of Aeronautics and Astronautics, 2012.

[15]曹建波,曹秉剛,王軍平,等.基于RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)調(diào)節(jié)的電動(dòng)車驅(qū)動(dòng)和再生制動(dòng)滑?？刂芠J].吉林大學(xué)學(xué)報(bào)(工學(xué)版),2009,39(4): 1019-1024.DOI: 10.13229/j.cnki.jdxbgxb2009.04.048.

CAO Jianbo, CAO Binggang, WANG Junping, et al.Sliding mode control for driving and regenerative braking of electric vehicle based on RBF neural network[J].Journal of Jilin University (Engineering and Technology Edition), 2009, 39(4): 1019-1024.DOI: 10.13229/j.cnki.jdxbgxb2009.04.048.

(編輯 楊 波)

Design on regenerative braking system for FSAE racing car

ZHANG Jingming1, CHEN Lei1, ZHANG Jinhua1, CUI Shumei2

(1.School of Automotive Engineering, Harbin Institute of Technology at Weihai, Weihai 264209, Shandong, China;2.School of Electrical Engineering and Automation, Harbin Institute of Technology, Harbin 150001, China)

To improve the performance of FSAE (Formula SAE) electric racing car in the endurance race, a whole regenerative braking system was designed accordingly.Firstly, the simulation software ADVISOR was redeveloped and the vehicle model, wheel model, driving control model and battery model were modified.Secondly, to ensure the system stability and reduce the influences of controller and sensor accuracy, a rear-wheel parallel control strategy of regenerative braking system was proposed and the simulation of this control strategy was complimented in ADVISOR.Thirdly, the regenerative braking system controller was designed and racing car trials were carried out.The results showed that in the simulations and trials, the regenerating efficiencies were 20.89% and 19.07% respectively.The regenerative braking system with the rear-wheel parallel control strategy could improve the performance of FSAE racing car effectively.

electric vehicle; regenerative braking; FSAE (Formula SAE) racing car; simulation analysis; car trial

10.11918/j.issn.0367-6234.2017.01.015

2016-03-04

國家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃(2012AA111003)； 哈爾濱工業(yè)大學(xué)(威海)?？茖W(xué)基金(HIT(WH)Z201002)

張京明(1963—)，男，教授; 崔淑梅(1964—)，女，教授，博士生導(dǎo)師

陳 磊，chenlei6518@163.com

U469.72

A

0367-6234(2017)01-0108-06