【摘要】纯电动汽车，作为新型节能环保车辆，被我国大力提倡使用。但是在使用纯电动汽车的使用过程中，如何在汽车进行制动控制时，既符合驾驶安全的标准，又可以节约或是回收多余的制动能量，是广大纯电动汽车的设计者应该重视的问题。目前很多研发人员，基于机电复合制动系统的原理，分析其中优势与不足之处，提出了机电复合制动控制的策略，同时还设计出制动力分配模糊控制器。在这里，本文对纯电动汽车的机电复合制动控制的策略进行概括，希望为提高电动汽车的能量利用率提供一些参考。
【关键词】电动汽车、机电、制动控制
电动汽车与普通汽车相比，最明显的特征之一就是在制动时，还能回收剩余的制动能量。这是因为电动汽车的电动机还可以当做发电机使用，在车辆制动过程中将动能转化为电能储存，从而提高对电能的使用效率，帮助车辆行驶尽可能多的路程。
目前许多专家学者所著的文献中，都对机电复合制动控制提出许多可行性的策略，研究制动中力的分配，使其达到回收多余能量的作用。
一、机电复合制动控制的原理
1、制动原理
传统汽车是依靠机械制动来完成汽车制动的，其原理是当驾驶者踩下刹车制动踏板，汽车的主缸与轮动缸发生制动，这时候，汽车内部的固定元件会制动旋转元件，使汽车停下。这种机械制动方法虽然有效，保证了行驶安全，但是，对能量的利用率不高，大部分动能都被转化为热能消耗了。
而电动车电机复合制动的原理是，在电动汽车进行制动操作时，将由于惯性产生的动能，通过连接的机械装置传递给电机，从而使电机进行发电。这样，就将原本应该转化为热能消耗掉的能量，转化为可利用的电能，储存在车载电池中，提高能量的利用效率。这时候，电机发电过程中的制动力矩可以通过机械装置对驱动轮施加制动，产生制动力矩和制动力【1】。例如在进行制动时，轮胎会与地面产生摩擦阻力，这个过程会使电机处于发电状态，这时候，通过电动汽车内部的装换模块，将电能储存在汽车电池中，实现能量的回收利用。这样一来，电动汽车就可以增加可行驶的里程了。
2、影响因素
电动汽车机电复合制动控制中，首要考虑的问题就是安全。也就是说，电动汽车的前后轴制动力的分配要符合I曲线、ECE法规以及f线标准。而影响其安全性的因素就是前轴制动的分配，以及后轴制动力的分配。在设计之初就需要准确控制。
其次，在进行电能回收的过程中，进行转化的效率取决于电机的转速还有电池的状态。当电机的转速过低，电动汽车将制动力转化为电能的效率与其转速是成正比的。当电机处于高速运行的状态，其制动力的转化效率是一个固定的值。在电动汽车实际行驶过程中，要参考电池实际电量，再决定能量回收的多少。电量低就要多转化能量，电量高就要少转化能量，保护电池不会因为充电而遭到损坏。
所以，其影响回收能量的因素与电机转速、电池电荷状态有关。在安全的前提下，光靠电机制动在实际中是不够的，必须与机械制动相配合。将多余能量按照实际需求进行转化或是消耗，如此才能保证行驶过程中的制动安全与高效利用能源。
二、机电复合制动控制的策略
1、模糊制动策略
模糊制动控制策略下，其优点是不需要建立数学模型，在出现异常或危险的情况下系统依然能够运行。通过制定相应的模糊规则，能够对电动汽车形成有效的机电复合制动控制。
在电动汽车的机电复合制动控制中，电机是电动汽车最重要的一部分，它保证着电动汽车的制动安全性，还有能量的重复利用能力。所以需要考虑的是电机的特性，也就是它的转速，还要考虑能量转化过程中是否会出现功率过大，影响电池性能的问题。在模糊制动策略中，一定要考虑制动力的分配以及电池的电荷状态。
一般来说，模糊控制的输入变量为三个，分别是速度、制动力以及电池的电荷状态。根据电动汽车在不同环境下的需要，将制动力分成四个模糊控制区域，小、中等、大、很大。速度分为三个模糊区，小、中等、大。电池电荷状态分为五个区，很低、低、中等、高、很高。按照电动汽车行驶时处于不同的状态，以此来对电动汽车机电制动做出模糊控制。
