摘要：通过分析和研究混合动力汽车在低附着系数路面制动时制动系统的工作状态与要求，针对具有独立的电机回馈制动控制系统和独立的液压制动控制系统的混合动力汽车，设计了一种新颖的回馈制动与防抱死制动机电复合模糊控制系统。该两层分级控制系统顶层协调控制电机回馈制动与液压制动过程工况分配，底层协调控制力矩分配与调节。对控制策略与方法进行了研究并通过仿真与试验进行验证，结果表明车辆制动性能良好，能量回收制动力矩和液压制动力矩能够协同工作，部分制动能量被回馈储存，控制策略与方法有效且鲁棒性好。
关键词：混合动力汽车；回馈制动；防抱死制动；模糊控制；机电复合制动
一、概述
近年来，雾霾对环境的污染越来越多，尽管没有专家数据证明汽车尾气是引发雾霾的罪魁祸首，但是不能不说它是造成雾霾的原因之一。因此推广新能源汽车控制汽车尾气排放成为现在全球瞩目的战略方针，在汽车厂家和国家的共同努力下，混合动力汽车技术越来越成熟，但是在制动方面仍有优化的空间。制动是汽车三大基本功能（行驶、转向和制动）之一，它直接关系到整车行驶过程中的安全。此外，制动系统的好坏还直接与车辆的平均车速和车辆的运输效率相关，是影响能量利用效率和经济效益的重要因素。
传统汽车的制动是通过制动盘与制动钳或制动鼓与制动蹄之间的摩擦力来实现汽车的减速。在燃油汽车中，为了减轻驾驶员的工作强度，普遍增加了助力装置，有真空助力和液压助力两种。其中轻型轿车上真空助力的装置应用比较普遍，是在人力液压制动的基础上加设的一套由其他能源提供制动力的助力装置，使人力与机械力可兼用。但轻型汽车液压制动系统中的真空助力器的真空源由发动机的进气歧管提供，受发动机的转速影响，很难保持真空度恒定不变，如果发动机突然熄火，将失去真空助力的作用，很容易危及到行车安全和汽车的制动安全，因此在这样的情况下提出混合动力制动系统，真空度由发动机和车载真空泵提供，完全克服以上的不足。
二、混合动力汽车机电复合制动控制系统研究现状
国外对电机回馈制动技术已经进行了一些研究，多采用蓄电池吸收回馈能量，利用超级电容的较少，而且所采用的电容价格高、比能量较低、额定电压低，因此多采用串、并联上百只电容的方案，致使控制系统可靠性降低，整车成本大大提高。
电动汽车电机回馈制动研究的关键问题：
电机回馈制动是目前电动汽车回收制动能的普遍技术。对于电机回馈制动系统是由常规摩擦制动系与电制动复合而成的电动汽车，进行该技术的研究需要解决如下的几个关键问题。首先是制动的稳定性问题。由于电制动力矩（即电机回馈制动力矩）随车速变化大，电动汽车的制动过程将与传统的只具有摩擦制动系的燃油车的制动过程有所不同。因此，如何协调电机回馈制动力矩和摩擦制动力矩之间的分配进行制动的稳定性控制是首先要解决的问题。其次是制动能回收的充分性问题。即在保证电动汽车制动稳定性前提下，尽可能多的回收制动能。电动汽车的充电能力受动力电池荷电状态、电机工作特性、充电的快慢等因素的影响。由于电机回馈制动时常存在过充电及急速充电等问题，使得电机和蓄电池工作条件变得复杂，因此如何提高短时间内充电系统的充电效率是保证制动能回收充分性的关键。最后是制动过程的平顺性问题。需要对电机回馈制动力矩的大小进行优化控制以使电动汽车的制动与常规汽车制动系的制动感觉一样。
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三、复合制动系统协调控制关键技术分析
3.1制动意图识别
