CVT混合动力汽车再生制动控制策略与仿真分析
混合动力电动汽车再生制动控制策略研究
混合动力电动汽车再生制动控制策略的研究摘要: 针对混合动力汽车仿真软件ADVISOR中原有制动力分配策略的不足，在其再生制动模型基础上，从动力学角度建立了各制动力制动份额随载荷变化的模型，并将所提出的策略在ADVISOR软件中对哈飞样车进行了仿真。
仿真结果表明所提出的控制策略回收制动能量的效果优于原有的再生制动控制策略，排放也有所改善，电机效率明显提高，同时这种分配方式也符合制动力法规的分配要求；并通过试验进一步验证了该策略的合理性。
此模型有效地拓展了ADVISOR的仿真范围，方便了对混合动力电动汽车的研究。
关键词: 混合动力；A VISOR；再生制动；载荷变化；仿真Research on the Control Strategy Of RegenerativeBraking for HEVZHOU Mei-lan, ZHANG Yu( College of Electrical & Electronic Engineering, Harbin Univ. Sci. Tech., Harbin 150040, China)Abstract:On account of the deficiency of the original share strategy of braking force in HEV simulation software ADVISOR, based on the regenerative braking control model, a new model in which the braking share of every braking force varies on the change of loading was built from the dynamical standpoint. Simulation is done with the use of ADVISOR in HAFEI automobile. The simulation analysis shows that the effect about energy resaving in new control strategy is better than in old strategy，the emission has been improved. The motor efficiency has been obviously increased. At the same time the kind of sharing manner is also in accordance with the sharing requirement of the rule about braking force；The model effectively expands the simulation range of ADVISOR, give convenience to the HEV research.Key words: hybrid electric; ADVISOR; regenerative braking; change of loading；simulation 1引言汽车作为主要交通工具和国民经济的重要支柱产业，可以说汽车改变了人们的生活方式，提高了人们的生活质量。
基于模糊控制的混合动力电动车再生制动系统的建模与仿真
基于模糊控制的混合动力电动车再生制动系统的建模与仿真刘辉;王伟达;何娇;项昌乐【摘要】Based on fuzzy control theory, the regenerative braking control strategy for a hybrid electric vehicle is established. The braking force distribution rules suitable for energy recovery and the fuzzy controller are designed with brake pedal position, vehicle speed and battery SOC taken as the inputs of fuzzy controller. The models for electric motor, battery and wheel dynamics are built and a simulation of regenerative braking with different initial speeds is performed. The results indicate that the braking force distribution strategy based on fuzzy control doesn't require accurate mathematical model and has good robustness and application value.%基于模糊控制理论,建立了某混合动力车再生制动控制策略.选取制动踏板位置、车速及电池SOC作为模糊控制器输入,设计了适于能量回收的制动力分配规则和模糊控制器.建立了电机、蓄电池和车轮动力学等模型,对不同初速下的再生制动进行了仿真.结果表明,基于模糊控制的制动力分配策略,不需要精确的数学模型,且有较好的鲁棒性和应用价值.【期刊名称】《汽车工程》【年(卷),期】2012(034)001【总页数】6页(P51-56)【关键词】混合动力电动车;再生制动;模糊控制【作者】刘辉;王伟达;何娇;项昌乐【作者单位】北京理工大学,车辆传动国家重点实验室,北京100081;北京理工大学,车辆传动国家重点实验室,北京100081;北京理工大学,车辆传动国家重点实验室,北京100081;北京理工大学,车辆传动国家重点实验室,北京100081【正文语种】中文前言混合动力车辆(HEV)兼有动力性好、排放低、效率高的特点，再生制动作为混合动力车辆的重要工作模式，在保证车辆制动性能的条件下，可实现车辆减速或制动过程中的能量回收，有效降低整车的燃油消耗和机械制动器的磨损，对整车的燃油经济性、排放性和行驶安全性都有直接影响。
混合动力电动公交汽车(HEB)再生制动的控制策略与性能仿真
%）纽约巴士循环
图#
城市公交汽车典型循环工况的制动能量分布规律
图$
再生制动控制策略示意图
万方数据
— -# —
高技术通讯
+&&/*8 功率要求， 进而根据相应的扭矩和转速分别计算发
［+］ 动机、 电机及电池等的状态参数及能量的变化 。
用再生制动， 由电机通过传动系统单独提供制动力， 摩擦制动不工作； 当制动强度增加， 采用复合制动方 式， 制动力矩按固定比由摩擦制动和再生制动承担； 在制动强度较高， 再生制动力出现饱和后， 进一步增 加的制动强度要求将由摩擦制动满足。 驾驶员对制动强度的要求是体现在对制动踏板 操纵上的， 所以这种控制策略在实现上， 可以将制动 踏板行程信号或制动阀气压信号作为输入量来反映 制动强度输入值， 并与图 ! 中的制动减速度值相对 应。 由于 "#$%%&’"( 为后轮驱动方式， 当采用单独 的电机再生制动时， 仅对后轮产生制动力， 这种情况 下的制动力不宜选取过大， 以免汽车的操纵稳定性
点， 因此采用低制动强度时再生制动优先， 高强度时 按比例复合再生制动与摩擦制动的控制策略， 既可 保证低制动强度时制动能量的再生利用， 又可保证 制动效能和制动安全性的要求。这种控制策略还具 有易于实现的特点， 只需改变车辆动力总成系统的 控制功能。 本文针对 "%&’’(!") 混合动力电动城市公交汽 车进行了再生制动对提高经济性效果的分析。仿真 计算结果表明， 在各种循环工况下， 当 "%&’’(!") 采 用回馈制动时， !"# 城市客车具有明显的节能效果。 与无回馈制动相比， 相同工况下， 具有回馈制动功能 时 !"# 城市客车单位里程的能量消耗可降低 ’(* + ,$* 。
混合动力电动汽车再生制动系统的建模与仿真
第27卷第1期武汉理工大学学报・信息与管理工程版V o l.27N o.1 2005年2月JOU RNAL O F WU T(I N FORMA T I O N&MANA GEM EN T EN G I N EER I N G)Feb.2005文章编号:1007-144X(2005)01-0116-05混合动力电动汽车再生制动系统的建模与仿真过学迅,张 靖(武汉理工大学汽车工程学院,湖北武汉 430070)摘 要:制动能量回收是电动汽车的一个重要特性,也是电动汽车能实现经济性的重要方面。
