電動(dòng)商用車的串聯(lián)制動(dòng)控制策略

許世維，唐自強(qiáng)，王棟梁，趙軒

(長(zhǎng)安大學(xué)汽車學(xué)院，陜西 西安　710064)

?

電動(dòng)商用車的串聯(lián)制動(dòng)控制策略

許世維，唐自強(qiáng)，王棟梁，趙軒

(長(zhǎng)安大學(xué)汽車學(xué)院，陜西 西安710064)

【目的】 為了提高電動(dòng)商用車復(fù)合制動(dòng)系統(tǒng)的能量回收率、改善制動(dòng)感覺(jué).【方法】 依據(jù)ECE法規(guī)、電機(jī)、蓄電池和制動(dòng)感覺(jué)等約束條件的限制，結(jié)合電動(dòng)商用車電-氣復(fù)合制動(dòng)系統(tǒng)的特點(diǎn)，提出了一種最佳感覺(jué)的串聯(lián)制動(dòng)控制策略，根據(jù)制動(dòng)強(qiáng)度和I曲線分配電機(jī)和氣壓制動(dòng)力，并在Cruise與Matlab聯(lián)合仿真環(huán)境下建立制動(dòng)控制策略模型，通過(guò)60 km/h初速一次制動(dòng)工況和NEDC循環(huán)工況驗(yàn)證串聯(lián)制動(dòng)控制策略的性能.【結(jié)果】 在具有最佳制動(dòng)感覺(jué)的同時(shí)，z=0.1和z=0.5一次制動(dòng)工況下制動(dòng)能量回收率分別達(dá)到了19.43%和17.39%，NEDC工況下能量回收率達(dá)到了18.56%.【結(jié)論】 電動(dòng)商用車串聯(lián)制動(dòng)控制策略能夠在保證最佳制動(dòng)感覺(jué)的前提下大大地提高制動(dòng)能量回收率，是一種提升電動(dòng)汽車制動(dòng)性能和整車經(jīng)濟(jì)性的有效方法.

電動(dòng)商用車；串聯(lián)制動(dòng)控制策略；制動(dòng)能量回收

傳統(tǒng)汽車使用內(nèi)燃機(jī)作為動(dòng)力源，消耗了大量的石化燃料，并造成了嚴(yán)重的環(huán)境污染[1]，而電動(dòng)汽車技術(shù)作為一種節(jié)能、環(huán)保的先進(jìn)技術(shù)得到了各國(guó)政府、企業(yè)和研究機(jī)構(gòu)的關(guān)注與重視.電動(dòng)汽車再生制動(dòng)技術(shù)是一種將車輛制動(dòng)時(shí)反拖電機(jī)回饋產(chǎn)生的電能回收到儲(chǔ)能裝置的技術(shù)，能夠提高電動(dòng)汽車的能量利用率，增加續(xù)駛里程.但是現(xiàn)階段再生制動(dòng)的研究大多集中在電動(dòng)乘用車領(lǐng)域，關(guān)于電動(dòng)商用車再生制動(dòng)的研究還較少[2-3].龔賢武等基于制動(dòng)穩(wěn)定性要求和ECE制動(dòng)法規(guī)對(duì)某電動(dòng)轎車制動(dòng)力分配進(jìn)行研究，在保證制動(dòng)穩(wěn)定性的同時(shí)，大大提升了制動(dòng)能量回收效率[4]；Ko等通過(guò)提出一種后輪為液壓制動(dòng)、前輪為電子楔式制動(dòng)器的制動(dòng)系統(tǒng)的制動(dòng)力分配策略，研究裝配AT變速器的混合動(dòng)力汽車制動(dòng)系統(tǒng)與再生制動(dòng)的聯(lián)合控制策略[5].

本文研究的電動(dòng)商用車是一種未來(lái)將廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)工程、市政工程等領(lǐng)域的電動(dòng)汽車[6]，由于電機(jī)再生制動(dòng)的加入，與傳統(tǒng)商用車氣壓制動(dòng)相比車輛制動(dòng)特征也發(fā)生了相應(yīng)的改變，因此，本文通過(guò)研究一種能量回收率高、制動(dòng)感覺(jué)最佳的串聯(lián)制動(dòng)控制策略，并通過(guò)建模與聯(lián)合仿真的方法研究該復(fù)合制動(dòng)控制策略的性能，以期為電動(dòng)商用車串聯(lián)制動(dòng)控制策略的優(yōu)化提供依據(jù).

