电动汽车再生制动控制策略设计

轮缸压力 （实际）
图4.5 MATLAB/Simulink与CarSim联合仿真模型
目录
Contents
4.6 仿真结果与分析
z=0.1仿真结果
0 前轴 前轴 后轴 后轴 电机 液压 电机 液压
-30
0 前轴 前轴 后轴 后轴 电机 液压 电机 液压
-30
制动力矩/(N·m)
制动力矩/(N·m)
-60
总结与展望
2018-06-04
电机/摩擦制动力矩分配策略
前轴左轮
电机制动力矩：Tmb_fl= min(Tmo_actual_fl, Tb_fl) 摩擦制动力矩：Tfb_fl=Tb_fl-Tmb_fl
前轴右轮
电机制动力矩：Tmb_fr= min(Tmo_actual_fr, Tb_fr) 摩擦制动力矩：Tfb_fr=Tb_fr-Tmb_fr
电机输出 最大转矩Tmo
RBS影响 因子
前轴左轮
制动力矩：Tb_fl=min(0.5∙ TbfI, Tb_fl_max) 轮毂电机实际最大制动力矩：Tmo_actual_fl
前轴右轮
制动力矩：Tb_fr=min(0.5∙ TbfI, Tb_fr_max) 轮毂电机实际最大制动力矩：Tmo_actual_fr
2
4
6
时间/s
8
(c) 制动减速度变化
(d) 制动冲击度变化
图4.7 情况A仿真结果（z=0.4）
制动减速度/(m·s-2)
前轴 电机 前轴 液压 后轴 电机 后轴 液压
10
10
10
目录
4.6 仿真结果与分析 z=0.4仿真结果
Contents
120
100
车速/(km·h-1)
空气阻力、滚动阻力、制动/驱动力等
蓄电池模型
电流、电 压、SOC SOC
制动/驱动
驾驶员模型
加/减速度
汽车纵向 动力学模型
力矩
轮毂电机 模型
能量计算模型
车 速
车速、路面
再生制动
电机制动力矩
附着、各轮
控制策略
车
垂向载荷
CarSim
速
摩擦制动力矩
液压制动系统 模型
轮缸压力 （需求）
液压制动系统 轮缸压力 PID控制器
a>0、v>0：驱动模式;
制动模式
是 v≤vmin
否 是
SOC≥0.99 否 是
z>0.7 否
再生制动模式
纯摩擦制动模式
I曲线分配的前/后轴制动力矩： TbfI、TbrI
路面附着和各轮载荷决定的前/后轴各轮最大制动力矩： Tb_fl_max、Tb_fr_max、Tb_rl_max、Tb_rr_max
目录
Contents
绪论
RBS基本理论
动力系统参数 匹配
RBS控制策略 设计
RBS控制器与控 制程序设计
总结与展望
2018-06-04
RBS能量回收和制动 平顺性影响因素分析
约束、判 断等条件
MATLAB/Simulink和 CarSim联合仿真模型
电机、蓄电池、液压 制动器等工作特性
RBS制动 力矩分配
-60
绪论
-90
-90
RBS基本理论
动力系统参数 匹配
RBS控制策略 设计
RBS控制器与控 制程序设计
总结与展望
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制动减速度/(m·s-2)
车速/(km·h-1)
-1200
5
10
15
20
25
30
35 -1200
时间/s
5
10
15
20
25
30
35
时间/s
(a) 无电机转速影响因子
(b) 有电机转速影响因子
后轴左轮
制动力矩：Tb_rl=min(0.5∙ TbrI, Tb_rl_max) 轮毂电机实际最大制动力矩：Tmo_actual_rl
后轴右轮
制动力矩：Tb_rr=min(0.5∙ TbrI, Tb_rr_max) 轮毂电机实际最大制动力矩：Tmo_actual_rr
RBS控制策略 设计
RBS控制器与控 制程序设计
15
20
25
30
35
时间/s
时间/s
(a) 车速变化
(b) 制动力矩变化（单轮）
动力系统参数 匹配
RBS控制策略 设计
RBS控制器与控 制程序设计
制动减速度/(m·s-2)
0
2
制动冲击速度/(m·s-3)
1.5 -0.2
1
-0.4
0.5
0
-0.6
-0.5
-0.8
-1
-1.5
-10
5
10
15
20
时间/s
Tmb_**= min (Tmo_actual_**, Tb_**) Tfb_**= Tb_**- Tmb_**
2018-06-04
目录
Contents
绪论
RBS基本理论
动力系统参数 匹配
RBS控制策略 设计
RBS控制器与控 制程序设计
总结与展望
