試分析純電動汽車制動能量回收控制策略優化

鄭培森

摘 要：現階段，我國對于低碳經濟的重視程度不斷增加，在環境污染治理方面的投入不斷增加，節約能源環境友好純電動汽車獲得進一步發展。為了進一步提高節能效果，應該充分重視能量回收系統研究工作。對此本文介紹了純電動汽車制動能量回收管理策略，分了結合Advi SOR軟件進行汽車制動系統建模，希望能夠為單位與人員提供參考。

關鍵詞：純電動汽車 制動能量 回收控制

1 引言

電動化技術在能源短缺、控制尾氣污染等方面具有良好效果，同時具有維護便捷、行駛噪音低以及結構簡單等特點，是新能源汽車未來發展重要技術目標。然而因為存在續航里程小、電池荷電少等不足，對純電動汽車發展造成一定影響。相關研究顯示，汽車制動過程中，能夠損耗在發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行驅動，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，收能系統無法提供足夠制動力，所以應該結合機械制動體系進行運行，共同構建形成中職動力。此時，前軸和后軸根據理想曲線開展制動力分配工作。

（2）并聯制動力的分配策略。基于機械制動體系前提下，并聯制動力的分配策略，對汽車驅動軸增設輔助制動力，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，同時持續較長時間情況下，才可以進行減速、加速等方面判斷[2]。

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

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

各個附著系數的控制策略，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車速等，輸出是前軸以及后軸需求的摩擦制動力，結合制動強度的具體判斷邏輯，將相應制動力的計算程序觸發，進而對各個模型進行控制。

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

3 結合Advi SOR軟件進行汽車制動系統建模

3.1 構建純電動制動能量回收系統模型

優化Advi SOR模型，優化汽車模型，構建仿真模型。

（1）飛輪模型。飛輪儲能主要是借助旋轉飛輪實現能量儲存以及釋放等操作，運行原理為：汽車減速過程中，借助傳動機構對減速與制動動能進行飛輪旋轉動能轉換。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行汽車行駛驅動力轉化，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如下：寬度=0.05m;半徑=0.2m;質量=30.19kg;通過計算確定模型轉動慣量=0.60375kg/m2。本文主要針對飛輪模型轉速進行計算，

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代表飛輪轉動的慣量。

將飛輪中離合器輸出的轉速與轉矩向Simulink模型中輸入，模型的計算功能可以自動進行計算，獲得輸出轉速、轉矩等參數，輸出在汽車加速與再次起步環節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速、轉矩等參數[4]。

（2）離合器模型。離合器單元的作用就是為轉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。

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

接合管控策略<VC>傳遞的指令以及從動端、主動端的轉速對運行狀態進行判斷，狀態編號如下：應分離狀態（2）;應接合狀態（4）;應滑摩狀態（3）。<VC>將接合指令發出之后，在輸出端、輸入端的轉速存在差異條件下呈現滑摩狀態，反之完全接合。在將分離指令發出之后，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的運行效率實現節能目標，驅動過程中盡量選擇飛輪驅動，在制動過程中選擇飛輪吸收能量。為了對能量釋放速度進行有效控制，將飛輪需求扭矩設計為（-50，50）Nm，還可以將飛輪的扭矩釋放限制取消，然而應該對離合器扭矩傳遞最大值進行分析。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，效率設計值=098。

3.2 結合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定性，對前輪制動力與后輪制動力數值進行確定，不僅需要對制動力需求進行計算，同時還需要對兩者進行合理分配，保證其制動力始終在最大限制值以內。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生變化。在車速不斷增大過程中，再生制動力也會隨之發生轉變。

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

（2）制動控制策略優化模型。本文針對離合器控制策略的優化設計見上圖2。

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

3.3 制動收能單元向Advi SOR中進行嵌入處理

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

4 結語

綜上所述，本文提出幾點純電汽車的制動能量優化控制策略，同時為了對制動收能體系收能效果進行驗證，根據相應控制策略，建立收能控制系統Simulink模型。結合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行充分介紹，并向Advi SOR軟件中嵌入所需模型。

參考文獻：

[1]朱波，陳超，徐益勝，顧家鑫.純電動汽車再生制動與ESC液壓制動協調控制[J].合肥工業大學學報（自然科學版），2020，43（11）：1441-1449.

[2]李澤田，李耀華，南友飛. 純電動城市客車制動能量回收控制策略優化研究[C]. 中國汽車工程學會（China Society of Automotive Engineers）.2020中國汽車工程學會年會論文集（2）.中國汽車工程學會（China Society of Automotive Engineers）：中國汽車工程學會，2020：422-427.

[3]喬維高，楊永強，代真.基于制動意圖識別的純電動汽車制動能量回收策略研究[J].數字制造科學，2019，17（03）：192-195.

[4]易迪華，謝明維，王艷靜. 基于功能安全的電制動補償控制功能研究及驗證[C]. 中國汽車工程學會（China Society of Automotive Engineers）.2019中國汽車工程學會年會論文集（2）.中國汽車工程學會（China Society of Automotive Engineers）：中國汽車工程學會，2019：326-332.