P1P3構(gòu)型PHEV雙電機(jī)協(xié)同制動(dòng)能量回收策略研究

羅 勇,張嘉璐,李小凡,李莉莎,張 隆,孫 強(qiáng)

(1.重慶理工大學(xué) 汽車零部件先進(jìn)制造技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 重慶 400542;2.寧波圣龍(集團(tuán))有限公司,技術(shù)中心, 浙江 寧波 315199)

0 引言

在當(dāng)前生態(tài)背景和行業(yè)背景下,插電式混合動(dòng)力汽車成為從傳統(tǒng)燃油車到新能源汽車的主要路徑,也是汽車電動(dòng)化轉(zhuǎn)型的至關(guān)重要的一步[1]。東風(fēng)馬赫動(dòng)力MHD(micro hybrid drive)采用的是P1+P3的DHT(dedicated hybrid transmission)方案,能夠?qū)崿F(xiàn)啟停、純電行駛、串、并聯(lián)、駐車發(fā)電和能量回收等多種駕駛模式[2],該車型已投放到國內(nèi)市場。隨著混合動(dòng)力系統(tǒng)的發(fā)展,基于雙電機(jī)的串并聯(lián)構(gòu)架的DHT系統(tǒng)也逐漸成為國內(nèi)車企研究的新風(fēng)向[3]。因此,選用當(dāng)下主流的混合動(dòng)力系統(tǒng)方案,即以配有AMT的雙電機(jī)(P1+P3)插電式混合動(dòng)力汽車為研究對(duì)象。

日常行車過程中常常會(huì)出現(xiàn)減速或制動(dòng)的情況,傳統(tǒng)制動(dòng)方式會(huì)消耗掉整車行駛過程中的總能耗的1/3～1/2。這不僅會(huì)對(duì)制動(dòng)器造成損傷,還會(huì)造成能耗浪費(fèi)。新能源汽車技術(shù)中的再生制動(dòng)技術(shù)可以減輕這種浪費(fèi),同時(shí)減少制動(dòng)器的磨損[4]。本文中選用P1+P3雙電機(jī)PHEV結(jié)構(gòu),其P1和P3電機(jī)均可以進(jìn)行能量回收,有明顯的能量回收優(yōu)勢,利于車輛的行駛里程。

目前,國內(nèi)對(duì)制動(dòng)能量回收策略的研究主要集中在車輛前、后軸制動(dòng)力分配,電機(jī)制動(dòng)力與機(jī)械制動(dòng)力分配上。密歇根大學(xué)的Mi等[5]以電機(jī)最優(yōu)轉(zhuǎn)矩為目標(biāo),通過控制車輪滑移率和制動(dòng)時(shí)路面附著系數(shù)以防止車輪抱死,從而提出一種基于迭代學(xué)習(xí)的HRV防抱死控制方法。Panagiotidis等[6]提出一種基于并聯(lián)混合動(dòng)力汽車為研究對(duì)象的制動(dòng)力分配策略,通過仿真分析了該再生制動(dòng)系統(tǒng)的影響因素。姜良超[7]以電動(dòng)汽車為研究對(duì)象,結(jié)合電池、電機(jī)、ECE法規(guī)提出一種基于制動(dòng)意圖識(shí)別的能量回收控制策略,將制動(dòng)意圖通過模糊控制的方式進(jìn)行細(xì)分識(shí)別,制定相應(yīng)的前后軸制動(dòng)力分配和前軸機(jī)電制動(dòng)力的分配,以提高制動(dòng)過程中的能量回收率。李鵬[8]以長豐CS7Plug-in混合動(dòng)力汽車為研究對(duì)象,對(duì)制動(dòng)過程中車輛受力進(jìn)行分析,以制動(dòng)能量回收最大化為目標(biāo),提出一種與傳統(tǒng)制動(dòng)力分配方法不同的復(fù)合型混合動(dòng)力分配策略。李剛等[9]提出根據(jù)制動(dòng)強(qiáng)度分配電機(jī)、機(jī)械制動(dòng)力的控制策略,制動(dòng)時(shí),先由電機(jī)盡可能多地提供電機(jī)制動(dòng)力,不足部分由機(jī)械制動(dòng)力補(bǔ)充。韓愛國等[10]以能量回收率為目標(biāo),通過對(duì)某一前、后雙電機(jī)驅(qū)動(dòng)的純電動(dòng)汽車進(jìn)行研究,合理地分配前、后軸上機(jī)械制動(dòng)力與電機(jī)制動(dòng)力各自的比例,并引入相關(guān)影響因子對(duì)電機(jī)制動(dòng)力進(jìn)行修正,制定經(jīng)濟(jì)性控制策略。以上研究的對(duì)象大都為單電機(jī)汽車,且對(duì)于制動(dòng)力的分配大都集中在前后軸制動(dòng)力、機(jī)電制動(dòng)力分配上,對(duì)于雙電機(jī)的制動(dòng)能量回收研究較少。

