基于電動(dòng)汽車再生制動(dòng)若干關(guān)鍵問(wèn)題分析

余杰

【摘 要】文中基于電動(dòng)汽車再生制動(dòng)若干關(guān)鍵問(wèn)題，首先分析了串聯(lián)式、并聯(lián)式再生控制策略的城市電動(dòng)公交再生制動(dòng)控制，接著分析了再生制動(dòng)的電動(dòng)汽車恒速下坡、電動(dòng)汽車再生ABS等問(wèn)題。

【關(guān)鍵詞】電動(dòng)汽車；再生制動(dòng)；并聯(lián)式再生；恒速下坡；ABS

0.引言

采用不是常規(guī)的車用燃料作為動(dòng)力來(lái)源（或者是使用常規(guī)的車用燃料、采用新型車載動(dòng)力裝置）就是所謂的新能源汽車，綜合車輛的驅(qū)動(dòng)方面和動(dòng)力控制的先進(jìn)技術(shù)，形成的結(jié)構(gòu)新穎、技術(shù)原理先進(jìn)的汽車。其中包括了燃料電池電動(dòng)汽車（FCEV）、傳統(tǒng)燃油車的混合動(dòng)力汽車（HEV）、純電動(dòng)汽車（BEV）、燃?xì)馄?、以及氫發(fā)動(dòng)機(jī)汽車和醇醚汽車等等。在采用新能源的汽車當(dāng)中，混合動(dòng)力汽車以及電動(dòng)汽車具備了能源利用率高的優(yōu)勢(shì)。

1.城市電動(dòng)公交再生制動(dòng)的控制策略

對(duì)城市公交汽車通常為后輪驅(qū)動(dòng)汽車進(jìn)行考慮，分析后驅(qū)型電動(dòng)汽車再生制動(dòng)的控制策略的研究現(xiàn)狀。因?yàn)殡妱?dòng)汽車再生制動(dòng)力受到很多因素的約束而限制，在當(dāng)請(qǐng)求的制動(dòng)力大于再生制動(dòng)力的時(shí)候，需要行車制動(dòng)系參與到制動(dòng)，從而形成了機(jī)電混合的制動(dòng)系統(tǒng)。然后根據(jù)行車制動(dòng)與再生制動(dòng)系統(tǒng)的組合方法的不同，機(jī)電混合制動(dòng)有并聯(lián)式和串聯(lián)式兩種類型的基本控制策略。

1.1串聯(lián)式再生制動(dòng)的控制策略

串聯(lián)式再生制動(dòng)的控制策略的特點(diǎn)有：系統(tǒng)復(fù)雜，技術(shù)難度大，制動(dòng)能回收率高。然后它又能繼續(xù)細(xì)分為以下三種控制策略：能量最優(yōu)回收控制策略、最佳制動(dòng)感覺(jué)控制策略還有傳統(tǒng)行車制動(dòng)系（即前后軸制動(dòng)器制動(dòng)力成固定比值分配的行車制動(dòng)系）串聯(lián)的控制策略。

最佳制動(dòng)感覺(jué)控制策略：當(dāng)此策略制動(dòng)強(qiáng)度小于或等于 0.1的時(shí)候，只有后軸上的再生制動(dòng)力能夠?qū)囕v起到制動(dòng)的作用。當(dāng)制動(dòng)強(qiáng)度大于 0.1 的時(shí)候，控制策略會(huì)使理想制動(dòng)力分配曲線與前后軸制動(dòng)力分配線一致。其優(yōu)點(diǎn)是能夠充分的利用地面的附著條件，有足夠高的制動(dòng)能回收潛力；缺點(diǎn)是需要后軸法向載荷，控制器設(shè)計(jì)復(fù)雜，精確檢測(cè)前、但和線控制動(dòng)系統(tǒng)的整合，這項(xiàng)策略能夠走向?qū)嵱谩?/p>

能量最優(yōu)回收策略：這項(xiàng)策略它的制動(dòng)力的控制策略是只要地面附著力足夠，需要充分利用再生制的動(dòng)力，它的特點(diǎn)是具有最大的制動(dòng)能回收潛力，但其制動(dòng)效能差，技術(shù)難度大，控制策略設(shè)計(jì)復(fù)雜，所以這項(xiàng)策略只具有理論價(jià)值，沒(méi)有實(shí)用價(jià)值。

