混合動(dòng)力電動(dòng)汽車制動(dòng)力分配方案研究

劉斌 潘江如

[摘 要] 為最大限度回收混合動(dòng)力汽車制動(dòng)能量，使汽車的續(xù)航里程有效增大，制動(dòng)力分配方案的選擇是至關(guān)重要的環(huán)節(jié)，總結(jié)兩種制動(dòng)力分配方案，其中提出利用模糊控制的“動(dòng)態(tài)”能量回收制動(dòng)力分配方案，并總結(jié)它的可行性及實(shí)用性，為混合動(dòng)力電動(dòng)汽車制動(dòng)力分配模型及策略的研究提供參考基礎(chǔ)，以期將混合動(dòng)力電動(dòng)汽車的制動(dòng)能量回收效率進(jìn)一步提升。

[關(guān) 鍵 詞] 混合動(dòng)力電動(dòng)汽車；制動(dòng)力分配；制動(dòng)能量回收；再生制動(dòng)系統(tǒng)

[中圖分類號(hào)] U469.72 [文獻(xiàn)標(biāo)志碼] A [文章編號(hào)] 2096-0603（2018）03-0186-02

通常，汽車制動(dòng)能量通過(guò)摩擦的方式轉(zhuǎn)為熱能散發(fā)在大氣中，這就造成了資源的浪費(fèi)。混合動(dòng)力電動(dòng)汽車便可將汽車制動(dòng)能量進(jìn)行回收，而制動(dòng)力分配方案是影響制動(dòng)能量回收效率的一個(gè)主要因素。

一、理想的前后輪制動(dòng)力分配

在任何路面條件下，都能滿足前后車輪同時(shí)抱死拖滑的前后輪制動(dòng)器制動(dòng)力分配曲線稱為理想的制動(dòng)力分配曲線（I曲線），如圖1。

需要指出，I曲線（也就是理想的制動(dòng)力分配曲線）僅取決于車輛的質(zhì)量參數(shù)，和路面無(wú)關(guān)。同時(shí)，由于“理想”是指車輛前車輪和后車輪剛好同時(shí)抱死，而車輛制動(dòng)時(shí)，經(jīng)常是某一軸的車輪先抱死，伴隨著制動(dòng)力加大過(guò)程，另一軸的車輪隨即抱死，所以，車輛前后車輪制動(dòng)力通常不是按照I曲線的規(guī)則進(jìn)行分配的。為了混合動(dòng)力電動(dòng)汽車能夠盡可能地收集制動(dòng)能量，應(yīng)在保證混合動(dòng)力電動(dòng)汽車制動(dòng)時(shí)的方向穩(wěn)定性情況下將制動(dòng)力盡可能地分配到前輪。

二、混合動(dòng)力電動(dòng)汽車制動(dòng)力分配

混合動(dòng)力電動(dòng)汽車?yán)迷偕苿?dòng)系統(tǒng)進(jìn)行制動(dòng)能量回收，而再生制動(dòng)系統(tǒng)提供的制動(dòng)力無(wú)法達(dá)到車輛完全制動(dòng)所需的力，因此需要再生制動(dòng)系統(tǒng)與機(jī)械摩擦制動(dòng)系統(tǒng)一同制動(dòng)。

圖2為再生制動(dòng)系統(tǒng)制動(dòng)力分配模型。再生制動(dòng)系統(tǒng)提供的再生制動(dòng)力與制動(dòng)時(shí)各部件性能有關(guān)系，是一個(gè)變量，它直接決定再生制動(dòng)力分配比例，從而與制動(dòng)能量回收效果相關(guān)。

三、混合動(dòng)力電動(dòng)汽車制動(dòng)力分配方案研究

混合動(dòng)力電動(dòng)汽車制動(dòng)力分配方案的選擇決定了前后輪制動(dòng)力的分配關(guān)系及再生制動(dòng)系統(tǒng)參與制動(dòng)的情況。再生制動(dòng)系統(tǒng)產(chǎn)生的再生制動(dòng)力越大，回收的制動(dòng)能量越大，然而過(guò)大的再生制動(dòng)力可能會(huì)對(duì)車輛制動(dòng)穩(wěn)定性產(chǎn)生影響。制動(dòng)力分配則是在保證車輛制動(dòng)穩(wěn)定性的前提下，最大化再生制動(dòng)系統(tǒng)產(chǎn)生的再生制動(dòng)力，以做到更多的能量回收。下面將介紹兩種比較流行的先進(jìn)制動(dòng)力分配方案。

（一）“靜態(tài)”能量回收制動(dòng)力分配方案

基于保證車輛制動(dòng)穩(wěn)定性，充分利用地面附著條件，應(yīng)按理想的制動(dòng)力分配曲線（I曲線）分配前后車輪制動(dòng)力。

為了充分利用再生制動(dòng)系統(tǒng)的再生制動(dòng)力，盡量提高制動(dòng)能量回收效率，要求在滿足車輛制動(dòng)穩(wěn)定的基礎(chǔ)上將制動(dòng)力盡量分配到前輪（本文針對(duì)車輛前輪為驅(qū)動(dòng)輪的情況），故而提出了如圖3所示的制動(dòng)力分配方案，它可以有效地回收制動(dòng)能量，是ADVISOR的制動(dòng)力分配方案，但由于該分配方案相對(duì)靜態(tài)，所以在此稱為“靜態(tài)”能量回收制動(dòng)力分配方案。