分析了在混合动力电动汽车上实现再生制动的必要性和可行性,对再生制动的控制策略实现进行了分析,在自主开发的混合动力汽车仿真研究平台H EV S I M上,建立了混合动力电动汽车H EV72000的系统仿真模型,并应用线控再生制动策略对并联式的制动回收能力进行了仿真研究。
关键词:再生制动;仿真;混合动力;控制策略中图法分类号:U469.72 文献标识码:A1 前 言20世纪80年代以来,随着世界汽车保有量的增加,人们对空气质量的日益恶化,石油资源的渐趋匮乏等问题引起了高度重视。
世界各国特别是汽车工业比较发达的国家,正在致力于研究和开发低污染和无污染汽车。
纯电动汽车EV(E lectric V eh icle)是取代传统内燃机汽车、满足零排放的最终选择。
但是目前电池的能量密度、充电时间、价格、寿命等问题仍未得到理想的解决,从而限制着纯电动汽车的发展。
近年来燃料电池汽车发展十分迅速,但在成本、氢能源的制备等方面仍存在一些急需解决的问题。
因此,世界许多著名汽车生产厂商已将研究的重点转向了可实施性较强的混合动力电动汽车H EV(H yb rid E lectric V eh icle)。
混合动力电动汽车一方面可以充分利用传统汽车的技术成果和工业基础,另一方面可以有效减少排放、降低油耗,是传统发动机汽车向零排放电动汽车过渡时期各国政府和汽车制造商的最佳选择。
混合动力汽车再生制动系统控制策略的建模仿真分析
AUTO TIME 133
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MANUFACTURING AND PROCESS | 制造与工艺
表1
整车装备质量 /kg 迎风面积/m2 空气阻力系数
17000 7.68 0.7
பைடு நூலகம்
制动系统转换系数 变速系统的传动率 蓄能器的容积/L
MANUFACTURING AND PROCESS | 制造与工艺
时代汽车
混合动力汽车再生制动系统控制策略的建模仿真分析
麦明珠 广州科技职业技术大学 广东省广州市 510550
摘 要：文章主要对混合动力汽车在驱动循环下的实际工作特点进行了分析，并以传统汽车制动理论为基础， 探究了制动安全性和高效制动能量回收情况。提出了较为有效的混合动力汽车再生制动系统控制策略。 同时对混合动力汽车进行了系统建模以及程式驱动仿真实验，结果表示目前符合制动汽车的分配策略 能够更好地符合车辆动力要求，提升能量使用效率。
2 混合动力汽车再生制动系统分析
在混合动力汽车中不但有液压制动系统， 同时也包含再生制动系统，再生制动系统在 实际工作过程中会依靠驱动电机发电来运行， 可以将制动过程中汽车动能势能转化为电能， 在电池中储存。大部分情况下再生制动系统 与液压制动系统都处于运行状态，一同向汽 车提供动能，因而混合动力汽车制动系统属 于复合制动系统，需要对其进行一定的系统 控制。在混合动力汽车中运用制动技术时还 需要控制其保持最佳制动能量回收效率。另 外，为了提升混合动力汽车制动系统的可靠
再生制动控制器通过和电机控制器合并 能够更好地调节再生制动系统内部所需要的 制动力；而液压制动控制器则可以通过调整 电磁比例阀的情况调节前后轮制动液，对前 后轮制动液制动力进行调节。同时，混合动 力汽车内部系统在实际运行中可通过传感器 实时反馈系统内部的不同零件参数，并结合 实际制动需求调整制动系统工作状态；其优
纯电动汽车再生制动控制策略与仿真研究的开题报告
纯电动汽车再生制动控制策略与仿真研究的开题报告一、选题背景纯电动汽车作为新能源汽车领域的一种重要类型，因其环保节能、零排放以及优异的驾驶性能受到越来越多的关注。
其中，再生制动系统是纯电动汽车的关键技术之一。
再生制动系统将汽车制动时产生的动能转化为电能回收存储，不仅可以增加汽车续航里程，还可以降低刹车片的磨损，延长刹车系统的使用寿命。
因此，研究纯电动汽车再生制动控制策略具有重要的应用意义。
二、选题目的本文旨在研究纯电动汽车再生制动控制策略，通过对控制算法的优化与仿真分析，提高纯电动汽车再生制动效率和性能，降低系统成本和技术难度，为纯电动汽车的产业化应用提供技术支撑。
三、主要研究内容1. 对纯电动汽车再生制动系统的组成和工作原理进行介绍和分析。
2. 分析纯电动汽车再生制动系统的控制策略，包括电机控制、制动力分配等控制参数。
3. 基于MATLAB/Simulink软件平台，建立纯电动汽车再生制动控制模型，进行仿真分析，比较不同控制策略下的制动效果和能量回收量。
4. 对优化后的再生制动控制策略进行实车试验，并对试验结果进行分析和验证。
四、预期结果通过本研究，预期可以得到以下成果：1. 详细分析纯电动汽车再生制动系统的组成和工作原理，深入了解再生制动技术的原理；2. 研究纯电动汽车再生制动系统的控制策略，找出不同控制策略的优缺点；3. 基于MATLAB/Simulink软件平台，建立纯电动汽车再生制动控制模型，进行仿真分析；4. 对优化后的再生制动控制策略进行实车试验，验证仿真结果的可靠性。
五、论文结构1.绪论1.1 选题背景和意义1.2 国内外研究现状和进展1.3 本论文研究内容和方法1.4 论文组织结构2.纯电动汽车再生制动技术分析2.1 再生制动技术原理2.2 再生制动系统组成和控制策略3.纯电动汽车再生制动控制系统建立3.1 纯电动汽车控制系统概述3.2 再生制动控制系统建立3.3 电机控制策略研究4.纯电动汽车再生制动控制仿真分析4.1 仿真模型建立和参数设计4.2 不同控制策略下的仿真分析4.3 仿真结果分析5.纯电动汽车再生制动实车试验5.1 试车平台建立和实验设计5.2 试车数据采集和分析5.3 试车结果分析6.总结与展望6.1 研究成果总结6.2 研究存在问题和改进方向6.3 纯电动汽车再生制动未来发展趋势参考文献。
混合动力汽车再生制动仿真分析
力，Fu1/Fu2 法规线的
AB 线
ϕ =0.7 的 f 线交于 B 点
BE 线 理想的 I 系如 力
ϕ =0.7 的 f 线，E 点
力 Fe 随制 0
2
制
控制策略
力 配是使前后 的利用 同时抱死， 但在实 过
理想的制 时
电制 1 提供， 2
强度 z 的
着条件才能够得到充
z ≤ 0.1，制
力全部由再生制
程中是很难达到的，一般是基于 ECE 制 求的复合制 ECE 制 的比例控制策略 [3] 法规对 轴轿车的前
法规要
时 Fe=Gz 0.1 z ≤ 0.527，制 力由再生制 力
后轴制
力
前轴制 力和后轴制 力提供， 时 Fe=0.7116 Gz +394.6 3 前轴制 0.527 z ≤ 0.64， 制 力由再生制 力
再生制 过再生制 势能转
对于电 将汽车在制
汽车 或
着显著的优点，通 坡行驶时的 次的 能和 速或起 燃料 再生
燃料，降 在实
排放和制
安全性
着直接的影响 力的 配很难达到 系统后，在满 力
行驶过程中，制 ，
电能贮存起来，以供 在
理想的状态， 足 ECE 制
装再生制
过程使用，使车 耗，减少 制 是电
行过程中能够降 盘的磨损 [1]
51176014
湖南省教育厅
项目
10A005
第5期
刘乔华 等
混合
力汽车再生制
仿真
析
465
1
再生制
再生制
系统的结构及原理
系统的结构 减速器 如 1 所示 电机 它 要
如 后制
2 所示，直线 OF 和 EF 是摩擦制 器制 配关系线，是装 器制
电动汽车再生制动控制策略建模与仿真
Desig n-lnnovati on
E点韶汽车工穩师
FOCUS技术聚焦亦*
电动汽车再生制动控制 策略建模与仿真*
摘要：通过再生制动的方式能够显著提升汽车的里程总数。基于电动汽车整车和电机的数学模型，分析车辆再生制动的影 响因素，以及仿真软件中的缺省再生制动模型。结合分析建立适用于电动汽车的再生制动模糊控制器与模糊控制策略模型， 将其加入仿真软件电动汽车模型中优化控制策略，使用CYC_NEDC为仿真循环工况，以保证车辆安全稳定为前提,验证了 设计的轻型轮毂电动汽车再生制动控制策略与缺省电动汽车再生制动控制策略相比，优化了再生制动系统,延长了试验车 辆的续航里程。 关键词：电动汽车;再生制动控制策略;模糊控制;ADVISOR
动力(！)、车速(")、S$C以及再生制动比例系数(K)设 做模糊控制理论研究对象［/,并建立模型，对ADVISOR
中缺省再生制动模型进行优化与二次开发，嵌入所设 计的模糊控制模型，选用CYC_NEDC工况运行仿真, 证实所设计控制策略与模型能够有效增加再生制动回
收能量，延长汽车的续航里程［/。
1再生制动理论与分析
整车受力分析，如式(1)所示。
Ft = Ff-!="gsia !