基于此,以提高能量回收為目的,提出一種前后軸制動(dòng)力分配、電機(jī)制動(dòng)力和機(jī)械制動(dòng)力分配、雙電機(jī)之間制動(dòng)力分配的多級(jí)制動(dòng)力分配策略,并在Matlab/Simulink中搭建制動(dòng)能量回收控制模型,通過典型的制動(dòng)工況對(duì)其進(jìn)行仿真驗(yàn)證。

1 P1P3構(gòu)型PHEV結(jié)構(gòu)

本文中所研究的對(duì)象為前驅(qū)式雙電機(jī)插電式混合動(dòng)力汽車。搭載了2臺(tái)電機(jī),1臺(tái)是裝配在發(fā)動(dòng)機(jī)輸出軸端、離合器之前的P1電機(jī),與發(fā)動(dòng)機(jī)剛性連接;另一臺(tái)是裝配在變速器輸出軸上的P3電機(jī),即為時(shí)下較為流行的雙電機(jī)P1+P3構(gòu)型,如圖1所示。

從圖1可以看出,搭載在發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸上、離合器之前的P1電機(jī),其所能實(shí)現(xiàn)的功能與P0電機(jī)相仿。由于P1電機(jī)固定在發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸上,代替?zhèn)鹘y(tǒng)的飛輪,曲軸則可以代替此時(shí)P1電機(jī)的轉(zhuǎn)子,配合完成發(fā)動(dòng)機(jī)啟停、能量回收的工作。除此之外,P1電機(jī)還可以在長坡路段為提升安全性能提供相應(yīng)的輔助制動(dòng)力矩。該電機(jī)還能彌補(bǔ)P0電機(jī)不可以實(shí)現(xiàn)輔助動(dòng)力和能量回收的功能。其動(dòng)力傳動(dòng)效率更高,經(jīng)濟(jì)性效果更好。與發(fā)動(dòng)機(jī)同軸同源輸出,搭載在變速器輸出端的P3電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)電機(jī),可輸出較大扭矩,克服AMT動(dòng)力中斷問題,同時(shí)也可以進(jìn)行能量回收。因此,當(dāng)車輛進(jìn)入能量回收模式后,存在單電機(jī)制動(dòng)模式、雙電機(jī)制動(dòng)模式、混合制動(dòng)模式和機(jī)械制動(dòng)模式。不同的工作模式有著不同的能量回收策略。

2 雙電機(jī)協(xié)同制動(dòng)能量回收策略

本文中的研究對(duì)象為雙電機(jī)插電式混合動(dòng)力汽車,根據(jù)這個(gè)結(jié)構(gòu)分析關(guān)于制動(dòng)力的分配涉及到3次：第1次是前后軸的制動(dòng)力分配;第2次是發(fā)生在電機(jī)制動(dòng)和機(jī)械制動(dòng)之間的分配;第3次是制動(dòng)力在2個(gè)電機(jī)之間的分配關(guān)系,其流程如圖2所示。

圖2 制動(dòng)力分配流程框圖

在實(shí)際車輛中前后軸制動(dòng)力要實(shí)現(xiàn)I曲線的分配有一定困難,它們之間的關(guān)系通常是成定比值的。在制動(dòng)力分配的過程中需要遵循安全可靠原則和能量回收盡可能多原則。由前面分析可以得出：前后軸制動(dòng)力分配點(diǎn)應(yīng)位于I曲線下方、ECE法規(guī)邊界線上方、f線左側(cè)及橫縱坐標(biāo)軸圍成的區(qū)域(包含邊界線)[11]。

