試分析純電動(dòng)汽車制動(dòng)能量回收控制策略優(yōu)化

鄭培森

摘 要：現(xiàn)階段，我國對(duì)于低碳經(jīng)濟(jì)的重視程度不斷增加，在環(huán)境污染治理方面的投入不斷增加，節(jié)約能源環(huán)境友好純電動(dòng)汽車獲得進(jìn)一步發(fā)展。為了進(jìn)一步提高節(jié)能效果，應(yīng)該充分重視能量回收系統(tǒng)研究工作。對(duì)此本文介紹了純電動(dòng)汽車制動(dòng)能量回收管理策略，分了結(jié)合Advi SOR軟件進(jìn)行汽車制動(dòng)系統(tǒng)建模，希望能夠?yàn)閱挝慌c人員提供參考。

關(guān)鍵詞：純電動(dòng)汽車 制動(dòng)能量 回收控制

1 引言

電動(dòng)化技術(shù)在能源短缺、控制尾氣污染等方面具有良好效果，同時(shí)具有維護(hù)便捷、行駛噪音低以及結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等特點(diǎn)，是新能源汽車未來發(fā)展重要技術(shù)目標(biāo)。然而因?yàn)榇嬖诶m(xù)航里程小、電池荷電少等不足，對(duì)純電動(dòng)汽車發(fā)展造成一定影響。相關(guān)研究顯示，汽車制動(dòng)過程中，能夠損耗在發(fā)動(dòng)機(jī)中能量中的占比超出50%以上，因?yàn)榧冸妱?dòng)汽車選擇電機(jī)對(duì)車輛進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，借助電機(jī)可逆性原理能夠充分收回行車過程中制動(dòng)能量，確保能量利用率得到有效提升，能夠續(xù)航20%左右[1]。

2 純電動(dòng)汽車制動(dòng)能量回收管理策略研究

2.1 常見再生制動(dòng)力的分配策略

（1）前軸制動(dòng)力與后軸制動(dòng)力的理想分配策略。理想策略就是讓電動(dòng)汽車前軸與后軸制動(dòng)力能夠根據(jù)理想制動(dòng)力曲線開展分配工作。

在汽車減速過程中，制動(dòng)強(qiáng)度比0.2g小情況下，無需較多制動(dòng)能量，只有收能系統(tǒng)運(yùn)行。在制動(dòng)強(qiáng)度比0.2g大的情況下，需要提供大量制動(dòng)能量，收能系統(tǒng)無法提供足夠制動(dòng)力，所以應(yīng)該結(jié)合機(jī)械制動(dòng)體系進(jìn)行運(yùn)行，共同構(gòu)建形成中職動(dòng)力。此時(shí)，前軸和后軸根據(jù)理想曲線開展制動(dòng)力分配工作。

（2）并聯(lián)制動(dòng)力的分配策略?；跈C(jī)械制動(dòng)體系前提下，并聯(lián)制動(dòng)力的分配策略，對(duì)汽車驅(qū)動(dòng)軸增設(shè)輔助制動(dòng)力，同時(shí)機(jī)械制動(dòng)體系所提供輔助制動(dòng)力和摩擦制動(dòng)力比值屬于定值。

2.2 制動(dòng)工況的控制策略

純電動(dòng)汽車行駛過程中，會(huì)遇到隨時(shí)路面沖擊問題，使得車輛加速度受到影響，禁止判定成減速或是加速。在加速度絕對(duì)值超出0.02g，同時(shí)持續(xù)較長(zhǎng)時(shí)間情況下，才可以進(jìn)行減速、加速等方面判斷[2]。

在儲(chǔ)能飛輪和耦合器之間轉(zhuǎn)速差比5rad/s小的情況下，控制器將分離命令發(fā)出。

進(jìn)行加速處理時(shí)，在飛輪轉(zhuǎn)速——耦合轉(zhuǎn)速比10rad/s大時(shí)，控制器將接合命令發(fā)出，接合離合器，飛輪將能量發(fā)出?；谥苿?dòng)條件，耦合器與飛輪的轉(zhuǎn)速差比10rad/s大情況下，控制器將接合指令發(fā)出，接合離合器，飛輪儲(chǔ)能。

