電動(dòng)汽車電液復(fù)合制動(dòng)自動(dòng)化控制方法

【摘" 要】由于電動(dòng)汽車電液制動(dòng)系統(tǒng)在電機(jī)制動(dòng)力和液壓制動(dòng)力方面分配不均，導(dǎo)致制動(dòng)距離過(guò)長(zhǎng)，難以滿足高性能的駕駛需求。為了解決上述問(wèn)題，提出一種電動(dòng)汽車電液復(fù)合制動(dòng)自動(dòng)化控制方法。文章通過(guò)分析電動(dòng)汽車電液復(fù)合制動(dòng)工作原理和性能特性，建立綜合考慮車輛動(dòng)力學(xué)模型和液壓制動(dòng)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性的電動(dòng)汽車電液復(fù)合制動(dòng)模型，設(shè)計(jì)制動(dòng)能量回收機(jī)制，在制動(dòng)過(guò)程中，將動(dòng)能轉(zhuǎn)化為電能儲(chǔ)存回電池，通過(guò)實(shí)時(shí)感知駕駛員制動(dòng)意圖和車輛狀態(tài)，精準(zhǔn)優(yōu)化電機(jī)制動(dòng)力和液壓制動(dòng)力的分配，實(shí)現(xiàn)高效的能量回收和自動(dòng)化制動(dòng)控制。試驗(yàn)結(jié)果表明，本方法能夠有效控制制動(dòng)距離，提高車輛的安全性能，并為駕駛者帶來(lái)更為舒適的駕駛體驗(yàn)。

【關(guān)鍵詞】電動(dòng)汽車；電液復(fù)合制動(dòng)系統(tǒng)；自動(dòng)化控制；能量回收；制動(dòng)強(qiáng)度

中圖分類號(hào)：U469.72" " 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A" " 文章編號(hào)：1003-8639（2025）02-0035-04

Automatic Control Method of Electro-hydraulic Composite Braking for Electric Vehicles*

ZHANG Yong

（Jiangsu Guannan Secondary Professional School，Lianyungang 222500，China）

【Abstract】Due to the uneven distribution of electric mechanism power and hydraulic braking force，the braking distance of electric vehicle electro-hydraulic braking system is too long，which is difficult to meet the requirements of high-performance driving. In order to solve the above problems，an automatic control method of electro-hydraulic composite braking for electric vehicles is proposed. By analyzing the working principle and performance characteristics of electro-hydraulic composite braking of electric vehicles，this paper establishes an electro-hydraulic composite braking model of electric vehicles that comprehensively considers the dynamic characteristics of vehicle dynamics model and hydraulic braking system，designs the braking energy recovery mechanism，converts kinetic energy into electric energy and stores it back to the battery during braking，and senses the driver's braking intention and vehicle state in real time. Precisely optimizes the distribution of electrical and hydraulic braking forces for efficient energy recovery and automated braking control. The experimental results show that the proposed method can effectively control the braking distance，improve the safety performance of the vehicle，and bring more comfortable driving experience to the driver.

【Key words】electric vehicle；electro-hydraulic composite braking system；automatic control；energy recovery；braking strength

0" 引言

電動(dòng)汽車作為未來(lái)可持續(xù)交通的重要組成部分，其研究與開發(fā)工作吸引了各界廣泛的關(guān)注目光。在電動(dòng)汽車所涵蓋的諸多核心技術(shù)里，制動(dòng)系統(tǒng)堪稱保障行車安全、提升能源利用效率的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，對(duì)其性能的優(yōu)化顯得尤為重要。

近年來(lái)，電液復(fù)合制動(dòng)系統(tǒng)作為電動(dòng)汽車制動(dòng)領(lǐng)域的一種新型解決方案，憑借其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)（如提高制動(dòng)效率、回收制動(dòng)能量等），逐漸成為研究的熱點(diǎn)。電液復(fù)合制動(dòng)系統(tǒng)結(jié)合了電動(dòng)汽車的再生制動(dòng)技術(shù)和傳統(tǒng)的液壓制動(dòng)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了制動(dòng)力的優(yōu)化分配和制動(dòng)能量的高效回收。其中，再生制動(dòng)系統(tǒng)通過(guò)電機(jī)反轉(zhuǎn)產(chǎn)生制動(dòng)力矩，回收能量，液壓制動(dòng)系統(tǒng)則依靠摩擦力產(chǎn)生制動(dòng)力，確保了制動(dòng)過(guò)程的可靠性和穩(wěn)定性。