基于此,提出一種依據(jù)電機(jī)所能提供的最大制動(dòng)力和制動(dòng)強(qiáng)度的前后軸制動(dòng)力分配策略,如圖3所示。按照電機(jī)參與制動(dòng)分為可以進(jìn)行能量回收和不能進(jìn)行能量回收2種情況。

圖3 基于ECE法規(guī)和I曲線的復(fù)合制動(dòng)力分配策略

2.1 前后制動(dòng)力分配策略

當(dāng)車輛不能進(jìn)行能量回收(即此時(shí)電機(jī)不輸出任何制動(dòng)力)時(shí),譬如當(dāng)車輛電池SOC大于回收上限值、車速低于回收下限值,或者處于緊急制動(dòng)時(shí),此時(shí)不需要考慮能量回收,所以應(yīng)該盡可能提高制動(dòng)效能和制動(dòng)穩(wěn)定性,可以按照I曲線進(jìn)行前后軸制動(dòng)力的分配。取此時(shí)的地面附著系數(shù)為φ=0.7。

電機(jī)不進(jìn)行能量回收時(shí),當(dāng)0

(1)

(2)

當(dāng)z>0.7時(shí),制動(dòng)強(qiáng)度很大,屬于緊急制動(dòng),在道路系數(shù)為0.7的路面上地面制動(dòng)力達(dá)到附著力后不會(huì)再繼續(xù)增加。若仍然按照I曲線進(jìn)行分配,則后輪會(huì)先抱死,出現(xiàn)后軸側(cè)滑。因此,當(dāng)處于緊急制動(dòng)(z>0.7)時(shí),以制動(dòng)強(qiáng)度線與I曲線交點(diǎn)c進(jìn)行分配(如圖3所示),且一直遵循這個(gè)分配比例,不再隨制動(dòng)強(qiáng)度的改變而改變。

(3)

(4)

電機(jī)進(jìn)行能量回收時(shí),為了完成兼顧制動(dòng)能量回收和制動(dòng)安全性能的目標(biāo),將有電機(jī)參與制動(dòng)的過程分為以下4個(gè)階段：

第1階段為oa段：此階段制動(dòng)強(qiáng)度很小,可以不受ECE法規(guī)的限制,為了多回收一些能量,將制動(dòng)力全部分配到前軸上：

Ff=G·Z

(5)

Fr=0

(6)

點(diǎn)a為ECE法規(guī)和橫軸坐標(biāo)的交點(diǎn)。通過計(jì)算可以得到a點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的制動(dòng)強(qiáng)度為0.24。

第2階段為ab段：此階段制動(dòng)強(qiáng)度不算大,仍然可以堅(jiān)持能量回收最大化原則。此時(shí),前后軸制動(dòng)力分配點(diǎn)必須落在ECE法規(guī)曲線上及上方。b點(diǎn)為ECE法規(guī)線與f線組的交點(diǎn)。其所對(duì)應(yīng)的制動(dòng)強(qiáng)度可根據(jù)下列公式計(jì)算,通過計(jì)算可以得到zb為0.525。

(7)

但若此時(shí)只按照ECE法規(guī)曲線進(jìn)行分配,會(huì)遠(yuǎn)離I曲線,即制動(dòng)方向的穩(wěn)定性變差。所以,可以進(jìn)一步對(duì)其進(jìn)行改善,根據(jù)當(dāng)前電機(jī)最大制動(dòng)力(P1和P3最大電機(jī)制動(dòng)力之和)進(jìn)行劃分,每一個(gè)制動(dòng)強(qiáng)度線與I曲線、ECE法規(guī)線都有2個(gè)交點(diǎn)：

① 若當(dāng)下電機(jī)制動(dòng)力小于I曲線上的交點(diǎn)的橫坐標(biāo)值時(shí),為滿足提高能量回收率,則按該點(diǎn)(即I曲線)進(jìn)行前后制動(dòng)力分配。

② 若當(dāng)下電機(jī)制動(dòng)力處于兩交點(diǎn)橫坐標(biāo)值之間時(shí),則采用前軸只需按照電機(jī)當(dāng)前能輸出的最大制動(dòng)力進(jìn)行制動(dòng),剩余分配給后軸。

Ff=Fm

(8)

Fr=Gz-Fm

(9)

