楊志超， 吳麗娟， 楊凱祥， 原黎鵬

（大運(yùn)汽車股份有限公司技術(shù)中心， 山西 運(yùn)城 044000）

制動(dòng)回饋功能的作用是當(dāng)踩下制動(dòng)踏板整車處于制動(dòng)工況時(shí)，在一定的車速范圍內(nèi)，SOC低于某一閾值時(shí)，通過給電機(jī)發(fā)出負(fù)扭矩請求的形式發(fā)電，實(shí)現(xiàn)電量的回收，提升能量利用率，并協(xié)助整車進(jìn)行制動(dòng)?，F(xiàn)階段，市場部分車型的扭矩控制策略中，制動(dòng)能量回饋進(jìn)入或退出條件設(shè)定不完善，在能量回收的過程中會(huì)影響駕駛員的駕乘舒適性或影響電池的使用壽命。在設(shè)計(jì)時(shí)，沒有考慮最大回饋扭矩及回饋電流限制，可能會(huì)出現(xiàn)傳動(dòng)系統(tǒng)中的某個(gè)部件容易斷裂的故障或出現(xiàn)反向高電壓擊穿高壓回路中的元器件。在扭矩控制時(shí)，因回饋扭矩設(shè)置不合理，數(shù)據(jù)處理不平順，會(huì)出現(xiàn)扭矩抖動(dòng)的情況。需要一種較完善的能量回饋控制系統(tǒng)和控制方法，解決以上的問題。

1 電動(dòng)汽車控制系統(tǒng)架構(gòu)

一套完整的制動(dòng)能量回饋控制系統(tǒng)不僅包含本身的制動(dòng)回饋控制模塊，還包含為之提供駕駛員操作意圖和整車狀態(tài)信息的各種信號處理及控制的模塊，其中包括上下電模塊、擋位處理模塊、油門踏板處理模塊、制動(dòng)踏板處理模塊、故障處理模塊、扭矩仲裁模塊和BMS、MCU、ABS等信號處理模塊及軟件控制模塊。如圖1所示。

圖1 電動(dòng)汽車制動(dòng)回饋控制系統(tǒng)框圖

2 制動(dòng)能量回饋控制方法

實(shí)現(xiàn)制動(dòng)能量回饋控制不僅需要一套完整控制系統(tǒng)，還需要一套合理的控制策略及精準(zhǔn)算法與之匹配，才能保證整車的整體性能和駕駛感受，該方法主要包含兩部分。

1）信號采集：系統(tǒng)上電完成后，制動(dòng)回饋控制模塊接收上電ready、邏輯擋位、加速踏板、制動(dòng)踏板、故障等級、電池BMS以及電機(jī)MCU、ABS工作信號等整車信號。

2）信號處理及計(jì)算控制：制動(dòng)回饋控制模塊根據(jù)采集的信號進(jìn)行判斷是否進(jìn)入制動(dòng)回饋狀態(tài)，并根據(jù)制動(dòng)踏板開度信號和車速，查表得出扭矩系數(shù)，再用傳動(dòng)系統(tǒng)所能承受的最大扭矩，計(jì)算得出回饋扭矩，并發(fā)送給扭矩仲裁模塊。

2.1 信號采集

在整車運(yùn)行過程中，怎樣識別駕駛員的意圖或整車當(dāng)前狀態(tài)呢？制動(dòng)回饋控制模塊要從整車各操縱模塊和其他相關(guān)的控制模塊采集相關(guān)的信號。

1）上下電模塊將ready信號發(fā)送至制動(dòng)回饋控制模塊。

2）擋位控制器SCU、擋位處理模塊將邏輯擋位信號發(fā)送至制動(dòng)回饋控制模塊。

3）加速踏板、制動(dòng)踏板處理模塊分別將加速踏板信號和制動(dòng)踏板信號發(fā)送到制動(dòng)回饋控制模塊。

4）故障處理模塊將整車故障等級信號發(fā)送給制動(dòng)回饋控制模塊。

5）ABS將整車車速和ABS激活狀態(tài)發(fā)送給制動(dòng)回饋控制模塊。

6）BMS將動(dòng)力電池SOC、電池組當(dāng)前最大允許回饋電流以及電池組總電壓發(fā)送至制動(dòng)回饋控制模塊。

7）MCU將電機(jī)轉(zhuǎn)速信號發(fā)送至制動(dòng)回饋控制模塊。

制動(dòng)回饋控制模塊結(jié)合以上采集的各模塊發(fā)送的信號為下一階段數(shù)據(jù)處理及計(jì)算提供依據(jù)。

2.2 信號處理與輸出

制動(dòng)回饋模塊接收到其他模塊提供的信號后，依據(jù)各信號對整車狀態(tài)及駕駛員意圖進(jìn)行判斷處理，條件滿足時(shí)，進(jìn)入制動(dòng)回饋狀態(tài)，并經(jīng)過扭矩計(jì)算，經(jīng)過數(shù)據(jù)處理，最后將信息傳遞給扭矩仲裁模塊。

通過分析整車的各種運(yùn)行工況及整車運(yùn)行過程中的需求，在滿足需求的情況下，保證整車性能和零部件的可靠性、運(yùn)行的安全性和平順性，具體采用以下方式。

1）完善制動(dòng)能量回饋進(jìn)入或退出條件。不會(huì)在低車速時(shí)進(jìn)入回饋狀態(tài)，并且進(jìn)入和退出回饋狀態(tài)的車速和踏板角度都留有緩沖空間，避免影響駕駛員的駕乘舒適性；設(shè)定進(jìn)入和退出回饋狀態(tài)的動(dòng)力電池SOC閾值，防止動(dòng)力電池過充影響到整體使用壽命；與整車最高級故障及ABS功能相關(guān)，保證整車安全性。

