分布式驅動電動汽車電液復合制動控制研究

陳樂強，張麗萍，曹鴻鑫，雷承學，奚敬哲

分布式驅動電動汽車電液復合制動控制研究

陳樂強，張麗萍，曹鴻鑫，雷承學，奚敬哲

（遼寧工業大學，遼寧 錦州 121000）

針對分布式驅動電動汽車能量回收率低，制動穩定性有待進一步提高等問題，文章提出了一種基于滑模控制的復合制動力分配策略，利用Simulink與AMESim軟件進行建模與聯合仿真。仿真結果表明，常規制動工況下前后輪滑移率趨于一致，電池SOC值最終保持在70.103%，在防抱死制動工況下，滑移率保持在預先設定的最優滑移率15%附近且電池SOC值最終保持在70.15%。由此可見，該復合制動策略能夠在保證制動穩定性的前提下最大化回收制動能量。

分布式驅動；復合制動；滑模控制；能量回收

引言

分布式驅動電動汽車具有輕便、環保、節能等優點[1]，且四輪可獨立控制[2]，成為未來電動汽車發展的一個重點[3]。王權[4]設計了一種新型復合制動控制策略，并使用AMESim軟件進行了仿真驗證。林輝[5]提出了一種模糊自整定PID控制策略，對電、液制動轉矩進行合理分配。HAN J等[6]提出了一種混合動力電動汽車協同控制方案，優化了再生制動轉矩。鄭迎[7]利用模糊控制理論，提出了一種電、液復合制動力分配策略。對于分布式驅動電動汽車來說，綜合考慮制動穩定性與能量回收最大化的研究較少，故設計了一種復合制動控制策略，以分層控制的方式對復合制動系統制動力進行分配。

1 復合制動控制原理

駕駛員踩下制動踏板，車輛傳感器在獲取制動強度等制動信息后，將信號傳遞給整車控制器，根據滑移率來切換制動工況，復合制動分層控制系統經上層控制策略對車輛前、后最軸制動力矩進行分配，后經下層控制策略對電機制動力矩與液壓制動力矩進行分配。此時，分配好的電機制動力矩信號傳輸到電機控制器，輪轂電機接收到控制信號后，調節制動力矩至期望值；液壓制動力矩信號傳輸至液壓制動系統控制器，然后將信號液壓制動系統獲得液壓制動力。在電機制動力與液壓制動力綜合作用下，分布式驅動電動汽車最終實現制動。

2 復合制動轉矩分配策略

復合制動系統轉矩分配策略主要分為上層控制策略與下層控制策略，其中上層分配前、后軸制動力矩，下層分配電液制動力矩。

2.1 上層控制策略

在常規制動工況與防抱死制動工況中分別確定滑模切換函數為：

其中，1代表前輪轉速；2代表后輪轉速；為權重系數；λ代表最佳滑移率；1代表前輪滑移率。

最終推導出滑?？刂破骺刂埔幝煞謩e為：

同理，可推導出后輪滑?？刂破鞯目刂埔幝蔀椋?/p>

其中，1代表車輛前輪縱向制動力；2代表車輛后輪縱向制動力；1代表車輛前輪制動轉矩；2代表車輛后輪制動轉矩；I代表輪胎轉動慣量。

2.2 下層控制策略

對于前軸，當制動需求轉矩T小于電機最大轉矩T時，制動輸出轉矩為T；若T>T，則轉矩不足部分由液壓制動器補充。

對于后軸，當制動需求轉矩T小于電機最大轉矩T時，制動輸出轉矩為T；若T>T，則轉矩不足部分由液壓制動器補充。

3 復合制動系統模型建立

利用AMSEim軟件進行建模。

圖1 制動器模型

圖2 電機模型

4 仿真分析

4.1 常規制動工況仿真分析

初始制動速度70 km/h，制動強度0.4，路面附著系數0.7。

圖3 前、后輪滑移率

圖4 電池SOC變化

由圖7可看出，在常規制動工況滑?？刂撇呗缘目刂葡?，前后車輪滑移率可保持一致，穩定在1.78%附近，保證了制動穩定性。由圖5看出，分層控制策略電池SOC值由70%上升至70.103%，能夠有效回收制動能量。

4.2 緊急制動工況仿真分析

初始制動速度70 km/h，制動強度0.4，路面附著系數0.2。

圖5 前、后輪滑移率

圖6 SOC變化

5 總結

針對分布式驅動電動汽車，提出了復合制動系統分層控制策略，基于滑?？刂扑惴ㄟM行前后軸的制動力分配，同時控制策略兼容了防抱死復合制動模式。由滑移率圖像可明顯看出，該控制策略能夠很好地保證制動時的穩定性。通過電池SOC值變化說明該控制策略能量回收效果明顯。

[1] 章德平.混合電動汽車轉向制動穩定協同控制方法仿真[J].計算機仿真,2020,37(07):183-186.

[2] 章健宇.分布式驅動電動汽車再生制動及穩定性控制策略研究[D].武漢:武漢科技大學,2019.

[3] 余卓平,史彪飛,熊璐,等.某分布式驅動電動汽車復合制動策略設計[J].汽車技術,2020(02):12-17.

[4] 王權.基于AMESim的純電動汽車復合制動系統仿真研究[D].西安:長安大學,2014.

[5] 林輝.輪轂電機驅動電動汽車聯合制動的模糊自整定PID控制方法研究[D].長春:吉林大學,2013.

[6] HAN J, PARK Y, PARK Y. Cooperative regenerative braking control for front-wheel-drive hybrid electric vehicle based on adaptive regenerative brake torque optimization using under-steer indux[J]. International Journal of Automotive Technology,2014,15(6):989- 1000.

[7] 鄭迎.電動輪汽車高效制動能量回收及制動防抱死控制研究[D].長春:吉林大學,2016.

Research on Electro-hydraulic Compound Brake Control of Distributed Drive Electric Vehicle

CHEN Leqiang, ZHANG Liping, CAO Hongxin, LEI Chengxue, XI Jingzhe

( Liaoning University of Technology, Liaoning Jinzhou 121000 )

In order to solve the problems of low energy recovery rate and further improvement of braking stability of distributed drive electric vehicle, a compound braking force distribution strategy based on sliding mode control is proposed, which is modeled and simulated by Simulink and AMESim software. The simulation results show that the slip rate of the front and rear wheels tends to be consistent under conventional braking conditions, and the battery SOC value is finally maintained at 70.103%. Under the anti-lock braking condition, the slip rate is kept around 15%, and the battery SOC value is finally maintained at 70.15%. It can be seen that the composite braking strategy can maximize the recovery of braking energy on the premise of ensuring braking stability.

Distributed driver;Compound braking; Sliding mode control; Energy recovery

10.16638/j.cnki.1671-7988.2021.021.007

U461.3

A

1671-7988(2021)21-28-03

U461.3

A

1671-7988(2021)21-28-03

陳樂強（1995—），男，碩士，就讀于遼寧工業大學，研究方向：車輛系統動力學及控制。