基于電動汽車機電復合制動力控制探究

張力元

日照市科技中等專業學校 山東省日照市 262300

1 引言

隨著技術時代的到來，汽車行業發展迅速。溝通方式更加便捷，生活質量和生活水平得到顯著提高。汽車在保持便利性的同時，還引起了環境污染，空氣污染和石油資源匱乏等問題。為了改變當前的發展態勢，有必要減輕電動汽車數量增加帶來的能源供應和環境污染問題。政府已采取行動，工業部門已投入資金研究包括純電在內的新能源汽車。該電子控制系統相對簡單，基本上可以在高效率范圍內操作以實現零排放操作。在電動駕駛中，當汽車制動時，它可以存儲一些動能，有效地擴展了純電動汽車的行駛范圍。電動汽車的研究現在已經成為汽車研究領域中的重要和難點，學者們提出了不同的觀點。劉華敏分析了電動汽車機電復合制動控制策略，機電復合制動和純電動汽車電子復合制動控制策略的研究，以提高機電復合制動的效率。純電動汽車的制動控制和汽車制動的安全性滿足了汽車能量回收的要求。梁巖巖研究了電動汽車的機電復合制動系統及相關電動汽車的機電復合制動系統的解決方案。根據規定和機電功率極限，確定機器的電耦合閾值，并針對工作條件，制定不同的再生制動和液壓制動系統：低強度制動，中強度制動和高強度制動。王奎洋介紹了機電復合制動系統調節控制技術的研究形式，并提出了汽車機電復合制動系統調節控制技術的未來研究重點，協調控制策略，例如機電復雜的制動系統，分析了國內外機電復合制動調節控制技術的研究現狀，總結了機電復合制動調節控制技術的核心技術。

2 電動汽車機電復合制動力系統介紹

常見的電動汽車制動系統包括傳統的液壓制動系統、再生制動系統和機電制動系統。(1) 常規液壓制動系統。傳統電動汽車液壓制動系統的結構比較常見。制動系統的布置方式有三種,最常見的是交叉布置。當一條管路發生故障時,另一條管路仍能產生制動力,保持制動力的平衡,防止車輛偏離。在制動過程中,當制動踏板被踩下時,在真空助推器的作用下,推動制動總缸活塞,使輪轂缸活塞通過制動液移動,使制動鉗夾住制動盤,對車輪進行制動。當松開制動踏板時,車輪制動也隨之松開。往復操作實現車輛制動。(2) 電機再生制動系統。再生制動系統是電動汽車獨有的。常用結構由控制器、制動控制機構、制動電機和儲能裝置組成。在制動過程中,制動命令發送的司機車輛控制器,車輛啟動再生制動系統,驅動電動機工作在發電機的形式,和生成的電力儲存在儲能裝置來增加車輛的里程。并在車輪上產生一定的制動力矩來對車輛進行制動。如果儲能裝置處于飽和狀態,再生制動系統暫時不能工作,車輛所需的制動力矩可以由其他制動系統提供。這種制動機構與其他制動系統結合,一般分為串聯制動和并聯制動兩種方式。(3) 機電制動系統。機電制動系統簡稱EMB。在結構組成方面,與傳統的液壓制動系統不同,EMB 具有體積小、重量輕的特點。它采用電氣控制電路作為信號和能量的傳遞方式,電機作為制動的驅動機構。EMB 機電制動系統主要由動力源、驅動電機、減速增矩機構、運動轉換裝置、ECU 等組成。EMB 在每個車輪上都有獨立的制動線路,每條線路都有自己的電源和控制裝置。中央控制器獨立工作,信號雙向通信,形成反饋回路。在制動過程中,踏板壓力傳感器將信號傳遞給ECU。ECU計算出驅動電機的輸出轉矩后,行星輪系減速增加轉矩,動力傳遞給滾珠絲杠,螺母驅動活塞的軸向位移,制動盤被夾緊,車輪上的制動轉矩增大。當達到期望值時,制動鉗位置鎖定;當松開制動踏板時,ECU接收到向電機提供反向電源的指令,使電機反向,并提供反向力矩,通過相同的傳動路線松開制動。該系統重量更輕,傳動速度更快,節省制動液,使用電能作為制動能量,清潔環保。

