试分析纯电动汽车制动能量回收控制策略优化

郑培森

摘 要：现阶段，我国对于低碳经济的重视程度不断增加，在环境污染治理方面的投入不断增加，节约能源环境友好纯电动汽车获得进一步发展。为了进一步提高节能效果，应该充分重视能量回收系统研究工作。对此本文介绍了纯电动汽车制动能量回收管理策略，分了结合Advi SOR软件进行汽车制动系统建模，希望能够为单位与人员提供参考。

关键词：纯电动汽车 制动能量 回收控制

1 引言

电动化技术在能源短缺、控制尾气污染等方面具有良好效果，同时具有维护便捷、行駛噪音低以及结构简单等特点，是新能源汽车未来发展重要技术目标。然而因为存在续航里程小、电池荷电少等不足，对纯电动汽车发展造成一定影响。相关研究显示，汽车制动过程中，能够损耗在发动机中能量中的占比超出50%以上，因为纯电动汽车选择电机对车辆进行驱动，借助电机可逆性原理能够充分收回行车过程中制动能量，确保能量利用率得到有效提升，能够续航20%左右[1]。

2 纯电动汽车制动能量回收管理策略研究

2.1 常见再生制动力的分配策略

（1）前轴制动力与后轴制动力的理想分配策略。理想策略就是让电动汽车前轴与后轴制动力能够根据理想制动力曲线开展分配工作。

在汽车减速过程中，制动强度比0.2g小情况下，无需较多制动能量，只有收能系统运行。在制动强度比0.2g大的情况下，需要提供大量制动能量，收能系统无法提供足够制动力，所以应该结合机械制动体系进行运行，共同构建形成中职动力。此时，前轴和后轴根据理想曲线开展制动力分配工作。

（2）并联制动力的分配策略。基于机械制动体系前提下，并联制动力的分配策略，对汽车驱动轴增设辅助制动力，同时机械制动体系所提供辅助制动力和摩擦制动力比值属于定值。

2.2 制动工况的控制策略

纯电动汽车行驶过程中，会遇到随时路面冲击问题，使得车辆加速度受到影响，禁止判定成减速或是加速。在加速度绝对值超出0.02g，同时持续较长时间情况下，才可以进行减速、加速等方面判断[2]。

在储能飞轮和耦合器之间转速差比5rad/s小的情况下，控制器将分离命令发出。

进行加速处理时，在飞轮转速——耦合转速比10rad/s大时，控制器将接合命令发出，接合离合器，飞轮将能量发出。基于制动条件，耦合器与飞轮的转速差比10rad/s大情况下，控制器将接合指令发出，接合离合器，飞轮储能。

各个附着系数的控制策略，后向仿真模型的输入是初始车速、需求制动力以及请求目标车速等，输出是前轴以及后轴需求的摩擦制动力，结合制动强度的具体判断逻辑，将相应制动力的计算程序触发，进而对各个模型进行控制。

为了对制动收能体系收能效果进行验证，根据相应控制策略，建立收能控制系统Simulink模型，借助离合器控制器对各个策略模型进行切换[3]。

3 结合Advi SOR软件进行汽车制动系统建模

3.1 构建纯电动制动能量回收系统模型

优化Advi SOR模型，优化汽车模型，构建仿真模型。

（1）飞轮模型。飞轮储能主要是借助旋转飞轮实现能量储存以及释放等操作，运行原理为：汽车减速过程中，借助传动机构对减速与制动动能进行飞轮旋转动能转换。在汽车再次加速或是起动过程中，借助传动装置可以对飞轮动能进行汽车行驶驱动力转化，充分控制汽车在减速或是制动过程中能量损耗问题，减少汽车能量消耗，延长纯电动汽车行程。

本文研究的飞轮参数如下：宽度=0.05m;半径=0.2m;质量=30.19kg;通过计算确定模型转动惯量=0.60375kg/m2。本文主要针对飞轮模型转速进行计算，

Jβ=Tin-Tf （1）

ωk=ωk-1+β （2）

ω=β·Δt （3）

其中：

β代表角角速度;

Tin代表飞轮中传动系的力矩;

Tf代表摩擦阻力矩;

J代表飞轮转动的惯量。

将飞轮中离合器输出的转速与转矩向Simulink模型中输入，模型的计算功能可以自动进行计算，获得输出转速、转矩等参数，输出在汽车加速与再次起步环节中也具有良好适用性，可以通过飞轮储存能量，向离合器的控制器中输入转速、转矩等参数[4]。