1　電動(dòng)商用車串聯(lián)制動(dòng)約束條件

1.1ECE法規(guī)制動(dòng)力分配要求

汽車制動(dòng)時(shí)，前、后軸制動(dòng)力的分配將影響汽車制動(dòng)時(shí)的方向穩(wěn)定性和附著條件的利用程度，可能出現(xiàn)前輪先抱死拖滑、后輪先抱死拖滑和前后輪同時(shí)抱死拖滑3種情況，其中前后輪同時(shí)抱死拖滑是一種理想工況，其對(duì)應(yīng)的前后輪制動(dòng)器制動(dòng)力分配曲線稱為I曲線，如公式(1)所示，制動(dòng)力按照I曲線分配時(shí)不僅能夠保證制動(dòng)時(shí)方向穩(wěn)定性還能提高地面附著系數(shù)利用率[7].

(1)

式中，z為制動(dòng)強(qiáng)度；La汽車質(zhì)心至前軸的距離(m)；Lb汽車質(zhì)心至后軸的距離(m)；hg質(zhì)心高度(m).

為滿足對(duì)制動(dòng)效能的要求，制動(dòng)力的分配還必須滿足相應(yīng)的法規(guī).歐洲經(jīng)濟(jì)委員會(huì)制定的ECE R13法規(guī)和我國(guó)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB 12676-1999 都對(duì)雙軸汽車前、后輪制動(dòng)系統(tǒng)制動(dòng)力的分配提出了明確規(guī)定，對(duì)于φ=0.2～0.8之間的各種車輛，要求制動(dòng)強(qiáng)度必須滿足z≥0.1+0.85(φ-0.2)[8].按照ECE法規(guī)要求得出本文研究的后輪驅(qū)動(dòng)電動(dòng)商用車的制動(dòng)約束條件為：

(2)

1.2電機(jī)約束

一定轉(zhuǎn)速下，電機(jī)再生制動(dòng)力矩與其發(fā)電功率和效率有關(guān)，受發(fā)電能力限制，再生制動(dòng)能夠產(chǎn)生的最大制動(dòng)力矩不能超過(guò)某一轉(zhuǎn)速和功率下的電機(jī)發(fā)電能力[9].再生制動(dòng)時(shí)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩輸出特性與電動(dòng)狀態(tài)下的輸出特性基本相同，即基速以下恒轉(zhuǎn)矩輸出，基速以上恒功率輸出.另外由于過(guò)低車速下制動(dòng)時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)速過(guò)低，再生制動(dòng)力矩過(guò)小，為了保證制動(dòng)安全，將500 r/min設(shè)置為電機(jī)回饋制動(dòng)轉(zhuǎn)速閾值，當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)速低于該值時(shí)，停止再生制動(dòng)[10].制動(dòng)過(guò)程中，若電機(jī)能夠提供的最大再生制動(dòng)力不能滿足驅(qū)動(dòng)輪處需求的再生制動(dòng)力，則需要通過(guò)摩擦制動(dòng)彌補(bǔ)不足的制動(dòng)力部分.最終得到的電機(jī)再生制動(dòng)特性如下：

(3)

1.3蓄電池約束

蓄電池作為再生制動(dòng)系統(tǒng)的儲(chǔ)能元件，其最大充電電流、最大充電功率、電池荷電狀態(tài)(state of charge，SOC)是制約再生制動(dòng)及能量回收的主要因素.實(shí)際應(yīng)用中，由于再生制動(dòng)的充電時(shí)間較短，其充電電流和充電功率都不能超過(guò)蓄電池所允許的最大充電電流和最大允許充電功率[11].另外，由于過(guò)充和過(guò)放都會(huì)對(duì)影響蓄電池的壽命，因此需要對(duì)蓄電池SOC運(yùn)行范圍加以限制.本研究所用鋰離子電池的SOC運(yùn)行范圍為30%～90%，SOC大于90%時(shí)，停止再生制動(dòng).對(duì)于蓄電池，其充電功率Pbat為：

Pbat=(UOC+IR)I

(4)

式中，UOC為開路電壓，是電池SOC的函數(shù)(V)；R為電池內(nèi)阻(Ω)；I為充電電流(A).

