張玉祿 孫海

摘 要：以某輕度混合動力電動汽車為研究對象，分析了，制動能量回收系統(tǒng)在制動回收工作過程中的控制策略，并在分析的基礎(chǔ)上建立其在制動過程中的制動力分配模型和數(shù)學(xué)模型，利用6個典型的循環(huán)工況來評價現(xiàn)有制動力分配策略的優(yōu)劣，并與Advisor中的制動力分配策略進(jìn)行了比較。無論是燃油經(jīng)濟(jì)性、整車能量效率、回收能量占燃油消耗的百分比，還是能量回收率都有明顯的提高。

關(guān)鍵詞：混合動力電動汽車;制動能量回收;控制策略

1 前言

最大限度地回收能量是混合動力電動汽車在中、小制動強(qiáng)度的制動過程中研究的主要問題。在制動力的分配中減小制動器制動力的比例，加大電機(jī)制動力的比例是提高能量回收率的必然途徑。對于前驅(qū)動混合動力電動汽車，使前輪充分利用其附著能力承擔(dān)主要的制動任務(wù)，將有利于電機(jī)最大限度地回收能量。目前還沒有較為通用的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)來分配前、后輪制動力，文中提出了兩種前后輪制動力分配模型，但是對于特定的路面附著系數(shù)和車輛的制動強(qiáng)度還不能充分利用前輪的附著能力，從而最大限度地回收制動能量。

文中的建模與仿真工作針對如圖1所示的輕度混合動力系統(tǒng)。該系統(tǒng)將傳統(tǒng)汽車分離的起動機(jī)和發(fā)電機(jī)結(jié)合為一體，直接安裝在發(fā)動機(jī)曲軸動力輸出端，取代了發(fā)動機(jī)飛輪，既傳遞動力又減緩曲軸扭轉(zhuǎn)振動。傳動系統(tǒng)仍然是機(jī)械離合器與手動變速器。

制動力分配策略的設(shè)計目標(biāo)一般是提高整車的能量回收率以及優(yōu)化駕駛員感受。前者設(shè)計的特點是將電機(jī)作為首選的制動裝置提供的大部分制動力用于能量回收，特別是在小制動過程中，電機(jī)提供全部的制動力;后者設(shè)計的特點是調(diào)整前后輪的制動力用于跟蹤駕駛員的減速意圖。

以某輕度混合動力電動汽車為原型，基于mat—lab/simulink構(gòu)建了制動能量回收仿真模塊。該模塊以最大限度的能量回收和保證車輛的制動性能為設(shè)計目標(biāo)，能夠分析不同路況下前后輪制動器制動力和電機(jī)制動力的分配關(guān)系。同時還探討相關(guān)的數(shù)學(xué)模型以及制動過程中的控制策略，并對仿真結(jié)果進(jìn)行了分析。

2 仿真結(jié)果與分析

以Insight車為原型，在Advisor內(nèi)部構(gòu)建了制動能量回收仿真模型。該仿真模型是以制動力分配模型和數(shù)學(xué)模型為基礎(chǔ)進(jìn)行仿真計算的。仿真中利用的參數(shù)取自某輕度混合動力電動汽車。

2.1 路況選擇

評價制動力分配策略時，可選擇如下6個循環(huán)工況，分別為反映日本城市路面的1015循環(huán)工況、美國的FTP測試循環(huán)工況、美國的UDDS循環(huán)工況、反映歐洲的城郊路面的EUDC循環(huán)工況、反映中國高速路況和城市循環(huán)工況Hyzem—highway和Hyzem_rural。在以下分析中，將上述6個工況按1～6加以標(biāo)識。整車性能的評價指標(biāo)為各個工況下的100km油耗和能量效率。評價整車性能指標(biāo)時，由于電池還有部分能量沒有評價進(jìn)來，若單從燃油經(jīng)濟(jì)性方面還不能較為完整地評價整車性能，于是引入整車能量效率作為新的評價指標(biāo)。整車能量效率定義為：=（空氣阻力消耗的能量+滾動阻力消耗的能量）/（發(fā)動機(jī)消耗的能量一電池剩余的能量）。評價制動能量回收控制策略的評價指標(biāo)為回收能量占燃油消耗的百分比以及整個工況的能量回收率。能量回收率的定義為：

式中為電機(jī)回收的能量，為電池放電效率，為發(fā)動機(jī)有效動力輸出能量，為發(fā)動機(jī)能量利用效率，為摩擦和輻射消耗掉的能量占總能量的百分?jǐn)?shù)。

1015循環(huán)工況、FTP測試循環(huán)、UDDS循環(huán)工況、EUDC循環(huán)工況是常用來測試HEV性能的循環(huán)工況。Hyzem—highway循環(huán)行駛工況的特點是最高車速和平均車速較高，超過或者接近100km/h，并且最高車速和平均車速相對較為接近，同時怠速的時間占循環(huán)行駛工況總時間的比例很?。ú坏?%），怠速起停的次數(shù)相對較少。這種循環(huán)行駛工況反映了在交通流暢、路面狀況水平良好的高速公路上，車輛能夠長時間運行在一個相對穩(wěn)定車速下的行駛工況。Hyzemrural循環(huán)行駛工況的特點是最高車速較高，均高于100km/h，但是平均車速較低，并且最高車速和平均車速的差別很大，同時怠速的時間占循環(huán)行駛工況總時間的比例較大，怠速起停的次數(shù)介于高速公路循環(huán)工況和城郊循環(huán)工況之間。這種循環(huán)工況反映了在路面狀況水平良好的城市道路上，由于交通較為擁擠，車輛需要頻繁加減速和怠速起停，無法穩(wěn)定行駛在一個相對較高的穩(wěn)定車速下的行駛工況。

3 結(jié)論

（1）以某輕度混合動力電動汽車為研究對象，分析了制動能量回收系統(tǒng)在制動回收工作過程中的控制策略，并在分析的基礎(chǔ)上建立其在制動過程中的制動力分配模型和數(shù)學(xué)模型，利用6個典型的循環(huán)工況來評價現(xiàn)有制動力分配策略的優(yōu)劣，并與Ad—visor中的制動力分配策略進(jìn)行了比較。無論是燃油經(jīng)濟(jì)性，回收能量占燃油消耗的百分比、能量回收率，還是整車能量效率都有明顯的提高。

（2）新建立的制動力分配策略更加適于車速有較大波動、制動過程也較頻繁的行駛工況。如1015工況，無論是燃油經(jīng)濟(jì)性、整車能量效率、回收能量占燃油消耗的百分比，還是能量回收率都有較為明顯的提高。

（3）所提供的制動能量回收控制策略亦可適用于純電動汽車和燃料電池汽車。