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4.2 RBS影响因子
电机转速因子
后轴左轮
电机制动力矩：Tmb_rl= min(Tmo_actual_rl, Tb_rl) 摩擦制动力矩：Tfb_rl=Tb_rl-Tmb_rl
后轴右轮
电机制动力矩：Tmb_rr= min(Tmo_actual_rr, Tb_rr) 摩擦制动力矩：Tfb_rr=Tb_rr-Tmb_rr
摩擦制动力矩与 制动轮缸压力转换
-0.5 -0.75
-10
(a) 车速变化
(b) 制动力矩变化（单轮）
400 300
制动冲击度/(m·s-3)
200
100
0 -100
-200
-300
5
10
15
20
25
30
35 -4000
时间/s
(c) 制动减速度变化
5
10
15
20
25
30
35
时间/s
ห้องสมุดไป่ตู้
(d) 制动冲击度变化
图4.7 情况A仿真结果（z=0.1）
RBS基本理论
动力系统参数 匹配
RBS控制策略 设计
RBS控制器与控 制程序设计
摩擦制动力矩和 制动轮缸压力转换
摩擦制动力矩 （需求）
电机/摩擦 制动力矩分配
+ 轮缸制动 压力（需求） + 差值
-
制动轮缸压力 PID调节器
轮缸制动 压力（需求 调节量）
轮缸压力 饱和控制
轮缸制动 压力（实际 调节量）
图4.6 理想电机和摩擦制动力矩分配曲线（单轮）
120
0
理想速度
前轴理想 前轴实际 后轴理想 后轴实际
100
CarSim速度
-20
80
-40
制动力矩/(N·m)
60
-60
40
-80
20
-100
00
5
10
15
20
25
30
35
-1200
5
10
15
20
25
30
35
时间/s
时间/s
0.5 0.25
0 -0.25
Kn
0 n nmin
nc nmin 1
n nmax或n nmin nmin n nc 其他
210
180
力矩/(N·m)
150
120
90
60 30
00
200 400 600 800 1000 1200
电机转速/(r·min-1)
图4.1 nc变化对电机输出力矩影响
25r·min-1 50r·min-1 75r·min-1 100r·min-1 125r·min-1 150r·min-1
2.40
0.75
0.0041
D
1.01
0.60
0.01
1.28
0.55
0.0033
动力系统参数 匹配
RBS控制策略 设计
RBS控制器与控 制程序设计
情况
A B C D
表 4.2 能量回收仿真结果（z=0.1）
制动能量/kJ
阻力消耗能量/kJ
559.12 559.12 559.12 559.12
139.82 139.82 139.82 139.82
目录
4.6 仿真结果与分析 z=0.1仿真结果
Contents
绪论 RBS基本理论
车速/(km·h-1)
120
0 理想速度
前轴理想 前轴实际 后轴理想 后轴实际
100
CarSim速度 -20
80
-40
制动力矩/(N·m)
60
-60
40
-80
20
-100
00
5
10
15
20
25
30
35 -1200
5
10
目录
Contents
绪论
RBS基本理论
动力系统参数 匹配
RBS控制策略 设计
RBS控制器与控 制程序设计
总结与展望
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RBS控制策略设计
制动力矩分配策略 RBS影响因子 制动轮缸压力PID控制器设计 RBS控制策略 MATLAB/Simulink和CarSim联合仿真模型 仿真结果与分析
策略
RBS控制 策略
RBS影响 因子
制动轮缸 压力PID 控制器
能量回收效果和制 动平顺性仿真验证
目录
Contents
绪论
4.1 制动力矩分配策略
前/后轴制动力矩分配
为防止制动时车轮抱死，保证制动稳定性，前/后轴制动力矩分配采 用第三章所用的理想制动分配策略，在满足路面附着、轴荷等约束时， 按照I曲线分配前/后轴制动力矩。
RBS基本理论
动力系统参数 匹配
RBS控制策略 设计
RBS控制器与控 制程序设计
总结与展望
同轴左/右车轮制动力矩分配
本文所制定的RBS控制策略，暂不考虑RBS与汽车其他稳定性控制 系统的协调控制，所以同轴左/右轮制动力矩平均分配。
电机/摩擦制动力矩分配
电机/摩擦制动力矩的分配一方面影响RBS能量回收效果，另一方 面还影响制动平顺性。为提高能量回收效果，制动力矩分配时优先采用 电机制动力矩，不足部分再由摩擦制动力矩提供，即：