然而，由于電動(dòng)汽車的驅(qū)動(dòng)電機(jī)、電池等部件與制動(dòng)系統(tǒng)之間存在復(fù)雜的耦合關(guān)系，如何實(shí)現(xiàn)對(duì)電液復(fù)合制動(dòng)系統(tǒng)的自動(dòng)化控制，以確保制動(dòng)過(guò)程的安全、平穩(wěn)和高效，成為了一個(gè)亟待解決的問(wèn)題[1]。因此，本文旨在研究電動(dòng)汽車電液復(fù)合制動(dòng)自動(dòng)化控制方法。通過(guò)深入分析電動(dòng)汽車制動(dòng)系統(tǒng)的特點(diǎn)和要求，設(shè)計(jì)合理的控制策略和算法，實(shí)現(xiàn)制動(dòng)能量的高效回收和制動(dòng)過(guò)程的優(yōu)化控制，為電動(dòng)汽車制動(dòng)系統(tǒng)的性能優(yōu)化和能效提升提供新的思路和方法。

1" 建立電動(dòng)汽車電液復(fù)合制動(dòng)模型

為了能夠深入理解電動(dòng)汽車電液復(fù)合制動(dòng)系統(tǒng)的工作原理和性能特性，進(jìn)而為該控制策略設(shè)計(jì)提供堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，本文首先致力于建立精確的電動(dòng)汽車電液復(fù)合制動(dòng)模型。

1.1" 車輛動(dòng)力學(xué)模型

在構(gòu)建模型的過(guò)程中，本文針對(duì)電動(dòng)汽車的動(dòng)力系統(tǒng)展開深入剖析。該系統(tǒng)由電機(jī)、變速器和一級(jí)減速器組成，旨在優(yōu)化動(dòng)力性能。在構(gòu)建模型之際，本文基于一系列假設(shè)——忽略懸架系統(tǒng)影響、車輛行駛在平直光滑路面、忽略風(fēng)速和空氣阻力等，構(gòu)建前后輪車輛動(dòng)力學(xué)模型。

車輛縱向動(dòng)力學(xué)模型著重描述了車輛縱向速度的變化情況與車輛所受力之間存在的內(nèi)在關(guān)系，其表達(dá)式如下：

式中：[a]——通過(guò)傳感器測(cè)量得到的制動(dòng)減速度。

為契合不同制動(dòng)強(qiáng)度需求，本文設(shè)計(jì)了多種工作模式。在緊急制動(dòng)情形下，為保證制動(dòng)的及時(shí)性與安全性，系統(tǒng)會(huì)暫時(shí)關(guān)停電機(jī)的再生制動(dòng)功能，完全依靠液壓制動(dòng)系統(tǒng)。同時(shí)設(shè)置一個(gè)制動(dòng)強(qiáng)度閾值，一旦制動(dòng)強(qiáng)度超過(guò)該閾值[zt]，車輛即刻切換至純機(jī)械液壓制動(dòng)模式。

在非緊急制動(dòng)情況下，自動(dòng)化協(xié)調(diào)控制策略更加精細(xì)。根據(jù)電池的荷電狀態(tài)，針對(duì)性地制定相應(yīng)保護(hù)舉措。當(dāng)SOC很高時(shí)，為了防止因過(guò)充而降低電動(dòng)機(jī)的使用壽命，主要依賴液壓制動(dòng)系統(tǒng)；在SOC值適中時(shí)，根據(jù)制動(dòng)強(qiáng)度的不同，系統(tǒng)合理分配電機(jī)制動(dòng)力和液壓制動(dòng)力[5]。低制動(dòng)強(qiáng)度時(shí)，主要依賴電機(jī)的再生制動(dòng)來(lái)回收能量；隨著制動(dòng)強(qiáng)度的增加，液壓制動(dòng)系統(tǒng)逐步介入，確保制動(dòng)穩(wěn)定性和安全性。

整個(gè)電液復(fù)合制動(dòng)系統(tǒng)的自動(dòng)化控制策略，可清晰劃分為信息采集層、智能決策層和執(zhí)行層3個(gè)層次。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

信息采集層負(fù)責(zé)實(shí)時(shí)收集關(guān)鍵數(shù)據(jù)，智能決策層則依據(jù)上述信息，采用精細(xì)化控制措施，自動(dòng)調(diào)節(jié)制動(dòng)性能，確保制動(dòng)感覺(jué)的一致性。在制動(dòng)模式切換過(guò)程中，系統(tǒng)考慮電制動(dòng)和液壓制動(dòng)響應(yīng)特性的差異，通過(guò)特定的切換算法實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)過(guò)渡。

自動(dòng)化協(xié)調(diào)控制策略中，尤為重要的是包含了補(bǔ)償控制算法，其目的在于降低液壓制動(dòng)系統(tǒng)的遲滯與延遲現(xiàn)象給制動(dòng)感覺(jué)造成的不良影響。該算法通過(guò)調(diào)整初期制動(dòng)階段保留的電動(dòng)機(jī)制動(dòng)力，依據(jù)液壓制動(dòng)力輸出特征的實(shí)際反饋值與預(yù)估值之間的差值，實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)機(jī)制動(dòng)力的精確補(bǔ)償[6]。具體補(bǔ)償算法詳見圖2。