各個(gè)附著系數(shù)的控制策略，后向仿真模型的輸入是初始車速、需求制動(dòng)力以及請(qǐng)求目標(biāo)車速等，輸出是前軸以及后軸需求的摩擦制動(dòng)力，結(jié)合制動(dòng)強(qiáng)度的具體判斷邏輯，將相應(yīng)制動(dòng)力的計(jì)算程序觸發(fā)，進(jìn)而對(duì)各個(gè)模型進(jìn)行控制。

為了對(duì)制動(dòng)收能體系收能效果進(jìn)行驗(yàn)證，根據(jù)相應(yīng)控制策略，建立收能控制系統(tǒng)Simulink模型，借助離合器控制器對(duì)各個(gè)策略模型進(jìn)行切換[3]。

3 結(jié)合Advi SOR軟件進(jìn)行汽車制動(dòng)系統(tǒng)建模

3.1 構(gòu)建純電動(dòng)制動(dòng)能量回收系統(tǒng)模型

優(yōu)化Advi SOR模型，優(yōu)化汽車模型，構(gòu)建仿真模型。

（1）飛輪模型。飛輪儲(chǔ)能主要是借助旋轉(zhuǎn)飛輪實(shí)現(xiàn)能量?jī)?chǔ)存以及釋放等操作，運(yùn)行原理為：汽車減速過程中，借助傳動(dòng)機(jī)構(gòu)對(duì)減速與制動(dòng)動(dòng)能進(jìn)行飛輪旋轉(zhuǎn)動(dòng)能轉(zhuǎn)換。在汽車再次加速或是起動(dòng)過程中，借助傳動(dòng)裝置可以對(duì)飛輪動(dòng)能進(jìn)行汽車行駛驅(qū)動(dòng)力轉(zhuǎn)化，充分控制汽車在減速或是制動(dòng)過程中能量損耗問題，減少汽車能量消耗，延長(zhǎng)純電動(dòng)汽車行程。

本文研究的飛輪參數(shù)如下：寬度=0.05m;半徑=0.2m;質(zhì)量=30.19kg;通過計(jì)算確定模型轉(zhuǎn)動(dòng)慣量=0.60375kg/m2。本文主要針對(duì)飛輪模型轉(zhuǎn)速進(jìn)行計(jì)算，

Jβ=Tin-Tf （1）

ωk=ωk-1+β （2）

ω=β·Δt （3）

其中：

β代表角角速度;

Tin代表飛輪中傳動(dòng)系的力矩;

Tf代表摩擦阻力矩;

J代表飛輪轉(zhuǎn)動(dòng)的慣量。

將飛輪中離合器輸出的轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩向Simulink模型中輸入，模型的計(jì)算功能可以自動(dòng)進(jìn)行計(jì)算，獲得輸出轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩等參數(shù)，輸出在汽車加速與再次起步環(huán)節(jié)中也具有良好適用性，可以通過飛輪儲(chǔ)存能量，向離合器的控制器中輸入轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩等參數(shù)[4]。

（2）離合器模型。離合器單元的作用就是為轉(zhuǎn)矩耦合器和飛輪提供動(dòng)力連接。對(duì)于離合器，在運(yùn)行時(shí)涵蓋接合、分離與滑摩3種狀態(tài)。

離合器進(jìn)行分離動(dòng)作過程中，不會(huì)進(jìn)行轉(zhuǎn)矩專遞。基于滑摩狀態(tài)，轉(zhuǎn)矩輸出值和輸入值并沒有差異。介于接合狀態(tài)，離合器輸出的轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩并不會(huì)發(fā)生變化。

接合管控策略<VC>傳遞的指令以及從動(dòng)端、主動(dòng)端的轉(zhuǎn)速對(duì)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行判斷，狀態(tài)編號(hào)如下：應(yīng)分離狀態(tài)（2）;應(yīng)接合狀態(tài)（4）;應(yīng)滑摩狀態(tài)（3）。<VC>將接合指令發(fā)出之后，在輸出端、輸入端的轉(zhuǎn)速存在差異條件下呈現(xiàn)滑摩狀態(tài)，反之完全接合。在將分離指令發(fā)出之后，離合器分離。