傳統(tǒng)行車制動(dòng)系串聯(lián)的控制策略：此策略當(dāng)請(qǐng)求的制動(dòng)強(qiáng)度為小制動(dòng)強(qiáng)度的時(shí)候（比如制動(dòng)強(qiáng)度小于 0.1的時(shí)候），只有再生制動(dòng)，當(dāng)請(qǐng)求的制動(dòng)強(qiáng)度大于該值的時(shí)候，驅(qū)動(dòng)輪上的再生制動(dòng)力會(huì)維持不變，不足的部分由從動(dòng)軸上的機(jī)械制動(dòng)來(lái)進(jìn)行補(bǔ)充。當(dāng)從傳統(tǒng)行車制動(dòng)系的固定比值等于動(dòng)軸的制動(dòng)力和驅(qū)動(dòng)軸再生制動(dòng)力的比值后，只有行車制動(dòng)系工作，此項(xiàng)策略是實(shí)用化程度最高的串聯(lián)的控制策略。

1.2并聯(lián)式再生控制策略

并聯(lián)式控制策略是指當(dāng)小制動(dòng)強(qiáng)度時(shí)，只有再生制動(dòng)，當(dāng)中等制動(dòng)強(qiáng)度時(shí)，機(jī)械制動(dòng)力還有再生制動(dòng)力按照固定比例分配并行制動(dòng)，當(dāng)大制動(dòng)強(qiáng)度時(shí)，只有機(jī)械制動(dòng)。行車制動(dòng)系結(jié)構(gòu)沒(méi)有變動(dòng)是并聯(lián)式的特點(diǎn)，只根據(jù)制動(dòng)強(qiáng)度的要求，由電機(jī)控制器對(duì)再生制動(dòng)力進(jìn)行控制，讓它和機(jī)械制動(dòng)力成固定的比例。當(dāng)再生制動(dòng)失效的時(shí)候，行車制動(dòng)系依然能夠保證到制動(dòng)安全性，所以它的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠、便于工程的實(shí)現(xiàn)。它也有以下三種制動(dòng)力的控制策略。

自由行程策略：此項(xiàng)策略它在制動(dòng)踏板自由行程的時(shí)候施加的再生制動(dòng)力，自由行程和制動(dòng)力的大小踏板成固定比增大后，當(dāng)踏板到達(dá)自由行程結(jié)束的時(shí)候，再生制動(dòng)力為額定的最大制動(dòng)力，當(dāng)踏板行程繼續(xù)增大之后，再生制動(dòng)力保持上限不變，摩擦制動(dòng)力按照其原車的制動(dòng)系統(tǒng)工作。此項(xiàng)策略對(duì)制動(dòng)能的回收能力較強(qiáng)。地面結(jié)冰的時(shí)候，雖然請(qǐng)求的制動(dòng)強(qiáng)度會(huì)比較小，也將會(huì)造成后輪先抱死的后果，從而會(huì)造成制動(dòng)效能與制動(dòng)穩(wěn)定性都變得更為惡化。

嚴(yán)格并行制動(dòng)策略：此項(xiàng)策略使行車制動(dòng)系還有再生制動(dòng)力同時(shí)進(jìn)行工作，并且也是在再生制動(dòng)力達(dá)到最大值之后就會(huì)保持不變，這樣使得此項(xiàng)策略在中小制動(dòng)強(qiáng)度的時(shí)候，基本滿足 ECE 法規(guī)的要求，所以在地面結(jié)冰等低附著系數(shù)路面進(jìn)行小制動(dòng)強(qiáng)度的時(shí)候，制動(dòng)穩(wěn)定性和制動(dòng)效能都好于自由行程的方案策略，可是大制動(dòng)強(qiáng)度時(shí)，制動(dòng)穩(wěn)定性會(huì)變差。除此之外，在好路面上的制動(dòng)能回收能力低于自由行程的方案策略。

即使并聯(lián)式控制策略的制動(dòng)能回收率低于串聯(lián)式，可是系統(tǒng)也不需整車制動(dòng)控制器，只需要電機(jī)控制器根據(jù)電池 SOC、電機(jī)轉(zhuǎn)速以及機(jī)械制動(dòng)力設(shè)定的比值等信息對(duì)再生制動(dòng)力進(jìn)行控制。所以可靠性高，開(kāi)發(fā)成本低，開(kāi)發(fā)周期短，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，是現(xiàn)在為止電動(dòng)汽車開(kāi)發(fā)中常采用的一種再生制動(dòng)的控制策略。

