江雪峰

（滁州職業(yè)技術(shù)學(xué)院，安徽滁州239000）

電動(dòng)汽車再生制動(dòng)策略研究

江雪峰

（滁州職業(yè)技術(shù)學(xué)院，安徽滁州239000）

電動(dòng)汽車的發(fā)展，受制于電池容量，而再生制動(dòng)進(jìn)行能量回收，延長行駛里程有著重要的作用，現(xiàn)代制動(dòng)能量回收策略，又顯著影響能量回收的效率，本文通過對(duì)再生制動(dòng)的常用結(jié)構(gòu)分類，制動(dòng)力分配策略，以及制動(dòng)力策略的算法進(jìn)行研究，得出不同應(yīng)用場(chǎng)合，對(duì)再生制動(dòng)的選擇方法和建議。

再生制動(dòng)；并聯(lián)策略；串聯(lián)策略；能量回饋

一、前言

電動(dòng)汽車應(yīng)用與普及過程中最大的推廣障礙和技術(shù)難點(diǎn)是續(xù)航里程較短，而電動(dòng)汽車的再生制動(dòng)技術(shù)是利用驅(qū)動(dòng)電機(jī)的雙模工作特性，將制動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的制動(dòng)力轉(zhuǎn)化為電力回充給存儲(chǔ)電池，通過驅(qū)動(dòng)車輪制動(dòng)時(shí)，雙模電機(jī)轉(zhuǎn)換在發(fā)電狀態(tài)，將制動(dòng)力轉(zhuǎn)化為電能，補(bǔ)充回車載電池，間接增加了電動(dòng)汽車的續(xù)航里程。

二、再生制動(dòng)結(jié)構(gòu)分類

車輪在制動(dòng)時(shí)，利用制動(dòng)力進(jìn)行反向發(fā)電稱為再生制動(dòng)，而機(jī)械制動(dòng)產(chǎn)生的制動(dòng)力矩一般都是再生制動(dòng)產(chǎn)生的制動(dòng)力矩與正常行駛阻力矩之和的數(shù)倍，會(huì)使制動(dòng)過程中的電動(dòng)機(jī)反電動(dòng)勢(shì)下降，這對(duì)再生制動(dòng)時(shí)的能量回收帶來不利的干擾。因此要對(duì)再生制動(dòng)力和摩擦制動(dòng)力進(jìn)行分重新分配以獲得回收能量最大化的比例。再生制動(dòng)能量回收的大小受到雙模電機(jī)、動(dòng)力蓄電池、制動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、原型車輛參數(shù)、行駛環(huán)境因素、再生制動(dòng)回收控制策略等因素的影響。在傳統(tǒng)汽車原有的制動(dòng)系統(tǒng)機(jī)構(gòu)的基礎(chǔ)上通過和再生制動(dòng)回收系統(tǒng)組成復(fù)合制動(dòng)系統(tǒng)。一般復(fù)合制動(dòng)回收系統(tǒng)按工作方式分為并聯(lián)制動(dòng)系統(tǒng)和串聯(lián)制動(dòng)系統(tǒng)。

針對(duì)行駛車輛穩(wěn)定性的要求，必須保持前后軸制動(dòng)力的控制。再生制動(dòng)控制裝置依據(jù)制動(dòng)參數(shù)運(yùn)算結(jié)果控制電動(dòng)機(jī)與制動(dòng)器各自的制動(dòng)力大小。雙模電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)力矩是驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)速的函數(shù)，通過轉(zhuǎn)矩參數(shù)反饋給制動(dòng)控制器，若制動(dòng)轉(zhuǎn)矩滿足驅(qū)動(dòng)電機(jī)制動(dòng)力矩的要求，機(jī)械制動(dòng)部件保持原有制動(dòng)力；若驅(qū)動(dòng)電機(jī)的制動(dòng)力矩未達(dá)到轉(zhuǎn)矩要求，則由機(jī)械制動(dòng)控制部件給以補(bǔ)償。因此，在串聯(lián)制動(dòng)能量回收系統(tǒng)中，通過驅(qū)動(dòng)電機(jī)與機(jī)械制動(dòng)之間協(xié)調(diào)控制，能最有效地利用驅(qū)動(dòng)電機(jī)的制動(dòng)能量，使能量回收效率提高。

