混合動力電動汽車制動力分配方案研究

劉斌 潘江如

[摘 要] 為最大限度回收混合動力汽車制動能量，使汽車的續航里程有效增大，制動力分配方案的選擇是至關重要的環節，總結兩種制動力分配方案，其中提出利用模糊控制的“動態”能量回收制動力分配方案，并總結它的可行性及實用性，為混合動力電動汽車制動力分配模型及策略的研究提供參考基礎，以期將混合動力電動汽車的制動能量回收效率進一步提升。

[關 鍵 詞] 混合動力電動汽車；制動力分配；制動能量回收；再生制動系統

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

通常，汽車制動能量通過摩擦的方式轉為熱能散發在大氣中，這就造成了資源的浪費。混合動力電動汽車便可將汽車制動能量進行回收，而制動力分配方案是影響制動能量回收效率的一個主要因素。

一、理想的前后輪制動力分配

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

需要指出，I曲線（也就是理想的制動力分配曲線）僅取決于車輛的質量參數，和路面無關。同時，由于“理想”是指車輛前車輪和后車輪剛好同時抱死，而車輛制動時，經常是某一軸的車輪先抱死，伴隨著制動力加大過程，另一軸的車輪隨即抱死，所以，車輛前后車輪制動力通常不是按照I曲線的規則進行分配的。為了混合動力電動汽車能夠盡可能地收集制動能量，應在保證混合動力電動汽車制動時的方向穩定性情況下將制動力盡可能地分配到前輪。

二、混合動力電動汽車制動力分配

混合動力電動汽車利用再生制動系統進行制動能量回收，而再生制動系統提供的制動力無法達到車輛完全制動所需的力，因此需要再生制動系統與機械摩擦制動系統一同制動。

圖2為再生制動系統制動力分配模型。再生制動系統提供的再生制動力與制動時各部件性能有關系，是一個變量，它直接決定再生制動力分配比例，從而與制動能量回收效果相關。

三、混合動力電動汽車制動力分配方案研究

混合動力電動汽車制動力分配方案的選擇決定了前后輪制動力的分配關系及再生制動系統參與制動的情況。再生制動系統產生的再生制動力越大，回收的制動能量越大，然而過大的再生制動力可能會對車輛制動穩定性產生影響。制動力分配則是在保證車輛制動穩定性的前提下，最大化再生制動系統產生的再生制動力，以做到更多的能量回收。下面將介紹兩種比較流行的先進制動力分配方案。

（一）“靜態”能量回收制動力分配方案

基于保證車輛制動穩定性，充分利用地面附著條件，應按理想的制動力分配曲線（I曲線）分配前后車輪制動力。

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

“靜態”能量回收制動力分配方案輸入量為車速信號和總制動力。其中總制動力由制動力感應器得到，再生制動系統提供的最大再生制動力由電機特性曲線和車速信號查表得到。“靜態”能量回收制動力分配方案輸出量為前輪再生制動力、前輪摩擦制動力和后輪摩擦制動力。

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

（二）“動態”能量回收制動力分配方案

混合動力電動汽車在制動時受行駛工況、駕駛員制動意圖、再生制動系統狀態、電池狀態的不斷變化影響而具有不確定性，所以應綜合考慮各方面因素對再生制動力分配的影響，故而提出模糊邏輯制動力分配方法，模糊邏輯更接近于人的思維模式，不依賴于較為固定的數據，所以在此將模糊邏輯制動力分配方法稱為“動態”能量回收制動力分配方案。

“動態”能量回收制動力分配方案如圖4所示，是基于駕駛員制動意圖、車速信號、和電池SOC值作為輸入量，由模糊控制器得到再生制動力分配系數，之后通過修正模塊動態調整得出再生制動力。

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

（三）兩種制動力分配方案對比

“靜態”能量回收制動力分配方案與“動態”能量回收制動力分配方案優缺點對比關系如下表所示：

“靜態”“動態”能量回收制動力分配方案優缺點對比關系

1.在是否滿足ECE制動法規方面，因為“靜態”能量回收制動力分配方案的輸入量為車速信號，制動力隨車速而變化，無法進行再生制動系統穩定性分析，所以對是否滿足ECE制動法規方面是無法判別的。

2.“靜態”能量回收制動力分配方案是一個簡單有效的提案，但對影響制動能量回收的因素考慮不夠全面。制動能量回收不受電池充電的限制，這樣是很危險的。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能充電功率的和，不然，將損壞蓄電池或因充電電流過大因熱量過高燒壞線路，由此引起的各方面安全問題必須注意。“動態”能量回收制動力分配方案不存在這種安全問題。

3.混合動力電動汽車進行制動時，制動力的分配與很多因素有關，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，模糊控制表現非常優秀，它更接近于駕駛員的思維活動，所以將模糊控制加入到能量回收制動力分配方案，組成“動態”能量回收制動力分配方案。

4.“動態”能量回收制動力分配方案在所測數據不準確或構件特征有變化時擁有很強的魯棒性。

四、小結

本文對現今較先進的兩種混合動力電動汽車制動力分配方式進行研究，定義“靜態”能量回收制動力分配方案和“動態”能量回收制動力分配方案，兩種分配方案進行鮮明對比，可見“動態”能量回收制動力分配方案更為實用，日后可在此基礎上進行混合動力電動汽車制動力分配模型及策略的研究，以期混合動力電動汽車的制動能量回收效率得到進一步提高。

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