電動汽車再生制動系統(tǒng)仿真與分析

孫 凱（安徽江淮汽車股份有限公司技術(shù)中心，安徽 合肥 230601）

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電動汽車再生制動系統(tǒng)仿真與分析

孫 凱
（安徽江淮汽車股份有限公司技術(shù)中心，安徽 合肥 230601）

以電動汽車為研究對象，對其再生制動系統(tǒng)進(jìn)行了深入的理論分析和仿真研究。從能量回饋的原理、再生－摩擦制動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、控制理論、影響因素等幾個方面入手。對制動系統(tǒng)進(jìn)行了全面、詳細(xì)、深入的剖析，搭建了仿真模型。在此基礎(chǔ)上進(jìn)行了一系列仿真數(shù)據(jù)和曲線進(jìn)行分析，為實車綜合控制策略的制定提供參考。

再生制動；制動力分配；仿真

10.16638/j.cnki.1671-7988.2016.08.006

CLC NO.: U469.7Document Code: AArticle ID: 1671-7988(2016)08-15-03

前言

與傳統(tǒng)汽車相比，能夠進(jìn)行再生制動是電動汽車的一個顯著特點(diǎn)。即電動機(jī)在特定條件下可以轉(zhuǎn)為發(fā)電機(jī)運(yùn)行，因此可以在制動時采用再生制動，將回饋能量儲存在電力儲能裝置中，再加以利用，提高電動汽車的續(xù)駛里程。

電動汽車的再生制動與發(fā)動機(jī)、電機(jī)、變速器以及電池組等關(guān)鍵部件密切相關(guān)，他們都是構(gòu)成整車動力系統(tǒng)的主要框架，模擬電動汽車的再生制動過程是一項重要同時又較為復(fù)雜的研究工作。本文采用Matlab/Simulink和Advisor軟件對電動汽車再生制動系統(tǒng)進(jìn)行建模， 采用后饋仿真為主并輔以前饋仿真的仿真方法，在精度允許的范圍內(nèi)對某些次要影響因素進(jìn)行了適當(dāng)?shù)暮喕?/p>

1、電動汽車仿真軟件ADVISOR

ADVISOR (Advanced Vehicle Sinmulator，高級車輛仿真器)是由美國可再生能源實驗室(National Renewable Energy Laboratory)在 Matlab和 Simulink軟件環(huán)境下開發(fā)的仿真軟件。ADVISOR是一種基于Matlab /Simulink環(huán)境的后向式仿真軟件，可以通過修改參數(shù)對不同整車車型進(jìn)行仿真與性能分析。

2、建立制動系統(tǒng)仿真模型［1］

仿真計算采用Advisor中典型的后饋仿真為主并輔以前饋仿真的仿真方法，以能量傳遞為主線，分別計算各部件之間的能量分配，從而得到整車在各種循環(huán)工況下的能量消耗、SOC值的變化等情況，最終實現(xiàn)整車再生制動對經(jīng)濟(jì)性能的影響的分析。如圖2.1。

advisor中制動控制模塊分為前饋路徑和后向路徑。在上圖所示模型中，制動模塊位于Matlab/Simulink頂層模型中的車輛控制子模塊中。

1）制動模塊前向路徑

“前后輪制動控制器” 模塊根據(jù)總制動力的需求和驅(qū)動鏈上所能提供的再生制動力的多少，確定前、后輪制動器上制動力的分配。前輪制動系數(shù)決定了前輪制動力在所有制動力（摩擦制動力與再生制動的和）中所占的比例［2］。前輪制動力要始終保證前輪制動系數(shù)與設(shè)定值相同，同時，不能超過最大摩擦力。后輪制動力為總摩擦力減去前輪制動力的差，同樣不能超過限制值。

2）制動模塊后向路徑

制動控制策略模塊，用來確定在前、后輪制動器上所需的制動力是多少。所需驅(qū)動力的差額將最大限度的發(fā)揮驅(qū)動鏈（再生制動）的能力，如果再生制動已經(jīng)達(dá)到了限制的極限值，那么由根據(jù)前、后輪制動器根據(jù)他們制動能力來提供剩下的制動力。

