分布式驅(qū)動(dòng)電動(dòng)汽車復(fù)合制動(dòng)控制研究

楊璐

摘 要：對(duì)于分布式驅(qū)動(dòng)電動(dòng)汽車復(fù)合制動(dòng)能量回收率效益低下的關(guān)鍵問題，研究出了一種復(fù)合制動(dòng)控制策略。在控制策略之中，分層控制被作為制動(dòng)轉(zhuǎn)矩分配的核心方法，而制動(dòng)穩(wěn)定性以及制動(dòng)能量回收則分別成為了上層控制器和下層控制器的控制目標(biāo)。利用AMEsim等相關(guān)軟件進(jìn)行建模并進(jìn)行有關(guān)方面的聯(lián)合仿真，結(jié)果表明，本文中提到的復(fù)合制動(dòng)系統(tǒng)能夠合理有效地分配制動(dòng)力。與此同時(shí)，此系統(tǒng)不僅可以有效的保證車輛的制動(dòng)效能以及穩(wěn)定性，還可以做到最大程度的回收制動(dòng)能量。

關(guān)鍵詞：分布式電動(dòng)汽車;復(fù)合制動(dòng);能量回收

1 前言

隨著近年而來以燃油為動(dòng)力的汽車的保有量的迅速攀升，如何保護(hù)地球生態(tài)環(huán)境，如何使核心資源不再短缺成為了擺在人類面前難度愈發(fā)升高的重大考驗(yàn)[1]。在此環(huán)境下，世界范圍之內(nèi)掀起了一股研究并開發(fā)以電能為動(dòng)力的汽車的狂熱浪潮。分布式電動(dòng)汽車具有電動(dòng)輪轉(zhuǎn)矩獨(dú)立可控，系統(tǒng)響應(yīng)快，控制容易且精確等優(yōu)點(diǎn)，逐漸成為了研究熱點(diǎn)。但是其存在的，例如續(xù)駛里程短以及能量利用率普遍較低等相關(guān)問題也是關(guān)鍵性的難點(diǎn)。復(fù)合制動(dòng)系統(tǒng)可以有效的對(duì)制動(dòng)能量做出回收，使動(dòng)能完成向電能的轉(zhuǎn)化，以此增加續(xù)駛里程[2-3]。本文設(shè)計(jì)了分布式電動(dòng)汽車復(fù)合制動(dòng)系統(tǒng)，同時(shí)在AMEsim等相關(guān)軟件中建立仿真模型，并根據(jù)聯(lián)合仿真以驗(yàn)證有關(guān)復(fù)合制動(dòng)控制系統(tǒng)的制動(dòng)性能與能量回收成效。

2 復(fù)合制動(dòng)系統(tǒng)模型建立

對(duì)復(fù)合制動(dòng)模型的關(guān)鍵部件制動(dòng)輪缸在AMEaim之中做出建模。依據(jù)制動(dòng)器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)以及工作原理來建造的制動(dòng)輪缸模型可參照?qǐng)D1，此模型涵括了一個(gè)接觸式彈簧阻尼系統(tǒng)以及線性彈簧關(guān)鍵特征，運(yùn)動(dòng)質(zhì)量塊與活塞缸。

活塞的動(dòng)力學(xué)方程為：

式中：mc是制動(dòng)鉗體具體質(zhì)量（kg）;而xc則被理解為是制動(dòng)鉗和制動(dòng)盤之間測量后得出的較為精確的距離（m）;pc為輪缸壓力（Pa）;Ac則是輪缸活塞的精確橫截面積（m2）;Cc為等效阻尼;kc為等效剛度（N/m）。

建立制動(dòng)主缸模型。當(dāng)前，絕大多數(shù)汽車的主要行車制動(dòng)系統(tǒng)一般都用雙回路制動(dòng)系統(tǒng)，多數(shù)汽車也都利用串列雙腔制動(dòng)系統(tǒng)來保證制動(dòng)的安全性[4]。比較常用的串列雙腔主缸結(jié)構(gòu)具體參照?qǐng)D2。

制動(dòng)主缸的推桿推力與主缸內(nèi)油液壓力的關(guān)系式為：

關(guān)系式里，F(xiàn)m常作為推桿的推力（N）;Pm則可以理解成制動(dòng)主缸的壓力數(shù)值（MPa）;Am被看作與主缸等效的橫截面積大小（m2）;Fms在本式中是具體的回位彈簧力（N）;Fmf為缸壁摩擦阻力（N）。

如圖3所示，可知液壓系統(tǒng)主要由制動(dòng)踏板、制動(dòng)控制器、制動(dòng)主缸、高速開關(guān)閥、回油泵及高壓蓄能器、單向閥和制動(dòng)輪缸組成。

