电动汽车的再生制动策略

电动汽车的再生制动策略

电动汽车与传统汽车显著的区别之一就是具有再生制动功能，可将制动过程中车辆的部分机械能进行回收，存储在储能装置中并加以利用。电动汽车的再生制动系统有不同的实现方案，对应的控制策略也不同。在分析控制策略之前，首要任务是对实现方案进行分析。

一般来说，再生制动系统的控制目标主要为最低的系统成本、最佳的制动性能、最大的能量回收效率。控制方法可以分为两大类，一是利用效率优化方法提高电机系统的效率，二是从电动汽车的制动力分配人手，合理分配再生制动的比例。效率优化控制策略的投入成本相对较高且应用较少。目前，实用的再生制动控制策略基本上都是基于制动力分配的。典型的再生制动策略有：理想制动力分配策略、最佳能量回收策略和并行能量回收策略。

一般可将能量回收的工况分为两种：一种是滑行工况；另一种是制动工况。前者没有机械制动的参与，仅靠电机对车辆进行制动；后者当驾驶人踩下制动踏板时，电机制动与机械制动共同对汽车进行制动。两种工况对应的控制策略不同，约束条件也不相同。在滑行工况下，基于滚动优化和局部优化的思想开发能量回收策略；在制动工况下，根据再生制动系统的实现方案，采用并行能量回收策略。

（1）再生制动系统方案

根据液压制动力矩是否可控，可将电动汽车的液压制动力矩和电机再生制动力矩的分配方式分为液压制动力矩调节方式和电机力矩调节方式两种。前者通过调节液压制动力矩和电机制动力矩来满足整车制动需求，优先保证电机制动力矩达到最大值；后者液压制动力不做调整，在满足整车需求的范围内调节电机再生制动力矩。

根据以上分析，有如下三种制动能量回收方案：串联复合制动策略、并联复合制动策略及空行程制动策略。串联复合制动策略要求机械制动力矩可控，通过合理分配机械制动力矩和电机再生制动力矩的大小，以能量回收效率及制动的平顺性为控制目标。串联复合制动策略的控制策略较复杂，且需要改变传统车的制动系统结构，但能保证较高的能量回收效率。并联复合制动策略的液压制动过程不可控，电机再生制动可控，只需对电机制动力矩进行控制，控制参数少，易实现，在城市工况下能回收相当可观的制动能量，因而适合在实际电动车开发中采用。空行程制动策略中能量回收仅在空行程内起作用，此时ABS还未开始对液压制动力矩进行调节，空行程结束（制动信号有效）时能量回收开始退出，这种策略一般需要延长空行程的长度，以增加回收的能量，空行程制动策略的控制策略简单，易于实现，避免了电机制动对ABS控制的干扰，但回收的能量有限，且可能会改变驾驶人的驾驶习惯，在驾驶人没有制动意图的时候进行制动。

（2）典型的再生制动策略

有理想制动力分配策略、最佳能量回收策略及并行能量回收策略三种。

理想制动力分配策略的控制目标是使车辆按照理想制动力分配曲线分配前后轴的制动力，在此前提下尽可能多地回收制动能量。其控制思想是通过控制机械制动力和电机制动力，

使汽车前后制动力分配系数按照即，曲线进行分配。理想制动力分配控制策略的优点是能充分利用地面附着条件，保证制动的稳定性，且能量回收率较高；缺点是控制系统较复杂，但通过与ABS防抱死控制技术整合，该策略可以走向实用。

最佳能量回收策略的控制目标为优先使用再生制动进行制动，使汽车获得最高的能量回收效率，同时保证一定的制动稳定性。其控制思想为当驱动轴电机再生制动力能满足制动需求时，仅通过再生制动力进行制动，否则通过机械制动力矩提供额外的制动力，同时为防止后轴先于前轴抱死，前后轴制动力分配曲线应在，曲线下方。最佳制动能量回收控制策略可以最大程度地回收制动能量，但控制系统复杂，需要同时对电机再生制动力和机械制动力进行精确控制，制动稳定性较差，当路面附着条件变化时，可能发生单个车轮先抱死的情况。

根据制动减速度需求将制动过程分为三个部分。

1）当z≤0.1时，OA段，仅通过再生制动可满足制动需求，此时机械制动不起作用，电机制动单独提供制动力。

2）当0.1＜z≤0.7时，ABC段，仅通过再生制动不足以满足制动需求，此时电机制动和机械制动同时起作用，AB段对应电机制动力矩逐渐增大，BC段对应电机制动力矩逐渐减小。

3）当z＞0.7时，CD段，认为此时是紧急制动，为避免电机力矩对ABS造成干扰，此时禁止再生制动。并行再生制动控制策略只需对电机制动力进行控制，控制参数少，控制系统易实现，可靠性较高，再生制动失效后，机械制动仍能提供安全有效的制动，在制动频繁的城市工况下能量回收效率高，因而技术可行，适合现阶段开发电动汽车时采用。

（3）制动能量回收策略

滑行能量回收的过程中，无制动踏板信号。一旦驾驶人踩下制动踏板，满足制动能量回收的条件时，则进行制动能量回收。此时，制动能量回收应满足以下要求：

①满足车辆的制动性能要求，尽量与常规汽车的制动踏板感觉相同；

②在保证制动安全性的基础上，尽可能多地回收制动能量；

③再生制动不应干扰ABS而影响制动安全性。

（4）制动解析

汽车制动力需求由驾驶人踩制动踏板的行程反映，也可由制动主缸的压力反映。在一定范围内，汽车制动力与制动踏板行程成正比，制动力需求与制动踏板行程一一对应。

当汽车质量一定时，制动踏板的形成也可解释为驾驶人对车辆减速度的需求，行程越大，驾驶人对制动减速度的需求越大，制动减速度与制动踏板行程的关系曲线可通过实际标定得到。再生制动的要求是在加入再生制动功能后，制动系统在施加与传统汽车相同制动力的情况下，车辆的减速度尽量与传统汽车一致。电动汽车用电机系统取代传统汽车的发动机系统，

再加上车载动力电池，一般质量比传统汽车大，因此可通过控制再生制动力矩来补偿减速度的差值，使二者的制动感觉相同。

根据制动踏板行程的变化率，将制动请求分为正常制动和紧急制动两类。正常制动时，驾驶人希望通过制动使车辆减速，此时可以进行能量回收；紧急制动时，驾驶人希望车辆迅速停止，此时机械制动力较大，ABS将对制动过程进行控制，为防止再生制动干扰ABS，应禁止再生制动。

（5）制动能量回收策略

这里研究的电动汽车由传统汽车改造而成，机械制动力在制动过程中不可控，且制动踏板没有进行改造，无制动踏板行程传感器，因此，这里采用并行能量回收策略，对电机电压、电流及电池的充电电压和电流等关键参数进行标定。

Treg为期望的再生制动力矩，与滑行能量回收策略相同，建立一维表制动踏板开度与再生制动力矩的一维表，通过差值查表的方式实现。与滑行能量回收策略相同，制动能量回收也应考虑电机转速、电池SOC值、电池母线电压等的影响及电机模式切换的过渡，并通过滤波和增量限制后输出制动力矩。