双电机独立驱动电动赛车再生制动控制研究

任建平，李刚，石晶，高青云

（辽宁工业大学 汽车与交通工程学院，辽宁 锦州 121001）

引言

汽车制动能量回收技术是当今电动汽车研究的重要话题之一，制动能量回收技术可以提高汽车的能源效率，增加汽车行驶里程，同时对促进汽车行业发展有重要意义[1]。目前，再生制动控制策略的研究主要针对理想制动力分配控制策略、制动力按固定比值分配控制策略、最优制动能量回收控制策略和并联制动能量回收控制策略等4 种。如文献[2]采用理想前后制动力分配策略设计了一种以制动强度z 和电池剩余电量为输入、电机制动比例为输出的模糊控制器，但其在低制动强度的情况下能量回收较少；文献[3]提出对前后车轮制动力固定分配分配，基于模糊控制得到电液复合制动下再生制动的比例，但其只能在保证制动稳定性的前提下进行能量回收。文献[4]在保证驱动轮制动力最大化并满足ECE 法规的条件下完成了前后轮制动力分配，然后将电池剩余电量、制动强度和预估的机械制动效能因数引入模糊控制器，得到再生制动分配比例，但这种控制策略只能用于低附着系数路面。

基于上述文献的不足及传统的电动汽车与电动赛车一些结构设计及需求的不同，本文提出了一种改进了的电液复合制动的再生制动分配策略——双电机独立驱动电动赛车电液复合再生制动策略。在保证赛车制动稳定及控制方法的情况下，根据理想的前后制动力分配曲线、ECE 制动法规等条件下，计算理想制动力分配系数，从而获得液压制动与再生制动相作用的不同区间，采用逻辑门控制前后轮制动力尽可能接近理想的前后轮制动力分配曲线，保证制动稳定性，提高制动能量回收效率。

1 赛车再生制动系统工作原理

双电机独立驱动赛车后轮驱动，所以再生制动能量只在后轮被回收，后轮的制动力矩与电机产生的再生制动力矩的大小和后轮产生的摩擦力矩有关。当制动踏板行程增加后，液压制动系统会按照合理的比例分配液压力，整车制动器与电机控制协同工作，确定赛车在制动时所需要的制动力矩。双电机独立再生制动系统会按照当前电机状态、电池荷电状态与车辆当前行驶状态计算出电机实际所需要的再生制动力的大小，将计算的再生制动力发送到电机控制器从而驱动电机实现制动，同时再生制动模块回收的制动能量回馈于蓄电池组。再生制动控制逻辑图如图1：

图1 再生制动工作原理

2 并联策略及其分析

2.1 并联策略

并联策略是保持赛车原有机械制动系统的基础上，再生制动力矩是作用于驱动轮上的附加力矩。去的动轮上的再生制动力与传统的摩擦制动力以固定的比例分配，该固定比例是车速或者赛车减速度得到函数。

2.2 再生制动力分配

考虑到赛车结构，我们设计了适合双电机独立驱动赛车的再生制动力分配策略，该策略在满足制动稳定性的情况下，回收部分制动能量，提高赛车节能性。如图为赛车前后轮制动力分配曲线图。

当制动强度0＜z≤0.7 时，采取电液复合再生制动方式进行制动，液压制动按计算好的前后轮制动力分配系数进行分配，再生制动力对后轮制动力进行补偿制动，使复合后的前后轮制动力按照理想的前后轮制动力进行分配.当制动强度z＞0.7 时，是一种紧急工况，为了保证赛车在制动时的稳定性，采用液压制动一种方式。

赛车采用逻辑门限值控制方法对电液复合再生制动策略进行控制，主要控制的有赛车的速度信息、电池的电量SOC值及制动强度，实际控制的有赛车质心速度、踏板的开度及电池电量来判断赛车在制动时选择哪种方制动方式。赛车实际制动逻辑图如图5。为了保护电池的使用时间及使用率，当电池的SOC 值高于80%时，再生制动不参与工作，而且当车速较低时（低于5km/h）时，由于回收能量较少，此时只使用摩擦制动。在比赛过程中制动强度z 一般小于0.7，此时采用再生制动对制动能量进行回收。当制动强度z 大于0.7是，判定为一种紧急工况，采用液压制动进行紧急制动。

3 1UDDS 循环工况

美国UDDS 城市循环工况是具有较高平均车速的循环工况.根据前边选择的电液复合再生制动策略及模型的搭建，选择UDDC 循环工况下对所建立的再生制动策略进行仿真研究，仿真设置路面附着系数为0.85，SOC 初始值为0.8，仿真曲线如下：

图2 能量变化曲

图3 电池SOC 值变化

由图2 可以看出在整个循环制动工况中，赛车作用在驱动上的总能量为2771KJ，制动总消耗能量为2248KJ，再生制动回收能量为435KJ，制动耗能减少19.3%。由图3 可以看出电池SOC 值在某一时刻有能量回收高于无能量回收，赛车制动主要以液压制动为主，再生制动为辅，保持车辆稳定性，提高赛车节能性。

4 结论

通过对双电机独立驱动赛车制动系统组成及工作原理的分析，了解影响赛车制动能量回收的主要因素以及其工作工况。对于电动赛车来说，由于自身双电机、储能装置及路面等因素，提出一种双电机独立驱动的电液复合再生制动策略的再生制动策略。通过对系统模型的搭建，选择了逻辑门限制控制再生制动策略，在UDDS 经典的循环工况下进行仿真分析，最后得出本文所提出的电液复合再生制动策略能有效的提高赛车制动能效的回收，提高电池箱的寿命以及提高赛车的节能性。