1.4制動(dòng)感覺(jué)約束

制動(dòng)感覺(jué)在日常生活中就是指司乘人員通常說(shuō)的剎車“軟”或“硬”，單獨(dú)從人體感知角度出發(fā)，制動(dòng)感覺(jué)比制動(dòng)距離更易被察覺(jué)，因此，制動(dòng)感覺(jué)也是制動(dòng)系統(tǒng)性能的重要組成部分[12].為了保證采用串聯(lián)制動(dòng)控制策略后能夠有較好的制動(dòng)感覺(jué)，本文采用汽車減速度的變化率j，通常也稱為汽車的沖擊度，來(lái)評(píng)價(jià)制動(dòng)系統(tǒng)的制動(dòng)感覺(jué)[12]，其計(jì)算如下：

(5)

德國(guó)學(xué)者研究認(rèn)為，人體在感覺(jué)舒適的范圍內(nèi)所能承受的最大沖擊度為10 m/s3，如果超過(guò)該值，制動(dòng)感覺(jué)會(huì)嚴(yán)重降低[12].沖擊度越小，舒適性越好.通過(guò)汽車動(dòng)力學(xué)研究可知，當(dāng)汽車制動(dòng)時(shí)的制動(dòng)力分配按照理想的I曲線分配時(shí)，整個(gè)制動(dòng)過(guò)程平穩(wěn)，整車制動(dòng)性能最佳，因此，如何使制動(dòng)力盡量分配按照I曲線進(jìn)行是提高制動(dòng)感覺(jué)的重要手段.

2　串聯(lián)制動(dòng)控制策略模型的構(gòu)建

2.1串聯(lián)制動(dòng)控制策略原理

如圖1所示，串聯(lián)制動(dòng)控制策略的特點(diǎn)是當(dāng)再生制動(dòng)力達(dá)到其最大值時(shí)，摩擦制動(dòng)才參與工作，以滿足車輛制動(dòng)需求.串聯(lián)制動(dòng)通常與車輛的ABS集成控制，通過(guò)對(duì)單個(gè)車輪的氣壓制動(dòng)力進(jìn)行協(xié)調(diào)控制，使總制動(dòng)力能夠達(dá)到路面附著的極限.因此，串聯(lián)制動(dòng)控制策略能夠充分利用了再生制動(dòng)力，能量回收效率較高.現(xiàn)階段，串聯(lián)制動(dòng)一般分為兩類：一是具有最佳感覺(jué)的串聯(lián)制動(dòng)；二是具有最佳能量回收的串聯(lián)制動(dòng)[13].本文研究的電動(dòng)商用車主要用于農(nóng)業(yè)工程和市政工程等領(lǐng)域，行駛路況復(fù)雜，對(duì)車輛操縱性要求較高，因此本文最終選擇采用最佳感覺(jué)的串聯(lián)制動(dòng)控制策略.

圖1　串聯(lián)制動(dòng)系統(tǒng)制動(dòng)力分配原理Fig.1　Braking force distribution schematics for series braking system

2.2電動(dòng)商用車電-氣復(fù)合制動(dòng)系統(tǒng)

電動(dòng)乘用車一般采用電-液復(fù)合制動(dòng)形式，其中的液壓制動(dòng)系統(tǒng)壓力響應(yīng)較快，而電動(dòng)商用車普遍采用的電-氣復(fù)合制動(dòng)形式中氣壓制動(dòng)系統(tǒng)卻存在著回路壓力響應(yīng)延遲的特點(diǎn)，因此，在電動(dòng)商用車電-氣復(fù)合制動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，需要在傳統(tǒng)氣壓制動(dòng)系統(tǒng)中增加特定的控制閥和傳感器來(lái)實(shí)現(xiàn)前后管路的氣壓制動(dòng)力的調(diào)節(jié)和電-氣復(fù)合制動(dòng)的切換，以減少氣壓制動(dòng)遲滯效應(yīng)帶來(lái)的不利影響，具體結(jié)構(gòu)如圖2所示.其中，開關(guān)式調(diào)壓閥總成通過(guò)電磁閥的通斷進(jìn)行PWM信號(hào)控制，從而實(shí)現(xiàn)前后制動(dòng)氣路氣壓的調(diào)節(jié)；二位二通電磁閥分別串聯(lián)安裝在制動(dòng)主閥后的前后制動(dòng)管路中，通過(guò)控制制動(dòng)主閥后氣壓管路的通斷實(shí)現(xiàn)氣壓制動(dòng)方式與再生制動(dòng)方式的切換.