三、制動(dòng)力分配策略

制動(dòng)能量回收是現(xiàn)代電動(dòng)汽車普遍采用的一種延長續(xù)航里程的技術(shù)。由于制動(dòng)能量回收的大小受到車載動(dòng)力電池、雙模驅(qū)動(dòng)電機(jī)等技術(shù)因素的限制，在保障車輛原有的制動(dòng)性能要求不變的前題下，必須保留汽車傳統(tǒng)的摩擦式制動(dòng)系統(tǒng)。因此，現(xiàn)代電動(dòng)汽車的制動(dòng)系統(tǒng)是一種既有傳統(tǒng)摩擦式制動(dòng)系統(tǒng)，又有發(fā)電制動(dòng)系統(tǒng)的復(fù)合制動(dòng)系統(tǒng)。對(duì)于此類復(fù)合制動(dòng)系統(tǒng)，需要解決的問題有兩個(gè)方面：前后軸的制動(dòng)力分配的問題；再生制動(dòng)力和機(jī)械摩擦制動(dòng)力的動(dòng)態(tài)分配問題。為保證制動(dòng)能量回收的最大化問題，通過制定制動(dòng)力合理分配策略以達(dá)到制動(dòng)能量回收最大效率。

（一）典型的制動(dòng)力分配策略

對(duì)于制動(dòng)穩(wěn)定性的硬性要求和制動(dòng)能量回收最大化的要求，以下列出不同的控制策略，所列出的控制都是基于再生能量回收制動(dòng)力只施加于前軸的前提下進(jìn)行的。

1、最佳制動(dòng)腳感串聯(lián)制動(dòng)

如圖3-1所示，前后軸的制動(dòng)力按理想曲線分布時(shí)，制動(dòng)能效和穩(wěn)定性是最理想的，該制動(dòng)策略的是按前后輪的制動(dòng)力分配曲線沿理想曲線進(jìn)行控制的，控制設(shè)計(jì)難度和硬件要求是最高的。

圖3-1 最佳感覺串聯(lián)制動(dòng)

2、最優(yōu)制動(dòng)能量回收串聯(lián)制動(dòng)

如圖3-2所示，最優(yōu)能量回收串聯(lián)制動(dòng)策略是在各種行駛環(huán)境條件下充分利用驅(qū)動(dòng)電機(jī)的再生回收制動(dòng)力，當(dāng)制動(dòng)力小于路面的附著系數(shù)時(shí)，若驅(qū)動(dòng)電機(jī)最大回收制動(dòng)力大于制動(dòng)輪所允許的最大制動(dòng)力，無論制動(dòng)輪是否抱死，都控制驅(qū)動(dòng)電機(jī)回收制動(dòng)力為最大回收制動(dòng)力，而機(jī)械摩擦制動(dòng)力為0；若驅(qū)動(dòng)電機(jī)最大回收制動(dòng)力小于驅(qū)動(dòng)輪的最大制動(dòng)力，但大于等于理想曲線所對(duì)應(yīng)的制動(dòng)輪制動(dòng)力，則控制驅(qū)動(dòng)電機(jī)發(fā)揮最大回收制動(dòng)力。這種控制有利于能量回收，但對(duì)于高速車輛，有失控風(fēng)險(xiǎn)。

圖3-2 最優(yōu)能量回收串聯(lián)制動(dòng)