(2)
几二"CD%p&2
(3)
F=mgfcos !
(4)
FJ="冬 A +
(5)
式中：——汽车驱动力,N； Fo,Fw,Fg a)——滚动、空气、坡度、加速阻力,N； !---- 道路坡度值(°)；
Cd——空气阻力系数； %——汽车迎风面积,m2; p--- 空气体积质量,kg/m3; (—汽车滚动阻力系数； $——汽车旋转质量转换系数； 4^----- 汽车加速度,m/s2o
混合动力电动汽车再生制动控制策略研究
混合动力电动汽车再生制动控制策略研究•绪论•混合动力电动汽车再生制动系统概述•再生制动控制策略设计•仿真分析与验证•实车试验与结果分析目•总结与展望•参考文献录01绪论1研究背景与意义23混合动力电动汽车在节能减排方面具有重要意义针对混合动力电动汽车再生制动系统的研究能提高车辆的能源利用效率为实现混合动力电动汽车的可持续发展提供技术支持和理论指导国内外研究现状及发展趋势国内外的相关研究主要集中在再生制动系统的建模和控制策略的设计发展趋势是向更加智能化的控制策略方向发展一些研究者提出了基于模糊逻辑和神经网络的再生制动控制策略一些研究者将滑模控制理论应用于再生制动控制策略中研究混合动力电动汽车再生制动系统的控制策略，包括再生制动的建模、控制策略的设计和仿真分析研究内容通过理论推导和仿真分析相结合的方式，设计出更加智能和高效的再生制动控制策略，并进行实验验证研究方法研究内容和方法02混合动力电动汽车再生制动系统概述混合动力汽车结构混合动力汽车主要包括内燃机、电动机、电池等组成。
其中，内燃机与电动机通过变速器和耦合器等连接，提供动力输出。
电池组提供电力给电动机，同时通过能量管理系统实现能源的回收与分配。
工作原理混合动力汽车在起步和低速行驶时，主要依靠电动机提供动力；当速度提升时，内燃机开始介入，同时电动机继续提供辅助动力。
在减速和制动过程中，内燃机停止工作，电动机转换为发电机，将动能转化为电能并存储于电池组中。
混合动力电动汽车结构及工作原理再生制动系统主要由电动机、发电机、控制器、电池组等组成。
再生制动系统组成在制动过程中，电动机转换为发电机，将车辆的动能转化为电能并存储于电池组中。
同时，控制器根据车辆制动需求和电池组的电量状态，调整发电机的发电量，保持车辆制动平顺和稳定。
工作原理再生制动系统组成及工作原理电动机/发电机作为再生制动系统的核心部件，电动机在制动过程中将车辆动能转化为电能，发电机在电动机转换为发电机的状态下，为电池组充电。
电动汽车的再生制动控制策略研究及仿真
电动汽车的再生制动控制策略研究及仿真一、前言电动汽车最重要的特点就是能够实现再生制动，即汽车制动时，可以通过控制电动系统的电机工作为发电机模式，将汽车的动能和势能转换为电能储存到储能元件中，然后对其进行再利用。
再生制动是一种降低电动汽车能耗、提高续驶里程的重要技术手段。
在一般情况下仅由电机为汽车提供制动力是远远不够的，并且电机制动力还受电机运行速度和电池电荷状态等多方面因素影响，因此它还必须具有机械制动系统同时工作，以满足电动汽车的制动强度要求和制动效能的稳定性。
在设计电动汽车制动系统控制策略时，需要解决好的两个问题是：怎样在再生制动和机械摩擦制动间分配制动力来尽可能地回收制动能量；怎样在前、后轮上分配制动力来使汽车有一个好的制动稳定性。
解决好这两个问题是设计电动汽车制动系统的关键。
一、电动汽车的前后轮制动力和制动能量分配情况要设计电动汽车制动系统的控制策略，首先要了解在一些典型循环工况下汽车前、后轮上的制动力及制动能量的分配情况，然后再以此为依据，制订合理的制动控制策略。
首先假定前后轮的制动力按I曲线规律分配，忽略行驶阻力，则汽车前、后轮的制动力分别为：其中Mv——汽车质量，kgj——汽车减速度，m/s2L——汽车轴距，mLa——汽车重心到前轴的水平距离，mLb——汽车重心到后轴的水平距离，mhg——汽车重心高度，m图1和图2所示为某汽车在FTP75城市循环工况下，前、后轮上的制动力和制动能量分配情况。
从这些图可以看出：（1）前驱动轮消耗了总制动能量的65%左右，因此如果是单轴再生制动，则再生制动用于前轮较为恰当；（2）在车速小于40km/h的范围内，制动力基本保持恒定不变，大于40km/h则有所下降，该特性与电动机的低速恒扭矩、高速恒功率的特性比较吻合；（3）图2说明了在10～50km/h的车速范围内制动能量占全过程制动能量的大部。
二、电动汽车制动系统的控制策略根据以上对汽车在典型循环工况下制动力和制动能量的分配分析，再结合电动汽车制动系统的特性，可制订3种基本的制动控制策略：最优制动感的串行制动；最优制动能量回收的串行制动；并行制动。
混合动力客车再生制动控制策略的研究
研究论文H A I X I A K E X U E年第期（总第期）海峡科学混合动力客车再生制动控制策略的研究福建工程学院机电及自动化工程系余捷[摘要]根据已在我国多个城市运营的某混合动力客车车型现有的制动系统及其工作模式的介绍，展开再生制动能量管理和控制策略的研究。
以理论分析和仿真研究为手段，揭示目标车型再生制动控制策略下的制动安全性能及制动能量回收率的表现，从而为进一步提高混合动力客车再生制动系统性能提供了参考依据。
[关键词]混合动力客车；再生制动；控制策略；制动力分配再生制动是油—电混合动力汽车（本文所提到的混合动力汽车均指这类汽车）的重要工作模式，它能在车辆减速或下坡时，在保证车辆制动性能的条件下，将储存于汽车上的动能或位能通过电机转化为电能并储存在于电储能装置中[1]。
该工作模式下，制动系统不仅产生车辆所需全部或部分制动力，实现了车辆的减速和制动，同时可回收一定的制动能量，有效地实现车辆的节能减排，并减少了制动器摩擦片的磨损。
因此，在环保节能安全的汽车技术设计理念的引导下，再生制动的研发已成为新一代节能汽车技术的热点之一。
可见，开展再生制动的理论和应用研究不但有重要的理论意义，而且还有较高的实用价值。
而国内目前对混合动力汽车的再生制动的研究相对于国外起步较晚，在以下方面还有待深入研究[2]：①再生制动能量管理和控制策略；②再生制动系统建模和车辆制动动力学建模；③基于整车综合制动动力学仿真的综合优化；④再生制动系统的实验模拟、匹配控制和综合评价。
本文根据已在我国多个城市运营的某混合动力客车车型现有的制动系统及其工作模式的介绍，展开再生制动能量管理和控制策略的研究。
以理论分析和仿真研究为手段，揭示目标车型再生制动控制策略下的制动安全性能及制动能量回收率的表现，从而为优化混合动力客车制动系统控制策略提供参考。
1目标车型再生制动系统结构与控制策略简介目标车型配备的混合动力系统的结构及其制动模式下回馈能量路线如图1所示，动力系统由驱动桥、驱动电机、驱动电机控制器（由AC/DC 转换器、DC/DC 转换器及电机工作模式控制器等组成）、储能元件（超级电容）、发动机、永磁发电机、混合动力控制器等组成；而制动工况下离合器分离，永磁发电机关闭，回馈能量流动流动路线为：驱动桥→驱动电机→驱动电机控制器→储能元件。
电动汽车驱动系统再生制动特性分析与仿真
图 ３ 回馈 制动 ４ Ｔ导 通时等效 电路
ｅ＝ｅ 一ｅ ６＝２ ＋２ Ｌ一 ） Ｒ （
式中 ：（ ） ｉ 为一个开关周期内包含 ａｂ ， 绕组 的 回路电流。忽略电阻消耗， 则存储在 电感 中的能量
２ 制动 与能量的分析
电动 汽车制 动 的方 法可 分 为机 械制 动 和电气 制 动两 大类 … 。制 动 方式 应考 虑机 械 制动 与 电气制 动