2.3最佳感覺(jué)的串聯(lián)制動(dòng)控制策略制動(dòng)力分配

采用串聯(lián)制動(dòng)后，電機(jī)再生制動(dòng)的加入改變了傳統(tǒng)車輛前后軸制動(dòng)力的分配，需要通過(guò)調(diào)節(jié)前后輪氣壓制動(dòng)力和控制電機(jī)再生制動(dòng)力，使得制動(dòng)過(guò)程具有最佳的制動(dòng)感覺(jué).對(duì)于最佳感覺(jué)的串聯(lián)制動(dòng)，為了同時(shí)達(dá)到車輛制動(dòng)效能和制動(dòng)穩(wěn)定性最優(yōu)的目標(biāo)，其制動(dòng)力分布曲線應(yīng)按照理想的制動(dòng)力分配線I曲線，而且此時(shí)車輛的制動(dòng)距離最短[13].具有最佳感覺(jué)的串聯(lián)制動(dòng)的制動(dòng)力分配曲線如圖3所示.

本文研究的串聯(lián)制動(dòng)策略主要根據(jù)制動(dòng)強(qiáng)度分配電機(jī)制動(dòng)力和機(jī)械制動(dòng)力，在輕度制動(dòng)時(shí)，僅采用再生制動(dòng)，制動(dòng)力完全由電機(jī)制動(dòng)提供；在中度制動(dòng)時(shí)，采用氣壓制動(dòng)和電機(jī)制動(dòng)共同作用的復(fù)合制動(dòng)，并且當(dāng)制動(dòng)強(qiáng)度達(dá)到一定數(shù)值之前，后輪氣壓制動(dòng)力保持為零，優(yōu)先增加前輪氣壓制動(dòng)力，直到前后輪制動(dòng)力分配曲線落在理想的I曲線上時(shí)，前后輪氣壓制動(dòng)力才一起增加，之后制動(dòng)力分配曲線沿I線上升[14]；在制動(dòng)強(qiáng)度大于0.7時(shí)，屬于緊急制動(dòng)工況，此時(shí)為了保證制動(dòng)安全性，ABS開始介入工作，電機(jī)制動(dòng)退出，制動(dòng)力分配在ABS的調(diào)節(jié)下仍按照I曲線進(jìn)行.最佳感覺(jué)串聯(lián)制動(dòng)具體流程如圖4所示，具體步驟如下：

圖2　電動(dòng)商用車電-氣復(fù)合制動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)Fig.2　Structure of electric-pneumatic composite braking system for electric commercial vehicle

圖3　最佳感覺(jué)串聯(lián)制動(dòng)控制策略制動(dòng)力分配曲線Fig.3　Braking force distribution curve of series braking with optimal braking feeling

第1步：根據(jù)制動(dòng)踏板開度α、蓄電池SOC、電機(jī)轉(zhuǎn)速n計(jì)算出需求總制動(dòng)力矩Tb、蓄電池最大可充電功率Pbat、電機(jī)最大制動(dòng)功率Pm_reg[15].

第2步：選取蓄電池最大可充電功率和電機(jī)最大制動(dòng)功率中的最小值作為汽車實(shí)際再生制動(dòng)功率Pregen= min (Pbat，Pm_reg)，并由Tmmax=9 550·Pregen/n得到實(shí)際電機(jī)制動(dòng)系統(tǒng)能夠輸出的最大力矩Tmmax.

