《汽車制動(dòng)系統(tǒng)》培訓(xùn)課件,汽車制動(dòng)系統(tǒng),汽車,制動(dòng),系統(tǒng),培訓(xùn),課件 電動(dòng)汽車再生制動(dòng)電動(dòng)汽車再生制動(dòng)主主 要要 內(nèi)內(nèi) 容容u u u u u 電動(dòng)汽車再生制動(dòng)技術(shù)概述電動(dòng)汽車再生制動(dòng)技術(shù)概述電動(dòng)汽車儲(chǔ)能系統(tǒng)分析與研究電動(dòng)汽車儲(chǔ)能系統(tǒng)分析與研究電動(dòng)汽車制動(dòng)過程動(dòng)力學(xué)分析電動(dòng)汽車制動(dòng)過程動(dòng)力學(xué)分析電液復(fù)合再生制動(dòng)協(xié)調(diào)控制策略電液復(fù)合再生制動(dòng)協(xié)調(diào)控制策略再生制動(dòng)與再生制動(dòng)與ABSABS匹配性控制策略匹配性控制策略12345一 電動(dòng)汽車再生制動(dòng)技術(shù)概述1.1 再生制動(dòng)國(guó)外研究概況再生制動(dòng)國(guó)外研究概況n20世紀(jì)70年代，美國(guó)威斯康星大學(xué)經(jīng)過數(shù)年研究，成功研制出液壓式、飛輪式和蓄電池式三種制動(dòng)能量再生系統(tǒng)。1n1979年，丹麥學(xué)者在福特公司生產(chǎn)的EscortVan 汽車上成功設(shè)計(jì)制造出液壓儲(chǔ)能式制動(dòng)能量回收系統(tǒng)，使汽車燃料消耗量降低到原來的70%。2n1984年，瑞典沃爾沃公司在重達(dá)16噸的客車上裝備了飛輪式儲(chǔ)能裝置，該裝置的動(dòng)力傳遞方式為液壓傳動(dòng)式，制動(dòng)能量回收實(shí)驗(yàn)表明節(jié)省燃料可達(dá)15%20.5%。31 Cikanek SR,Bailey KE.Regenerative Breaking System for A Hybrid Electric Vehicle C.Proceedings of the American Control Conference,Anchorage,AK May 8-10,2002,3129-31342 Motomu Hakiai,Toshio Taichi,Masahiko Shoda,etc.Brake system of Eco-VehicleJ.The 14th International Electric Vehicle Symposium and Exposition,19973 Vint MK.Design and Construction of a Fuel Efficient Braking System J.SAE871233,1987:200-214一 電動(dòng)汽車再生制動(dòng)技術(shù)概述1.1 再生制動(dòng)國(guó)外研究概況再生制動(dòng)國(guó)外研究概況n2000年，美國(guó)Michahian大學(xué)建立了并聯(lián)式混合動(dòng)力電動(dòng)汽車的再生制動(dòng)系統(tǒng)模型，系統(tǒng)分析了其再生制動(dòng)的制動(dòng)作用以及能量回收的影響因素。4n韓國(guó)Sunngkyunkwan大學(xué)在再生制動(dòng)力分配方面也做了大量的工作，運(yùn)用模糊控制等經(jīng)典控制理論，對(duì)再生制動(dòng)系統(tǒng)、ABS防抱死系統(tǒng)等進(jìn)行了閉環(huán)硬件仿真，推動(dòng)了新能源汽車的科研進(jìn)展。5n比利時(shí)Flemish研制出一種名叫HEVAN的混合電動(dòng)車系統(tǒng)，以增加電機(jī)低速時(shí)的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)作為控制目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)能量回收。64 Michael Panagiotidis,George Delagrammatikas,et al.Development and use of a regenerative braking model for a parallel hybrid electric vehicle C.SAE,2000.5 陳虹，宮洵，胡云峰等.