的结合 ， 尽可能多的用 回馈发 电方式取代机械式制
动。电动汽车高速行驶时。 其驱动电机一般是在恒功 率状态下运行， 驱动力矩与驱动电机的转速或车辆速 度成反 比。因此 ， 恒功率下 电机 的转速越高 ， 能量回 收能力越低。电动汽车中低速时， 制动能量回收的力 矩通常保持在负荷状态。能量的回收能力随着车速 降低而减小。通过能龟回馈 ， 既可减少机械刹车系统
量 回收的过程中， 能量传送环节和能量存储 系统 的 各部件也会造成 能量损失。在再生制动时 ， 制动能 量通过电动机转化为电能， 而电动机 吸收 制动能量
的能力依 赖与 电机速 度 ， 其 速度 范围 内制 动时 ， 在 可 再生 的能 量与速 度成 正 比。 当所需 的制 动 能量 超 出
３ ８
Ｍｏ ａ ｌ ｖ ｂｅ
Ｐ ｗ ｒ Ｓ ａ ｉｎ ＆ 、ｃ ｉｌ ｏ ｅ ｔｔ ｏ ｈ ｃｅ
Ｎｏ ４ ２ （ ． ｏ） ６
磁转矩 ， 实现汽车 的电气制动。具体分析 ： 逆变桥 ６ 个功率开关元件中只有处于相同半桥上的 ３个元件 有Ｐ ＷＭ开关动作 ， 另一半桥上 的 ３个元 件则处 于
究 工作 。
合 肥 人 ， 肥 工 业 台
一种再生制动控制策略的实验与仿真分析
（ ．江 苏大 学 汽车 与 交通 工程 学 院 ， 苏 镇 江 ２ ２ １ ； １ 江 １ ０ ３ ２ ．江 苏大学 电气信 息 工程 学院 ， 江苏 镇 江 ２ ２ １ ） １ ０ ３
摘 要 ： 生 制 动 是 目前 电 动 汽 车 的 研 究 热 点 。 以 制 动 时 电机 制 动转 矩 恒定 及 启 动 时超 级 电容 电 能优 先 利 再
ｐ ｓ ｆｃ ｎ ｔ ｎ ｒ ｋ ｎ ｏ ｑ ｅｗｈ ｎ ｂ ａ ｉ ｇ ａ ｄ ｐ ｉ ｒ ｙ ｕ ｅ ｏ ｕ ｅ ａ ａ ｉｏ ｎ ｒ ｙ ｗｈ ｎ ｓ ａ ｔｎ ａ ｎ ｗ ｏ ｅ ｏ ｏ ｓ ａ ｔｂ ａ ｉ ｇ ｔ ｒ ｕ ｅ ｒ ｋｎ ｎ ｒ ｉ ｓ ｆ ｓ ｐ ｒ ｃ ｐ ｃｔ ｒ ｅ ｅ ｇ ｅ ｔ ｒ ｉｇ， ｅ ｏ ｔ ｍａ ｎ ｃｒ ｕ ｔｔ ｐ ｌ ｇ ｎ ｅ ｅ ｅ ａ ｉｅ ｂ ａ ｉ ｇ ｃ ｎ ｒ ｌ ｔ ａ ｅ ｙ ｗａ ｅ ｉ ｎ ｄ Ｔｈ ｎ ｂ ｉ ｔ ｅ ｔｃ ｌｍｏ ｅ ｉ ｉｃ ｉ ｏ ｏｏ ｙ ａ ｄ ｒ ｇ ｎ ｒ ｔ ｒ ｋ ｎ ｏ ｔｏ ｒ ｔ ｇ ｓ ｄ ｓｇ ｅ ． ｅ ｕ ｌ ａｍａ ｈ ｍａ ｉａ ｄ ｌ ｖ ｓ ｔ
ｅ ｒ ｒｎｇ ｂ ａｋｎｇ ａｎ ｎｃ ｅ ｓ ｉ ｉ ａ ｅ ｏ ｌ ｃ ｒｃ ｖ ｈｉｌ ｓ ｎｅ ｇｙ ｄｕ ｉ ｒ ｉ ｄ ｉ ｒ ａ ｅｄｒｖｎｇ ｒ ｎｇ ｆ ｅｅ ｔ ｉ ｅ ｃ ｅ ．
关键 词 ： 生 制 动 ； 驶 里 程 ； 级 电 容 ； 动 转 矩 再 续 超 制
中 图分 类 号 ： ６ Ｕ４ ９ 文献标识码 ： Ａ
Ｅｘｐ ｒ ｍ ｅ ｎｄ Ｓｉ ｕ ａ ｉ ｎ ｌ ｓｓｏ ｎｔｏ ｒ ｅ ｙ ｆ ｒ Ｒｅ ｅ ｅ ａ ｉ ｅ Ｂｒ ｋｉ ｇ ｅ ｉ ｎｔａ ｍ ｌ ｔｏｎ Ａ ａ ｙ ｉ ｆａ Ｃｏ ｒ ｌＳｔａｔｇ ｏ ｇ ｎ ｒ ｔｖ ａ ｎ
电动汽车再生制动系统仿真与分析
10.16638/ki.1671-7988.2016.08.006电动汽车再生制动系统仿真与分析孙凯（安徽江淮汽车股份有限公司技术中心，安徽合肥230601）摘要：以电动汽车为研究对象，对其再生制动系统进行了深入的理论分析和仿真研究。
从能量回馈的原理、再生－摩擦制动系统的结构、控制理论、影响因素等几个方面入手。
对制动系统进行了全面、详细、深入的剖析，搭建了仿真模型。
在此基础上进行了一系列仿真数据和曲线进行分析，为实车综合控制策略的制定提供参考。
关键字：再生制动；制动力分配；仿真中图分类号：U469.7 文献标识码：A 文章编号：1671-7988(2016)08-15-03The simulation and analysis of electric vehile brake systemSun Kai( Technological Center,Anhui Jianghuai Automobile Co., Ltd, Anhui Hefei 230601 )Abstract:According to vehicle dynamics theory, The deeply theoretical researching and simulation are completed. the braking system is also analyzed entirely and thoroughly,including in the principle of energy recovery. the conformation of the regenerative-friction system、controltheory,innuencing factors and so on．Creating simulation data and curves show that regenerative braking distribution control strategy can assure high effcient energy recover.Gives some suggestion for the experiments and tests.Keywords: Regenerative braking; Braking distribution; SimulationCLC NO.: U469.7 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2016)08-15-03前言与传统汽车相比，能够进行再生制动是电动汽车的一个显著特点。
基于CVT的混联式混合动力汽车控制与仿真研究的开题报告
基于CVT的混联式混合动力汽车控制与仿真研究的开题报告一、研究背景和意义随着环保意识的提高和对消费者驾驶习惯的了解，混合动力汽车得到越来越广泛的应用和研究。
混合动力汽车以内燃机和电动机为动力来源，在电池储能系统的控制下，实现两种动力的协同工作，既保障了动力性能，也减少了尾气排放。
而在混合动力汽车中，油电耦合器件（CVT）的选择和控制对结果的影响非常大。
CVT不仅能提供平稳的驾驶体验，还能更好地发挥内燃机和电机的性能，提高油电能量转化的效率。
因此，基于CVT的混合动力汽车控制和仿真研究具有非常重要的理论和实际意义。
二、研究内容和方案本文将从以下几个方面对基于CVT的混合动力汽车进行控制和仿真研究：1.建立混合动力汽车动力学模型，考虑内燃机、电动机、电池储能系统以及CVT等因素。
分析整车性能，包括燃油消耗、动力输出、加速度等。
2.针对CVT的控制策略，包括油电匹配、转速控制、能量管理等，进行分析和仿真实验，以评估其性能和耗能情况。
3.建立基于CVT的混合动力汽车控制系统，包括内燃机、电动机、CVT和电池储能系统的控制和协同工作。
设计和实现相应的控制算法和控制策略。
4.用Simulink和Matlab等软件进行仿真实验，对基于CVT的混合动力汽车的性能进行评估。
对比分析不同控制策略的效果，为混合动力汽车的控制和优化提供理论支撑。
三、研究预期成果本文将针对基于CVT的混合动力汽车进行控制和仿真研究，预期达到以下成果：1.建立基于CVT的混合动力汽车动力学模型，分析其性能和特点。
2.分析和评估CVT控制策略的性能和耗能情况。
