試分析純電動汽車制動能量回收控制策略優(yōu)化

鄭培森

摘 要：現(xiàn)階段，我國對于低碳經(jīng)濟的重視程度不斷增加，在環(huán)境污染治理方面的投入不斷增加，節(jié)約能源環(huán)境友好純電動汽車獲得進(jìn)一步發(fā)展。為了進(jìn)一步提高節(jié)能效果，應(yīng)該充分重視能量回收系統(tǒng)研究工作。對此本文介紹了純電動汽車制動能量回收管理策略，分了結(jié)合Advi SOR軟件進(jìn)行汽車制動系統(tǒng)建模，希望能夠為單位與人員提供參考。

關(guān)鍵詞：純電動汽車 制動能量 回收控制

1 引言

電動化技術(shù)在能源短缺、控制尾氣污染等方面具有良好效果，同時具有維護便捷、行駛噪音低以及結(jié)構(gòu)簡單等特點，是新能源汽車未來發(fā)展重要技術(shù)目標(biāo)。然而因為存在續(xù)航里程小、電池荷電少等不足，對純電動汽車發(fā)展造成一定影響。相關(guān)研究顯示，汽車制動過程中，能夠損耗在發(fā)動機中能量中的占比超出50%以上，因為純電動汽車選擇電機對車輛進(jìn)行驅(qū)動，借助電機可逆性原理能夠充分收回行車過程中制動能量，確保能量利用率得到有效提升，能夠續(xù)航20%左右[1]。

2 純電動汽車制動能量回收管理策略研究

2.1 常見再生制動力的分配策略

（1）前軸制動力與后軸制動力的理想分配策略。理想策略就是讓電動汽車前軸與后軸制動力能夠根據(jù)理想制動力曲線開展分配工作。

在汽車減速過程中，制動強度比0.2g小情況下，無需較多制動能量，只有收能系統(tǒng)運行。在制動強度比0.2g大的情況下，需要提供大量制動能量，收能系統(tǒng)無法提供足夠制動力，所以應(yīng)該結(jié)合機械制動體系進(jìn)行運行，共同構(gòu)建形成中職動力。此時，前軸和后軸根據(jù)理想曲線開展制動力分配工作。

（2）并聯(lián)制動力的分配策略。基于機械制動體系前提下，并聯(lián)制動力的分配策略，對汽車驅(qū)動軸增設(shè)輔助制動力，同時機械制動體系所提供輔助制動力和摩擦制動力比值屬于定值。

2.2 制動工況的控制策略

純電動汽車行駛過程中，會遇到隨時路面沖擊問題，使得車輛加速度受到影響，禁止判定成減速或是加速。在加速度絕對值超出0.02g，同時持續(xù)較長時間情況下，才可以進(jìn)行減速、加速等方面判斷[2]。

在儲能飛輪和耦合器之間轉(zhuǎn)速差比5rad/s小的情況下，控制器將分離命令發(fā)出。

進(jìn)行加速處理時，在飛輪轉(zhuǎn)速——耦合轉(zhuǎn)速比10rad/s大時，控制器將接合命令發(fā)出，接合離合器，飛輪將能量發(fā)出。基于制動條件，耦合器與飛輪的轉(zhuǎn)速差比10rad/s大情況下，控制器將接合指令發(fā)出，接合離合器，飛輪儲能。

各個附著系數(shù)的控制策略，后向仿真模型的輸入是初始車速、需求制動力以及請求目標(biāo)車速等，輸出是前軸以及后軸需求的摩擦制動力，結(jié)合制動強度的具體判斷邏輯，將相應(yīng)制動力的計算程序觸發(fā)，進(jìn)而對各個模型進(jìn)行控制。

為了對制動收能體系收能效果進(jìn)行驗證，根據(jù)相應(yīng)控制策略，建立收能控制系統(tǒng)Simulink模型，借助離合器控制器對各個策略模型進(jìn)行切換[3]。

3 結(jié)合Advi SOR軟件進(jìn)行汽車制動系統(tǒng)建模

3.1 構(gòu)建純電動制動能量回收系統(tǒng)模型

優(yōu)化Advi SOR模型，優(yōu)化汽車模型，構(gòu)建仿真模型。

（1）飛輪模型。飛輪儲能主要是借助旋轉(zhuǎn)飛輪實現(xiàn)能量儲存以及釋放等操作，運行原理為：汽車減速過程中，借助傳動機構(gòu)對減速與制動動能進(jìn)行飛輪旋轉(zhuǎn)動能轉(zhuǎn)換。在汽車再次加速或是起動過程中，借助傳動裝置可以對飛輪動能進(jìn)行汽車行駛驅(qū)動力轉(zhuǎn)化，充分控制汽車在減速或是制動過程中能量損耗問題，減少汽車能量消耗，延長純電動汽車行程。

本文研究的飛輪參數(shù)如下：寬度=0.05m;半徑=0.2m;質(zhì)量=30.19kg;通過計算確定模型轉(zhuǎn)動慣量=0.60375kg/m2。本文主要針對飛輪模型轉(zhuǎn)速進(jìn)行計算，

Jβ=Tin-Tf （1）

ωk=ωk-1+β （2）

ω=β·Δt （3）

其中：

β代表角角速度;

Tin代表飛輪中傳動系的力矩;

Tf代表摩擦阻力矩;

