基于Cruis e的整车制动能量回收策略的研究

胡洋，吴成加

（安徽安凯汽车股份有限公司，合肥　230051）



基于Cruis e的整车制动能量回收策略的研究

胡洋，吴成加

（安徽安凯汽车股份有限公司，合肥230051）

摘要：针对纯电动客车制动时的能量回收，以电池的剩余容量、车速、制动距离和制动减速度等为条件，基于Cruise / Simulink联合仿真平台，对不同的策略进行仿真计算，分析其对总续驶里程的影响。

关键词：电动客车；制动能量回收；控制策略；Cruise

随着新能源客车的发展，越来越多的城市客车使用纯电动客车，节省能源的同时也对环境的改善起到了一定的作用。客车行驶在城市里，由于制动频繁，将有大量的制动能量，如果不加以利用，最终制动能量以热能的形式消耗。对于电动车，这些被浪费的动量可以通过制动能量回收系统转变成电能后储存于电池中，作为驱动能量使用。因此，制动能量回收的研究，不仅对延长制动器使用寿命，更是对提高车辆能量利用效率具有重要意义[1]。本文利用Crusie建立电动车的仿真模型，基于Matlab / Simulink的控制策略对整车动力进行有效管理。Cruise软件提供了模块接口调用Simulink的控制策略，两者联合能对车辆性能进行仿真计算。

1　基于Cruise软件的整车建模

Cruise的建模非常方便，直接采用拖拽的方式，将所需的模块从组件库中拖入模型界面，建立机械、电气和数据总线的连接，完成车辆结构模型搭建[2]。

Cruise与Matlab的接口可让用户将自己设计的逻辑程序集成到Cruise中，利用Simulink进行建模，建好的模型策略可以通过两种方法集成到Cruise中。本文采用API的方法，在Cruise中使用数据总线传输实现联合。图1所示的整车仿真模型由车辆模型和策略模型组成。

图1　整车仿真模型

车辆模型在Cruise中搭建，包含动力电池模型、驱动电机模型、驾驶员模型、Matlab API模型等[3]；策略模型在Matlab / Simulink中搭建，包含车辆起步、滑行、制动的控制。Cruise将车辆的车速、电池SOC、电机转速、电机扭矩、制动力、踏板信息等信号传递给Simulink中的控制策略模型，Simulink将处理后的电机制动力等信号传回给Cruise，从而实现Cruise和Simulink之间的数据通信，完成仿真计算。

本文以某款纯电动客车为基础车型，根据整车动力性指标完成部件选型[4]，其匹配后的基本参数如表1所示。

表1　基本参数

2　制动能量回收策略及仿真分析

2.1能量回收策略

电动汽车的制动能量回收系统，主要包括储能系统、驱动系统、辅助系统等。制动能量回收由车轮速度变化经差速器到减速器，再由电机把机械能转化成电能给动力电池充电[5]。

车辆制动时，电动汽车的制动力可由电机制动和机械制动两者组成。在尽可能多地回收制动能量时，需考虑制动距离及整车安全性。如何在电机制动和机械制动之间进行合理分配，是制动能量回收首要考虑问题[5]。同时，电机的能量回收还受到电池SOC值、当前车速、制动减速度等条件的约束。根据不同的SOC值，为了对电池起到保护作用，电池可充电电流是随之变化的[6]。随着SOC值增高，回收能量转化的电能对电池进行充电的电流相应减少直到零。因此，制动回收能量为降低过程。车速高时，可回收的制动能量较多，但需区分是否为紧急制动。紧急情况下，为确保制动安全距离，不进行制动能量回收。车速过低时，电机的发电能力低，也不进行制动能量回收。因此，制动能量回收的主要制约因素在于制动安全距离和制动初速度，同时要考虑当前电池最大充电功率和电机的发电能力[7]。使用Simulink搭建的整车制动能量回收控制策略如图2所示。

