电子机械制动电动轮汽车再生制动控制

电子机械制动电动轮汽车再生制动控制

摘要：制动能量回收作为电动汽车独有的技术,能够在车辆减速制动时回收汽车的动能,是增加电动汽车续驶里程的重要手段之一。电动轮汽车,即轮毂电机驱动电动汽车以其噪声小、无污染、能量转化效率高、转矩高精度控制等优点成为汽车领域的研究热点。同时为满足现代车辆对电子机械制动系统的制动要求，通过分析汽车电子机械制动系统制动效果和 CAN 总线优点，提出了一种基于 CAN 总线的汽车电子机械制动系统的模块化设计方案。电子机械制动器和电动轮汽车再生制动相结合并协调ABS开发出一种新型的制动控制策略。

关键词：电子机械制动；电动轮；再生制动

1 引言

随着能源紧张和环境污染等问题的日益严重，在节能和环保方面具有巨大优势的电动汽车成为汽车发展的新领域，电动汽车续驶里程不足是阻碍其商品化的主要瓶颈之一。再生制动系统可将电动汽车行驶动能转化为电能，实现制动能量的再生利用，延长电动汽车续驶里程，对电动汽车的发展具有重要意义。由于电动汽车的再生制动能力有限，需要与机械制动系统组成复合制动系统，共同提供制动力以满足电动汽车的各种极限制动要求。因此，如何对电机再生制动力和机械制动力进行合理的分配，使复合制动系统与ABS 控制协调工作，在保证汽车制动安全性的同时，又能最大程度的回收制动能量是研究的关键。

2 电子机械制动电动轮汽车概述

2.1复合制动系统的ABS控制研究现状

经过国内外众多学者多年的研究，传统汽车的防抱死制动系统已发展成为技术比较成熟、功能多样化的主动安全系统。但对于电动汽车上的防抱死制动系统的研究，国内外尚处于初步阶段。电动汽车上由于存在复合制动系统，因此，其防抱死系统要考虑与复合制动系统的协调控制。随着控制技术的发展，目前防抱死系统正往制动机构电气化、系统功能集成化和控制算法最优化方向发展，这也为电动汽车防抱死控制的研究提供了便利。对于电动汽车驱动轮防抱死的方法有三种形式：一是调节驱动轮上的机械制动力，二是调节再生制动力，三是驱动轮的机械制动力与再生制动力协同调节。

国外 Eiji Nakamura 等人基于线控制动，以在满足制动安全性的前提下，

最大化回收再生制动能量为目标，提出单独用车轮机械制动力进行 ABS 控制，再生制动力则使用当前电机能够提供的最大值，以期最大化回收能量。Yimin Gao 与 Mehrdad Ehsani，区分紧急与常规制动工况，通过合理控制电机再生制动转矩和液压制动转矩进行防抱死控制。Min-Hung Hsiao 等人利用滑模变结构控制进行离散型再生制动的 ABS 的协同控制。Yoichi Hori 等人基于最佳滑移率，分别运用滑移率控制法（SRC）和模型跟随控制法（MFC）对电机的再生制动 ABS 进行控制，仿真结果表明滑移率控制法的控制精度高。

国内王鹏宇等针对由再生制动与具有ABS功能的传统气压行车制动系统构成的复合的制动系统，提出根据再生制动力的变化，在保证制动稳定性的前提下，借助气压 ABS 调节单元，实时调节驱动轮上的机械制动力，以达到增加制动能回收量、防止驱动轮抱死的目的。陈庆樟等人提出将再生制动融合到驱动轮制动防抱死系统中，该系统无论是纯电制动还是机电复合制动都只调节再生制动力来防止驱动轮抱死。张兆良等介绍了机电复合制动技术，并分析了该技术对防抱死系统的影响。通过控制轮毂电机电流来调节四驱汽车车轮的制动转矩，使车轮的滑移率保持在理想的范围内，达到 ABS 控制效果。余卓平研究了电动轮车复合制动系统 ABS 控制，当车辆处于危险制动工况下，复合防抱死制动系统通过减小液压制动系统的制动容量，增加电机再生制动作为补充制动力，通过调节电机再生制动力对复合制动系统进行防抱死控制。

从上面可以看出，由于当前的复合制动系统大多是基于集中驱动式纯电动汽车和混合动力电动汽车的研究，这些汽车上的制动系统沿用传统汽车上的液压制动系统，因此国内外的学者针对复合制动与 ABS 的控制进行的研究，大多基于现电机、电池状态等，在如何对轮毂电机再生制动系统和机械制动系统进行合理的制动力分配及能量管理，如何使再生制动系统、机械制动系统协调工作以最大程度的回收制动能量等方面需要进行相关的理论及实验研究。

2.2 电动轮汽车概述

电动汽车是由电动机驱动的机动车辆，包括纯电动汽车（EV），混合动力电动汽车（HEV）和燃料电池电动汽车（FCEV）。纯电动汽车是由可充电电池提供动力，通过电动机驱动车辆行驶，纯电动车污染小、噪音低、结构简单，按照车轮的电机驱动方式又可分为集中驱动和分散驱动两种方式。集中电机驱动电动汽

车应用广泛，动力经由电机、离合器、传动装置、半轴到达驱动车轮上，最大限度保留了原车型的结构及组件，该驱动形式技术成熟、安全可靠，但重量大、效率低，没有充分发挥电动汽车的优势，此种方式驱动效率较低，不方便布置底盘。分散电机驱动电动汽车即电动轮驱动汽车，车辆配备了两个以上的电机，每个电机通过传动装置将动力传递给所驱动的车轮，这种将电机与轮毂直接结合，并直接驱动车轮的驱动方式为电动轮驱动方式，电动轮汽车具有传动效率较高，结构简单等诸多优点，是未来纯电动汽车的发展方向。

3 再生制动控制

电动轮用永磁同步电机既可以作为电动机将电能转化为机械能，又可以作为发电机将机械能转化为电能，从而，可以提高电动汽车的能量利用率，降低电动汽车的能耗，延长续驶里程，这种能量转化的可逆性对于解决当前电动汽车发展的诸多问题具有重要意义。

常规汽车的制动原理是将动能通过摩擦转化为热能耗散掉。而对于电动轮驱动电动汽车，在驱动行驶时，通过逆变器把电池的直流电转换为交流电给电机供电，驱动电机把电能转化为动能，驱动车辆向前行驶。车辆制动时，此时轮毂电机工作在发电方式，将汽车传递给轮毂电机的机械能转化为电能，并将制动产生的回馈电流充入车载动力电池中，实现制动能量的再生利用，这种能够实现能量的回收再利用的方式叫做电机的再生制动。同时，轮毂电机在发电过程中产生阻碍电机转动的制动力矩，制动力矩传递给车轮对车轮施加制动产生再生制动力从而实现车辆的减速制动。

图1 电动轮再生制动能量回馈示意图

4 总结

由于电动轮汽车四个车轮相对独立，会建立四分之一电动车模型，并在平直路面的复合制动进行了研究，从而提出基于复合制动力分配和其与ABS协调控制的集成控制策略。其中，电动轮的复合制动系统是基于线控电子机械制动系统和