汽車制動能量再生系統(tǒng)制動力分配研究

陳明昊 王宏磊

摘 要：對汽車制動能量再生系統(tǒng)的制動力分配控制方法進行了研究，提出了基于ABS系統(tǒng)的防止后輪先抱死控制的車輛制動力分配控制方法，建立了相應(yīng)的再生制動系統(tǒng)前后軸制動力分配控制策略模型，對控制模型進行了仿真分析，并在本課題組建立的汽車能量再生制動試驗臺上進行了在環(huán)仿真試驗，結(jié)果表明，該再生制動系統(tǒng)制動力分配控制策略能夠保證汽車良好制動性能，制動過程中增加了電機制動率，從而提高了汽車制動能量的回收率。

關(guān)鍵詞：機械學(xué);再生制動;制動力分配模型

汽車制動能量再生系統(tǒng)是指在汽車減速或制動時，將其中一部分機械能（動能）轉(zhuǎn)化為其它形式的能量，并加以再利用的裝置。但是再生制動系統(tǒng)參與制動后實際上改變了車輛原有的制動力分配特性，為獲得良好制動效果和保證制動安全性能，需要重新進行車輛前后制動力分配。

目前裝備制動能量再生系統(tǒng)的汽車前后軸制動力分配方法主要有固定系數(shù)分配法、最優(yōu)能量回收分配法和基于理想制動力分配I曲線的分配方法。固定系數(shù)分配法系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，但能量回收率不高，且制動切換波動較大;最優(yōu)能量回收分配法是以能量回收率最大化為設(shè)計目標(biāo)而進行制動力分配的，犧牲了車輛部分制動效能，制動效果變差;基于理想制動力分配I曲線的分配方法能充分利用地面附著條件，制動穩(wěn)定性好，能量回收率高，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，需要精確檢測前后軸法向載荷進行實時決策控制。本文提出一種借助ABS系統(tǒng)的隨著車輛制動工況變化可調(diào)制動力分配率的方法，在保證車輛制動效能的前提下最大化車輛制動能量回收率。

1 能量再生制動系統(tǒng)原理

本研究采用如圖1所示制動能量再生系統(tǒng)，汽車常規(guī)制動系統(tǒng)為液壓制動系統(tǒng)，再生制動電機對前軸進行制動，在制動過程中工作于發(fā)電機模式將制動能量轉(zhuǎn)化為電能回收存儲在儲能器中。液壓ABS控制及再生制動集成在一起，再生制動電機參與防抱死制動控制，相關(guān)的集成控制方法與控制策略已有論文專門論述，這里就不再贅述。

2 仿真與試驗結(jié)果

為進行防止后輪先抱死控制后的前后制動力分配曲線與理想制動力分配I曲線，仿真曲線，仿真曲線結(jié)果表明。當(dāng)在再生制動系統(tǒng)中加入前后制動力分配控制時車輛制動力分配可以滿足優(yōu)化前后制動力分配的目的（圖2）。

在本課題組建立的汽車能量再生制動試驗臺上進行了在環(huán)仿真試驗。試驗中用負載電機模擬路面工況，慣性飛輪模擬汽車慣性，開關(guān)磁阻電機為輔助制動電機，采用超級電容與蓄電池并聯(lián)的復(fù)合儲能器回收制動能量，圖3為試驗系統(tǒng)平臺。

在一個制動循環(huán)中，分別對理想I曲線制動力分配及本文制動力分配控制方式進行比較試驗。因為一個制動循環(huán)中制動能量不多，試驗系統(tǒng)由超級電容單獨完成儲能功能，這樣便于測試比較。試驗結(jié)果用超級電容能量狀態(tài)值（SOE）表示，制動初速度為100km/h，制動強度分別取0.1、0.3、0.5、0.8g，路面附著系數(shù)取0.7，初始能量狀態(tài)均為0，充電環(huán)境溫度、濕度保持不變，測試結(jié)果如表1所示。

3 結(jié)論

汽車再生制動系統(tǒng)由于有電機參與制動以實現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換，汽車的制動性能受到影響。一方面為了保證制動性能，電機制動的參與在一些工況下都受到限制;另一方面為了實現(xiàn)能量回收的最大化，又要最大限度地利用電機制動，從而提高制動能量回收率。

本文建立的基于ABS系統(tǒng)的防止后輪先抱死控制的制動力分配策略，可以在保證良好的汽車制動性能下，增加制動過程中電機制動的制動率，提高汽車再生制動能量回收率。