執(zhí)行層根據(jù)智能決策層輸出的指令，精確控制電機(jī)和液壓制動(dòng)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)最佳的制動(dòng)效果。由此，完成了本文電動(dòng)汽車電液復(fù)合制動(dòng)自動(dòng)化控制方法的設(shè)計(jì)。

4" 試驗(yàn)分析

4.1 試驗(yàn)準(zhǔn)備

為了驗(yàn)證本文方法的可行性，開展了試驗(yàn)驗(yàn)證工作。試驗(yàn)準(zhǔn)備階段，精心籌備了一套完備的試驗(yàn)設(shè)備，涵蓋電液復(fù)合制動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)架、液壓回路、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、控制軟件、安全防護(hù)用品以及檢查工具，具體準(zhǔn)備詳情見表1。

由于本試驗(yàn)涉及電機(jī)制動(dòng)與液壓制動(dòng)系統(tǒng)的協(xié)同運(yùn)作，試驗(yàn)期間，務(wù)必保障這兩個(gè)系統(tǒng)間通信順暢、協(xié)調(diào)精準(zhǔn)。

此次試驗(yàn)所用的電液復(fù)合制動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)架，具備高精度與高靈敏度的特性，操作時(shí)需格外謹(jǐn)慎，防止對(duì)設(shè)備造成不必要的損傷。特別是在安裝、拆卸或調(diào)整傳感器與制動(dòng)器時(shí)，必須嚴(yán)格依照操作規(guī)程，選用合適工具與方法，以確保設(shè)備安全可靠 。

4.2" 試驗(yàn)結(jié)果及分析

為了驗(yàn)證本文方法的有效性，特設(shè)定最大制動(dòng)距離不可超過(guò)35m這一標(biāo)準(zhǔn)。依據(jù)設(shè)計(jì)方法以及試驗(yàn)準(zhǔn)備環(huán)節(jié)的相關(guān)要求開展試驗(yàn)，對(duì)不同制動(dòng)強(qiáng)度下的制動(dòng)距離數(shù)據(jù)予以記錄，最終形成了如表2所示的試驗(yàn)結(jié)果。

從表2試驗(yàn)結(jié)果可以看出，隨著制動(dòng)強(qiáng)度逐步攀升，制動(dòng)距離也呈現(xiàn)出逐漸變長(zhǎng)的態(tài)勢(shì)。當(dāng)制動(dòng)強(qiáng)度處于較低水平時(shí)，制動(dòng)距離僅為6.5m。這清晰表明，在低制動(dòng)需求的情況下，電液復(fù)合制動(dòng)系統(tǒng)能夠迅速做出響應(yīng)，有效縮短制動(dòng)距離，進(jìn)而確保車輛的穩(wěn)定性與安全性。隨著制動(dòng)強(qiáng)度的逐漸提高，制動(dòng)距離也相應(yīng)增加，然而其增長(zhǎng)趨勢(shì)并非呈線性。在中等制動(dòng)強(qiáng)度區(qū)間，制動(dòng)距離的增長(zhǎng)較為平穩(wěn)，這充分彰顯出電液復(fù)合制動(dòng)系統(tǒng)在不同制動(dòng)強(qiáng)度下具備良好的適應(yīng)性與穩(wěn)定性。

值得注意的是，在較高制動(dòng)強(qiáng)度下，盡管制動(dòng)距離增長(zhǎng)速度加快，但該系統(tǒng)依舊能夠維持穩(wěn)定的制動(dòng)性能。特別是當(dāng)制動(dòng)強(qiáng)度Z=0.8時(shí)，制動(dòng)距離控制在了29.1m以內(nèi)，這一數(shù)據(jù)突出展現(xiàn)了電液復(fù)合制動(dòng)系統(tǒng)在高制動(dòng)強(qiáng)度下的卓越表現(xiàn)。

5" 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，本文通過(guò)精巧設(shè)計(jì)控制策略與算法，達(dá)成了制動(dòng)能量的高效回收以及制動(dòng)過(guò)程的優(yōu)化管控。經(jīng)模擬與試驗(yàn)驗(yàn)證，這些方法的有效性和可行性得以充分證實(shí)。自動(dòng)化控制方法能夠在不同制動(dòng)強(qiáng)度下實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定、高效的制動(dòng)性能，為電動(dòng)汽車的安全行駛提供了有力保障。展望后續(xù)研究，將深入探尋電動(dòng)汽車制動(dòng)過(guò)程中可能潛藏的其他影響因素，并針對(duì)這些因素設(shè)計(jì)更為精密、完備的控制策略。

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（編輯" 凌" 波）

收稿日期：2024-07-04

*基金項(xiàng)目：第五期江蘇省職業(yè)教育教學(xué)改革研究課題（ZYB266）。

作者簡(jiǎn)介：張" 勇（1990—），男，助理講師，研究方向?yàn)槠嚲S修。