雙電機(jī)獨(dú)立驅(qū)動(dòng)電動(dòng)賽車(chē)再生制動(dòng)控制研究

任建平，李剛，石晶，高青云

（遼寧工業(yè)大學(xué) 汽車(chē)與交通工程學(xué)院，遼寧 錦州 121001）

引言

汽車(chē)制動(dòng)能量回收技術(shù)是當(dāng)今電動(dòng)汽車(chē)研究的重要話(huà)題之一，制動(dòng)能量回收技術(shù)可以提高汽車(chē)的能源效率，增加汽車(chē)行駛里程，同時(shí)對(duì)促進(jìn)汽車(chē)行業(yè)發(fā)展有重要意義[1]。目前，再生制動(dòng)控制策略的研究主要針對(duì)理想制動(dòng)力分配控制策略、制動(dòng)力按固定比值分配控制策略、最優(yōu)制動(dòng)能量回收控制策略和并聯(lián)制動(dòng)能量回收控制策略等4 種。如文獻(xiàn)[2]采用理想前后制動(dòng)力分配策略設(shè)計(jì)了一種以制動(dòng)強(qiáng)度z 和電池剩余電量為輸入、電機(jī)制動(dòng)比例為輸出的模糊控制器，但其在低制動(dòng)強(qiáng)度的情況下能量回收較少；文獻(xiàn)[3]提出對(duì)前后車(chē)輪制動(dòng)力固定分配分配，基于模糊控制得到電液復(fù)合制動(dòng)下再生制動(dòng)的比例，但其只能在保證制動(dòng)穩(wěn)定性的前提下進(jìn)行能量回收。文獻(xiàn)[4]在保證驅(qū)動(dòng)輪制動(dòng)力最大化并滿(mǎn)足ECE 法規(guī)的條件下完成了前后輪制動(dòng)力分配，然后將電池剩余電量、制動(dòng)強(qiáng)度和預(yù)估的機(jī)械制動(dòng)效能因數(shù)引入模糊控制器，得到再生制動(dòng)分配比例，但這種控制策略只能用于低附著系數(shù)路面。

基于上述文獻(xiàn)的不足及傳統(tǒng)的電動(dòng)汽車(chē)與電動(dòng)賽車(chē)一些結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及需求的不同，本文提出了一種改進(jìn)了的電液復(fù)合制動(dòng)的再生制動(dòng)分配策略——雙電機(jī)獨(dú)立驅(qū)動(dòng)電動(dòng)賽車(chē)電液復(fù)合再生制動(dòng)策略。在保證賽車(chē)制動(dòng)穩(wěn)定及控制方法的情況下，根據(jù)理想的前后制動(dòng)力分配曲線(xiàn)、ECE 制動(dòng)法規(guī)等條件下，計(jì)算理想制動(dòng)力分配系數(shù)，從而獲得液壓制動(dòng)與再生制動(dòng)相作用的不同區(qū)間，采用邏輯門(mén)控制前后輪制動(dòng)力盡可能接近理想的前后輪制動(dòng)力分配曲線(xiàn)，保證制動(dòng)穩(wěn)定性，提高制動(dòng)能量回收效率。

1 賽車(chē)再生制動(dòng)系統(tǒng)工作原理

雙電機(jī)獨(dú)立驅(qū)動(dòng)賽車(chē)后輪驅(qū)動(dòng)，所以再生制動(dòng)能量只在后輪被回收，后輪的制動(dòng)力矩與電機(jī)產(chǎn)生的再生制動(dòng)力矩的大小和后輪產(chǎn)生的摩擦力矩有關(guān)。當(dāng)制動(dòng)踏板行程增加后，液壓制動(dòng)系統(tǒng)會(huì)按照合理的比例分配液壓力，整車(chē)制動(dòng)器與電機(jī)控制協(xié)同工作，確定賽車(chē)在制動(dòng)時(shí)所需要的制動(dòng)力矩。雙電機(jī)獨(dú)立再生制動(dòng)系統(tǒng)會(huì)按照當(dāng)前電機(jī)狀態(tài)、電池荷電狀態(tài)與車(chē)輛當(dāng)前行駛狀態(tài)計(jì)算出電機(jī)實(shí)際所需要的再生制動(dòng)力的大小，將計(jì)算的再生制動(dòng)力發(fā)送到電機(jī)控制器從而驅(qū)動(dòng)電機(jī)實(shí)現(xiàn)制動(dòng)，同時(shí)再生制動(dòng)模塊回收的制動(dòng)能量回饋于蓄電池組。再生制動(dòng)控制邏輯圖如圖1：

圖1 再生制動(dòng)工作原理

2 并聯(lián)策略及其分析

2.1 并聯(lián)策略

并聯(lián)策略是保持賽車(chē)原有機(jī)械制動(dòng)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，再生制動(dòng)力矩是作用于驅(qū)動(dòng)輪上的附加力矩。去的動(dòng)輪上的再生制動(dòng)力與傳統(tǒng)的摩擦制動(dòng)力以固定的比例分配，該固定比例是車(chē)速或者賽車(chē)減速度得到函數(shù)。