制动意图识别是复合制动系统协调控制策略的基础，不同的制动意图要求不同的制动强度、前后轴制动力分配及驱动轴机电制动力分配，直接决定着协调控制效果及制动性能的优劣。对再生制动操作可以通过油门踏板或制动踏板控制两种方式。前者将驾驶员对再生制动强度的要求体现在油门踏板操纵上，油门踏板行程分为再生制动区域与驱动区域 2 部分，可通过油门踏板行程信号、车速信号识别再生制动强度要求。例如姚杰等［22］基于模糊逻辑推理，以加速踏板位移与电机转速为输入信号，确定了再生制动转矩需求。后者对制动强度的要求体现在制动踏板操纵上，可以根据制动踏板力、位移、角速度、角加速度、主缸油压、轮缸油压、车速等信号识别制动意图。例如，王英范等［23］分析不同车速、制动踏板位移、踏板力及管路油压等参数及其组合进行制动意图识别的优缺点，提出以制动踏板位移为主要参数，管路油压为冗余信号的识别方法。
3.2最佳制动能量控制策略
最佳制动能量控制策略最佳制动能量回收策略[以最大限度回收制动能量为目标，以前后轮不抱死为条件。当电机能够提供的制动力在 B 点附近时，前轴制动力由电机提供，后轴液压制动力如 A 点所示；当电机能够提供的制动力小于 C 点时，如 D 点所示，则前轴制动效果等于电机再生制动和液压制动的叠加效果，后轴则仅为液压制动实现。实现最佳制动能量回收策略的前提是要精确的测量液压系统的制动力和电机制动力，并在此基础上对该电机的再生制动力和液压制动力进行精确控制，以满足前后轴制动力分配要求，该策略虽对制动系统有较高的要求，但能最大限度的回收制动能量，充分发挥电动汽车的优势。本文中基于电机的四驱混合动力汽车采用最佳制动能量回收控制策略，目标车型为后轴电机驱动，所以只有后轴才能进行制动能量回收。电机的最大制动力矩为 143.5Nm，能提供的最大制动强度为 0.217，当电机能够满足制动强度时，整车制动模式为纯电机制动；随着制动强度的增大，电机制动力矩不足以满足驾驶员的制动力需求时，液压制动力进行补充，整车制动模式为电机制动+液压制动。
3.3电机再生制动机理电机再生制动能力受到制动意图、车辆行驶速度、变速器档位、电机外特性、电池 SOC、最大充电电流、电池工作温度及电机发电效率、电池充电效率等因素的影响。车辆制动过程中应充分考虑上述参数，选择最优的电机再生制动状态。HoonYeo 等［27］ 提出再生制动力矩由电机容量、电 池SOC 和车辆速度决定，通过对无极变速器（CVT）的控制，使电机工作在高效率区。杨阳等［28］根据镍氢电池组与 ISG 电机性能试验结果，建立了电机/电池联合优化模型，获取了电机/电池联合最佳效率曲线，实现了 CVT、ISG 电机及镍氢电池组的最佳匹配和系统效率优化。任祥龙等［29］采用遗传算法求解有效制动功率最大时对应的电机制动转矩及充电电流期望值，对双向 DC /DC 变换器进行滑模控制，实现输出电压跟随期望值。
四、结束语
最重要的是，相关类型的混合结结构和现代汽车是非常相似的结构，有利于进一步发展的基础上，现有的汽车，但这仅仅是一种混合产品的过渡。通过研究混合动力汽车的发展，慢慢地建立相关的产业链为纯电动汽车时代相应的基础。
参考文献：
［1］ 何仁． 汽车制动能量再生方法的探讨［J］． 江苏大学学报：自然科学版，2003，24（6）：1 － 4．
［2］ Mehrdad Ehsani，Yimin Gao，Ali Emadi． 现代电动汽车、混合动力电动汽车和燃料电池车 － 基本原理、理论和设计［M］． 北京：机械工业出版社，2010．
［3］ 林逸，沈沉，王军，等． 汽车线控制动技术及发展［J］．汽车技术，2005（12）：1 － 3．
论文作者:迟广,王坤鹏
论文发表刊物:《电力设备》2018年第34期
论文发表时间:2019/5/20
标签：电机论文; 力矩论文; 踏板论文; 汽车论文; 能量论文; 液压论文; 混合动力论文; 《电力设备》2018年第34期论文;