液壓制動系統協調控制下電動汽車制動系統研究

楊鵬

摘要：對于電動汽車在行駛過程當中要提高其穩定性，就要對電動車的電機和液壓制動系統進行分析。根據相應的模型來確定具體的制動轉距協調方案。本篇文章通過使用仿真軟件對各種情況之下的電動汽車制動系統進行了模擬仿真，得到了相應的數據。對相應的數據進行分析研究，可以得到以下結論：在低強度的制動情況之下，電機制動可以滿足汽車的需求;而針對于中等強度時，電機和液壓制動系統都可以對其進行滿足，提供穩定的制動;而針對高強度制動時，采用電動液壓制動系統可滿足制動穩定性。

關鍵詞：電車制動;電動液壓制動系統;協調控制

0 ?引言

針對于汽車的制動裝置而言，能夠使得駕駛員在駕駛汽車的過程中，不管是在上坡、下坡、減速或者是停止等各方面操作上，都能夠有非常穩定的制動能力，同時也可以使得汽車在下坡的過程當中，保證車輛的勻速前進。當前在我國范圍內，很多的電動汽車通常都是采用電機制動系統或者是采用相應的液壓制動系統，這兩種系統可以實現能量的有效收回。而采用電動和液壓混合動力的系統，當前在研究過程中發現可以使得動能得到最優化的收回效率，達到較高的收回力度。因此，在進行電動汽車制動的過程當中，選擇合理的制動方案可以保證汽車在行駛當中的穩定以及安全性，整體的制動方案可以總結為下面的三種類型：

①修正系統參數從而可以很好的保證速度響應和液壓機電機制動系統校正;

②基于濾波算法原理的協調控制方案;

③采用前饋及后饋響應方式調控液壓制動系統。

本篇文章在進行案例選取的過程當中，選用的是前輪驅動的電動汽車為本篇文章主要的研究對象。針對電動汽車的電動液壓制動系統，設計了在各種模式和方案之下的整體研究方法。利用Matlab/Simulink仿真軟件，對電機以及液壓制動系統功率控制進行校核，建立仿真模型。通過不同模型道路的仿真分析，得到了不同情況之下的制動穩定性數據，為電動液壓制動系統今后的探究提供了合適的素材。

1 ?基本結構及工作原理

當駕駛員在駕駛車輛的時候踩下了制動踏板的時候，此時電動車對應的位移傳感器會把相應的信息向電動液壓制動控制單元（ECU）進行傳遞，在此過程當中我們應該注意到ECU其本身是針對于蓄電池SOC所構建而成的。對于行使過程中的制動模式以及制動力，這兩者的動力主要的來源是車輛的車輪轉速以及相應的電機轉速。

2 ?電動液壓協調制動控制策略

2.1 協調控制下的制動控制過程

在車輛行駛的過程中，車輛的電機制和液壓制動轉矩兩者的相互協調控制，可以很好的保證電動一液壓復合制動系統在車輛運行過程中處于相對的穩定性狀態。我們根據車輛運行過程中電機、液壓系統本身的動態響應特性以及相應的反應條件，作者根據液壓制動轉矩所需要達到的預期及標值對相應的控制方案進行確定和具體的方案實施，這樣可以很好的保證液壓制動系統開始相應的工作之后，通過使用上面的既定方案進行施工，可以很好的確保整個的控制流程都能夠處于一個相對的安全的狀態之下;除此之外也可以很好的讓制動轉矩協調控制方案可通過使用上面的既定方案進行施工，從而得到相應的變化動態響應。

針對車輛運行中的電動液壓制動系統而言，其一共可以分成主要的3種模式，這3種模式分別是：

①液壓制動模式（HBM）;

②電機制動模式（MBM）;

③協調控制下的制動模式（CBM）。

針對于所謂的制動模式而言，其具有的轉換方案如下所示：當車輛的蓄電池SOC≥0.8時，為了可以有效地避免車輛的蓄電池出現相應的過量充電情況，因此在這種情況之下我們并不會對制動能進行相應的回收操作，此時我們主要采用的是液壓制動模式來進行車輛的運行;當車輛的蓄電池SOC<0.8時，與此同時相應的車輛制動強度大（z>0.7）時，同時滿足以上兩個條件，對于車輛運行過程當中的制動安全性進行很好的保證，此時我們主要采用的是液壓制動模式來進行車輛的運行;而當車輛的制動強度z≤0.2時，因此在這種情況之下我們為回收更多制動能，此時我們主要采用的是電機制動模式來進行車輛的運行;當車輛的制動強度z滿足0.2

2.2 電機制動模式

電機制動時蓄電池SOC<0.8且z為0

FL=Gfz ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?（1）

Fbf-reg=min（FL，Fm） ? ? ? ? ? ? ? ? （2）

Fbf-hyp=Fbf-Fbf-reg ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?（3）

Fbf-hyp=0 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? （4）

式中：驅動輪制動力是公式中的N 表示;車輛重力是公式中的G 表示;制動強度和摩擦因數是公式中的z和f表示;驅動輪所需的電機制動力是公式中的Fbf-reg表示;電機再生制動力是公式中的Fm表示;驅動輪（前輪）液壓制動力是公式中的Fbf表示;后輪液壓制動力是公式中的Fbf-hyp表示。