③ 若當(dāng)下電機(jī)制動(dòng)力大于在ECE法規(guī)線上的交點(diǎn)橫坐標(biāo)值時(shí),則前后軸制動(dòng)力分配按照此點(diǎn)(ECE法規(guī)線)進(jìn)行,分配公式如式(7)。

第3階段為bc段：此時(shí)車輛處于中等制動(dòng)強(qiáng)度,按照f線進(jìn)行分配。

(10)

(11)

第4階段：c點(diǎn)及以后階段。此時(shí)制動(dòng)強(qiáng)度大,整個(gè)汽車處于緊急制動(dòng)狀態(tài),與電機(jī)未參與能量回收時(shí)的緊急制動(dòng)狀態(tài)一樣。采用c點(diǎn)進(jìn)行制動(dòng)力的分配,其具體分配見式(3)和式(4)。

2.2 前軸機(jī)電制動(dòng)力分配策略

由于電機(jī)制動(dòng)不可能總滿足前軸的制動(dòng)力,所以前軸上的制動(dòng)力還需要由機(jī)械制動(dòng)力提供部分。這就涉及到了關(guān)于制動(dòng)力的第2次分配,即前軸機(jī)電制動(dòng)力的占比問題。此次同樣需要遵循制動(dòng)安全和能量最優(yōu)化原則。

同樣地,在前軸機(jī)電制動(dòng)力分配的過程中依然分為4個(gè)階段：

第1階段(oa段)：這個(gè)階段的制動(dòng)強(qiáng)度在車輛行駛途中占了相當(dāng)大的比例,出現(xiàn)此種小強(qiáng)度制動(dòng)情況的時(shí)候較多,所以應(yīng)該在這個(gè)過程中盡量使用電機(jī)進(jìn)行制動(dòng),從而達(dá)到提高能量回收率的目的。于是,將此時(shí)前軸全部的制動(dòng)力都分配給電機(jī),選擇單電機(jī)制動(dòng)模式,即：

Ffe=Ff,Ffh=0

(12)

第2階段(ab段)：根據(jù)上一節(jié)的分析,此階段利用電機(jī)所能提供的最大制動(dòng)力(P1和P3最大電機(jī)制動(dòng)力之和)又可以分為：

若當(dāng)下電機(jī)制動(dòng)力小于I曲線上的交點(diǎn)的橫坐標(biāo)值時(shí),前軸所分配到的總制動(dòng)力大于此時(shí)電機(jī)的最大制動(dòng)力,所以電機(jī)此時(shí)不足以支撐前軸全部制動(dòng)力。剩余不夠的制動(dòng)力由機(jī)械制動(dòng)器提供,此即為混合制動(dòng)模式。二者共同完成前軸的制動(dòng)要求：

Ffe=Fm,Ffh=Ff-Fm

(13)

若當(dāng)下電機(jī)制動(dòng)力處于兩交點(diǎn)橫坐標(biāo)值之間時(shí),此時(shí)電機(jī)完全能夠?yàn)榍拜S制動(dòng)供給足夠的制動(dòng)力,所以可以由電機(jī)承擔(dān)全部的前軸制動(dòng)力,采用雙電機(jī)模式：

Ffe=Ff,Ffh=0

(14)

若當(dāng)下電機(jī)制動(dòng)力大于在ECE法規(guī)線上的交點(diǎn)橫坐標(biāo)值時(shí),電機(jī)制動(dòng)力大于所分配給前軸的制動(dòng)力,此時(shí)仍然按照前軸制動(dòng)力全部由電機(jī)提供的方案,即采用雙電機(jī)制動(dòng)方案：

Ffe=Ff,Ffh=0

(15)

第3階段(bc段)：此時(shí)制動(dòng)強(qiáng)度偏高,不宜再進(jìn)行純電機(jī)制動(dòng),需要由機(jī)械制動(dòng)器提供制動(dòng)力來保證安全性。此過程中隨著制動(dòng)強(qiáng)度或者車速的變化,機(jī)械制動(dòng)的參與程度應(yīng)該逐漸增加。該過程中機(jī)電制動(dòng)力的分配為

(16)

