电动汽车单轴机电复合制动方向稳定性分析

拖滑是 一 种稳定 工 况 ， 但 会 丧 失转 向能 力 ， 并且 由 于 电制 动力 与 车 速 有 关 ， 有 可 能 使 前 轴 利 用 附 着 系数 曲 线超 过 Ｅ Ｃ Ｅ Ｒ１ ３的 制 动法 规 的标 准 ， 从 而 引起制 动 效 率 的下 降 。对 于后 轮 驱 动 的汽 车 ， 电 制动 产生 的阻 力 矩 加 在 后 轮 上 ， 增 加 了后 轮 较前 轮先 抱死 的趋 势 ， 增大 了后 轴 出现侧 滑 的可 能 ， 是
—
源自文库９．
陈
燎， 等： 电动 汽 车单轴 机 电复合 制 动 方向稳 定性 分析
７
由于电机制动力受到许多条件 （ 如车速 、 蓄能原件 允许 的最大充电电流等 ） 的约束 ， 使得单纯的电制
动 的制 动 能力有 限 ， 因此在 较 大 的制 动 强度 下 ， 需 要 电制 动 和机械 制 动 配合 使 用 才 可满 足 制 动性 能
统 制动 系统 的使 用 寿 命 ， 又 可 以 通 过 再 生 制 动 系
能源汽车研究 中越来越受 到重视。复合制动系统
统将原本摩擦耗 散的能量部分 回收再利用 － ３ ］ 。
收 稿 日期 ： ２ ０ １ ３ — ０ ９—１ １
基金项 目： 国家 ８ ６ ３节能 与新 能源汽车重大项 目（ ２ ０ １ ２ Ａ ＡＩ １ １ ４ ０ １ ） ； 江苏省 自然科学基金 资助项 目（ Ｂ Ｋ ２ ０ １ １ ４ ８ ９ ） 作者简介 ： 陈燎 （ １ ９ ６ ３ 一） ， 男， 江 苏镇 江人 ， 博士研 究生 ， 副教授 ， 硕士生 导师 ， 主要从事汽 车电子及智 能交通 系统方 面的研究 ； 马跃 超（ １ ９ ８ ７ 一） ， 男， 浙江湖州人 ， 硕士 ， 主要从事汽车 电控与仿真方面 的研究 。 引用格式 ： 陈燎 ， 马跃超 ， 盘朝奉． 电动汽车单 轴机 电复合制动方 向稳定性 分析 ［ Ｊ ］ ． 重 庆理工大 学学报 ： 自然科 学版 ，
一
滚边滑 的过程 ， 汽车制动时地 面对 前后轮法 向作
用 力 为
Ｊ ． － ＝ Ｇ （ ６ ＋ ｚ ） 儿
【 ＝Ｇ （ ａ—ｚ ｈ ） ／
（ １ ）
式（ １ ） 中： ｈ 为质 心高度 ； Ｇ为汽车重力 ； Ｌ为轴
距； ０为 质心 距前 轴距 离 ； ６为质心 距后 轴距 离 。 利 用 附着 系数 定义 为
２ ０ １ ４ （ ３ ） ： ６— ９ ．
Ｃｉ ｔ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｆ ｏ ｒ ｍａ ｔ ： ＣＨＥ Ｎ Ｌ ｉ ａ ｏ ， ＭＡ ｒｕ ｅ — ｃ ｈ ａ ｏ ，Ｐ ＡＮ Ｃ ｈ ａ ｏ — ｆ ｅ ｎ ｇ ． Ｂ ｒ ａ ｋ ｉ ｎ ｇ Ｄｉ ｒ ｅ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ Ｓ ｔ ａ ｂ ｉ ｌ ｉ ｔ ｙ ｏ ｆ Ｕ ｎ ｉ ａ ｘ ｉ ａ ｌ Ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏ — ｍｅ ｃ ｈ ａ ｎ ｉ ｃ ｌ ａ
中利 用 Ｍ 文件仿 真 ， 根据 Ｅ Ｃ Ｅ Ｒ １ ３制 动 法规 对 某 电动 汽 车 不 同轴 下 的机 电复合 制 动 方 向 的稳
定性 进行 分析 。仿 真 结果表 明 ： 前驱 型的 电动 汽车机 电复合制 动在 制动 效率 和方 向稳 定 性 方 面