2.再生制動(dòng)的電動(dòng)汽車恒速下坡

當(dāng)電動(dòng)汽車，尤其是電動(dòng)客車等一些大型電動(dòng)汽車在下長(zhǎng)坡的時(shí)候，快速達(dá)到并能夠穩(wěn)定在預(yù)定車速上對(duì)保持車輛之間的正常車距，對(duì)于減少交通事故的發(fā)生等具有十分重要的意義。對(duì)于傳統(tǒng)汽車來(lái)說(shuō)，這一要求是根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)制動(dòng)等輔助制動(dòng)系統(tǒng)與行車制動(dòng)系來(lái)保證。尤其是在下長(zhǎng)坡的時(shí)候，為了防止行車制動(dòng)系的制動(dòng)器出現(xiàn)嚴(yán)重的“熱衰退”的現(xiàn)象，在利用發(fā)動(dòng)機(jī)制動(dòng)的時(shí)候，規(guī)定了中大型傳統(tǒng)燃油車必須要加裝如電渦流緩速器、排氣制動(dòng)器等等其他的輔助制動(dòng)系統(tǒng)。在電動(dòng)汽車中，除混聯(lián)式、并聯(lián)式電動(dòng)汽車之外，其他類的電動(dòng)汽車都沒(méi)有排氣制動(dòng)以及發(fā)動(dòng)機(jī)制動(dòng)等輔助的制動(dòng)功能，可是當(dāng)電動(dòng)汽車制動(dòng)的時(shí)候，通過(guò)對(duì)電機(jī)功率變換器進(jìn)行控制，讓驅(qū)動(dòng)電機(jī)變?yōu)榘l(fā)電機(jī)，從而使得電動(dòng)汽車具備再生制動(dòng)的功能，并能通過(guò)控制可讓再生制動(dòng)力在比較長(zhǎng)時(shí)間之內(nèi)保持不變，所以說(shuō)可以利用再生制動(dòng)作為一種輔助的制動(dòng)來(lái)減輕電動(dòng)汽車行車制動(dòng)系的工作負(fù)荷。日前為止，關(guān)于利用再生制動(dòng)作為輔助制動(dòng)來(lái)控制電動(dòng)汽車恒速下坡的研究報(bào)道少之又少。針對(duì)電動(dòng)汽車勻速下坡再生制動(dòng)，舒紅等一些研究者從能量回饋效率的角度建立了以動(dòng)態(tài)規(guī)劃為基礎(chǔ)的再生制動(dòng)全局最優(yōu)的控制模型，然后提出了全局優(yōu)化控制策略和再生制動(dòng)瞬時(shí)優(yōu)化。可是對(duì)于電動(dòng)汽車來(lái)說(shuō)，尤其是電動(dòng)客車，因?yàn)檎嚨馁|(zhì)量大，在各種規(guī)范的坡度上下坡的時(shí)候，只可以利用再生制動(dòng)力不可能實(shí)現(xiàn)的對(duì)車速的有效的實(shí)際控制。到現(xiàn)在為止很少有從動(dòng)力學(xué)的角度來(lái)研究怎樣利用再生制動(dòng)協(xié)同行車制動(dòng)系來(lái)實(shí)現(xiàn)電動(dòng)客車的恒速下坡的情況。

3.電動(dòng)汽車再生 ABS

不管是哪一種驅(qū)動(dòng)方式的電動(dòng)汽車，只要它具有再生的制動(dòng)功能，就都存在驅(qū)動(dòng)輪防滑控制協(xié)調(diào)與再生制動(dòng)的問(wèn)題。這種協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)可以分為二類：一是再生 ABS。二是機(jī)電復(fù)合制動(dòng)時(shí)驅(qū)動(dòng)輪防抱死控制系統(tǒng)，它包括整車制動(dòng)力協(xié)調(diào)防抱死控制和驅(qū)動(dòng)輪獨(dú)立防抱死控制兩種形式。整車制動(dòng)力協(xié)調(diào)防抱死控制是說(shuō)在驅(qū)動(dòng)輪即將抱死的時(shí)候，要么停止再生制動(dòng)，由傳統(tǒng) ABS 系統(tǒng)控制車輪防抱死；要不然再生制動(dòng)力在保持不變或者減小的時(shí)候，相對(duì)應(yīng)增加從動(dòng)輪的制動(dòng)力，用來(lái)滿足制動(dòng)的請(qǐng)求，以防止驅(qū)動(dòng)輪的抱死。這一些系統(tǒng)的再生制動(dòng)并不參與防抱死的控制，因此而方便在裝有傳統(tǒng)ABS 的電動(dòng)汽車上實(shí)現(xiàn)。

驅(qū)動(dòng)輪獨(dú)立防抱死控制是說(shuō)在驅(qū)動(dòng)輪進(jìn)入防抱死控制的時(shí)候，再生制動(dòng)依然起了作用。這種系統(tǒng)控制驅(qū)動(dòng)輪防抱死的方法有一下三種形式：一是調(diào)節(jié)再生制動(dòng)力，二是調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)輪上的機(jī)械制動(dòng)力，三是再生制動(dòng)力協(xié)同調(diào)節(jié)和驅(qū)動(dòng)輪的機(jī)械制動(dòng)力。目前，這一些系統(tǒng)都還存在著控制精度低的缺點(diǎn)。

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