式中,α為前軸電機(jī)制動(dòng)力與前軸總制動(dòng)力的比值,稱為電機(jī)制動(dòng)力系數(shù)。該系數(shù)隨著制動(dòng)強(qiáng)度的增加而減少;在制動(dòng)強(qiáng)度不變的情況下,隨著車速的降低而增加。利用模糊控制對(duì)該系數(shù)進(jìn)行調(diào)控,車速和制動(dòng)強(qiáng)度以及電機(jī)制動(dòng)力系數(shù)隸屬度函數(shù)如圖4,模糊規(guī)則如表1,形成的模糊規(guī)則三維圖如圖5所示。

圖4 隸屬度函數(shù)

圖5 電機(jī)制動(dòng)力系數(shù)模糊規(guī)則

第4階段(c點(diǎn)及以后)：高強(qiáng)度制動(dòng)下,前軸制動(dòng)力全部由機(jī)械制動(dòng)器提供,電機(jī)此時(shí)不參與制動(dòng)。

Ffe=0

(17)

(18)

2.3 雙電機(jī)之間的制動(dòng)力分配策略

由于本構(gòu)型的特點(diǎn)是P1和P3電機(jī)均可進(jìn)行制動(dòng)能量回收,因此,在制動(dòng)力完成前后分配和機(jī)電分配后,還需要在2個(gè)電機(jī)之間再進(jìn)行一次分配。電機(jī)進(jìn)行制動(dòng)能量的能力除受到電機(jī)外特性影響外,還受到電機(jī)本身效率的影響。圖6為P1電機(jī)、P3電機(jī)不同轉(zhuǎn)速下的效率。

圖6 P1電機(jī)、P3電機(jī)MAP圖

當(dāng)車輛進(jìn)入制動(dòng)能量回收狀態(tài)時(shí),驅(qū)動(dòng)輪處的動(dòng)能通過AMT和P1電機(jī)轉(zhuǎn)化為電能儲(chǔ)存到電池中。驅(qū)動(dòng)車輪處的再生制動(dòng)力矩見公式：

Treg=Tm·ηm·ηAMT·η0

(19)

Preg=Freg·V

(20)

式中：Treg為再生制動(dòng)扭矩,N·m;Tm為電機(jī)扭矩,N·m;ηm為電機(jī)效率;ηAMT為AMT傳遞效率;η0為主減速器效率;Preg為再生制動(dòng)功率;Freg為再生制動(dòng)力;V為車速,km/h。

從式(19)(20)可以看出,再生制動(dòng)力矩Treg與電機(jī)ηm效率相關(guān),電機(jī)效率ηm越高,Treg越大,Preg也越大,從而回收的能量就越多。本構(gòu)型中P1和P3電機(jī)都能進(jìn)行能量回收,為了進(jìn)一步達(dá)到提高能量回收率的目的,可以在能量回收時(shí)優(yōu)先選用效率高的電機(jī)進(jìn)行制動(dòng)。

從圖6可以看出,P1和P3電機(jī)在不同轉(zhuǎn)速下的效率有所不同。因此,在制動(dòng)力第3次分配的過程中,可以通過2個(gè)電機(jī)的效率進(jìn)行劃分：

當(dāng)車輛進(jìn)入雙電機(jī)均參與的制動(dòng)模式時(shí)：

若Eff1(P1電機(jī)效率)>Eff3(P3電機(jī)效率),則優(yōu)先選用P1電機(jī)進(jìn)行能量回收,剩余的電機(jī)制動(dòng)力由P3電機(jī)進(jìn)行輔助;

若Eff1

特別說明：若Eff1=Eff3,優(yōu)先選用P3電機(jī)進(jìn)行制動(dòng),未滿足的部分由P1電機(jī)提供。若此時(shí)選擇P1先電機(jī)制動(dòng),會(huì)因?yàn)榘l(fā)動(dòng)機(jī)反拖扭矩的存在,損耗掉一部分的能量,造成能量回收的浪費(fèi)。同樣地,在單電機(jī)回收模式中只使用P3電機(jī)工作。特別說明,發(fā)動(dòng)機(jī)反拖扭矩存在的意義是制動(dòng)強(qiáng)度較大時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)反拖扭矩可以增加制動(dòng)可靠性。本文中制動(dòng)強(qiáng)度介于a點(diǎn)和c點(diǎn)之間有P1電機(jī)參與的制動(dòng)模式中發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩才會(huì)被利用到。