3.设计和实现基于CVT的混合动力汽车控制系统，包括内燃机、电动机、CVT和电池储能系统的控制和协同工作。
4.对基于CVT的混合动力汽车进行仿真实验，对比分析不同控制策略的效果，为混合动力汽车的控制和优化提供理论支撑。
四、论文结构本文共分为五章：第一章为绪论，介绍研究背景、研究现状以及本文的研究内容和方案。
电动汽车再生制动系统的建模与仿真
电动汽车再生制动系统的建模与仿真周美兰;毕胜尧;张昊【摘要】为了提高纯电动汽车的再生制动能量回收率,本文采用模糊逻辑控制策略.通过建立Mamdani型模糊控制器,确定了再生制动力和机械制动力之间的比例分配.同时考虑到制动的安全性和稳定性,提出了前后轮之间的制动力按照理想制动力分布曲线分配.在Matlab/Simulink环境下搭建模糊逻辑控制策略的模型,并把该模型嵌入到ADVISOR仿真环境中,结合典型道路循环工况进行仿真实验,实验结果表明,采用模糊逻辑控制策略之后,电池SOC提升了9.3％左右,整车系统的效率提升了7.2％,再生制动的效率提升了36.7％,这表明模糊逻辑控制策略能更好地实现能量的回收利用,延长电动汽车的续驶里程.【期刊名称】《哈尔滨理工大学学报》【年(卷),期】2013(018)005【总页数】5页(P98-102)【关键词】电动汽车;再生制动;制动力分配;建模;模糊逻辑控制策略【作者】周美兰;毕胜尧;张昊【作者单位】哈尔滨理工大学电气与电子工程学院,黑龙江哈尔滨150080;哈尔滨理工大学电气与电子工程学院,黑龙江哈尔滨150080;哈尔滨理工大学电气与电子工程学院,黑龙江哈尔滨150080【正文语种】中文【中图分类】TM460 引言电动汽车作为一种新型的交通工具，以其清洁无污染、驱动能量源多样化、能量效率高等优点成为现代汽车的发展趋势.但其续驶里程不足以成为阻碍电动汽车商品化的瓶颈，因此，提高电动汽车续驶里程是亟待解决的一个关键问题［1－2］.再生制动是电动汽车的特有技术，其功能是在保证电动汽车行驶稳定性的前提下，将电动汽车制动时的一部分机械能经再生制动系统转换为电能存储到储能单元中.因此再生制动对降低电动汽车的能耗，延长续驶里程，提高其经济性能有重要的作用［3］.电动汽车的制动系统与传统汽车有所不同，它们的制动力矩分为两部分，一部分由电机提供的能量回收制动力矩，另一部分由传统的制动器提供的制动力矩，两者之和即为总的制动力矩［4］.因此，电动汽车制动系统的设计就会面临两个基本问题:一是如何在再生制动和机械摩擦制动之间分配所需的总制动力，以回收尽可能多的车辆的动能;二是如何在前后轮轴上分配总的制动力，以实现稳定的制动状态［5］.但目前还没有较为通用的设计标准来分配前、后轮制动力［6］.针对以上两个基本问题，本文提出前后车轮之间的制动力按照理想制动力分布曲线分配，该曲线能够充分利用路面附着条件，并且保证了制动的稳定性和安全性.同时考虑到所需的总制动力、车速、电池的荷电状态（SOC）这些因素对电动汽车制动力分配的影响，应用模糊逻辑控制策略进行再生制动力和机械摩擦制动力之间的分配.利用电动汽车仿真软件ADVISOR对制动力分配的模糊逻辑控制策略进行了仿真实验.实验结果表明，本文所提出的模糊逻辑策略能更好地实现能量回收，从而延长了电动汽车的续驶里程.1 前后车轮之间制动力分配的研究车辆在平坦路面上制动时，作用于车辆上的力如图1 所示［7］.图中忽略了与制动力相比其值很小的滚动阻力和空气阻力.整车制动力Fcar与前轴制动力Ff和后轴制动力Fr之间的关系如式（1）所示.式中:Fcar是作用于前后车轮上的总制动力;αcar是车的加速度;M是车的质量;Ff和Fr分别是作用于前后车轮上的制动力.图1 当制动发生在平坦路面时车辆的负荷运动当踩下刹车踏板时，负载将被从后轮转移到前轮，这会影响前后轮之间制动力分配.为了估算制动时负载运动的影响，定义制动强度z为式中，g为重力加速度.作用在前后车轮上的制动力Ff和Fr通过式（3）～式（5）给出［7－8］，即式中:Fz1和Fz2分别是前后车轮的法向力;G是车的总重量;Φ表示轮胎和路面之间的摩擦系数;hg为质心的高度;a和b分别为汽车质心到前后轴中心线的距离;L为汽车前后轴中心线之间的距离.理想制动力分配曲线给出在摩擦系数不同时前后车轮同时抱死所需要的最大制动力，前后车轮的制动力按照该曲线分配可以保证制动的安全性，表达式如下:由式（3）和式（4）可知，制动力Ff和Fr随着摩擦系数改变而改变.因此，为了根据理想制动力分配曲线分配制动力，需要得到实时摩擦系数，但是很难直接测量变化的摩擦系数.然而由式（7）和（8）可知，前后轮的制动力分配比例系数Rf和Rr不依赖于摩擦系数，而依赖于αcar.从上面的讨论可知，如果在车的重心安装加速度传感器，即可实现前后轮之间制动力按照理想制动力曲线分配.2 模糊控制器的设计模糊控制具有超调量小，鲁棒性强和适应性好等优点，适用于数学模型未知的对象.因此本文综合考虑多种因素对电动汽车制动力分配的影响，通过模糊控制器的设计，确定了再生制动力和摩擦制动力之间的分配［9］.本文选用Mamdani型模糊控制器，该控制器采用三输入单输出的结构，如图2所示，输入变量分别为速度、所需总制动力和电池SOC，输出为再生制动力占总制动力的比例Kd.图2 模糊控制器的结构各输入输出变量的模糊子集如表1所示.表1 各输入输出变量的模糊子集输入输出变量模糊子集速度 V 很高（VH）、高（H）、中（M）、低（L）、很低（VL）所需总制动力F 很高（VH）、高（H）、中（M）、低（L）、很低（VL）电池荷电状态SOC 很高（VH）、高（H）、中（M）、低（L）、很低（VL）再生制动力的比例 Kd Kd={Mf0，Mf1，Mf2，Mf3，Mf4，Mf5，Mf6，Mf7，Mf8，Mf9，Mf10}隶属度函数的形状对模糊控制器的影响不大，但论域覆盖面的范围对控制器的特性影响较大.在实际应用中，并不强求绝对准确的隶属度函数，模糊系统既然是模糊的，那么其语言变量的值，隶属度函数也允许有一定的裕量.基于此，确定各模糊变量的隶属度函数如图3～图6所示［10］.图3 速度变量的隶属度函数图4 所需总制动力的隶属度函数图5 SOC的隶属度函数图6 Kd的隶属度函数根据实际经验和大量的仿真实验，生成125条模糊控制策略的规则.模糊规则采用如下形式:IF（V is Vi）and（F is Fi）and（SOC is SOCi）then Kdis Mfi.模糊规则的输出界面如图7所示.图7 模糊规则的输出界面3 基于模糊控制策略的仿真结果和分析以“力帆620”电动汽车（简称LF620）为原型，对电动汽车制动能量回收的控制策略进行研究.在Matlab/Simulink环境下搭建基于模糊控制的再生制动模型，如图8所示.图8 基于模糊控制的再生制动模型把该模型嵌入到ADVISOR仿真环境中，选择典型道路循环工况CYC－UDDS来验证该模型在电动汽车再生制动系统中的效果，该道路循环工况如图9所示.实验仿真结果如下图10～图12所示.图中实线是采用模糊逻辑控制策略的仿真结果，虚线是ADVISOR中原有的再生制动控制策略的仿真结果.图9 道路循环工况CYC－UDDS图10 SOC对比曲线图11 蓄电池有效输出功率的对比曲线图12 输入电机的有效功率的对比曲线表2 能量使用表控制策略整车消耗的能量/kJ制动能量/kJ再生制动能量/kJ再生制动的效率整个系统的效率ADVISOR控制策略6 798 1 697 837 0.493 0.339模糊控制策略6 669 2 803 2 411 0.86 0.411从图10可以看出，采用模糊逻辑控制策略之后，电池SOC由0.461提升到0.504，提升了9.3%左右，这表明，车辆在频繁加减速的工作过程中，有更多的能量得到回收，并存储到蓄电池中.