汽車控制的研究現(xiàn)狀與展望J.自動(dòng)化學(xué)報(bào),2013,33(04):322-346.6 盤朝奉，韓福強(qiáng)，陳燎，徐興，陳龍基于模糊控制的增程式電動(dòng)汽車能量分配策略J重慶交通大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2014，33(03)：140-144.一 電動(dòng)汽車再生制動(dòng)技術(shù)概述1.2 再生制動(dòng)國(guó)內(nèi)研究概況再生制動(dòng)國(guó)內(nèi)研究概況n1997年，由青島大學(xué)和中國(guó)重汽公司聯(lián)合研發(fā)的使用飛輪儲(chǔ)能式蓄能器的 ZK141A型公共汽車，燃油經(jīng)濟(jì)性得到明顯的改善，可節(jié)省35.1%的燃料。n長(zhǎng)安大學(xué)郭金剛、葉敏等通過對(duì)電動(dòng)汽車制動(dòng)電氣再生與機(jī)械摩擦聯(lián)合制動(dòng)特性進(jìn)行了重點(diǎn)分析，提出了主輔電源能量回饋系統(tǒng)，使再生制動(dòng)系統(tǒng)可同時(shí)實(shí)現(xiàn)升降壓功能，實(shí)現(xiàn)回收能量對(duì)主輔電源充電。7n西安交通大學(xué)曹秉剛團(tuán)隊(duì)對(duì)電動(dòng)汽車再生制動(dòng)輔助電源系統(tǒng)及其再生充電系統(tǒng)進(jìn)行詳細(xì)研究，在XJTUEV-2電動(dòng)車能量回收系統(tǒng)上應(yīng)用了現(xiàn)代控制理論最新方法，有效的提高了能量回收效率，達(dá)到了很好的節(jié)能效果。87 葉敏,郭金剛.電動(dòng)汽車再生制動(dòng)及其控制技術(shù)M.北京:人民交通出版社,2013:10-118 葉敏,安強(qiáng),曹秉剛,等.電動(dòng)汽車主輔電源能量回饋研究J.系統(tǒng)仿真學(xué)報(bào),2007,1004(23):4一 電動(dòng)汽車再生制動(dòng)技術(shù)概述1.2 再生制動(dòng)國(guó)內(nèi)研究概況再生制動(dòng)國(guó)內(nèi)研究概況n北京理工大學(xué)的王軍等，基于變速器擋位影響，確保行車制動(dòng)安全的前提下，提出了分段復(fù)合策略，能量回收率提高 3%。n湖南大學(xué)的周云山等圍繞CJY6470E電動(dòng)汽車展開研究，通過重新調(diào)整分配方法，在整車仿真及控制模式方面，優(yōu)化了整車控制策略。9n比亞迪汽車公司在電動(dòng)汽車再生制動(dòng)技術(shù)方面的研究處于國(guó)內(nèi)領(lǐng)先地位，其自主生產(chǎn)的F3DM混合動(dòng)力汽車和E6純電動(dòng)汽車實(shí)現(xiàn)了電動(dòng)汽車民用化，這兩款汽車都具有再生制動(dòng)功能，F(xiàn)3DM帶有兩個(gè)電動(dòng)機(jī)，可以在汽車需要大動(dòng)力情況下為汽車提供動(dòng)力，在制動(dòng)時(shí)提供再生制動(dòng)力。109 江王林，王瑞敏電動(dòng)汽車制動(dòng)過程受力分析及制動(dòng)能量回收策略研究J汽車實(shí)用技術(shù)，2012，26(03)：5-9.10 趙斌.比亞迪新能源汽車消費(fèi)的影響因素研究D.長(zhǎng)沙:中南大學(xué),2011一 電動(dòng)汽車再生制動(dòng)技術(shù)概述1.2 再生制動(dòng)國(guó)內(nèi)研究概況再生制動(dòng)國(guó)內(nèi)研究概況從總體來看，國(guó)外在再生制動(dòng)方面都開展的相對(duì)較早，因此，其在研究和實(shí)際應(yīng)用方面發(fā)展的更加成熟。國(guó)內(nèi)對(duì)電動(dòng)汽車的研究還尚處于初級(jí)階段，由于產(chǎn)品開發(fā)起點(diǎn)比較高，主要是集中在再生制動(dòng)性能的軟件仿真和試驗(yàn)臺(tái)的開發(fā)方面，而且對(duì)于再生制動(dòng)控制策略的研究的手段與應(yīng)用對(duì)象還是比較單調(diào)，大多數(shù)是針對(duì)于前驅(qū)式或后驅(qū)式的電動(dòng)汽車，而在較先進(jìn)的輪轂電機(jī)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)汽車方面相對(duì)研究較少，有待深入探究分析。