优 于后 驱 型 电 动 汽 车 。
摘
燎 ， 马跃超 ， 盘朝奉 ，
２ １ ２ ０ １ ３ ）
ａ ． 汽车与交通工程学院 ； ｂ ． 汽车工程研究院 ， 江苏 镇江
要： 制 动 时汽 车的 方 向稳 定性 是评 价 汽车制 动性 能的指 标之 一 。针 对 电动 汽车 单轴 机
电复合制 动 方向 的稳 定性 问题 ， 建 立 了在 机 电复合 制 动 时利 用 附着 系数 的数 学模 型 ； 在 Ｍａ ｔ ｌ ａ ｂ
转矩 制 动 ， 但 当电机 转速 降 到 一 定值 时 ， 由 于反 电
由电机再 生制 动 时 的典 型 特 征可 知 电制动 力
矩为
ｒ ， ＜ Ⅳ
动势过 低 而导 致 再 生制 动 效率 低 下 ， 电制动 力
为零 一 。
复合制动的制动力分配关系如 图 １ 所示。采
关
键
词： 电动 汽 车 ； 再 生制动 ； 机 电复合 制 动 文献标 识码 ： Ａ 文章 编号 ： １ ６ ７ ４— ８ ４ ２ ５ （ ２ ０ １ ４ ） ０ ３— ０ ０ ０ ６— ０ ４
中图分类 号 ： Ｕ ４ ６ ９ ． ７ ２
Ｂｒ ａ ｋ ｉ ｎ ｇ Ｄｉ ｒ ｅ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ Ｓ ｔ ａ ｂ ｉ ｌ ｉ ｔ ｙ ｏ ｆ Ｕｎ ｉ ａ ｘ ｉ ａ ｌ Ｅｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏ － ｍｅ ｃ ｈ ａ ｎ ｉ ｃ ａ ｌ
第２ ８卷 第 ３期
Ｖ０ １ ．２ ８
Ｎｏ ．３
重 庆 理 工 大 学 学 报 （自然科 学）
Ｊ ｏ ｕ ｒ ｎ ａ ｌ ｏ ｆ Ｃ ｈ ｏ ｎ ｇ ｑ ｉ ｎ ｇ Ｕ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ｏ ｆ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ （ Ｎ ａ ｔ ｕ ｒ ａ ｌ Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ ）
用这 种 分配 关 系是将 驱 动 轮 上 的部 分 机 械 制动 力 矩 由 电制动 力 矩 代 替 ， 而 前 后 轮 的制 动 力 矩 和 总 制 动力 矩与 原来 没有 再 生 制 动 系统 的汽 车相 比无 变化 ， 能 在保 持 发挥 最 大 电制 动 力 矩 的 同时 使 驾 驶 员 的制动 感觉 与驾 驶传 统 车时 相似 。 卜引。
Ｂ ｒ ａ ｋ ｅ ｆ ｏ ｒ Ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｉ ｒ ｃ Ｖ ｅ ｈ ｉ ｃ ｌ ｅ ［ Ｊ ］ ． Ｊ ｏ ｕ ｎａ ｒ ｌ ｏ ｆ Ｃ ｈ ｏ ｎ ｇ ｑ ｉ ｎ ｇ Ｕ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ｏ ｆ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｙ： ｇ Ｎ ａ ｔ ｕ ｒ ａ ｌ Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ ， ２ ０ １ ４ （ ３ ） ： ６
