電動(dòng)汽車制動(dòng)能量回收控制策略研究

王浩 王鐵

摘 要：電動(dòng)汽車?yán)m(xù)航短是一個(gè)突出的問(wèn)題，而能量回收技術(shù)對(duì)于增加電動(dòng)汽車的行駛里程是比較有效的辦法。文章根據(jù)制動(dòng)強(qiáng)度來(lái)分配前后輪制動(dòng)力以及電機(jī)制動(dòng)力的比例，通過(guò)電機(jī)參與制動(dòng)，進(jìn)行能量回收。用MATLAB/ Simulink與cruise軟件聯(lián)合仿真，仿真結(jié)果表明使用該控制策略的電動(dòng)汽車取得了良好的能量回收的效果。

關(guān)鍵詞：電動(dòng)汽車;能量回收;控制策略;仿真分析

Abstract： The short mileage of the electric vehicle is a obvious problem， and the energy recovery technology is a more effective way to increase the driving mileage of the electric vehicle. In this paper， the power of the front and rear wheels and the proportion of the power of the electric mechanism are distributed according to the braking strength， and the motor is involved in the braking and the energy recovery is carried out. The simulation results of MATLAB/ Simulink and the cruise software show that the electric vehicle with this control strategy has the good energy recovery effect.

前言

電動(dòng)汽車在進(jìn)行能量回收的時(shí)候，采用再生制動(dòng)，可以有效彌補(bǔ)傳統(tǒng)汽車在制動(dòng)方面的不足[1]。再生制動(dòng)就是當(dāng)電動(dòng)汽車制動(dòng)時(shí)，用電機(jī)制動(dòng)將制動(dòng)消耗的能量回收起來(lái)，將這部分能量回首到儲(chǔ)能裝置中[2]。

Yang采用電池充電電流最小化原則分配再生制動(dòng)力矩，抑制電流沖擊，確保制動(dòng)安全[3]。張炳力等針對(duì)雙軸前驅(qū)智能純電動(dòng)汽車設(shè)計(jì)了基于ECE法規(guī)和 I曲線制動(dòng)力分配的制動(dòng)能量回收策略，驗(yàn)證了設(shè)計(jì)出的控制策略的有效性[4]。太原理工大學(xué)的智東敏和武志斐以后驅(qū)純電動(dòng)物流車為研究對(duì)象，針對(duì)不同載荷，提出了考慮載重的制動(dòng)能量回收控制策略[5]。本文根據(jù)制動(dòng)強(qiáng)度來(lái)分配前后輪制動(dòng)力以及電機(jī)制動(dòng)力的比例，通過(guò)電機(jī)參與制動(dòng)，進(jìn)行能量回收。通過(guò)MAT -LAB/Simulink與cruise軟件聯(lián)合仿真，驗(yàn)證本文策略的有效性。

1 制動(dòng)能量回收控制策略

本文根據(jù)ECE法規(guī)要求以及路面附著系數(shù)限制，以制動(dòng)強(qiáng)度為依據(jù)對(duì)前后輪制動(dòng)力采取不同的分配策略，本文制定的制動(dòng)力分配策略如圖1所示。

圖1中的綠色曲線為ECE法規(guī)曲線，紅色曲線為理想曲線，紫色曲線為路面附著系數(shù)為0.8時(shí)的f曲線。在由這些曲線包圍的區(qū)域內(nèi)對(duì)電動(dòng)汽車制動(dòng)力進(jìn)行分配。圖1中線OA-AB-BC 為本文制定電動(dòng)汽車制動(dòng)時(shí)前、后軸的制動(dòng)力分配線。當(dāng)制動(dòng)強(qiáng)度z <0.1時(shí)，僅由電機(jī)單獨(dú)制動(dòng)就可以滿足制動(dòng)要求，此時(shí)整車的制動(dòng)力就等于電機(jī)的制動(dòng)力，摩擦制動(dòng)力為0。隨著制動(dòng)強(qiáng)度的增加，當(dāng)制動(dòng)強(qiáng)度大于A點(diǎn)強(qiáng)度時(shí)，需要摩擦制動(dòng)力的介入，此時(shí)前后輪制動(dòng)力按照AB線分配，過(guò)A點(diǎn)做ECE法規(guī)的切線，使切線到達(dá)B點(diǎn)。當(dāng)制動(dòng)強(qiáng)度大于B點(diǎn)時(shí)，為保證電動(dòng)汽車的制動(dòng)安全性，電機(jī)制動(dòng)力不參與制動(dòng)，電動(dòng)汽車所需的摩擦力完全由摩擦制動(dòng)力提供。