J代表飛輪轉(zhuǎn)動的慣量。

將飛輪中離合器輸出的轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩向Simulink模型中輸入，模型的計算功能可以自動進(jìn)行計算，獲得輸出轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩等參數(shù)，輸出在汽車加速與再次起步環(huán)節(jié)中也具有良好適用性，可以通過飛輪儲存能量，向離合器的控制器中輸入轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩等參數(shù)[4]。

（2）離合器模型。離合器單元的作用就是為轉(zhuǎn)矩耦合器和飛輪提供動力連接。對于離合器，在運行時涵蓋接合、分離與滑摩3種狀態(tài)。

離合器進(jìn)行分離動作過程中，不會進(jìn)行轉(zhuǎn)矩專遞。基于滑摩狀態(tài)，轉(zhuǎn)矩輸出值和輸入值并沒有差異。介于接合狀態(tài)，離合器輸出的轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩并不會發(fā)生變化。

接合管控策略<VC>傳遞的指令以及從動端、主動端的轉(zhuǎn)速對運行狀態(tài)進(jìn)行判斷，狀態(tài)編號如下：應(yīng)分離狀態(tài)（2）;應(yīng)接合狀態(tài)（4）;應(yīng)滑摩狀態(tài)（3）。<VC>將接合指令發(fā)出之后，在輸出端、輸入端的轉(zhuǎn)速存在差異條件下呈現(xiàn)滑摩狀態(tài)，反之完全接合。在將分離指令發(fā)出之后，離合器分離。

（3）耦合器模型。扭矩耦合器涵蓋輸出、輸入等接口。耦合器主要是想電機、飛輪分配變速箱需求扭矩。為了充分保證傳動系統(tǒng)的運行效率實現(xiàn)節(jié)能目標(biāo)，驅(qū)動過程中盡量選擇飛輪驅(qū)動，在制動過程中選擇飛輪吸收能量。為了對能量釋放速度進(jìn)行有效控制，將飛輪需求扭矩設(shè)計為（-50，50）Nm，還可以將飛輪的扭矩釋放限制取消，然而應(yīng)該對離合器扭矩傳遞最大值進(jìn)行分析。先向飛輪中分配需求扭矩，通過電機補充飛輪無法提供的部分。耦合器在變速器中的輸出扭矩和飛輪扭矩之和與效率乘積相等，效率設(shè)計值=098。

3.2 結(jié)合Advi SOR的制動能量制動控制策略

（1）Advi SOR軟件原有控制模型。對于控制策略，是確保汽車制動過程中具有良好的安全性與穩(wěn)定性，對前輪制動力與后輪制動力數(shù)值進(jìn)行確定，不僅需要對制動力需求進(jìn)行計算，同時還需要對兩者進(jìn)行合理分配，保證其制動力始終在最大限制值以內(nèi)。以向前路徑控制力為例，控制策略見下圖1。

汽車在制動過程中，車輪摩擦制動力與再生制動力構(gòu)成總制動力。開展制動操作時，在車速變化過程中，不同制動力的比重也會發(fā)生變化。在車速不斷增大過程中，再生制動力也會隨之發(fā)生轉(zhuǎn)變。

制動策略需要確保汽車制動過程中具有良好穩(wěn)定性與安全性，盡可能讓收能系統(tǒng)參與到汽車運行中，之后將再生制動力數(shù)值提升，因為電動汽車基本上采用前驅(qū)方式，因此需要提高前輪再生制動力比重，進(jìn)而對制動能量進(jìn)行充分回收。

（2）制動控制策略優(yōu)化模型。本文針對離合器控制策略的優(yōu)化設(shè)計見上圖2。

離合器的控制器結(jié)合汽車與飛輪狀態(tài)將控制指令發(fā)送給離合器，其中，分離指令（0），接合指令（1）。基于驅(qū)動狀態(tài)，在耦合器、飛輪轉(zhuǎn)速的差值在10rad/s情況下，將接合指令發(fā)出，轉(zhuǎn)速差在5rad/s情況下，并無良好接合意義，將分離指令發(fā)出。同理，基于制動條件，在飛輪和耦合器轉(zhuǎn)速差在10rad/s情況下，將接合指令發(fā)出，轉(zhuǎn)速差在5rad/s情況下，將分離指令發(fā)出。

3.3 制動收能單元向Advi SOR中進(jìn)行嵌入處理

完成Simulink模型構(gòu)建之后，對原控制模型進(jìn)行解鎖處理，向Advi SOR模型中汽車系統(tǒng)中嵌入新建模塊，之后可以對該模塊重新命名。具體操作為：向中復(fù)制;向中復(fù)制;向中輸入，對原文件進(jìn)行替換;向中復(fù)制，對原文件進(jìn)行替換。

4 結(jié)語

綜上所述，本文提出幾點純電汽車的制動能量優(yōu)化控制策略，同時為了對制動收能體系收能效果進(jìn)行驗證，根據(jù)相應(yīng)控制策略，建立收能控制系統(tǒng)Simulink模型。結(jié)合Advi SOR軟件，建立純電動汽車的制動能量回收模型，涵蓋扭矩耦合器、離合器以及飛輪等機構(gòu)模型，同時對Advi SOR軟件中制動管理策略與本文收能控制模型進(jìn)行充分介紹，并向Advi SOR軟件中嵌入所需模型。

參考文獻(xiàn)：

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