3 電動汽車機電復合制動力控制的研究現狀

此類研究以電動汽車為研究對象，優化扭矩分配控制。確保車輛滿足制動穩定性的用途，并同時增加制動過程中的恢復能力，對解決方案進行了優化。根據模糊控制的理想變換方法，并通過聯合仿真進行了電動汽車的仿真計算。仿真結果表明，與其他決策方法相比，所提出的決策方法更符合實際的制動要求。而在電動汽車中，電池技術存在較長的充電時間，較短的里程，較短的動力電池故障等。仍對電動車輛構成障礙，并且需要提高電動車輛的能量利用率。電動汽車的最大優勢在于它能夠進行再生制動。當電動車輛制動時，車輛的動能被存儲在能量存儲裝置中。通過提高電動車輛的能量利用率，電能被用于產生制動力，同時增加了電動車輛的行駛范圍。電機的功率有限，僅再生制動功能無法滿足制動需求，無法確保制動性能的質量。電動汽車機電復合制動力控制的研究現狀相對樂觀。它專用于機電復合制動系統，并且在動態系統研究中也取得了一致的結果。制動方法不需要更改原始的液壓制動系統，但是需要更改制動力控制策略。通過制動系統，功率控制邏輯已在緊急和非緊急情況下進行了測試。目前，電動汽車機電復合制動裝置的研究大多處于原型生產的理論研究階段，技術成果很少應用于量產模型。機電混合制動系統的研究從兩個方面進行了揭示。同時，由于電動汽車的制動系統包括液壓制動和再生制動，因此需要考慮如何分配和調整液壓控制。另一方面，電動汽車的制動過程受諸如電動機特性，行駛條件和制動控制策略等因素的影響，因此采用再生制動控制來使行駛里程最大化。

4 電動汽車機電復合制動力控制技術

4.1 再生制動系統的控制技術

（1）相關的儲能裝置。儲能裝置較為復雜，當前使用的儲能裝置設備分為幾部分。在行駛過程中需要啟動制動部分，需要使用較短的制動時間和制動功率來運轉工作。而一般的電動車輛在啟動過程中需要使用電池，動力電池在充電的過程中可以回收能量，承受電流和充電循環的電化學反應的過程，如圖1。

圖1 相關的儲能裝置

（2）整流橋的組件。整流橋將外殼中的多個整流管密封，以形成完整的整流電路。整流電路主要由硅整流二極管和晶閘管組成。晶閘管具有效率高，運行穩定的優勢。主要用于可控整流器，變頻調壓等，只需要三組觸發電路即可執行寬脈沖或雙脈沖觸發。

（3）制動系統的建模。超級電容器和動力電池有許多組合。在并聯模式下，電容器的容量利用率低于串聯模式，并且以并聯模式配置的器件的體積和重量都相對較高，從而使并聯解決方案不理想。工作期間的電壓調節范圍也很小，無需串聯使用轉換器。動力電池和超級電容器的結構具有改善超級電容器的性能的優點。當車輛處于制動狀態時，再生制動控制器從制動踏板接收信號，并根據當前電動機速度，超級電容器的端子電壓和制動電流進行處理和計算，并輸出PWM 控制信號。

（4）再生制動系統的原理。在電動汽車的再生制動過程中，能量回收原理是串聯模式，電動機通過半控整流橋直接為超級電容器充電。將制動踏板信號與實際制動電流進行比較，并轉換為相應的制動電流，并與相應的控制算法結合起來，以計算晶閘管比的占空比。（如圖2）

圖2 再生制動系統的原理

4.2 液壓制動系統

其包括兩個機制：制動操作和執行，該系統的基本要素是高速切換閥。結合了脈寬調制和高速切換閥，液壓控制可適應液壓制動系統的結構，在制動踏板下方安裝了位移傳感器以準確識別制動意圖。在制動車輛時，將設置在制動ECU 中的主油路的電磁閥的打開閾值來控制電磁閥。當電磁閥前面的兩個壓力傳感器感測到的液壓壓力大于設定閾值時，進行液壓制動，根據實際和所需制動力獲取并控制脈沖寬度調制信號。