例如，在电动汽车在拥挤的道路上行驶时，由于速度与电池量较低，其制动完全可以通过机电制动实现。当电量充足，制动就可以使用机械制动方法。若是行驶在高速公路下坡段，汽车电量不足，还是用机电制动，电量充足，就不使用机电制动。总体来说，就是根据电池容量，速度来决定电动汽车的制动力分配。
2、前后轴制动策略
（1）理想状态下的制动策略
最理想的制动策略，首先保证在安全系数上要非常高。车辆进行制动控制中，严格按照I曲线对前轴和后轴进行制动力分配。同时利用轮胎与地面的摩擦系数，增加地面附着力，使得汽车不会出现前轮失去转向，后轮出现侧滑等不受控制的现象。这样来保证车辆在行驶过程中制动安全。
但是，如果按照上述安全性考虑，那么，电动汽车对能量的回收效率将会大打折扣。由于前轴制动力分配不足，不能给电机提供充分的制动力矩，所以电能回收效果不足。
而前后轴理想的制动力分配可以根据制动力分配公式来进行解决，该公式说明了理想状态下，电动汽车的前轴与后轴在不同的变量条件下应当分配的制动力大小。
（2）ECE法则下的制动策略
ECE是指联合国欧洲经济委员会汽车法规，这个法规是其推荐给其成员国使用的，而不是强制执行。其成员国一共有欧洲28个国家，还有东欧与南欧等国家。
该法规对双轴汽车前后制动器制动力提出了要求【2】。改标准可以查询该法规第13条规定。相对于理想状态下的制动策略，在ECE法则下，相同制动强度下，对于前轴与后轴的制动力分配，可以提供更多制动力给前轴，从而转换出更多电能进行回收，但是这种方法的缺陷是，其制动力分配与I曲线相差甚远，对于电动汽车的行驶安全会造成较大威胁。
（3）机电制动优先策略
如图1所示，在机电制动优先的策略下，我们可以通过数学模型来确定前轴与后轴的制动力分配。首先先在坐标系中确定I曲线与ECE曲线；其次，在坐标系中确定制动强度的图像；最后，我们就可以在制动强度与I曲线、ECE曲线的交点连接的线段。这时候在线段中可以选择靠近I曲线或ECE曲线的制动力分配点。若是靠近I曲线，则是通过利用与地面摩擦系数，保证行车安全。若是制动力分配点靠近ECE曲线，则是给前轴分配更多制动力，从而回收较多的电能。
由于在电机参与制动的过程中，电机的功率还会受到一些因素的影响，同时还要考虑电池电量等因素，不能盲目转化电能，以防止造成电池损伤。因此，在使用电机复合制动时，也不能保证转化的能量一定都能够回收。在具体进行制动力分配的时候，要根据电动汽车的实际运行状态，再选择合适的制动方式。
选择电机制动优先策略的原因是，在电动汽车进行制动的时候，通过电机既可以提供制动力，也可以对能量进行回收利用，一举两得，所以优先考虑电机制动。即在进行制动力分配的时候优先利用电机分配制动力，在分配时制动力分配点尽量靠近I曲线，保证制动安全。同时，制动力分配点不要超过横轴、ECE法规和f线所围成区域。
图1前后轴制动力分配曲线
小结
以上对纯电动汽车机电复合制动控制的策略进行简单的概括，通过模糊制动策略，前后轴制动策略的测试结果，使用机电复合制动控制确实既能提高能量的回收效率，也可以保障汽车安全。在未来电动汽车领域可以预见，其续航能力与行驶里程必定会得到大幅度提高。所以在目前，机电复合制动控制策略还是拥有非常强的现实指导意义。
参考文献
[1]王耀南,刘东奇. 电动汽车机电复合制动力分配策略研究[J]. 控制工程,2014,03:347-351+356.
[2]潘盛辉,宋仲达,王系朋. 纯电动汽车机电复合制动控制策略的研究[J]. 控制工程,2017,02:309-314.
论文作者:胡秀昊
论文发表刊物:《科技中国》2017年3期
论文发表时间:2017/5/31
标签：机电论文; 电动汽车论文; 策略论文; 电机论文; 分配论文; 能量论文; 前轴论文; 《科技中国》2017年3期论文;