“靜態(tài)”能量回收制動(dòng)力分配方案輸入量為車速信號(hào)和總制動(dòng)力。其中總制動(dòng)力由制動(dòng)力感應(yīng)器得到，再生制動(dòng)系統(tǒng)提供的最大再生制動(dòng)力由電機(jī)特性曲線和車速信號(hào)查表得到?！办o態(tài)”能量回收制動(dòng)力分配方案輸出量為前輪再生制動(dòng)力、前輪摩擦制動(dòng)力和后輪摩擦制動(dòng)力。

有一點(diǎn)需要注意：當(dāng)車輛降速的速度較小時(shí)，僅需要前輪再生制動(dòng)力作用。當(dāng)車輛降速的速度大于一定值時(shí)，需要再生制動(dòng)力及摩擦制動(dòng)力共同作用，此時(shí)可使用“靜態(tài)”能量回收制動(dòng)力分配。這也是“靜態(tài)”能量回收制動(dòng)力分配方案的前提條件。

（二）“動(dòng)態(tài)”能量回收制動(dòng)力分配方案

混合動(dòng)力電動(dòng)汽車在制動(dòng)時(shí)受行駛工況、駕駛員制動(dòng)意圖、再生制動(dòng)系統(tǒng)狀態(tài)、電池狀態(tài)的不斷變化影響而具有不確定性，所以應(yīng)綜合考慮各方面因素對(duì)再生制動(dòng)力分配的影響，故而提出模糊邏輯制動(dòng)力分配方法，模糊邏輯更接近于人的思維模式，不依賴于較為固定的數(shù)據(jù)，所以在此將模糊邏輯制動(dòng)力分配方法稱為“動(dòng)態(tài)”能量回收制動(dòng)力分配方案。

“動(dòng)態(tài)”能量回收制動(dòng)力分配方案如圖4所示，是基于駕駛員制動(dòng)意圖、車速信號(hào)、和電池SOC值作為輸入量，由模糊控制器得到再生制動(dòng)力分配系數(shù)，之后通過(guò)修正模塊動(dòng)態(tài)調(diào)整得出再生制動(dòng)力。

駕駛員制動(dòng)意圖的識(shí)別非常重要，它代表所需要的制動(dòng)強(qiáng)度，可以反映出所需總制動(dòng)力。而前、后輪制動(dòng)力分配將服從理想制動(dòng)力分配方法，得到前輪制動(dòng)力和后輪制動(dòng)力兩部分，后輪制動(dòng)力即后輪摩擦制動(dòng)力，前輪制動(dòng)力與再生制動(dòng)力的差值即為前輪摩擦制動(dòng)力。注意，前、后輪制動(dòng)力分配要求在滿足法規(guī)的前提下，盡量充分考慮地面附著性能，并且在保證制動(dòng)穩(wěn)定性的基礎(chǔ)上，再生制動(dòng)力和摩擦制動(dòng)力的分配達(dá)到制動(dòng)能量回收的最大化。

（三）兩種制動(dòng)力分配方案對(duì)比

“靜態(tài)”能量回收制動(dòng)力分配方案與“動(dòng)態(tài)”能量回收制動(dòng)力分配方案優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比關(guān)系如下表所示：

“靜態(tài)”“動(dòng)態(tài)”能量回收制動(dòng)力分配方案優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比關(guān)系

1.在是否滿足ECE制動(dòng)法規(guī)方面，因?yàn)椤办o態(tài)”能量回收制動(dòng)力分配方案的輸入量為車速信號(hào)，制動(dòng)力隨車速而變化，無(wú)法進(jìn)行再生制動(dòng)系統(tǒng)穩(wěn)定性分析，所以對(duì)是否滿足ECE制動(dòng)法規(guī)方面是無(wú)法判別的。

2.“靜態(tài)”能量回收制動(dòng)力分配方案是一個(gè)簡(jiǎn)單有效的提案，但對(duì)影響制動(dòng)能量回收的因素考慮不夠全面。制動(dòng)能量回收不受電池充電的限制，這樣是很危險(xiǎn)的。充電必須在電池SOC值允許的條件下才行，再生能量回收功率也必須小于放熱損耗和儲(chǔ)能充電功率的和，不然，將損壞蓄電池或因充電電流過(guò)大因熱量過(guò)高燒壞線路，由此引起的各方面安全問(wèn)題必須注意?！皠?dòng)態(tài)”能量回收制動(dòng)力分配方案不存在這種安全問(wèn)題。

3.混合動(dòng)力電動(dòng)汽車進(jìn)行制動(dòng)時(shí)，制動(dòng)力的分配與很多因素有關(guān)，且大部分因素都在不斷變化。在模擬駕駛員的駕駛意圖方面，模糊控制表現(xiàn)非常優(yōu)秀，它更接近于駕駛員的思維活動(dòng)，所以將模糊控制加入到能量回收制動(dòng)力分配方案，組成“動(dòng)態(tài)”能量回收制動(dòng)力分配方案。

4.“動(dòng)態(tài)”能量回收制動(dòng)力分配方案在所測(cè)數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確或構(gòu)件特征有變化時(shí)擁有很強(qiáng)的魯棒性。

四、小結(jié)

本文對(duì)現(xiàn)今較先進(jìn)的兩種混合動(dòng)力電動(dòng)汽車制動(dòng)力分配方式進(jìn)行研究，定義“靜態(tài)”能量回收制動(dòng)力分配方案和“動(dòng)態(tài)”能量回收制動(dòng)力分配方案，兩種分配方案進(jìn)行鮮明對(duì)比，可見(jiàn)“動(dòng)態(tài)”能量回收制動(dòng)力分配方案更為實(shí)用，日后可在此基礎(chǔ)上進(jìn)行混合動(dòng)力電動(dòng)汽車制動(dòng)力分配模型及策略的研究，以期混合動(dòng)力電動(dòng)汽車的制動(dòng)能量回收效率得到進(jìn)一步提高。

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