輕度混合動力汽車制動能量回收控制策略研究

張玉祿 孫海

摘 要：以某輕度混合動力電動汽車為研究對象，分析了，制動能量回收系統在制動回收工作過程中的控制策略，并在分析的基礎上建立其在制動過程中的制動力分配模型和數學模型，利用6個典型的循環工況來評價現有制動力分配策略的優劣，并與Advisor中的制動力分配策略進行了比較。無論是燃油經濟性、整車能量效率、回收能量占燃油消耗的百分比，還是能量回收率都有明顯的提高。

關鍵詞：混合動力電動汽車;制動能量回收;控制策略

1 前言

最大限度地回收能量是混合動力電動汽車在中、小制動強度的制動過程中研究的主要問題。在制動力的分配中減小制動器制動力的比例，加大電機制動力的比例是提高能量回收率的必然途徑。對于前驅動混合動力電動汽車，使前輪充分利用其附著能力承擔主要的制動任務，將有利于電機最大限度地回收能量。目前還沒有較為通用的設計標準來分配前、后輪制動力，文中提出了兩種前后輪制動力分配模型，但是對于特定的路面附著系數和車輛的制動強度還不能充分利用前輪的附著能力，從而最大限度地回收制動能量。

文中的建模與仿真工作針對如圖1所示的輕度混合動力系統。該系統將傳統汽車分離的起動機和發電機結合為一體，直接安裝在發動機曲軸動力輸出端，取代了發動機飛輪，既傳遞動力又減緩曲軸扭轉振動。傳動系統仍然是機械離合器與手動變速器。

制動力分配策略的設計目標一般是提高整車的能量回收率以及優化駕駛員感受。前者設計的特點是將電機作為首選的制動裝置提供的大部分制動力用于能量回收，特別是在小制動過程中，電機提供全部的制動力;后者設計的特點是調整前后輪的制動力用于跟蹤駕駛員的減速意圖。

以某輕度混合動力電動汽車為原型，基于mat—lab/simulink構建了制動能量回收仿真模塊。該模塊以最大限度的能量回收和保證車輛的制動性能為設計目標，能夠分析不同路況下前后輪制動器制動力和電機制動力的分配關系。同時還探討相關的數學模型以及制動過程中的控制策略，并對仿真結果進行了分析。

2 仿真結果與分析

以Insight車為原型，在Advisor內部構建了制動能量回收仿真模型。該仿真模型是以制動力分配模型和數學模型為基礎進行仿真計算的。仿真中利用的參數取自某輕度混合動力電動汽車。

2.1 路況選擇

評價制動力分配策略時，可選擇如下6個循環工況，分別為反映日本城市路面的1015循環工況、美國的FTP測試循環工況、美國的UDDS循環工況、反映歐洲的城郊路面的EUDC循環工況、反映中國高速路況和城市循環工況Hyzem—highway和Hyzem_rural。在以下分析中，將上述6個工況按1～6加以標識。整車性能的評價指標為各個工況下的100km油耗和能量效率。評價整車性能指標時，由于電池還有部分能量沒有評價進來，若單從燃油經濟性方面還不能較為完整地評價整車性能，于是引入整車能量效率作為新的評價指標。整車能量效率定義為：=（空氣阻力消耗的能量+滾動阻力消耗的能量）/（發動機消耗的能量一電池剩余的能量）。評價制動能量回收控制策略的評價指標為回收能量占燃油消耗的百分比以及整個工況的能量回收率。能量回收率的定義為：

式中為電機回收的能量，為電池放電效率，為發動機有效動力輸出能量，為發動機能量利用效率，為摩擦和輻射消耗掉的能量占總能量的百分數。

1015循環工況、FTP測試循環、UDDS循環工況、EUDC循環工況是常用來測試HEV性能的循環工況。Hyzem—highway循環行駛工況的特點是最高車速和平均車速較高，超過或者接近100km/h，并且最高車速和平均車速相對較為接近，同時怠速的時間占循環行駛工況總時間的比例很小（不到4%），怠速起停的次數相對較少。這種循環行駛工況反映了在交通流暢、路面狀況水平良好的高速公路上，車輛能夠長時間運行在一個相對穩定車速下的行駛工況。Hyzemrural循環行駛工況的特點是最高車速較高，均高于100km/h，但是平均車速較低，并且最高車速和平均車速的差別很大，同時怠速的時間占循環行駛工況總時間的比例較大，怠速起停的次數介于高速公路循環工況和城郊循環工況之間。這種循環工況反映了在路面狀況水平良好的城市道路上，由于交通較為擁擠，車輛需要頻繁加減速和怠速起停，無法穩定行駛在一個相對較高的穩定車速下的行駛工況。

3 結論

（1）以某輕度混合動力電動汽車為研究對象，分析了制動能量回收系統在制動回收工作過程中的控制策略，并在分析的基礎上建立其在制動過程中的制動力分配模型和數學模型，利用6個典型的循環工況來評價現有制動力分配策略的優劣，并與Ad—visor中的制動力分配策略進行了比較。無論是燃油經濟性，回收能量占燃油消耗的百分比、能量回收率，還是整車能量效率都有明顯的提高。

（2）新建立的制動力分配策略更加適于車速有較大波動、制動過程也較頻繁的行駛工況。如1015工況，無論是燃油經濟性、整車能量效率、回收能量占燃油消耗的百分比，還是能量回收率都有較為明顯的提高。

（3）所提供的制動能量回收控制策略亦可適用于純電動汽車和燃料電池汽車。