第3步：參考圖3中串聯(lián)制動(dòng)總制動(dòng)力OA段，當(dāng)再生制動(dòng)系統(tǒng)的最大輸出力矩大于整車制動(dòng)所需的制動(dòng)力矩，即Tmmax>Tb時(shí)，制動(dòng)力完全由電機(jī)制動(dòng)提供，前輪氣壓制動(dòng)力Fhf和后輪氣壓制動(dòng)力Fhr均為0.

第4步：參見圖3中總制動(dòng)力AB段，當(dāng)Tmmax

圖4　最佳感覺(jué)串聯(lián)制動(dòng)控制策略具體流程Fig.4　Flow of series braking strategy with optimal braking feeling

第5步：參見圖3中總制動(dòng)力BGC段，此時(shí)Tmmax

第6步：串聯(lián)制動(dòng)策略制動(dòng)力分配按照上述過(guò)程進(jìn)行計(jì)算，通過(guò)合理分配氣壓制動(dòng)力和電機(jī)制動(dòng)力，使中、高制動(dòng)強(qiáng)度時(shí)制動(dòng)力分配按照理想的I曲線進(jìn)行，從而在提高制動(dòng)能量回收率的同時(shí)獲得最

佳的制動(dòng)感覺(jué).

2.4基于Cruise與Matlab/Simulink聯(lián)合仿真的串聯(lián)制動(dòng)模型的建立

如圖5所示，根據(jù)前節(jié)中制定的串聯(lián)制動(dòng)控制策略，首先在Matlab/Simulink環(huán)境下建立串聯(lián)制動(dòng)控制策略模型，并將其轉(zhuǎn)換成格式為.DLL的文件，再通過(guò)Cruise Interfaces中的Matlab DLL組件，將生成的.DLL文件動(dòng)態(tài)鏈接到Cruise整車模型中，并正確連接控制策略模塊與整車模塊中的對(duì)應(yīng)的接口，從而將控制策略鑲嵌到整車模型中，實(shí)現(xiàn)Cruise與Matlab的聯(lián)合仿真.利用Cruise與Matlab的聯(lián)合仿真能夠省去搭建整車仿真模型的工作，便于控制策略的移植，從而提高了建模仿真的速度和精度[16].其中，電動(dòng)商用車的整車參數(shù)如表1所示.

圖5　基于Cruise與Matlab/Simulink聯(lián)合仿真的串聯(lián) 制動(dòng)策略仿真模型Fig.5　Series braking simulation model based on Cruise-Matlab Co-simulation表1　電動(dòng)商用車整車參數(shù)Tab.1　Parameters of electric commercial vehicle

參數(shù)數(shù)值長(zhǎng)×寬×高/mm7830×2470×2760前懸/mm1480后懸/mm1830軸距/mm4600整車整備質(zhì)量/kg10800最大質(zhì)量/kg16000最大車速/(km·h-1)90

3　結(jié)果與分析

為了驗(yàn)證復(fù)合制動(dòng)控制策略的效果，設(shè)定80%為蓄電池初始SOC，分別采用60 km/h初速一次制動(dòng)工況和NEDC循環(huán)工況驗(yàn)證串聯(lián)制動(dòng)控制策略的性能.

3.160 km/h初始車速一次制動(dòng)工況分析

初始車速60 km/h時(shí)，分別在z=0.1、0.5、0.8 3種制動(dòng)強(qiáng)度下進(jìn)行串聯(lián)制動(dòng)策略制動(dòng)性能仿真，通過(guò)對(duì)比車速、制動(dòng)結(jié)束時(shí)刻蓄電池SOC、回收到蓄電池的能量來(lái)分析串聯(lián)控制策略的性能，具體見圖6-10.

