陳明昊 王宏磊

摘 要：對(duì)汽車制動(dòng)能量再生系統(tǒng)的制動(dòng)力分配控制方法進(jìn)行了研究，提出了基于ABS系統(tǒng)的防止后輪先抱死控制的車輛制動(dòng)力分配控制方法，建立了相應(yīng)的再生制動(dòng)系統(tǒng)前后軸制動(dòng)力分配控制策略模型，對(duì)控制模型進(jìn)行了仿真分析，并在本課題組建立的汽車能量再生制動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)上進(jìn)行了在環(huán)仿真試驗(yàn)，結(jié)果表明，該再生制動(dòng)系統(tǒng)制動(dòng)力分配控制策略能夠保證汽車良好制動(dòng)性能，制動(dòng)過程中增加了電機(jī)制動(dòng)率，從而提高了汽車制動(dòng)能量的回收率。

關(guān)鍵詞：機(jī)械學(xué);再生制動(dòng);制動(dòng)力分配模型

汽車制動(dòng)能量再生系統(tǒng)是指在汽車減速或制動(dòng)時(shí)，將其中一部分機(jī)械能（動(dòng)能）轉(zhuǎn)化為其它形式的能量，并加以再利用的裝置。但是再生制動(dòng)系統(tǒng)參與制動(dòng)后實(shí)際上改變了車輛原有的制動(dòng)力分配特性，為獲得良好制動(dòng)效果和保證制動(dòng)安全性能，需要重新進(jìn)行車輛前后制動(dòng)力分配。

目前裝備制動(dòng)能量再生系統(tǒng)的汽車前后軸制動(dòng)力分配方法主要有固定系數(shù)分配法、最優(yōu)能量回收分配法和基于理想制動(dòng)力分配I曲線的分配方法。固定系數(shù)分配法系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但能量回收率不高，且制動(dòng)切換波動(dòng)較大;最優(yōu)能量回收分配法是以能量回收率最大化為設(shè)計(jì)目標(biāo)而進(jìn)行制動(dòng)力分配的，犧牲了車輛部分制動(dòng)效能，制動(dòng)效果變差;基于理想制動(dòng)力分配I曲線的分配方法能充分利用地面附著條件，制動(dòng)穩(wěn)定性好，能量回收率高，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，需要精確檢測(cè)前后軸法向載荷進(jìn)行實(shí)時(shí)決策控制。本文提出一種借助ABS系統(tǒng)的隨著車輛制動(dòng)工況變化可調(diào)制動(dòng)力分配率的方法，在保證車輛制動(dòng)效能的前提下最大化車輛制動(dòng)能量回收率。

1 能量再生制動(dòng)系統(tǒng)原理

本研究采用如圖1所示制動(dòng)能量再生系統(tǒng)，汽車常規(guī)制動(dòng)系統(tǒng)為液壓制動(dòng)系統(tǒng)，再生制動(dòng)電機(jī)對(duì)前軸進(jìn)行制動(dòng)，在制動(dòng)過程中工作于發(fā)電機(jī)模式將制動(dòng)能量轉(zhuǎn)化為電能回收存儲(chǔ)在儲(chǔ)能器中。液壓ABS控制及再生制動(dòng)集成在一起，再生制動(dòng)電機(jī)參與防抱死制動(dòng)控制，相關(guān)的集成控制方法與控制策略已有論文專門論述，這里就不再贅述。

2 仿真與試驗(yàn)結(jié)果

為進(jìn)行防止后輪先抱死控制后的前后制動(dòng)力分配曲線與理想制動(dòng)力分配I曲線，仿真曲線，仿真曲線結(jié)果表明。當(dāng)在再生制動(dòng)系統(tǒng)中加入前后制動(dòng)力分配控制時(shí)車輛制動(dòng)力分配可以滿足優(yōu)化前后制動(dòng)力分配的目的（圖2）。

在本課題組建立的汽車能量再生制動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)上進(jìn)行了在環(huán)仿真試驗(yàn)。試驗(yàn)中用負(fù)載電機(jī)模擬路面工況，慣性飛輪模擬汽車慣性，開關(guān)磁阻電機(jī)為輔助制動(dòng)電機(jī)，采用超級(jí)電容與蓄電池并聯(lián)的復(fù)合儲(chǔ)能器回收制動(dòng)能量，圖3為試驗(yàn)系統(tǒng)平臺(tái)。

在一個(gè)制動(dòng)循環(huán)中，分別對(duì)理想I曲線制動(dòng)力分配及本文制動(dòng)力分配控制方式進(jìn)行比較試驗(yàn)。因?yàn)橐粋€(gè)制動(dòng)循環(huán)中制動(dòng)能量不多，試驗(yàn)系統(tǒng)由超級(jí)電容單獨(dú)完成儲(chǔ)能功能，這樣便于測(cè)試比較。試驗(yàn)結(jié)果用超級(jí)電容能量狀態(tài)值（SOE）表示，制動(dòng)初速度為100km/h，制動(dòng)強(qiáng)度分別取0.1、0.3、0.5、0.8g，路面附著系數(shù)取0.7，初始能量狀態(tài)均為0，充電環(huán)境溫度、濕度保持不變，測(cè)試結(jié)果如表1所示。

3 結(jié)論

汽車再生制動(dòng)系統(tǒng)由于有電機(jī)參與制動(dòng)以實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換，汽車的制動(dòng)性能受到影響。一方面為了保證制動(dòng)性能，電機(jī)制動(dòng)的參與在一些工況下都受到限制;另一方面為了實(shí)現(xiàn)能量回收的最大化，又要最大限度地利用電機(jī)制動(dòng)，從而提高制動(dòng)能量回收率。

本文建立的基于ABS系統(tǒng)的防止后輪先抱死控制的制動(dòng)力分配策略，可以在保證良好的汽車制動(dòng)性能下，增加制動(dòng)過程中電機(jī)制動(dòng)的制動(dòng)率，提高汽車再生制動(dòng)能量回收率。