图4.4 RBS控制策略
目录
Contents
绪论
RBS基本理论
动力系统参数 匹配
RBS控制策略 设计
RBS控制器与控 制程序设计
总结与展望
2018-06-04
4.5 MATLAB/Simulink和CarSim联合仿真模型
使用MATLAB/Simulink和CarSim建立四轮毂电机驱动EV的RBS联合 仿真模型，建模时做如下假设：
最大制动 车速最大 最大横摆角
情况
前轴
后轴
波动量峰值/(m·s-2) 冲击度/(m·s-3) 差值/(km·h-1) 速度/(rad·s-1)
A 201.44
121.89
0.93
378.59
1.83
0.0052
B
97.37
56.39
0.71
320.09
1.52
0.0048
C
23.17
13.90
0.09
1400 1600
蓄电池SOC影响因子
1
KSOC 100.99 SOC
0
0 SOC 0.9 0.9 SOC 0.99
SOC 0.99
目录
Contents
绪论
4.3 制动轮缸压力PID控制器设计
本文所设计的制动轮缸压力PID控制器，主要是通过控制制动轮 缸压力，提高液压制动系统的响应速度，实现摩擦制动力矩的闭环调 节。
摩擦制动力矩与 制动轮缸压力转换
摩擦制动力矩与 制动轮缸压力转换
摩擦制动力矩与 制动轮缸压力转换
制动轮缸压力PID控制器
制动轮缸压力PID控制器
制动轮缸压力PID控制器
制动轮缸压力PID控制器
控制策略输出： 电机制动力矩：Tmb_fl、Tmb_fr、Tmb_rl、Tmb_rr 实际制动轮缸压力：Pbw_actual_fl、Pbw_actual_fr、Pbw_actual_rl、Pbw_actual_rr
25
30
35 -20
5
10
15
20
25
30
35
时间/s
(c) 制动减速度变化
(d) 制动冲击度变化
图4.7 情况D仿真结果（z=0.1）
总结与展望
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目录
Contents
绪论
RBS基本理论
4.6 仿真结果与分析 z=0.1仿真结果
表 4.1 制动平顺性仿真结果（z=0.1）
制动力矩最大差值/(N·m) 制动减速度
轮缸制动压力 （反馈量）
制动轮缸 压力反馈
CarSim整车模型 （制动系统）
图4.3 制动轮缸压力PID控制器
总结与展望
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目录
Contents
绪论
RBS基本理论
动力系统参数 匹配
4.4 RBS控制策略
SOC,v,a,z
a≥0 否
是
a=0、v=0：停车模式; a>0、v=0：驱动模式;
能量回收率/%
66.16 66.16 66.12 66.12
总结与展望
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Contents
绪论
RBS基本理论
动力系统参数 匹配
RBS控制策略 设计
RBS控制器与控 制程序设计
总结与展望
2018-06-04
4.6 仿真结果与分析
z=0.4仿真结果
制动力矩/(N·m)
0
0
前轴
电机
制动力矩/(N·m)
CarSim中车辆模型均为传统汽车，建立EV整车模型时，忽略各 模块修改带来的质量变化；
EV行驶在平直路面上，忽略坡度和弯道带来的影响，路面附着 系数为0.8；
本文不深入研究电机、蓄电池效率带来的影响，建模时统一电 机工作效率为90%，蓄电池充/放电效率为90%。
MATLAB/Simulink
100
CarSim速度
80
-200
制动力矩/(N·m)
60
40
-400
20
00
2
4
6
时间/s
8
10 -6000
2
4 时间/(s) 6
8
(a) 车速变化
(b) 制动力矩变化（单轮）
0
1000
750
制动冲击度/(m·s-3)
-1
500
250
-2
0
-250
-3
-500
-750
-40
2
4 时间/s 6
8
10 -10000
-150
前轴 -150
液压
-300
后轴 电机
-300
后轴
-450
液压 -450
车速(km·h-1)
-6000
2
4
6
8
10 -6000
2
4
6
8
时间/s
时间/s
(a) 无电机转速影响因子
(b) 有电机转速影响因子
图4.6 理想电机和摩擦制动力矩分配曲线（单轮）
120
理想速度
0 前轴理想 前轴实际 后轴理想 后轴实际