图11中，蓄电池有效输出功率有正有负，负值表示再生制动过程中产生的电能储存到了蓄电池中，可以看出，采用模糊逻辑控制策略之后，有更多的电能回馈到蓄电池中.图12表明，输入电机的功率有正有负，负值反映了电动机工作在再生制动状态，可以看出，采用模糊逻辑控制策略之后，更多的制动能量得到回收.从表2能量使用情况可以看出，采用模糊逻辑控制策略之后，再生制动的效率由原来的0.493提升到0.86，提升了36.7%;整个系统的效率由原来的0.339提升到0.411，提升了7.2%.以上实验结果表明，本文所提出的模糊逻辑控制策略能更好地实现能量回收，延长了电动汽车的续驶里程.4 结语再生制动技术是电动汽车一项关键的节能技术.针对ADVISOR原有策略能量回收率较低和制动性能较差的问题，本文提出前后轮之间的制动力按照理想制动力分布曲线分配，以实现稳定的制动状态;同时考虑到影响再生制动的因素，本文采用模糊逻辑控制策略，建立了Mamdani型模糊控制器，实现再生制动力和机械制动力之间的比例分配，以回收尽可能多的制动能量.在Matlab/Simulink环境下搭建模糊逻辑控制的模型，把该模型嵌入到ADVISOR仿真环境中，并在典型路况下进行仿真实验.实验结果表明，在保证汽车安全、稳定制动的前提下，本文所提出的模糊逻辑控制策略能更好的实现能量回收，验证了该策略的可行性和有效性.参考文献:【相关文献】［1］秦大同，李江，杨阳.全轮驱动混合动力汽车再生制动系统控制策略［J］.重庆大学学报，2008，31（9）:971 －976.［2］邓涛，孙冬野，秦大同，等.CVT混合动力汽车再生制动系统仿真［J］.机械工程学报，2009，45（9）:214 －220.［3］HAN S B，CHANG Y H，CHUNG Y J.Fuel Economy Comparison of Conventional Drive Trains Series and Parallel Hybrid Electric Step Vans［J］.International Journal of Automotive Technology，2009（10）:235－240.［4］CHAU K T，CHAN C C，LIU C.Overview of Permanent-magnet Brushless Drives for Electric and Hybrid Electric Vehicles ［J］.IEEE Trans.Ind.Electron，2008，55（6）:2246 －2257.［5］CHAN C C，ALAIN B，CHEN K Y.Electric，Hybrid，and Fuel-CellVehicles:Architectures and Modeling［J］.IEEE Transactions on Vehicular Technology，2010，59（2）:589 －598.［6］刘辉，王伟达，何娇，等.基于模糊控制的混合动力电动车再生制动系统的建模与仿真［J］.汽车工程，2012，34（1）:51 －56.［7］MEHRDAD Ehsani，YIMIN Gao，SEBASTIEN E.Gay，et al.现代电动汽车、混合动力电动汽车和燃料电池汽车—基本原理、理论和设计［M］.北京:机械工业出版社，2008:288－289. ［8］ZHOU Meilan，LU Dengke，LI Weimin.Optimized Fuzzy Logic Control Strategy for Parallel Hybrid Electric Vehicle based on Genetic Algorithm ［J］.Applied Mechanics and Materials，2013，274:345－349.［9］李珂，张承慧，崔纳新.电动汽车用高效回馈制动控制策略［J］.电机与控制学报，2008，12（3）:324 －329.［10］周美兰，张宇，杨子发，等.带压缩因子粒子群优化的混合动力汽车模糊能量管理策略［J］.电机与控制学报，2011，15（11）:67－72.。
混合动力轿车再生制动控制策略动态仿真分析
混合动力轿车再生制动控制策略动态仿真分析王鹏宇，段幼华吉林大学汽车工程学院，长春（130022）E-mail：wpy123456789000@摘要：本文介绍了三种典型的再生制动控制策略。
建立了混合动力轿车制动系统动态仿真模型。
在模型基础上对三种制动控制策略进行仿真分析。
仿真结果表明该模型能够模拟制动系统动态响应过程。
为制动力分配策略模拟，修改提供了一个仿真平台。
关键词：混合动力汽车，再生制动，控制策略，仿真中图分类号：U469.7 文献标识码：A1. 引言再生制动（能量回馈制动）对混合动力汽车的燃油经济性和行驶安全性都有直接影响，是混合动力汽车的关键技术之一。
所谓再生制动，是指在车辆减速或制动时，将其中一部分动能转化为其他形式能量储存起来以备驱动时使用的过程。
在目前的大多数混合动力电动汽车和电动车上，再生制动的实现是当车辆制动时，通过控制使牵引电动机进入发电状态，整车通过车轮产生的惯性力矩驱动发电机发电并将其储存到蓄电池组。
制动力分配控制策略是制动控制系统的核心，是能否在保证汽车制动方向稳定性的前提下，尽量多回收制动能量的关键环节。
本文在MATLAB/Simulink环境下建立动态的汽车制动系统仿真模型，在这个仿真平台上对几种典型的再生制动力分配策略进行仿真分析。
2. 典型的再生制动力分配策略国外对混合动力汽车再生制动的研究已经开展了 10 多年，对再生制动的研究已具有了一定的基础。
而国内现阶段的研究成果主要集中在再生制动能量管理和控制策略方面，提出了几种比较成熟的制动制动力分配控制策略，其中比较典型的有并行制动力分配控制策略，理想制动力分配控制策略，最大能量回收制动力控制策略等。
2.1并行制动力分配控制策略[1]图1并行制动力分配控制策略图图1是并行制动系统的控制策略，图中粗实直线是摩擦制动力单独作用时，前后轮制动力分配曲线，当再生制动力起作用时前轴制动力矩增大制动力分配曲线下移，下方的粗实折线为再生制动力起作用时前后轮制动力分配曲线。
电动汽车再生制动系统的建模与仿真
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电动汽车再生制动系统的建模与仿真
作者：周美兰毕胜尧张昊
来源：《哈尔滨理工大学学报》2013年第05期
摘要：为了提高纯电动汽车的再生制动能量回收率，本文采用模糊逻辑控制策略.通过建
立Mamdani型模糊控制器，确定了再生制动力和机械制动力之间的比例分配.同时考虑到制动的安全性和稳定性，提出了前后轮之间的制动力按照理想制动力分布曲线分配.在
Matlab/Simulink环境下搭建模糊逻辑控制策略的模型，并把该模型嵌入到ADVISOR仿真环境中，结合典型道路循环工况进行仿真实验，实验结果表明，采用模糊逻辑控制策略之后，电池SOC提升了9.3%左右，整车系统的效率提升了7.2%，再生制动的效率提升了36.7%，这表明模糊逻辑控制策略能更好地实现能量的回收利用，延长电动汽车的续驶里程。
关键词：电动汽车；再生制动；制动力分配；建模；模糊逻辑控制策略。