式中：φf(shuō)為前軸利用附著系數(shù);φr為后軸利用附著系數(shù);z為制動(dòng)強(qiáng)度;L為軸距;a為前軸到質(zhì)心的距離;b為后軸到質(zhì)心的距離。汽車的基本參數(shù)為：m=1144kg;L=2.6m;a=1.04m;b=1.56m。

制動(dòng)時(shí)前、后輪剛要抱死而還未抱死時(shí)，地面制動(dòng)力達(dá)到最大。也就是說(shuō)φf(shuō)曲線和φr曲線都與φ=z直線越接近越好，制動(dòng)強(qiáng)度與路面附著系數(shù)就越接近，就能充分發(fā)揮路面附著條件，汽車的制動(dòng)性能就能提高。根據(jù)上述公式（1）和（2），可以得出讓?duì)氯〉靡粋€(gè)合適的值就能使得上述曲線相接近。目標(biāo)函數(shù)為 ，β為優(yōu)化變量，使得f （β）的取值最小。

根據(jù)上述目標(biāo)函數(shù)，對(duì)以下變量進(jìn)行約束，得到約束函數(shù)如下：

將汽車基本參數(shù)代入，得到如下圖2所的優(yōu)化結(jié)果：

由圖2可知，B點(diǎn)的強(qiáng)度為0.4426。

具體控制策略描述如下：當(dāng)電動(dòng)汽車行駛時(shí)，在電動(dòng)汽車處于車速小于5km/h，池SOC值大于0.9，制動(dòng)強(qiáng)度z大于0.8這三種情況任意一種情況下，電動(dòng)汽車不進(jìn)行能量回收，否則按照上述的制動(dòng)力分配控制策略進(jìn)行能量回收。

2 建模與仿真

通過(guò)AVL cruise和MATLAB/Simulink軟件對(duì)建立好的電動(dòng)汽車制動(dòng)能量回收控制策略進(jìn)行聯(lián)合仿真，用simulink建立好的模型導(dǎo)入到cruise軟件里進(jìn)行聯(lián)合仿真[6]。

電動(dòng)汽車在FTP75工況下的能量回收的曲線如圖3所示，可以看出能量輸出為10112.04KJ，能量輸入為1811.41KJ，能量回收率為17.91%。

圖4和圖5所示為電動(dòng)汽車在FTP75工況下的前后輪摩擦力變化曲線。由圖可知，前后輪摩擦制動(dòng)壓力呈現(xiàn)均勻變化，說(shuō)明在此工況下電動(dòng)汽車不僅有較為明顯的能量回收，而且制動(dòng)穩(wěn)定性也比較好。

3 結(jié)論

本文設(shè)計(jì)的能量回收控制策略主要是根據(jù)制動(dòng)強(qiáng)度的大小來(lái)合理地分配電機(jī)制動(dòng)與摩擦制動(dòng)以及前后輪摩擦力的比例，在ECE法規(guī)、I曲線和附著路面系數(shù)為0.8的時(shí)候的f曲線內(nèi)的區(qū)域，盡量讓電機(jī)進(jìn)行制動(dòng)，從而能回收更多的能量。通過(guò)在FTP75工況下仿真得出電動(dòng)汽車加入本文的控制策略之后有能量回收，能量回收率為17.91%，并且制動(dòng)穩(wěn)定性良好。

參考文獻(xiàn)

[1] Crolla D A， Cao D. The impact of hybrid and electric powertrains on vehicle dynamics， control systems and energy regeneration[J]. Vehi Syst Dyna， 2012， 50（supl）： 95-109.

[2] 張樹培，黃璇，荊哲鋮.電動(dòng)汽車再生制動(dòng)系統(tǒng)回收特性與能量流分析[J].重慶交通大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2015，34（1）：157-161.

[3] YANG YANG，LUO CHANG，LI PENGXI.Regenerative braking control strategy of electric -hydraulic hybrid （EHH） vehicle[J]. Energies，2017，10（7）：1038.

[4] 張炳力，聞靜，黃河，等.智能純電動(dòng)汽車再生制動(dòng)力控制策略研究[J].合肥工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版） ，2019（ 1）：13-18.

[5] 智東敏，武志斐.純電動(dòng)輕型物流車制動(dòng)能量回收控制策略研究[J].科學(xué)技術(shù)與工程，2017，16（25）：311-315.

[6] 楊海圣，姬芬竹，楊世春.基于Simulink-Cruise聯(lián)合仿真的制動(dòng)能量回收系統(tǒng)研究[J].控制工程，2018，25（06）：1086-1090.