3、再生制動系統(tǒng)有效能量回收率評價

由于電動汽車再生制動系統(tǒng)仿真模型是在能量傳遞的基礎(chǔ)上建立的動力傳動系統(tǒng)模型，因此可以將整車制動能量回收率作為再生制動效能的評價標(biāo)準(zhǔn)。電動汽車制動過程中的能量消耗如圖3.1所示。

整車能量的消耗主要包括六個部分，但在仿真計算過程中主要關(guān)心的是回收到蓄電池中的能量大小。因此可以通過以下計算得到再生制動系統(tǒng)的有效能量回收率［3］。

通過對仿真工況的分析，可知整車在選定測試循環(huán)中所需要消耗的有效總能量E，如下式：

式中：Ek--整車牽引消耗的有效能量；

Eb--整車制動消耗的有效能量；

整車回收的有效能量可由下式求得：

上式是通過液壓制動力和總有效制動能量來計算有效回收能量的，但計算較為復(fù)雜，因此可通過求蓄電池充放電功率對時間的積分直接計算整車有效回收的能量：

式中：Ub--蓄電池組充放電電壓；

Ib--蓄電池組充放電電流；

由以上計算即可得到整車有效能量回收率ηv：

4、仿真典型城市驅(qū)動循環(huán)工況

在城市較為擁擠的路況下，由于頻繁的加速和制動，傳統(tǒng)燃油汽車將發(fā)動機(jī)產(chǎn)生的車輛牽引能量通過摩擦制動的形式轉(zhuǎn)化為熱量消耗掉了。與傳統(tǒng)燃油汽車相比電動汽車由于采用再生制動可將一部分車輛動能加以回收，因此在城市工況節(jié)能效果要優(yōu)于在郊區(qū)和高速公路工況的節(jié)能效果。

因此在滿足整車制動安全和制動穩(wěn)定的前提下，還需要在典型城市驅(qū)動測試循環(huán)下對再生制動系統(tǒng)進(jìn)行仿真，才能較全面的模擬電動汽車再生制動系統(tǒng)的工作過程，從而對整車的能量回收及其各影響因素進(jìn)行分析和評價。

本文選擇了三種典型的城市驅(qū)動循環(huán)：歐洲 ECE+ EUDC、日本1015和美國UDDS來進(jìn)行再生制動系統(tǒng)的仿真［2］。

表1　控制策略能量回收分析

5、結(jié)論

通過對三種循環(huán)工況下的仿真結(jié)果進(jìn)行分析，驗證了本文所建立的電動汽車仿真模型的合理性和正確性，按照選定的評價指標(biāo)，Advisor中制動控制策略具有一定的能量回收能力。如何確定合理的再生制動和摩擦制動的能量分配管理，如何實現(xiàn)再生制動、摩擦制動和ABS的綜合協(xié)調(diào)控制，在保證制動安全性的條件下提高制動能量回收效率是再生制動系統(tǒng)研究的重點(diǎn)和難點(diǎn)。在當(dāng)前新能源汽車產(chǎn)品開發(fā)過程中，再生制動的研究具有非常重要的現(xiàn)實意義。

[1]江勛,黃妙華.基于ADVISOR的電動汽車再生制動控制的建模與仿真[J].北京汽車，2008，第1期.

[2]唐鵬.電動汽車制動能量回收的分析與研究[D].合肥：合肥工業(yè)大學(xué)車輛工程，2007.

[3]曾小華，王慶年，李駿，王偉華，初亮.基于 ADVISOR2002混合動力汽車控制策略模塊開發(fā)[J].汽車工程，2004年04期.

The simulation and analysis of electric vehile brake system

Sun Kai
(Technological Center,Anhui Jianghuai Automobile Co.,Ltd,Anhui Hefei 230601)

According to vehicle dynamics theory,The deeply theoretical researching and simulation are completed.the braking system is also analyzed entirely and thoroughly，including in the principle of energy recovery.the conformation of the regenerative-friction system、controltheory，innuencing factors and so on.Creating simulation data and curves show that regenerative braking distribution control strategy can assure high effcient energy recover.Gives some suggestion for the experiments and tests.

Regenerative braking; Braking distribution; Simulation

U469.7

A

1671-7988（2016）08-15-03

孫凱（1972-）男，高級工程師，就職于安徽江淮汽車股份有限公司技術(shù)中心，主要從事發(fā)動機(jī)與新能源汽車產(chǎn)品開發(fā)及研究工作。