（2）离合器模型。离合器单元的作用就是为转矩耦合器和飞轮提供动力连接。对于离合器，在运行时涵盖接合、分离与滑摩3种状态。

离合器进行分离动作过程中，不会进行转矩专递。基于滑摩状态，转矩输出值和输入值并没有差异。介于接合状态，离合器输出的转速与转矩并不会发生变化。

接合管控策略<VC>传递的指令以及从动端、主动端的转速对运行状态进行判断，状态编号如下：应分离状态（2）;应接合状态（4）;应滑摩状态（3）。<VC>将接合指令发出之后，在输出端、输入端的转速存在差异条件下呈现滑摩状态，反之完全接合。在将分离指令发出之后，离合器分离。

（3）耦合器模型。扭矩耦合器涵盖输出、输入等接口。耦合器主要是想电机、飞轮分配变速箱需求扭矩。为了充分保证传动系统的运行效率实现节能目标，驱动过程中尽量选择飞轮驱动，在制动过程中选择飞轮吸收能量。为了对能量释放速度进行有效控制，将飞轮需求扭矩设计为（-50，50）Nm，还可以将飞轮的扭矩释放限制取消，然而应该对离合器扭矩传递最大值进行分析。先向飞轮中分配需求扭矩，通过电机补充飞轮无法提供的部分。耦合器在变速器中的输出扭矩和飞轮扭矩之和与效率乘积相等，效率设计值=098。

3.2 结合Advi SOR的制动能量制动控制策略

（1）Advi SOR软件原有控制模型。对于控制策略，是确保汽车制动过程中具有良好的安全性与稳定性，对前轮制动力与后轮制动力数值进行确定，不仅需要对制动力需求进行计算，同时还需要对两者进行合理分配，保证其制动力始终在最大限制值以内。以向前路径控制力为例，控制策略见下图1。

汽车在制动过程中，车轮摩擦制动力与再生制动力构成总制动力。开展制动操作时，在车速变化过程中，不同制动力的比重也会发生变化。在车速不断增大过程中，再生制动力也会随之发生转变。

制动策略需要确保汽车制动过程中具有良好稳定性与安全性，尽可能让收能系统参与到汽车运行中，之后将再生制动力数值提升，因为电动汽车基本上采用前驱方式，因此需要提高前轮再生制动力比重，进而对制动能量进行充分回收。

（2）制动控制策略优化模型。本文针对离合器控制策略的优化设计见上图2。

离合器的控制器结合汽车与飞轮状态将控制指令发送给离合器，其中，分离指令（0），接合指令（1）。基于驱动状态，在耦合器、飞轮转速的差值在10rad/s情况下，将接合指令发出，转速差在5rad/s情况下，并无良好接合意义，将分离指令发出。同理，基于制动条件，在飞轮和耦合器转速差在10rad/s情况下，将接合指令发出，转速差在5rad/s情况下，将分离指令发出。

3.3 制动收能单元向Advi SOR中进行嵌入处理

完成Simulink模型构建之后，对原控制模型进行解锁处理，向Advi SOR模型中汽车系统中嵌入新建模块，之后可以对该模块重新命名。具体操作为：向中复制;向中复制;向中输入，对原文件进行替换;向中复制，对原文件进行替换。

4 结语

综上所述，本文提出几点纯电汽车的制动能量优化控制策略，同时为了对制动收能体系收能效果进行验证，根据相应控制策略，建立收能控制系统Simulink模型。结合Advi SOR软件，建立纯电动汽车的制动能量回收模型，涵盖扭矩耦合器、离合器以及飞轮等机构模型，同时对Advi SOR软件中制动管理策略与本文收能控制模型进行充分介绍，并向Advi SOR软件中嵌入所需模型。

参考文献：

[1]朱波，陈超，徐益胜，顾家鑫.纯电动汽车再生制动与ESC液压制动协调控制[J].合肥工业大学学报（自然科学版），2020，43（11）：1441-1449.

[2]李泽田，李耀华，南友飞. 纯电动城市客车制动能量回收控制策略优化研究[C]. 中国汽车工程学会（China Society of Automotive Engineers）.2020中国汽车工程学会年会论文集（2）.中国汽车工程学会（China Society of Automotive Engineers）：中国汽车工程学会，2020：422-427.

[3]乔维高，杨永强，代真.基于制动意图识别的纯电动汽车制动能量回收策略研究[J].数字制造科学，2019，17（03）：192-195.

[4]易迪华，谢明维，王艳静. 基于功能安全的电制动补偿控制功能研究及验证[C]. 中国汽车工程学会（China Society of Automotive Engineers）.2019中國汽车工程学会年会论文集（2）.中国汽车工程学会（China Society of Automotive Engineers）：中国汽车工程学会，2019：326-332.