图2　搭建的制动能量回收控制策略

本文制动能量回收控制策略，当车速小于设定的最低车速值，仅用机械制动；当电池SOC大于上限值，仅用机械制动；当制动力大于设定值时，仅用机械制动。除上述情况外，采用电机和机械制动相结合方式，根据制动踏板的开度判断当前所需制动力，再与电池的可充电电流计算出电机的制动力相比较，取较小值作为电机制动依据，剩余部分由机械制动提供[8]。

2.2策略效果仿真分析

控制策略模型搭建后，通过滑行实验得整车阻力，取代风阻和滚阻等计算，有利于提高模型的准确性。本次进行的实车滑行实验曲线如图3所示，将曲线放入Cruise中建立整车的阻力模型[9]。

图3　滑行曲线

本次仿真工况为实际采集到的市区城市客车行车路线的工况、城郊行车路线的工况[10]，如图4、图5所示。

图4　市区工况

图5　城郊工况

根据上述工况，分有无制动能量回收控制策略两种情况。进行续驶里程的仿真[10]结果见表2。情况一，全程不进行制动能量回收；情况二，当SOC值小于90%、车速大于10 km/h时，进行制动能量回收。与不进行制动回收系统相比，制动回收的纯电动续驶里程都有所增加，但不同工况下增加的有所不同。

表2　续驶里程仿真结果

从表2中可看出，两种工况下制动能量回收对续驶里程的增加率均超过了30%。其中，市区工况增加较多。这是因为与城郊工况相比，市区工况的制动情况比较多。

参考文献：

[1]陈全世.先进电动车技术[M].北京：化工工业出版社，2007.3.

[2]王保华.罗永革.基于CRUISE的汽车建模与仿真[J].湖北汽车工业学院学报，2005，19（2）：5-8.

[3]谢星，周苏，王廷宏，等.基于Cruise/Simulink的车用燃料电池/蓄电池混合动力能量管理策略仿真[J].汽车工程，2010，23（5）：373-378.

[4]王贵明，王金懿.电动汽车及其性能优化[M].北京：机械工业出版社，2010.5.

[5]盖福祥，杜家益，张彤.混合动力汽车再生制动的归类及其应用[J].汽车工程，2011，33（3）：222-225.

[6]余志生.汽车理论[M].4版.北京：机械工业出版社，2009：75-88.

[7]司利增.汽车计算机控制[M].北京：电子工业出版社，2007：71-74.

[8] Eiji Nakamura，Masayuki Soga，Akira Sakai. Development of Electronically Controlled BrakeSystem for Hybrid Vehicle.SAE Paper，2002.

[9]张富兴.城市车辆行驶工况的研究[D].武汉：武汉理工大学，2005.

[10]李孟良，张建伟，张复兴，等.中国城市乘用车实际行驶工况的研究[J].汽车工程，2006（6）：554-557.

修改稿日期：2015-07-15

3　结束语

本文基于整车制动能量回收策略的仿真，综合考虑电池SOC、车速和制动力对制动回收的影响，并用Cruise / Simulink联合仿真平台进行了对比分析。结果显示，市区工况下使用制动能量回收策略的续驶里程可增加38.6%，城郊工况下增加为31.6%，制动能量回收对续驶里程的增加率均在30%以上。

Research on Bus Braking Energy Recovery Strategy Based on Cruise

Hu Yang,Wu Chengjia
(Anhui Ankai Automobile Co., Ltd, Hefei 230051, China)

Abstract：According to the braking energy recovery of a pure electric bus, the authors take the remaining capacity of the battery, bus speed, braking distance and braking deceleration as conditions to simulate different strategies based on the Cruise / Simulink co-simulation platform, and analyze their influence on the overall drivingrange.

Key words:electric bus；brake energyrecovery; control strategy; Cruise

作者简介：胡洋（1985-），女，工程师；研究方向：新能源汽车整车性能仿真。

基金项目：国家科技支撑计划项目：纯电动中型公务客车研发与示范项目（2014BAG6B02）

中图分类号：U463.5

文献标志码：A

文章编号：1006-3331（2016）01-0004-03