2.2 再生制動(dòng)力分配

考慮到賽車(chē)結(jié)構(gòu)，我們?cè)O(shè)計(jì)了適合雙電機(jī)獨(dú)立驅(qū)動(dòng)賽車(chē)的再生制動(dòng)力分配策略，該策略在滿(mǎn)足制動(dòng)穩(wěn)定性的情況下，回收部分制動(dòng)能量，提高賽車(chē)節(jié)能性。如圖為賽車(chē)前后輪制動(dòng)力分配曲線(xiàn)圖。

當(dāng)制動(dòng)強(qiáng)度0＜z≤0.7 時(shí)，采取電液復(fù)合再生制動(dòng)方式進(jìn)行制動(dòng)，液壓制動(dòng)按計(jì)算好的前后輪制動(dòng)力分配系數(shù)進(jìn)行分配，再生制動(dòng)力對(duì)后輪制動(dòng)力進(jìn)行補(bǔ)償制動(dòng)，使復(fù)合后的前后輪制動(dòng)力按照理想的前后輪制動(dòng)力進(jìn)行分配.當(dāng)制動(dòng)強(qiáng)度z＞0.7 時(shí)，是一種緊急工況，為了保證賽車(chē)在制動(dòng)時(shí)的穩(wěn)定性，采用液壓制動(dòng)一種方式。

賽車(chē)采用邏輯門(mén)限值控制方法對(duì)電液復(fù)合再生制動(dòng)策略進(jìn)行控制，主要控制的有賽車(chē)的速度信息、電池的電量SOC值及制動(dòng)強(qiáng)度，實(shí)際控制的有賽車(chē)質(zhì)心速度、踏板的開(kāi)度及電池電量來(lái)判斷賽車(chē)在制動(dòng)時(shí)選擇哪種方制動(dòng)方式。賽車(chē)實(shí)際制動(dòng)邏輯圖如圖5。為了保護(hù)電池的使用時(shí)間及使用率，當(dāng)電池的SOC 值高于80%時(shí)，再生制動(dòng)不參與工作，而且當(dāng)車(chē)速較低時(shí)（低于5km/h）時(shí)，由于回收能量較少，此時(shí)只使用摩擦制動(dòng)。在比賽過(guò)程中制動(dòng)強(qiáng)度z 一般小于0.7，此時(shí)采用再生制動(dòng)對(duì)制動(dòng)能量進(jìn)行回收。當(dāng)制動(dòng)強(qiáng)度z 大于0.7是，判定為一種緊急工況，采用液壓制動(dòng)進(jìn)行緊急制動(dòng)。

3 1UDDS 循環(huán)工況

美國(guó)UDDS 城市循環(huán)工況是具有較高平均車(chē)速的循環(huán)工況.根據(jù)前邊選擇的電液復(fù)合再生制動(dòng)策略及模型的搭建，選擇UDDC 循環(huán)工況下對(duì)所建立的再生制動(dòng)策略進(jìn)行仿真研究，仿真設(shè)置路面附著系數(shù)為0.85，SOC 初始值為0.8，仿真曲線(xiàn)如下：

圖2 能量變化曲

圖3 電池SOC 值變化

由圖2 可以看出在整個(gè)循環(huán)制動(dòng)工況中，賽車(chē)作用在驅(qū)動(dòng)上的總能量為2771KJ，制動(dòng)總消耗能量為2248KJ，再生制動(dòng)回收能量為435KJ，制動(dòng)耗能減少19.3%。由圖3 可以看出電池SOC 值在某一時(shí)刻有能量回收高于無(wú)能量回收，賽車(chē)制動(dòng)主要以液壓制動(dòng)為主，再生制動(dòng)為輔，保持車(chē)輛穩(wěn)定性，提高賽車(chē)節(jié)能性。

4 結(jié)論

通過(guò)對(duì)雙電機(jī)獨(dú)立驅(qū)動(dòng)賽車(chē)制動(dòng)系統(tǒng)組成及工作原理的分析，了解影響賽車(chē)制動(dòng)能量回收的主要因素以及其工作工況。對(duì)于電動(dòng)賽車(chē)來(lái)說(shuō)，由于自身雙電機(jī)、儲(chǔ)能裝置及路面等因素，提出一種雙電機(jī)獨(dú)立驅(qū)動(dòng)的電液復(fù)合再生制動(dòng)策略的再生制動(dòng)策略。通過(guò)對(duì)系統(tǒng)模型的搭建，選擇了邏輯門(mén)限制控制再生制動(dòng)策略，在UDDS 經(jīng)典的循環(huán)工況下進(jìn)行仿真分析，最后得出本文所提出的電液復(fù)合再生制動(dòng)策略能有效的提高賽車(chē)制動(dòng)能效的回收，提高電池箱的壽命以及提高賽車(chē)的節(jié)能性。