3 仿真結(jié)果分析

結(jié)合前文對(duì)雙電機(jī)構(gòu)型結(jié)構(gòu)和制動(dòng)能量回收策略制定,在Simulink/Stateflow中建立了整車仿真模型,如圖7(b),模型框架如圖7(a),主要包含輸入(駕駛循環(huán))模塊、駕駛員模塊、車輛模型模塊、仿真結(jié)果、控制策略模塊。其中,關(guān)鍵器件模型包括發(fā)動(dòng)機(jī)特性模型、電機(jī)特性模型、電池模型、車輛縱向動(dòng)力學(xué)模型;控制策略模塊主要包括扭矩分配、模式選擇等模塊。

圖7 雙電機(jī)構(gòu)型制動(dòng)能量回收管理仿真模型

為了進(jìn)一步驗(yàn)證本文中所制定的策略,需要在特定的循環(huán)工況下進(jìn)行仿真分析。分別取初始SOC均為0.8、60、100 km/h下的制動(dòng)強(qiáng)度為0.1、0.3、0.6、0.7進(jìn)行對(duì)比分析。

3.1 初始車速為100 km/h的仿真分析

圖8—圖12為車輛在制動(dòng)初速度為100 km/h、制動(dòng)強(qiáng)度分別為0.1、0.3、0.6、0.7工況下的仿真結(jié)果。從圖8中可以看出,在車速增長階段,發(fā)動(dòng)機(jī)和P3電機(jī)輸出正扭矩驅(qū)動(dòng)車輛,而P1電機(jī)此時(shí)處于負(fù)扭矩區(qū)域,在發(fā)電狀態(tài)。此時(shí)主要消耗電量,SOC 在這個(gè)階段消耗比較快。當(dāng)開始減速制動(dòng)時(shí),從SOC變化曲線和扭矩圖可以看出,此時(shí)電機(jī)P3進(jìn)行制動(dòng)能量的回收,電池開始充電,SOC回升。

圖8 初始車速為100 km/h不同制動(dòng)強(qiáng)度下工況

圖9 SOC變化曲線

圖10 P1電機(jī)扭矩

圖11 P3電機(jī)扭矩

圖12 總機(jī)械扭矩

當(dāng)制動(dòng)強(qiáng)度為0.1時(shí),制動(dòng)強(qiáng)度比較小,機(jī)械制動(dòng)力矩不參與制動(dòng),為0,只進(jìn)行單電機(jī)制動(dòng),即P3電機(jī)參與制動(dòng)。當(dāng)制動(dòng)強(qiáng)度為0.3時(shí),P1和P3電機(jī)同時(shí)參與制動(dòng),此時(shí)轉(zhuǎn)速高于2 568 r/min,優(yōu)先選用P3電機(jī)進(jìn)行制動(dòng),P1電機(jī)進(jìn)行補(bǔ)充,符合所制定的策略。且電機(jī)制動(dòng)力能夠滿足制動(dòng)要求,所以此時(shí)機(jī)械制動(dòng)力同樣為0。當(dāng)制動(dòng)強(qiáng)度為0.6時(shí),從圖10、11和12可以看出,電機(jī)制動(dòng)參與減少,此時(shí)機(jī)械制動(dòng)開始參與。此時(shí),所回收的能量明顯比制動(dòng)強(qiáng)度少,為0.3。當(dāng)制動(dòng)強(qiáng)度為0.7時(shí),電機(jī)全部退出制動(dòng),僅有機(jī)械制動(dòng)存在,沒有能量回收,制動(dòng)開始后,SOC也沒有增加。

從圖中的機(jī)械轉(zhuǎn)矩和電機(jī)制動(dòng)轉(zhuǎn)矩可以看出,隨著制動(dòng)強(qiáng)度的增加,機(jī)械制動(dòng)力矩逐漸增加,電制動(dòng)參與減少,SOC回升的程度越小。這符合所制定的制動(dòng)扭矩策略。

用制動(dòng)能量回收率評(píng)價(jià)制動(dòng)能量回收效果,如下式

(21)

式中：η為能量回收率;Wreg為所回收的能量,kJ;Wb為制動(dòng)所消耗的總能量,kJ。

從表2可以看出,隨著制動(dòng)強(qiáng)度的增加,電池剩余SOC越少,回收的能量越少,能量回收率也相應(yīng)減少。當(dāng)處于緊急制動(dòng)時(shí),完全不進(jìn)行能量回收。這符合所制定的制動(dòng)力分配策略。