混合动力汽车再生制动系统的建模与仿真
M odeli n g and S i m ula tion of Regenera tive Brak in g in Hybr id Electr ic Veh icle
ZHANG J ing - m ing,WANG Shi - wei, CHENG Zhi - gang, SONG Bao - yu
1 引言
随着世界汽车工业的发展 ,传统内燃机汽车造成的空气 质量日益恶化 ,石油资源渐趋匮乏等问题引起了人们高度重 视 ,研究和开发低污染甚至无污染汽车成为现代汽车发展的 一个重要课题 。纯电动汽车可实现无污染 ,但是电池技术 、 价 格和寿命等各方面的问题限制了电动汽车的发展 。在这种环 境下 ,融合内燃机汽车和电动汽车优点的混合动力电动汽车 成为新型汽车开发的热点 。混合动力电动汽车可以使发动机
(Automotive Engineering Departm ent, Harbin Institute of Technology in W eihai,W eihai Shandong 264209, China) ABSTRACT: Regenerative braking system is a special system for electric and hybrid electric vehicle. The system can restore the kinetic energy and potential energy, which will be used during start and accelerating, into battery through e2 lectrical machine. A style of structure and a control strategy based on parataxis brake force distribution are p roposed in this thesis, and the p ri m ary models of regenerative braking system are built mathematically . In order to validate the per2 for mance and reliability of the system, sim ulation models of the regenerative braking system are built in MATLAB / Sim 2 ulink based on the imp roved TJ7100 by combining the test data with mathematic model . Lastly sim ulation results are gained to testify the system. Considering the frequent startup / stop and acceleration / brake of HEV in city, urban 15 drive cycles are chosen for sim ulation. The si m ulation results show that effective energy restoration rate of the HEV rea2 ches 17. 2 percent, and fuel economy is imp roved notably, besides exhaust pollution is reduced. The structure and con2 trol strategy of regenerative braking system are p roved to be app rop riate. Theory foundation is established stably for suc2 cedent study on electric vehicle. KEYWO RD S: Hybrid electric vehicle; Regenerative braking;Modeling and sim ulation
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2007年(第29卷)第3期汽 车 工 程Aut omotive Engineering2007(Vol .29)No .32007051C VT 混合动力汽车再生制动控制策略与仿真分析33国家自然科学基金项目(50475067)、重庆市自然科学基金项目(8718,2005BB6215)、江苏省汽车工业重点实验室开放基金项目(QC200403)和“长江学者计划”资助。
原稿收到日期为2006年2月21日,修改稿收到日期为2006年5月19日。
秦大同,谭强俊,杨 阳,杨亚联,胡建军(重庆大学,机械传动国家重点实验室,重庆 400044)[摘要] 分析了混合动力汽车制动过程中发动机反拖制动和C VT 速比控制对车辆再生制动性能的影响,提出了低制动强度下仅由电机再生制动、高制动强度下电机与制动器共同制动和紧急制动时发动机参与制动的再生制动策略。
对典型工况进行了再生制动仿真,仿真结果表明,CVT 速比控制可使电机运行在高效区,从而获得了比传统手动变速混合动力汽车更好的制动能量回收效果。
关键词:混合动力汽车;再生制动;控制策略;CVT 速比控制Si m ulati on on Regenerative B raking Contr ol Strategy forHybrid Electric Vehicle with CVTQ i n Da tong,Tan Q i a ngjun,Yang Yang,Yang Ya li a n &Hu J i a n junChongqing U niversity,S tate Key L ab .of M echanical Trans m ission,Chongqing 400044[Abstract] The effects of engine braking and CVT s peed rati o contr ol on the braking perf or mance of a hybrid electric vehicle are analyzed .A braking contr ol strategy is p r oposed,in which regenerative braking is adop ted for l o w braking intensity,the combinati on of regenerative braking and fricti on braking is used f or high braking intensity,and the engine braking is als o added f or e mergency braking .Si m ulati on results show that the s peed rati o contr ol in CVT enable the electric mot or running in high efficiency regi on s o that the better effect of regenerative braking can be achieved compared t o vehicle with manual trans m issi on .Keywords:HEV;Regenera ti ve brak i n g;Con trol stra tegy;CVT speed ra ti o con trol前言混合动力电动汽车(hybrid electric vehicle,HE V )是既有内燃机又有电机驱动的电动车辆,利用动力总成中电机的发电功能可实现再生制动。
