纯电动汽车机电复合制动控制策略的研究

纯电动汽车机电复合制动控制策略的研究

孔维振张丛姗

长城汽车股份有限公司传动研究院河北保定071000

摘要：纯电动汽车机电复合制动控制所要解决的关键问题是在一定的制动需求下，如何合理的协调前、后轴制动力以及电机再生制动力三者之间的关系，使车辆既能有效地保证制动距离的安全性、制动方向的稳定性又能充分地回收制动能量。该文提出了一种基于模糊控制的机电复合制动控制策略。结果表明：前、后轴制动力分配分布在设计的曲线上，满足安全要求，验证了该文提出的控制策略的有效性和可行性。

关键词：纯电动汽车；机电复合制动；刹车制动分配；

ABSTRACT：Thekeyproblemtobesolvedintheelectromechanicalbrakingcontrolofpureelectricvehiclesishowtocoordinatereasonablytherelationshipbetweenthefrontandrearaxlebrakingforceandtheregenerativebrakingforceofthemotorundercertainbrakingrequirements，sothatthevehiclecannotonlyeffectivelyguaranteethesafetyofbrakingdistance，thestabilityofbrakingdirection，butalsofullyrecoverbrakingenergy.Inthispaper，acontrolstrategyofelectromechanicalcompositebrakingbasedonfuzzycontrolisproposed.Theresultsshowthatthebrakingforcedistributionoffrontandrearaxlesisdistributedonthedesignedcurve，whichmeetsthesafetyrequirements，andverifiestheeffectivenessandfeasibilityofthecontrolstrategyproposedinthispaper.

Keywords：pureelectricvehicle；electromechanicalcompositebrake；brakingforcedistribution

1、机电复合制动系统简介

机电复合制动系统是再生制动与液压制动的组合。当前，纯电动汽车仍然具有很多不足，其中很重要的一点是电池能量问题。电池所能提供的电能是有限的，对纯电动汽车来说，其动力源全部为电能，这直接导致了纯电动汽车续航里程的不足。所以对于纯电动汽车来说，可以回收制动能量并将其转化为电能的再生制动系统是必不可少的。但再生制动所能输出的制动力矩有限，不足以提供汽车高强度制动时所需的制动力矩，而液压制动系统却能产生较大的制动力矩，可以弥补再生制动的缺陷。因此由再生制动与液压制动组合而成的机电复合制动可以在一定程度上利用两者的优点弥补对方的不足。再生制动可以分为能量再生和汽车制动两个环节。制动开始时，汽车由于惯性作用不会马上停止运动，所以车轮仍然继续转动，车轮的转动会带动汽车电机的转子产生反转趋势，电机内发生切割磁感线运动，从而产生电流，并储存到电池等储能元件，此为能源的再生环节。另外，根据牛顿第三运动定律，当电机内发成切割磁感线运动时也会产生磁阻力矩来阻碍电机的反转趋势，这个磁阻力矩经过汽车传动系统的放大作用于车轮，完成汽车制动环节。液压制动是传统汽车完成制动时所运用的主要手段。液压制动系统利用真空助力器将制动主缸中的液压油泵入制动轮缸，从而使制动器产生摩擦力，最终达到制动的效果。且液压制动系统结构简单，易于实现，可节省纯电动汽车成本。当纯电动汽车需要高强度制动，而再生制动提供的制动力矩明显不足时，液压制动系统会显得尤为重要。当再生制动应用于纯电动汽车时，制动所需的再生制动力矩大小会因为多种干扰和约束而难以确定。同时在高强度制动时，液压制动系统会因为制动主缸和轮缸之间的压力差突然变化而产生制动踏板抖动现象。所以，为了保证制动时的能量回收效率和制动踏板感觉，能够合理协调再生制动与液压制动的控制策略必不可少。

2、机电复合制动的原理及影响因素

2.1工作原理

机械制动是在当驾驶员踩踏制动踏板后，通过制动主缸与制动轮缸的传动作用，最终使固定元件对旋转元件施加制动力，达到制动效果，输出力矩大、工作稳定可靠，但能量最终以热量的形势散发到空气中。电机制动过程主要是由驱动轮、主减速器、变速器、电机、控制器以及电池等共同完成的。在一定的制动需求下，轮胎和地面的摩擦作用通过传动系统带动电机转动，使电机工作在发电状态同时，在能量控制系统的作用下，电流转换模块将电能存储在电池中，可供车辆启动、爬坡或加速时再次使用。

2.2影响因素

在制动过程中应首先考虑制动安全的需求，即前后轴的制动力分配需保持在I曲线、ECE线以及f线所围成的区域内。而前驱纯电动汽车前轴制动力由电机和机械制动共同提供，后轴制动力只由机械制动，如何控制它们的关系是保证制动安全的关键。然后由再生制动过程的能量流向可知，车轮、传动系统、电机、电池系统等都会影响能量的回收，但是考虑到机械传动系统效率很高且稳定，所以本文只考虑制动强度，车速（电机转速），电池的SOC三个重要因素对再生制动的影响。

3、基于模糊控制的机电复合制动力控制策略

驾驶员在控制车辆制动的过程中首先应考虑的是制动效能和制动方向的稳定性，然后在保证安全的前提下，尽可能回收更多的制动能量。

3.1电机制动系统优先的前后轴制动力分配

在一定的制动强度下，即在一根确定的z线上，分配点的选择可以靠近OC曲线，这样可以充分利用路面附着系数，保证制动的安全性，也可以选择靠近OA、AB线或者BC线的点，给前轴分配更多的制动力，这样可以使电机更多的参与制动过程，回收更多的能量。但是因为电机的发电功率还受到自身的外特性的约束，且制动能量的存储过程还需要考虑到实时的电池状态，防止对电池造成损伤，即给电机分配的制动力后，系统也不一定将这部分能量回收起来。所以在得到制动力分配比之前，必需首先考虑各制动执行机构的工作状态。又因为电机既能回收制动能量，又可以提供一部分制动力，所以本文优先考虑前轴的电机制动力，即前轴制动力优先由电机提供，通过调整前后轴的机械摩擦制动力，使前后轴制动力分配点尽量靠近I曲线，且不能超过横轴、ECE法规和f线所围成的边界线。

图一前后轴动力分配示意图

3.2固定比例的制动力分配

它的特点是前、后轴制动力按照一定的比例分配，前轴的摩擦制动力在电机制动力无法满足制动的时候提供补偿。该方法的实施性较强，无需整车制动控制器，但是由于无法根据人、车、路的状况实时调整前后轴制动执行机构的制动力，所以系统能够回收的再生制动能量有限。

结语

通过对纯电动汽车机电复合制动的研究，按照模糊控制规则分配的复合制动控制策略，既保证了车辆制动的安全性、又能满足再生制动能量的回收需求。

参考文献：

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