4.3 電動汽車的機電復合制動系統

（1）電動汽車的制動必須首先從安全角度開始。必須考慮制動能量的回收并準確識別駕駛員的制動意圖，并且車輛制動控制系統是基于電力的。該信號輸入到控制器以計算所需的制動力，并且制動踏板位移被用作識別參數以準確地計算所需的制動力。所有制動系統必須首先確保制動性能。如果電動機構的功率不足以提供制動需求，則控制系統必須及時調整液壓制動以實現所需的制動。它合理地分配了前后橋的制動力，并具有穩定的制動力執行器。

（2）電動混合制動系統的結構圖。根據電動機的狀態信息，復合制動控制單元將占空比信號發送到整流橋，以控制再生制動力的大小。它還將電磁閥控制信號發送到液壓制動系統。主油路具有兩個電磁閥以實現電解耦合。在對再生制動系統進行分析的基礎上，設計了一種將超級電容器與電池串聯的結構，電動機的制動能量通過整流橋充入超級電容器，以及相關的再生制動電路結構。

4.4 低附著系數路面仿真分析

結合低附著系數路面的仿真結果可以看出,估計的路面附著系數在前0.15s 內波動,這是由于緊急制動開始時的滑移率非常小,且不同路面彎道之間幾乎沒有差異。此時,估計精度偏差會出現波動。然后,估計值逐漸增大,當其值達到02.5 左右時,趨于穩定,并跟蹤實際值。當路面附著系數為0.25 時,最優滑移率從0 開始逐漸增大,直至其大小在0.21 左右保持穩定,即當路面附著系數為0.25 時,最優滑移率為0.1。對于最優滑移率的跟蹤,在后輪滑移率和前輪滑移率方面都完成得很好,因此兩輪對應的滑移率相差不大。在制動過程中動力電池荷電狀態變化圖中,荷電狀態初始值設置為0.5 左右,當荷電狀態初始值增加到0.518 時,荷電狀態初始值不會發生變化,制動能量回收效果明顯。從圖中可以看出,前輪再生制動力矩迅速增加,在前0.083s 達到最大值331nm,然后迅速下降并穩定在198nm。再生制動力矩的響應速度明顯快于液壓制動系統。后輪制動力矩在前0.22s 內迅速增加到36nm,經過小幅波動后略有下降,最終達到30nm 并保持穩定。在最大制動能量回收效率分配策略中,再生制動系統將最大程度地參與車輛制動。在該仿真中,前輪總制動力矩可由再生制動系統提供,因此后輪液壓制動力矩始終為零。關于制動距離,由曲線可知,在MPC 控制下,純電動汽車的制動距離約為31m,制動效率較好,整個制動過程持續4.78s。

5 電動汽車機電復合制動力控制的策略

（1）完善機電復合材料設計，分析問題。超級電容器被用作能量回收和存儲設備，分析了再生制動系統和手動連接到超級電容器的動力電池的設計，并通過系統調整了液壓制動液壓制動系統的原理。我們提出了一種組合式機電制動系統。

（2）設置機電制動系統的模型。綜合相關要求，最大程度地提高電動機的制動效果，計算出機器的電解耦合閾值，并提出相關的部署策略。通過對制動條件的分類，提出并模擬了根據制動條件的制動力控制策略，表明所提出的控制策略可以有效地控制再生制動和液壓制動系統，保證制動效率。

（3）建立相關工作臺并提出控制策略。驗證了電動機功率控制實驗，建立了液壓制動系統工作臺，進行了模擬機械電解耦合和液壓調節實驗，并證明了所提出的制動力控制策略是可行的。同時，應該從實際出發確保工作的正常運轉。

6 總結

汽車在保持便利性的同時，還引起了環境污染，空氣污染等問題。為了改變當前的發展態勢，有必要減輕電動汽車數量增加帶來的能源供應和環境污染問題。政府已采取行動，工業部門已投入資金研究包括純電在內的新能源汽車。電動汽車的制動控制問題有待考究，本文簡要總結了電動汽車機電復合制動力控制的研究現狀，分析了電動汽車機電復合制動力控制的原理，提出了電動汽車機電復合制動力控制策略。