Ｂｒ ａ ｋ ｅ ｆ ｏ ｒ Ｅｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｉ ｃ Ｖｅ ｈ ｉ ｃ ｌ ｅ
ＣＨＥＮ Ｌ ｉ ａ ｏ ，ＭＡ ｒｕ ｅ ． ｃ ｈａ ｏ ，ＰＡＮ Ｃｈ ａ ｏ ． ｆ ｅ ｎ ｇ ’
（ ａ ． Ｓ ｃ ｈ ｏ ｏ ｌ ｏ ｆ Ａ ｕ ｔ ｏ ｍ ｏ ｂ ｉ ｌ ｅ ａ ｎ ｄ Ｔ ｒ ａ ｆ ｆ ｉ ｃ Ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ ； ｂ ． Ａ ｕ ｔ ｏ ｍ ｏ ｔ ｉ ｖ ｅ Ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｉ ｒ ｎ ｇ Ｒ ｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ Ｉ ｎ ｓ ｔ ｉ ｔ ｕ ｔ ｅ ，
当今世 界 面临着 能 源 短缺 和 环 境 污染 的严 峻 挑战 ， 纯 电动 车 等 新 能 源 汽 车 日渐 成 为 当前 汽 车 行 业研 发 的重 点 。 因 此 ， 复 合 制 动 系统 在 各 类 新
由电机制 动 和 传 统 机 械 制 动 ２部 分 组 成 ， 采 用 复
合制动系统可减少机械制动 的使用频 率， 提高传
分别 为对应 于相应法 向作用力
显然 ， 利用附着 系数越接近 制动强度 ， 地面
的附 着条 件 利 用 得 越 充 分 ， 汽 车 制 动 力 分 配 的合 理 程度 就 越高 ｍ 。
２ ． ２ 电制 动 力
降到额定转速 ｒ ｇ 之前 ， 电机以额定功率制动。当 电机转速下降到额定转速 １ １ ， 之后 ， 电机先以额定
ａ ｘ ｉ ａ ｌ ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏ ． ｍｅ ｃ ｈ ａ ｎ ｉ ｃ ａ ｌ ｂ ｒ ａ ｋ ｅ ． Ｍａ ｔ ｈ ｅ ｍａ ｔ ｉ ｃ ａ ｌ ｍｏ ｄ ｅ ｌ ｗａ ｓ ｓ ｉ ｍｕ ｌ ａ ｔ ｅ ｄ ｏ ｎ ｍａ ｔ ｌ ａ ｂ ／ Ｍ ｉ ｆ ｌ ｅ，ａ ｎ ｄ ａ ｎ ａ ｌ ｙ ｚ ｅ ｄ
２ ０ １ ４年 ３月
Ｍａ ｒ ．２ ０１ ４
ｄ ｏ ｉ ： １ ０ ． ３ ９ ６ ９ ／ ｊ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． １ ６ ７ ４ — ８ ４ ２ ５ （ ｚ ） ． ２ ０ １ ４ ． ０ ３ ． ０ ０ ２
电动 汽 车单 轴 机 电复 合 制 动 方 向稳 定性 分 析
陈
（ 江苏大学
：
种 不稳 定工 况 。
（ ２ ）
１ 再 生制动特 点及制动力分 配关 系
式（ ２ ） 中：
永 磁直 流 无 刷 电机 由 于具 有 调 速 范 围 宽 、 功 率 密度 好等 优 点 ， 成 为 迄 今 为 止 最 理 想 的 电动 汽 车 动力 源 。再 生 制 动 时 ， 当 电机 实 际 转 速 没 有 下 的地 面制 动力 。
Ｊ ｉ ａ ｎ ｇ ｓ ｕ Ｕ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ， Ｚ ｈ ｅ ｎ ｊ ｉ ａ ｎ ｇ ２ １ ２ ０ １ ３， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）
Ａｂｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ：Ｔｈ ｅ ｄ ｉ ｒ ｅ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ ｔ ａ ｂ ｉ ｌ ｉ ｔ ｙ ｉ ｓ ｏ ｎ ｅ ｏ ｆ ｉ ｎｄ ｉ ｃ ｅ ｓ ｔ ｏ ｅ ｖ ａ ｌ ｕ ａ ｔ ｅ ａ ｕ ｔ ｏ ｍｏ ｂｉ ｌ ｅ’Ｓ ｂ ｒ ａ ｋ ｅ ｐ ｅ ｆｏ ｒ ｒ ｍａ ｎ ｃ ｅ． Ａ ｍａ ｔ ｈ ｅ ｍａ ｔ ｉ ｃ ａ ｌ ｍｏ ｄ ｅ ｌ ｏ ｆ ａ ｔ ｔ ａ ｃ ｈｍｅ ｎ ｔ ｃ ｏ ｅ ｆｉ ｃ ｉ ｅ ｎ ｔ ｗａ ｓ ｂ ｕ ｉ ｌ ｔ ｆ ｏ ｒ ｔ ｈ ｅ ｄ ｉ ｒ ｅ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ ｔ ａ ｂ ｉ ｌ ｉ ｔ ｙ ｏ ｆ ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｉ ｃ ｖ ｅ ｈ ｉ ｃ ｌ ｅ ｕ ｎ ｉ —
ｉ ， …
式（ ３ ） 中： ７ １ Ⅳ 为电机额定转矩 ； ｎ为电机实际转速 ；
ｔ ｈ ｅ ｄｉ ｒ ｅ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ ｔ ａ ｂ ｉ ｌ ｉ ｔ ｙ ｏ ｆ ａ ｎ ＥＶ ’ Ｓ ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏ ． ｍｅ ｃ ｈ ａ ｎ ｉ ｃ ａ ｌ ｂ ｒ ａ ｋ ｅ ｕ ｎ ｄ ｅ ｒ ｄ ｉ ｆ ｆ ｅ ｒ ｅ ｎ ｔ ａ ｘ ｌ ｅ ｓ ａ ｃ ｃ ｏ ｒ ｄ ｉ ｎ ｇ ｔ ｏ ＥＣＥ Ｒ１ ３．Ｔｈ ｅ ｓ ｉ ｍｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｒ ｅ ｓ ｕ ｌ ｔ ｓ ｓ ｈｏ ｗ ｔ ｈ ａ ｔ ｔ ｈ ｅ ｆ ｒ ｏ ｎ ｔ ｄ ｉｖ ｒ ｅ ＥＶ ｉ Ｓ ｂ ｅ ｔ ｔ ｅ ｒ ｔ ｈａ ｎ ｔ ｈ ｅ ｒ ｅ ａ ｒ ｄ ｒ ｉ ｖ ｅ ＥＶ ｉ ｎ ｔ ｈ ｅ ｒ ｅ — ｓ ｐ ｅ ｃ ｔ ｏ ｆ ｂ ｒ ａ ｋｉ ｎ ｇ ｅ ｆ ｉｃ ｆ ｉ ｅ ｎ ｃ ｙ ａ ｎｄ ｄ ｉ ｒ ｅ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ ｔ ａ ｂｉ ｌ ｉ ｔ ｙ ． Ｋｅ ｙ ｗｏ ｒ ｄ ｓ：ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｉｃ ｒ ｖ ｅ ｈ ｉ ｃ ｌ ｅ；ｒ ｅ ｇ ｅ ｎｅ ｒ ａ ｔ ｉ ｖ ｅ ｂ ｒ ａ ｋ ｉ ｎ ｇ；ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏ — ｍｅ ｃ ｈ ａ ｎ ｉ ｃ ａ ｌ ｂ ｒ ａ ｋ ｅ
２ 机 电复合制动下前后轴利用 附着 系数数
学 模 型
２ ． １ 利用 附着 系数
要求。这种机电复合制动 的形式会使汽车制动时
的方 向稳 定性 产 生变 化 。例 如 对 于前 轮 驱 动 的 汽
忽 略旋 转质 量产 生 的 惯 性力 偶 矩 以及 车轮 边
车， 电制动力加在前轮上 ， 虽然制动时前轮先抱死