2）限制系統(tǒng)最大回饋扭矩，對傳動(dòng)系統(tǒng)中的各部件在機(jī)械沖擊過程中進(jìn)行保護(hù)，同時(shí)限制了系統(tǒng)最大制動(dòng)回饋電流，對高壓回路中的元器件及動(dòng)力電池進(jìn)行保護(hù)。

3）在采集制動(dòng)踏板信號過程中，減少軟件處理過程中的數(shù)據(jù)查詢，提高運(yùn)算速率，并保證扭矩輸出的平滑性。

2.2.1 進(jìn)入制動(dòng)回饋狀態(tài)條件

進(jìn)入制動(dòng)能量回饋狀態(tài)，同時(shí)滿足以下條件：①車速＞X1km/h，其中X1是車輛允許進(jìn)入制動(dòng)回饋的最低車速；②整車處于Ready狀態(tài)；③加速踏板開度小于X2%，其中X2為加速踏板的最低有效值；④制動(dòng)踏板被踩下；⑤動(dòng)力電池的SOC應(yīng)小于X3%，其中X3為動(dòng)力電池允許充電的最大SOC值；⑥整車未發(fā)生3級故障；⑦邏輯擋位為D擋；⑧ABS無故障；⑨ABS未激活。

2.2.2 退出制動(dòng)回饋狀態(tài)條件

退出制動(dòng)能量回饋功能，滿足任意條件：①車速＜X4km/h；②為防止控制跳變，其中X4略大于其中X3；③非Ready狀態(tài)；④加速踏板狀態(tài)為踩下；⑤制動(dòng)踏板狀態(tài)被松開；⑥邏輯擋位非D擋；⑦SOC大于X5%，為防止控制跳變，其中X5略大于其中X3；⑧故障診斷發(fā)出整車3級故障 （最高級）；⑨ABS已激活；⑩ABS故障。

2.2.3 制動(dòng)回饋扭矩計(jì)算

實(shí)際制動(dòng)回饋扭矩計(jì)算，實(shí)際制動(dòng)回饋扭矩的計(jì)算方法如下：系統(tǒng)制動(dòng)能力扭矩=min （傳動(dòng)系統(tǒng)回饋扭矩限制，電機(jī)回饋扭矩限值，電池回饋扭矩限值）。

實(shí)際制動(dòng)回饋扭矩=系統(tǒng)制動(dòng)能力扭矩×制動(dòng)回饋扭矩系數(shù)

系統(tǒng)制動(dòng)能力扭矩為傳動(dòng)系統(tǒng)中承受反向扭矩能力最弱部件的最大能夠承受的反向扭矩。

2.2.4 電機(jī)回饋扭矩限值

電機(jī)回饋扭矩限值，根據(jù)電機(jī)發(fā)電外特性圖得知電機(jī)所能產(chǎn)生的回饋扭矩最大值。所述外特性圖是將電機(jī)在測功機(jī)上進(jìn)行發(fā)電狀態(tài)的測量，即可得出電機(jī)在發(fā)電狀態(tài)的外特性曲線，x軸是電機(jī)轉(zhuǎn)速，y軸是電機(jī)的扭矩。如圖2所示。

圖2 電機(jī)發(fā)電狀態(tài)外特性示例圖

2.2.5 電池回饋扭矩限值

電池回饋扭矩限值，根據(jù)BMS實(shí)時(shí)反饋的電池組當(dāng)前最大允許回饋電流和電池組總電壓計(jì)算出可充電功率，再通過電池組可充電功率得出對應(yīng)的回饋扭矩。計(jì)算方法如下：

式中：Pregan——電池可充電功率；n——電機(jī)轉(zhuǎn)速。

2.2.6 制動(dòng)回饋扭矩系數(shù)

根據(jù)不同的制動(dòng)踏板開度和車速，依據(jù)公式y(tǒng)=a×x2+b×x，獲得扭矩系數(shù)y，其中x為制動(dòng)踏板開度，取值范圍為［0，1］，a， b的取值是通過在不同車速下踩下制動(dòng)踏板，評價(jià)車輛的減速度，當(dāng)其滿足主觀評價(jià)的要求后確認(rèn)的值。

根據(jù)不同的制動(dòng)踏板開度和車速，通過查表得出需求的回饋扭矩系數(shù)。表1中未體現(xiàn)數(shù)據(jù)區(qū)域，采用線性插值法進(jìn)行計(jì)算，采集制動(dòng)踏板開度信號中，減少軟件處理過程中的數(shù)據(jù)查詢，提高運(yùn)算速率，并保證扭矩輸出的平滑性。

表1 制動(dòng)回饋扭矩系數(shù)表 （示例）

3 總結(jié)

本文中的方法設(shè)置了制動(dòng)能量回饋進(jìn)入或退出條件，保證在能量回收的過程中駕駛員的駕乘舒適性和電池的整體使用壽命；限制電機(jī)最大制動(dòng)回饋扭矩，對傳動(dòng)系統(tǒng)中的各部件在機(jī)械沖擊過程中進(jìn)行保護(hù)，同時(shí)限制了系統(tǒng)最大制動(dòng)回饋電流，對高壓回路中的元器件及動(dòng)力電池進(jìn)行保護(hù)；就解決制動(dòng)能量回饋過程中，制動(dòng)能量回饋控制模塊采集制動(dòng)踏板信號過程中，減少軟件處理過程中的數(shù)據(jù)查詢，提高運(yùn)算速率，并保證扭矩輸出的平滑性。該方法還需要整車在市場上不斷地驗(yàn)證及優(yōu)化，才能滿足各工況的需求，保證整車的運(yùn)行的安全性、可靠性、平順性。