（二）最大化制動(dòng)力分配策略

只有驅(qū)動(dòng)輪上雙模電機(jī)才能進(jìn)行制動(dòng)能量回收，通過分配較多的制動(dòng)力給驅(qū)動(dòng)輪，以獲得盡可能多的制動(dòng)能量；但為了保證電動(dòng)汽車的制動(dòng)穩(wěn)定性和制動(dòng)效能，所以要求汽車的前后輪的制動(dòng)力必須滿足一定的分配要求。因此，最優(yōu)的制動(dòng)力分配策略是在滿足汽車制動(dòng)穩(wěn)定性和制動(dòng)效能的前題下，才使用雙模電機(jī)進(jìn)行電磁發(fā)電制動(dòng)。依據(jù)這一原則，通過路面附著系數(shù)的運(yùn)算得出理想制動(dòng)力分配控制線。

路面附著系數(shù)較小時(shí)

式中：z為制動(dòng)強(qiáng)度；za、zc分別為各點(diǎn)制動(dòng)強(qiáng)度；G為整車重力；φ為地面附著系數(shù)；Lb為汽車質(zhì)心至后軸的距離；hg為質(zhì)心高度

圖3-3 路面附著系數(shù)較小時(shí)制動(dòng)力控制線圖

3-4路面附著系數(shù)較大時(shí)制動(dòng)力控制線

路面附著系數(shù)較大時(shí)，如圖3-6所示，圖中粗曲線O A BC為前后輪制動(dòng)力分配限值控制線。其中A B段與E C E線重合，以便在滿足法規(guī)要求下盡量使前軸制動(dòng)力最大，其余類同小附著系數(shù)路面的情況。

（三）電動(dòng)汽車再生制動(dòng)利用遺傳算法的應(yīng)用簡介

遺傳算法是以生物界自然選擇法則與生物遺傳學(xué)理論為基礎(chǔ)的一種高效全局尋優(yōu)搜索方法，摒棄了傳統(tǒng)的搜索方式。遺傳算法思想簡單、易于實(shí)現(xiàn)、效果顯著，得到各領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用。現(xiàn)代電動(dòng)汽車通過遺傳算法的實(shí)踐應(yīng)用于制動(dòng)力分配系統(tǒng)，如圖3-5所示，基于遺傳算法的制動(dòng)力分配框圖。

圖3-5 基于遺傳算法的制動(dòng)力分配框圖

根據(jù)優(yōu)化結(jié)果，分別由雙模電機(jī)傳統(tǒng)摩擦制動(dòng)系統(tǒng)提供相應(yīng)的制動(dòng)力，改變汽車的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。此時(shí)電動(dòng)機(jī)用作發(fā)動(dòng)機(jī)，給蓄電池充電，回收能量。在此不做過深入研究。

四、結(jié)束語

通過上述并聯(lián)制動(dòng)策略、最佳制動(dòng)感腳串聯(lián)制動(dòng)和最優(yōu)制動(dòng)能量回收串聯(lián)制動(dòng)策略的研究和分析，并根據(jù)實(shí)際的市場(chǎng)分析和用戶群體的要求，通過成本，設(shè)計(jì)難度，設(shè)計(jì)周期，市場(chǎng)反饋等，選擇設(shè)計(jì)合適的電動(dòng)汽車能量回收制動(dòng)策略。對(duì)于進(jìn)一步加強(qiáng)電動(dòng)汽車在節(jié)能減排方面和能量利用率方面的優(yōu)勢(shì)。我通過更深入的研究制動(dòng)能量回收系統(tǒng)的最優(yōu)化問題，以便顯著提高再生制動(dòng)能量的利用效率。

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U466

A

1671-5993（2017）02-0039-03

2017-06-01

安徽省高校自然科學(xué)研究重點(diǎn)項(xiàng)目：基于人機(jī)工程學(xué)的如廁起身輔助電動(dòng)裝置設(shè)計(jì)研究。項(xiàng)目編號(hào)：kj2017a720。

江雪峰（1971-），男，安徽滁州人，滁州職業(yè)技術(shù)學(xué)院汽車系汽車實(shí)訓(xùn)中心主任，講師，碩士。