由圖6和表2可知，制動(dòng)強(qiáng)度越大，制動(dòng)時(shí)間越短，證明本文提出的串聯(lián)制動(dòng)策略在不同制動(dòng)強(qiáng)度下均可適用.由圖7可知，制動(dòng)強(qiáng)度小于0.7時(shí)，電機(jī)制動(dòng)起作用，其產(chǎn)生能量被回收到蓄電池中，因此制動(dòng)結(jié)束時(shí)刻蓄電池SOC增加，此外蓄電池SOC值隨著制動(dòng)強(qiáng)度的增加而變小，z=0.1時(shí)能量回收率達(dá)到了25.55%，主要是因?yàn)檩p度制動(dòng)時(shí)僅有電機(jī)提供制動(dòng)力，所以能夠回收更多的制動(dòng)能量；當(dāng)z=0.8時(shí)，屬于緊急制動(dòng)工況，為了保證制動(dòng)安全性，ABS介入，電機(jī)制動(dòng)退出，不進(jìn)行制動(dòng)能量回收，因此蓄電池SOC一直處于下降狀態(tài).結(jié)合圖8和表2可知，z=0.1和z=0.5時(shí)，蓄電池回收的能量分別為431.781 kJ和386.436 kJ，能量回收率分別達(dá)到了19.43%和17.39%，大大提升了整車能量利用效率，使得整車經(jīng)濟(jì)性得到了較大提高.由圖9可知，當(dāng)制動(dòng)強(qiáng)度為z=0.5時(shí)，電機(jī)制動(dòng)和氣壓制動(dòng)共同作用，相比于乘用車液壓制動(dòng)系統(tǒng)，電動(dòng)商用車采用的氣壓制動(dòng)壓力響應(yīng)遲滯時(shí)間較長(zhǎng)，經(jīng)過(guò)0.45 s才能達(dá)到需求制動(dòng)壓力，因此加入了電機(jī)制動(dòng)后，由于電機(jī)制動(dòng)響應(yīng)較快，在一定程度上彌補(bǔ)了氣壓制動(dòng)響應(yīng)遲滯的缺點(diǎn)，提高了整車制動(dòng)性能.由圖10單次制動(dòng)工況汽車減速度變化率曲線可知，在3種單次制動(dòng)工況下，汽車減速度變化率都小于10 m/s3，即沖擊度j被控制在良好范圍內(nèi)，從而能有效保證良好的制動(dòng)感覺(jué)，提高了制動(dòng)舒適性.

圖6　一次制動(dòng)工況車速對(duì)比Fig.6　Braking velocity comparisons in single braking condition

圖7　一次制動(dòng)工況蓄電池SOC對(duì)比Fig.7　Battery SOC comparisons in single braking condition

圖8　一次制動(dòng)工況回收能量對(duì)比Fig.8　Recycling energy comparisons in single braking condition

圖9　z=0.5時(shí)電機(jī)制動(dòng)力矩與氣壓制動(dòng)力矩Fig.9　Motor braking torque and pneumatic braking torque when z is 0.5

圖10　一次制動(dòng)工況汽車減速度變化率Fig.10　Gradient of vehicle decceleration in single braking condition

3.2NEDC循環(huán)工況仿真分析

設(shè)定初始SOC=80%，選取NEDC工況作為循環(huán)工況進(jìn)行仿真，并通過(guò)對(duì)比串聯(lián)制動(dòng)控制策略與無(wú)能量回收策略的仿真結(jié)果，驗(yàn)證串聯(lián)制動(dòng)控制策略在循環(huán)工況中的性能.

由圖11可知，整個(gè)NEDC工況中除了高速段出現(xiàn)短暫車速跟隨滯后外，其余時(shí)間實(shí)際車速均能準(zhǔn)確地跟隨期望車速，故本文提出的串聯(lián)制動(dòng)控制策略能夠滿足NEDC循環(huán)工況的要求.由圖12可知，采用串聯(lián)制動(dòng)控制策略后，在車輛減速時(shí)蓄電池電流為正值，即此時(shí)電機(jī)回饋制動(dòng)產(chǎn)生的電流給蓄電池充電，而采用無(wú)制動(dòng)能量回收策略時(shí)，電流全部為負(fù)，即沒(méi)有電流回饋到蓄電池；采用串聯(lián)制動(dòng)控制策略后循環(huán)工況結(jié)束時(shí)刻蓄電池的SOC為73.904%，而無(wú)能量回收的控制策略結(jié)束時(shí)刻的SOC為71.58%，因此串聯(lián)制動(dòng)控制策略能夠減緩蓄電池SOC下降率，減少電能消耗.結(jié)合圖13和表3可知，采用串聯(lián)制動(dòng)控制策略制動(dòng)能量回收率達(dá)到了18.56%，大大提高了能量利用效率，增加了續(xù)駛里程.由圖14可知，整個(gè)NEDC循環(huán)中，減速度變化率最大值遠(yuǎn)小于10 m/s3，沖擊度j被控制在良好范圍內(nèi)，制動(dòng)感覺(jué)良好，因此，本文提出的串聯(lián)制動(dòng)控制策略能夠在循環(huán)工況下滿足司乘人員對(duì)制動(dòng)感覺(jué)的要求.