2.3 協調控制下的制動模式

當電動汽車的蓄電池SOC<0.8與此同時其制動強度z還應該處于0.2

2.4 液壓制動模式

當電動汽車的蓄電池SOC≥0.8時，此時為了可以有效地避免蓄電池出現過度充電的情況存在，只是通過液壓制動模式并不能對于制動能進行很好的回收;而當z>0.7的時候，此時的車輛會處于緊急制動情況，在此時我們主要追求的安全性，這才是制動控制所需要的重要的目標，此時我們應該使用液壓制動模式，對制動能量回收進行放棄。

3 ?分析

3.1 電機制動模式

我們在實驗過程中，將電動車的初始速度設置為20km/h，然后讓電動汽車處于低強度制動時（z=0.2）進行相應的剎車制動操作，然后對于電動汽車當前的高附著以及低附著系數兩種路面情況實施具體的仿真實驗操作。在具體的實驗操作中我們發現當電動汽車處于低制動強度時，電動汽車的電動液壓制動系統其實在此時是處在一個電機制動的模式當中的，在這種情況之下，電動汽車的制動力是由其電機制動系統進行具體的供應的，在這種狀態之下電動車的液壓制動力是保持零不變的。其實對于電動汽車而言，其處于高附著或者是低附著系數的情況之下，對于這兩中不同的路面情況下，電動車在行使的過程當中，電動汽車的車輪在旋轉中的轉速是跟隨著車速的逐漸變化而產生相應的變化，而電動汽車的轉速在變化過程中其實沒有表現出非常明顯的波動情況，所以通過實驗我們可以很好的確定電機制動模式下，電動汽車具備的制動性能是非常優異的。

3.2 協調控制下的制動模式

我們在實驗過程中，將電動汽車的初始速度設置為 60km/h，然后讓電動汽車處于中等制動強度（z=0.6）的時候進行相應的剎車制動操作，然后對于電動汽車當前的高附著（φ=0.85）以及低附著（φ=0.3）系數兩種路面情況實施具體的仿真實驗操作。通過圖我們可以很清楚的對結果進行分析，當電動汽車的后輪液壓制動力始終維持不變的時候，此時電動車的前輪電機制動力（再生制動力）相應的比例系數會出現相應的變化，與此同時液壓制動力也會出現持續性的變化。

其中，當電動汽車的電機制動力在不斷的變大的時候，其到達一定的比例之后就會維持當前的數值不再發生變化;此時的液壓制動力就會逐漸的減小逐漸的變成0。整個的制動過程在啟動1.5s之后，此時的電動汽車的電機制動力其整體的動力比例可以達到94%，此時的電動汽車的后輪液壓制整體的動力比例僅為6%，而此時電動汽車的前輪液壓制動力會變成0。根據研究前輪轉速曲線我很可以很好的了解到，在對于制動過程進行研究和分析的過程中，電動汽車的車輪并不存在所謂的打滑現象，這也就可以很好地說明這種制動模式下，電動汽車的整體制動過程是非常的平穩可靠的。

對于車輛制動強度比道路附著系數大的情況，針對這種情況實施相應的工況模型仿真。整個結果表示在電動車整個制動過程，電動車的車輪轉速存在相應的波動和一定的起伏，但是這種現象伴隨著制動時間的逐漸延長，相應的波動幅度也會出現相應的逐漸衰減，并且會逐漸的衰減到相應的范圍內;和相應的液壓制動系統進行比較的話，盡管對于電機制動系統而言，其采用的是一階慣性控制方案的方法來進行實施的，但是其整體的響應會比之前的要反應更加迅速，除此之外還會獲得更大的瞬時制動轉矩。

3.3 液壓制動模式

電動車的液壓制動模式要進行工作，必須要電動車的蓄電池SOC≥0.8，同時相應的制動強度z>0.7，同時滿足這兩個情況之后才會進行工作，這種工作模式就好像協調控制的制動類似，但是我們應該注意的是在液壓制動模式下，對于車輪轉速同樣還是會存在波動出現的情況。與此同時處于協調控制的制動控制系統，其中的液壓值整體水平要比前輪制動的液壓水平要大，所以說這種模式的液壓制動系統對于整個系統而言，整體的要求也會相對的較高，要求較為苛刻。

4 ?結論

本篇文章針對電動液壓制動系統進行了詳細的分析，同時構建了相應的理論模型，實施了仿真模擬。結果顯示，低制動強度電機制動力就能夠滿足相應的要求，液壓制動不產生動力，由電機進行提供;協調控制下實現電機與液壓制動協調，保證車輛制動穩定性;當制動強度比道路附著系數大時，車輪轉速會有波動，車內人員會產生不舒適感，需優化電機扭矩控制，降低不舒適度。

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