所谓再生制动是指在制动时将汽车行驶的惯性能量通过传动系统传递给电机,电机以发电方式工作并为动力电池充电,实现制动能量的转换与回收,电机转矩又可通过传动系统和驱动轮,产生整车一部分或全部制动力。
再生制动回收了原本消耗于摩擦的制动能量,并在驱动过程中加以释放,可显著降低整车的燃油消耗,改善汽车的经济性和排放性,因此,在目前的HEV 技术研究中,再生制动是混合动力汽车的主要工作模式和提高燃油经济性的手段[1]。
无级变速器(CVT )在驱动工况能够根据行驶工况的变化实现汽车在行驶过程中速比的无级连续变化,使汽车获得最佳的燃料经济性和动力性,降低排放污染。
在制动工况下,利用CVT 速比的连续变化特性,使发电机的转速独立于车速的变化,通过调节CVT 速比达到调节发电机转速,使电机工作在高效区的目的,从而最大限度地回收能量[1]。
1 制动能量的分析传统燃油汽车是通过安装在车轮轮毂上摩擦制2007(Vol .29)No .3秦大同,等:C VT 混合动力汽车再生制动控制策略与仿真分析・221 ・动器来实现汽车的减速与制动的。
制动过程中,整车动能或位能通过摩擦以热的形式消耗掉了,不仅缩短了制动器摩擦片的寿命,而且造成了能量浪费。
特别在城市驱动循环下,由于交通拥挤,车速不高,车辆经常反复起停,使得汽车能量效率低下。
由图1可知:在城市驱动工况下,车辆制动消耗的能量占整车牵引产生的有效总能量相当大一部分(约50%)。
如果能回收消耗于摩擦的制动能量,将大大降低整车的燃油消耗,提高整车的能量效率。
图1 典型驱动工况下的整车牵引能量和制动能量图2 制动强度z ≤011的分布率在保证制动稳定性条件下,理论上可回收的制动能量与车速、制动减速度(制动强度)和制动距离密切相关。
计算表明:典型驱动循环工况下,因平均车速和最高车速较低且需经常制动减速,整车基本上属于制动强度z <013的低强度制动,其中制动强度z ≤011的情况基本占了75%以上(如图2)。
2 制动力分配211 传统车辆制动力分配[2]F Z 1=G (b +zh g )L F Z 2=G (a -zh g )L(1)F X b 1+F X b 2=zG F X b 1=zF Z 1F X b 2=zF Z 2(2)式中F Z 1为前轮所受地面法向反力;F Z 2为后轮所受地面法向反力;h g 为汽车质心高度;L 为轴距;a 为质心到前轴的距离;b 为质心到后轴的距离;z 为制动强度;G 为车所受重力。
理想情况下前、后制动力分配F μ1+F μ2=φG F μ1=φF Z 1F μ2=φF Z 2(3)式中φ为附着系数;F μ1为前制动器制动力;F μ2为后制动器制动力。
式(3)决定了整车理想前、后轮制动器制动力分配关系,实现较为困难,因此车辆实际前、后制动器制动力之比通常为一常数。
212 HEV 再生制动力分配HEV 的制动力有前后轮摩擦制动力和前轮(或后轮)电机再生制动力,整车制动力分配时要考虑电机再生制动力的影响。
基于前后轮的制动力分配关系,可通过增加电机再生制动力和减少前轮摩擦制动力来实现HE V 制动力分配[3-6]。
在车辆滑行或下坡时,驾驶员通常挂挡行驶以利用发动机进行制动(反拖制动),虽有利于减轻制动系统的负荷,但由于利用发动机负载来消耗车辆的动能对回收能量不利。
进行制动力分配时,应考虑对发动机制动进行调节的离合器控制策略,在中低强度制动时,解除发动机制动,以提高制动能量回收率;而在紧急制动时,增加发动机制动向整车提供更大的制动力。
不计滚动阻力偶矩和减速时的惯性力、惯性力偶矩时,混合动力汽车的制动动力学方程为F μ1+F μ2+F re +F μe =md vd t(4)式中F re 为电机制动力;F μe 为发动机反拖制动力。
・222 ・汽 车 工 程2007年(第29卷)第3期3 再生制动控制策略311 电机制动力F re =T m i 0i CV T ηT /r(5)式中T m 为电机制动力矩;i 0为主减速比;i CV T 为CVT 速比;r 为车轮半径;ηT 为机械传动效率。
电机单独制动时的整车制动强度z =F re /G(6)根据I SG 混合动力CVT 羚羊轿车(图3)的相关参数(表1),可计算出样车最大的电机制动力为1515N ,得到电机单独制动时可以提供的最大制动强度为0117。
图3 I SG 混合动力CVT 样车简图表1 混合动力汽车各主要部件参数整车参数整备质量m /kg 915轴距L /m21365质心高度h g /m 01525质心离前轴距离a /m 01935质心离后轴距离b /m1143发动机JL474Q249k W (6000r/m in )82N ・m (4500r/m in )电机I SG (永磁无刷直流)10k W (4000r/m in )45N ・m (1000r/m in )变速器CVT (无级变速)01685～31425主减速器减速速比4138车轮车轮半径/m01272电池N i M H 电池组标称电压144V 容量615A ・h由于在典型工况下,制动强度z ≤011的情况基本占了75%以上。
这就使得电机单独制动在大部分情况下成为可能。
312 基于电机高效发电的CVT 速比控制混合动力样车采用额定功率为10k W 的I SG 型永磁直流无刷电机,通过电机台架实验可得到电机的外特性曲线和效率曲线(图4)。
图4 I SG 电机性能曲线由图4即可得到电机制动力矩和制动功率T m =f (ωm )(7)ηm =f (ωm ,T m )(8)P =T m ωm ηm9549(9)式中ωm 为电机转速;ηm 为电机效率。
在不同的电机功率中找到该功率下电机效率最大点,将这些点一一连起来,就构成了电机高效发电工作线(最佳工作线)(图5),再生制动时,控制电机沿该工作线运行,就可回收更多的制动能量。
图5 电机高效发电工作线由于电机与传动系统相连,制动过程中可通过改变CVT 速比来调节电机的转速,使电机运行在高效发电区域,因此电机高效发电工作线也就是CVT 速比控制的目标线。
313 基于发动机制动的离合器控制策略2007(Vol .29)No .3秦大同,等:C VT 混合动力汽车再生制动控制策略与仿真分析・223 ・为了最大限度地回收能量,在保证车辆制动安全的条件下,有必要对发动机反拖制动进行分析。
发动机反拖制动力和发动机转速可表示为F μe =T be i CVT i 0/(r ηT )(10)T be =I e ω・e(11)ωe =ω轮i CV T i 0(12)即有F μe =I e i 20i 2CV T r 2ηTd v d t=I e i 20i 2CV T r 2ηTzg(13)式(10)～式(13)中T be 为发动机制动力矩;I e 为发动机转动惯量。
F μe /F Z =I e i 20i 2CV T r 2ηT m(14)式中F Z 为整车制动力。