表2　車速一次制動(dòng)工況串聯(lián)制動(dòng)性能仿真結(jié)果Tab.2　Simulation Results of series braking performance in single braking condition

圖11　NEDC工況期望車速與實(shí)際車速Fig.11　Desired velocity and actual velocity in NEDC

圖12　串聯(lián)制動(dòng)控制策略與無(wú)能量回收 策略的電流和SOC對(duì)比Fig.12　Current and SOC comparisons between series braking Strategy and Non-energy Recycling Strategy in NEDC

圖13　串聯(lián)制動(dòng)控制策略與無(wú)能量 回收策略能量回收對(duì)比Fig.13　Energy recycling between series braking strategy and non-energy recycling strategy in NEDC

圖14　NEDC工況汽車減速度變化率Fig.14　Gradient of vehicle decceleration in NEDC

表3　NEDC工況串聯(lián)制動(dòng)策略與無(wú)能量 回收策略制動(dòng)性能對(duì)比Tab.3　Braking Performance Comparisons between series braking strategy and non-energy recycling strategy in NEDC

4　結(jié)論

本文以電動(dòng)商用車為研究對(duì)象，依據(jù)ECE法規(guī)、電機(jī)、蓄電池和制動(dòng)感覺(jué)等約束條件的限制，結(jié)合電動(dòng)商用車電-氣復(fù)合制動(dòng)系統(tǒng)的特點(diǎn)，以保證車輛最佳制動(dòng)感覺(jué)和最大限度回收制動(dòng)能量為目標(biāo)構(gòu)建串聯(lián)制動(dòng)控制策略，采用Cruise與Matlab聯(lián)合仿真技術(shù)建立整車制動(dòng)控制策略模型，通過(guò)選擇60 km/h初速一次制動(dòng)工況和NEDC工況仿真驗(yàn)證控制策略的性能.通過(guò)仿真驗(yàn)證可知，本文提出的電動(dòng)商用車串聯(lián)制動(dòng)控制策略能夠優(yōu)化制動(dòng)力分配，在保證最佳制動(dòng)感覺(jué)的前提下最大程度地提高制動(dòng)能量回收率，提高了車輛制動(dòng)性能和整車經(jīng)濟(jì)性.由于串聯(lián)制動(dòng)時(shí)電機(jī)制動(dòng)產(chǎn)生制動(dòng)力的特性與摩擦制動(dòng)不同，因此如何通過(guò)電子控制裝置有效地控制電機(jī)制動(dòng)力將是未來(lái)進(jìn)一步研究的方向.

[1]Hannan M A,Azidin F A,Mohamed A.Hybrid electric vehicles and their challenges:A review[J].Renewable and Sustainable Energy Reviews,2014,29(1):135-150

[2]趙國(guó)柱.電動(dòng)汽車再生制動(dòng)穩(wěn)定性研究[D].南京:南京航空航天大學(xué),2006

[3]王志新,余強(qiáng),宋慶陽(yáng),等.重載貨車制動(dòng)鼓溫升模型建立及應(yīng)用[J].甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2015,50(6):159-164

[4]龔賢武,張麗君,馬建,等.基于制動(dòng)穩(wěn)定性要求的電動(dòng)汽車制動(dòng)力分配[J].長(zhǎng)安大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版,2014,34(1):103-108

[5]Ko Jiweon,Ko Sungyeon,Son Hanho,et al.Development of brake system and regenerative braking cooperative control algorithm for automatictransmisson-based hybrid electric vehicles [J].IEEE Transactions on Vehicular Technology,2015,64(2):431-440