3 復(fù)合制動(dòng)控制模型的建立

通過分層分配的方式，上層控制器以制動(dòng)穩(wěn)定性作為控制目標(biāo)，將總制動(dòng)力分配到每個(gè)車輪，下層控制器本著能量回收做到最大化的控制目標(biāo)，具體分配每個(gè)車輪上面大概的液壓制動(dòng)力和電機(jī)制動(dòng)力的分占比例。首先進(jìn)行前后軸制動(dòng)力之間的分配，為了達(dá)到最佳制動(dòng)效果，前后軸制動(dòng)力按照I曲線分配，為了保證車輛的方向穩(wěn)定性，每個(gè)軸的左右車輪平均分配制動(dòng)力，這樣能避免因制動(dòng)力分配不均產(chǎn)生橫擺力矩，影響制動(dòng)的方向穩(wěn)定性。值得注意的是制動(dòng)時(shí)車輪具體滑移率如果并未超過原本的最佳滑移率，那么ABS系統(tǒng)將不會(huì)運(yùn)作，如果滑移率高出了原本的最佳滑移率那么ABS系統(tǒng)運(yùn)作，并且利用車輪制動(dòng)輪缸的減壓或增壓以調(diào)整車輪具體的制動(dòng)力矩，保證滑移率不會(huì)與最佳滑移率產(chǎn)生較大偏差。同時(shí)下層控制器將依據(jù)車輛具體的行駛參數(shù)以合理分配每個(gè)車輪上面液壓制動(dòng)力以及電機(jī)制動(dòng)力的分占比例。制動(dòng)力矩分配模型根據(jù)電機(jī)制動(dòng)力的各項(xiàng)約束條件，得到當(dāng)前電機(jī)最大制動(dòng)力，為了保證制動(dòng)能量回收最大化，所以優(yōu)先使用電機(jī)制動(dòng)力，若電機(jī)制動(dòng)力的最大值不能滿足單個(gè)車輪的需求制動(dòng)力，剩余的部分由液壓制動(dòng)力補(bǔ)充。利用Matlab構(gòu)建控制模型，具體控制模型結(jié)構(gòu)參考圖4即可。

4 仿真分析

仿真工況定義為路面的附著系數(shù)大概在0.7左右，設(shè)定72km/h作為開始時(shí)刻的初速度，0.8的制動(dòng)強(qiáng)度進(jìn)行制動(dòng)。

下圖中可以發(fā)現(xiàn)，車速大約在3.3s以內(nèi)就由72km/h減到0，因此得出，制動(dòng)時(shí)間是3.3s。在前0.4s的時(shí)候，可以看出制動(dòng)強(qiáng)度比較小，那么所需要的制動(dòng)力矩也就隨之變小，而液壓制動(dòng)系統(tǒng)是基本不參加工作的，只是靠電機(jī)參加制動(dòng)。那么也就不難解釋為何電機(jī)制動(dòng)力矩會(huì)在前0.4s得到不斷的增大，與此同時(shí)的前后軸液壓制動(dòng)力矩則為0。而在0.4s的之后，由于制動(dòng)強(qiáng)度的逐漸增大，電機(jī)制動(dòng)力矩已經(jīng)不再能滿足制動(dòng)力矩大小的需求，液壓系統(tǒng)由此進(jìn)入工作，并且補(bǔ)充剩下所需要的制動(dòng)力矩，開始電液復(fù)合制動(dòng)的模式。當(dāng)工作進(jìn)行到1.3s左右時(shí)，相應(yīng)的制動(dòng)強(qiáng)度基本已經(jīng)超過了規(guī)定的電液復(fù)合制動(dòng)中的制動(dòng)強(qiáng)度的上限。于是此時(shí)的電機(jī)制動(dòng)力矩開始退出。前后軸滑移率維持在0.19-0.20左右，ABS系統(tǒng)的有效控制保證了前后軸車輪的滑移率始終沒有過分偏離最佳滑移率，ABS系統(tǒng)在復(fù)合制動(dòng)系統(tǒng)模型中工作效果比較好。開始的1.3s中，系統(tǒng)基本在電液復(fù)合制動(dòng)和純電機(jī)制動(dòng)的工作模式下面進(jìn)行工作，擁有電機(jī)參與制動(dòng)則充分地有效的回收了制動(dòng)能量，電池的SOC值也從50%提高到了50.4%左右，在1.3s以后，電機(jī)已經(jīng)基本不再參與制動(dòng)環(huán)節(jié)，相對(duì)應(yīng)的能量回收工作也已停止，與此同時(shí)電池SOC值則保持不變。

5 結(jié)果分析

在AMEsim和Matlab中建立了分布式電動(dòng)汽車復(fù)合制動(dòng)系統(tǒng)模型和制動(dòng)控制模型，通過聯(lián)合仿真得到了在制動(dòng)仿真工況下的制動(dòng)距離曲線，制動(dòng)力分配曲線，滑移率曲線以及電池SOC值變化曲線。由此可以發(fā)現(xiàn)，本文所構(gòu)建的復(fù)合制動(dòng)系統(tǒng)以及制動(dòng)控制系統(tǒng)是可以依據(jù)制動(dòng)工況有效合理的分配制動(dòng)力矩的。ABS系統(tǒng)能夠?qū)⒒坡士刂圃谧顑?yōu)滑移率附近，并且實(shí)現(xiàn)制動(dòng)能量回收最大化。由此確定本文提出的復(fù)合制動(dòng)系統(tǒng)和有關(guān)制動(dòng)控制的模型具有比較好的制動(dòng)性能以及能量回收成效。

參考文獻(xiàn)：

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[3]徐國棟.基于解耦式EHB的多電機(jī)再生制動(dòng)策略設(shè)計(jì)[J].汽車技術(shù)，2019，（03）：25-30.

[4]黃智奇.電動(dòng)汽車復(fù)合能源系統(tǒng)再生制動(dòng)分段控制策略研究[J].機(jī)電工程，2016，33（03）：280-286.