（3）耦合器模型。扭矩耦合器涵蓋輸出、輸入等接口。耦合器主要是想電機(jī)、飛輪分配變速箱需求扭矩。為了充分保證傳動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)行效率實(shí)現(xiàn)節(jié)能目標(biāo)，驅(qū)動(dòng)過程中盡量選擇飛輪驅(qū)動(dòng)，在制動(dòng)過程中選擇飛輪吸收能量。為了對(duì)能量釋放速度進(jìn)行有效控制，將飛輪需求扭矩設(shè)計(jì)為（-50，50）Nm，還可以將飛輪的扭矩釋放限制取消，然而應(yīng)該對(duì)離合器扭矩傳遞最大值進(jìn)行分析。先向飛輪中分配需求扭矩，通過電機(jī)補(bǔ)充飛輪無法提供的部分。耦合器在變速器中的輸出扭矩和飛輪扭矩之和與效率乘積相等，效率設(shè)計(jì)值=098。

3.2 結(jié)合Advi SOR的制動(dòng)能量制動(dòng)控制策略

（1）Advi SOR軟件原有控制模型。對(duì)于控制策略，是確保汽車制動(dòng)過程中具有良好的安全性與穩(wěn)定性，對(duì)前輪制動(dòng)力與后輪制動(dòng)力數(shù)值進(jìn)行確定，不僅需要對(duì)制動(dòng)力需求進(jìn)行計(jì)算，同時(shí)還需要對(duì)兩者進(jìn)行合理分配，保證其制動(dòng)力始終在最大限制值以內(nèi)。以向前路徑控制力為例，控制策略見下圖1。

汽車在制動(dòng)過程中，車輪摩擦制動(dòng)力與再生制動(dòng)力構(gòu)成總制動(dòng)力。開展制動(dòng)操作時(shí)，在車速變化過程中，不同制動(dòng)力的比重也會(huì)發(fā)生變化。在車速不斷增大過程中，再生制動(dòng)力也會(huì)隨之發(fā)生轉(zhuǎn)變。

制動(dòng)策略需要確保汽車制動(dòng)過程中具有良好穩(wěn)定性與安全性，盡可能讓收能系統(tǒng)參與到汽車運(yùn)行中，之后將再生制動(dòng)力數(shù)值提升，因?yàn)殡妱?dòng)汽車基本上采用前驅(qū)方式，因此需要提高前輪再生制動(dòng)力比重，進(jìn)而對(duì)制動(dòng)能量進(jìn)行充分回收。

（2）制動(dòng)控制策略優(yōu)化模型。本文針對(duì)離合器控制策略的優(yōu)化設(shè)計(jì)見上圖2。

離合器的控制器結(jié)合汽車與飛輪狀態(tài)將控制指令發(fā)送給離合器，其中，分離指令（0），接合指令（1）。基于驅(qū)動(dòng)狀態(tài)，在耦合器、飛輪轉(zhuǎn)速的差值在10rad/s情況下，將接合指令發(fā)出，轉(zhuǎn)速差在5rad/s情況下，并無良好接合意義，將分離指令發(fā)出。同理，基于制動(dòng)條件，在飛輪和耦合器轉(zhuǎn)速差在10rad/s情況下，將接合指令發(fā)出，轉(zhuǎn)速差在5rad/s情況下，將分離指令發(fā)出。

3.3 制動(dòng)收能單元向Advi SOR中進(jìn)行嵌入處理

完成Simulink模型構(gòu)建之后，對(duì)原控制模型進(jìn)行解鎖處理，向Advi SOR模型中汽車系統(tǒng)中嵌入新建模塊，之后可以對(duì)該模塊重新命名。具體操作為：向中復(fù)制;向中復(fù)制;向中輸入，對(duì)原文件進(jìn)行替換;向中復(fù)制，對(duì)原文件進(jìn)行替換。

4 結(jié)語

綜上所述，本文提出幾點(diǎn)純電汽車的制動(dòng)能量?jī)?yōu)化控制策略，同時(shí)為了對(duì)制動(dòng)收能體系收能效果進(jìn)行驗(yàn)證，根據(jù)相應(yīng)控制策略，建立收能控制系統(tǒng)Simulink模型。結(jié)合Advi SOR軟件，建立純電動(dòng)汽車的制動(dòng)能量回收模型，涵蓋扭矩耦合器、離合器以及飛輪等機(jī)構(gòu)模型，同時(shí)對(duì)Advi SOR軟件中制動(dòng)管理策略與本文收能控制模型進(jìn)行充分介紹，并向Advi SOR軟件中嵌入所需模型。

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