[6]Tate E D,Harpster M O,Savagian P J.The electrification of the automobile:from conventional hybrid,to plug-in hybrids,to extended-range electric vehicles[J].SAE International Journal of Passenger Cars-electronic and Electrical systems,2008,1(2008-01-0458):156-166

[7]Cikanek S R,Bailey K E.Regenerative braking system for a hybrid electric vehicles[C]//Proceedings of the American Control Conference,2002:3129-3134

[8]余志生.汽車?yán)碚揫M].北京:清華大學(xué)出版社,2009

[9]張欣,劉溧,于海生.混合動(dòng)力電動(dòng)汽車制動(dòng)系統(tǒng)回饋特性仿真[J].中國(guó)公路學(xué)報(bào),2006,19(3):111-116

[10]Nian X H,Peng F,Zhang H.Regenerative braking system of electric vehicle driven by brushless DC motor[J].IEEE Transactions on Industrial Electronics,2014,61(10):5798-5808

[11]董冰.基于鋰離子動(dòng)力電池的純電動(dòng)汽車能量管理系統(tǒng)控制策略與優(yōu)化[D].長(zhǎng)春:吉林大學(xué),2014

[12]高愛(ài)云,鄧效忠,張明柱,等.基于最佳制動(dòng)效果的并聯(lián)式混合動(dòng)力汽車再生制動(dòng)控制策略[J].中國(guó)機(jī)械工程,2015,26(15):2118-2124

[13]Gao Y M，Chu L,Ehsani M.Design and control principles of hybrid braking system for EV,HEV and FCV[C] //Proceedings of the 2007 Vehicle Power and Propulsion Conference,2008:513-519

[14]劉清河,劉濤,孫澤昌.電動(dòng)汽車復(fù)合制動(dòng)系統(tǒng)狀態(tài)估計(jì)控制算法[J].哈爾濱工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2011,43(9):91-94

[15]李玉芳,林逸,何洪文,等.電動(dòng)汽車再生制動(dòng)控制算法研究[J].汽車工程,2007,29(12):1059-1062

[16]謝星,周蘇,王廷宏,等.基于Cruise/Simulink的車用燃料電池/蓄電池混合動(dòng)力的能量管理策略仿真[J].汽車工程,2010,32(5):373-378

(責(zé)任編輯李辛)

Series braking control strategy of electric commercial vehicle

XU Shi-wei,TANG Zi-qiang,WANG Dong-liang,ZHAO Xuan

(School of Automobile,Chang′an University,Xi′an 710064,China)

【Objective】 In order to improve energy recovery and brake feeling of composite braking system for electric commercial vehicle.【Method】 A series braking control strategy with optimal braking feeling was proposed according to the constraints of ECE regulations limit,motors,batteries and braking feeling,combining the characteristics of electric-pneumatic composite braking system for electric vehicle.The braking force was distributed between motor braking and pneumatic braking according the braking intensity and I curve.The control strategy model was established under Cruise and Matlab co-simulation environment.The single braking condition with initial velocity of 60 km/h and NEDC driving cycle was used to verify the performance of the series braking control strategy.【Result】 The optimum brake feeling can be ensued,meanwhile the energy recovery rate for single braking was up to 19.43% and 17.39% respectively whenzwas 0.1 and 0.5,and the energy recovery rate for NEDC was up to 18.56%.【Conclusion】 The series braking control strategy can significantly improve the braking energy recovery under ensuring the best braking feeling and be acted as an effective method to improve the braking performance and economical benefit of electric vehicle.

electric commercial vehicle;series braking control strategy;braking energy recovery

許世維(1987-)，男，博士研究生，從事電動(dòng)汽車技術(shù)研究.E-mail:xushiweide2008@163.com

國(guó)家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃(863計(jì)劃)資助項(xiàng)目(2012AA111106)；國(guó)家自然科學(xué)基金青年項(xiàng)目(51507013)；陜西省工業(yè)科技攻關(guān)項(xiàng)目(2016GY-043)；陜西省自然科學(xué)基礎(chǔ)研究計(jì)劃青年人才項(xiàng)目(2016JQ5012)；中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)資金項(xiàng)目(310822151025，310822161002,310824163202).

2015-11-10；

2016-04-11

U 463.5

A

1003-4315(2016)04-0113-08