3.2 初始車速為60 km/h的仿真分析

圖13—圖17為車輛在制動(dòng)初速度為60 km/h、制動(dòng)強(qiáng)度分別為0.1、0.3、0.6、0.7工況下的仿真結(jié)果。同樣地,從圖13中可以看出,在車速增長階段,發(fā)動(dòng)機(jī)和P3電機(jī)輸出正扭矩驅(qū)動(dòng)車輛,而P1電機(jī)此時(shí)處于負(fù)扭矩區(qū)域,處在發(fā)電狀態(tài)。此時(shí)主要消耗電量,SOC 在這個(gè)階段消耗比較快。當(dāng)開始減速制動(dòng),從SOC變化曲線和扭矩圖可以看出,此時(shí)電機(jī)P3進(jìn)行制動(dòng)能量的回收,電池開始充電,SOC回升。

圖13 初始車速為60 km/h不同制動(dòng)強(qiáng)度下工況

圖14 SOC變化曲線

圖15 P1電機(jī)扭矩

圖16 P3電機(jī)扭矩

圖17 總機(jī)械扭矩

當(dāng)制動(dòng)強(qiáng)度為0.1時(shí),此時(shí)制動(dòng)強(qiáng)度比較小,機(jī)械制動(dòng)力矩不參與制動(dòng),為0,只進(jìn)行單電機(jī)制動(dòng),即P3電機(jī)參與制動(dòng)。當(dāng)制動(dòng)強(qiáng)度為0.3時(shí),P1和P3電機(jī)同時(shí)參與制動(dòng),此時(shí)轉(zhuǎn)速高于2 568 r/min,優(yōu)先選用P3電機(jī)進(jìn)行制動(dòng),P1電機(jī)進(jìn)行補(bǔ)充,符合所制定的策略。且電機(jī)制動(dòng)力能夠滿足制動(dòng)要求,所以此時(shí)機(jī)械制動(dòng)力同樣為0。當(dāng)制動(dòng)強(qiáng)度為0.6時(shí),從圖15、16和17可以看出來,電機(jī)制動(dòng)參與減少,此時(shí)機(jī)械制動(dòng)開始參與。此時(shí),所回收的能量明顯比制動(dòng)強(qiáng)度為0.3少。當(dāng)制動(dòng)強(qiáng)度為0.7時(shí),電機(jī)全部退出制動(dòng),僅有機(jī)械制動(dòng)存在,沒有能量回收,制動(dòng)開始后,SOC此時(shí)也沒有增加。

從圖中的機(jī)械轉(zhuǎn)矩和電機(jī)制動(dòng)轉(zhuǎn)矩可以看出,隨著制動(dòng)強(qiáng)度的增加,機(jī)械制動(dòng)力矩逐漸增加,電制動(dòng)參與減少,SOC回升的程度越小。這符合所制定的制動(dòng)扭矩策略。

從表3可以看出,隨著制動(dòng)強(qiáng)度的增加,電池剩余SOC越少,回收的能量越少,能量回收率也相應(yīng)減少。當(dāng)處于緊急制動(dòng)時(shí),完全不進(jìn)行能量回收。這符合所制定的制動(dòng)力分配策略。結(jié)合表2可以看出,在相同制動(dòng)強(qiáng)度下,初始車速越高,所回收的能量越多。

表3 60 km/h下的仿真結(jié)果

4 結(jié)論

為盡可能多地進(jìn)行能量回收,參考某雙電機(jī)構(gòu)型插電式混合動(dòng)力汽車,結(jié)合其構(gòu)型特點(diǎn),提出了關(guān)于前后制動(dòng)力分配、前軸機(jī)電制動(dòng)力分配和雙電機(jī)之間的多級(jí)制動(dòng)力分配策略;與此同時(shí),在Simulink/Stateflow中搭建了整車控制模型,并在典型制動(dòng)工況(制動(dòng)強(qiáng)度為0.1、0.3、0.6、0.7,初速度分別為100 km/h和60 km/h)下對(duì)該策略進(jìn)行仿真驗(yàn)證分析。仿真結(jié)果顯示,本文中的制動(dòng)能量回收率最高能達(dá)到66.56%,回收效果良好。