比亞迪 E6 純電動(dòng)汽車一 電動(dòng)汽車再生制動(dòng)技術(shù)概述1.3 再生制動(dòng)的基本原理再生制動(dòng)的基本原理再生制動(dòng)就是指汽車在一些減速制度工況下行駛時(shí)，通過能量轉(zhuǎn)換裝置的工作可以將部分制動(dòng)能量轉(zhuǎn)換為其它的形式的能量?jī)?chǔ)存起來，而儲(chǔ)存的這些能量可供汽車驅(qū)動(dòng)時(shí)再次利用。在現(xiàn)有的儲(chǔ)能裝置技術(shù)不夠完善的限制下，再生制動(dòng)技術(shù)的應(yīng)用對(duì)于提高電動(dòng)汽車能量的利用效率，解決電動(dòng)汽車的續(xù)駛里程問題有著重要的意義。電動(dòng)汽車再生制動(dòng)系統(tǒng)一般由制動(dòng)系統(tǒng)控制器、操縱機(jī)構(gòu)、電機(jī)制動(dòng)系統(tǒng)、機(jī)械制動(dòng)系統(tǒng)和能量?jī)?chǔ)存系統(tǒng)等組成。1111 楊洋.純電動(dòng)汽車新型電液復(fù)合制動(dòng)系統(tǒng)研究D.重慶:重慶大學(xué),2012一 電動(dòng)汽車再生制動(dòng)技術(shù)概述1.3 再生制動(dòng)的基本原理再生制動(dòng)的基本原理在電動(dòng)汽車運(yùn)行時(shí)，當(dāng)駕駛員給出制動(dòng)命令到整車控制器，明確汽車工作在再生制動(dòng)模式下，此時(shí)電機(jī)以發(fā)電機(jī)的形式工作，將生成的電量回饋到儲(chǔ)能裝置，并且反向的電樞電流會(huì)產(chǎn)生制動(dòng)性的轉(zhuǎn)矩，配合機(jī)械摩擦制動(dòng)降低電動(dòng)汽車的車速。再生制動(dòng)原理圖Ubat：電池端電壓；Ra：電樞電阻；Rb：制動(dòng)限流電阻；Rc：等效電阻；I2：電機(jī)感應(yīng)電流，I1：制動(dòng)電流；E：感應(yīng)電勢(shì)；L：電機(jī)電樞的電感一 電動(dòng)汽車再生制動(dòng)技術(shù)概述1.3 再生制動(dòng)的基本原理再生制動(dòng)的基本原理高頻開關(guān)裝置接在電機(jī)的電樞兩側(cè)，讓該電路能夠以高頻率的形式接通或斷開，生成感應(yīng)電勢(shì)E與感應(yīng)電流I2；在電動(dòng)汽車制動(dòng)狀態(tài)下，電機(jī)與開關(guān)S構(gòu)成閉合回路，感應(yīng)電流即為制動(dòng)電流I1；當(dāng)開關(guān)S斷開后，電流的變化率 立即增大，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E也快速增大，當(dāng) EU時(shí)電流方向?yàn)閺碾姍C(jī)到蓄電池，此時(shí)電池進(jìn)入充電狀態(tài)，即實(shí)現(xiàn)電流回饋，此時(shí)回饋電流大小為I2再生制動(dòng)原理圖一 電動(dòng)汽車再生制動(dòng)技術(shù)概述1.4 再生制動(dòng)系統(tǒng)構(gòu)成分類再生制動(dòng)系統(tǒng)構(gòu)成分類制動(dòng)能量回收愈多愈好，理論上單純的使用再生制動(dòng)可以做到，讓每次制動(dòng)產(chǎn)生的能量都能被回收，事實(shí)上是不可能的，再生制動(dòng)力矩受到很多條件限制，為確保制動(dòng)的穩(wěn)定性，還需要加上原有的機(jī)械摩擦制動(dòng)系統(tǒng)，一起構(gòu)成混合制動(dòng)機(jī)構(gòu)?；旌现苿?dòng)機(jī)構(gòu)按照兩者作用的方式可以分為串聯(lián)制動(dòng)和并聯(lián)制動(dòng)模式。12并聯(lián)制動(dòng)制動(dòng)力分配圖串聯(lián)制動(dòng)制動(dòng)力分配圖12 趙國(guó)柱電動(dòng)汽車再生制動(dòng)若干關(guān)鍵問題研究D南京航空航天大學(xué)，2012一 電動(dòng)汽車再生制動(dòng)技術(shù)概述1.4 再生制動(dòng)系統(tǒng)構(gòu)成分類再生制動(dòng)系統(tǒng)構(gòu)成分類串聯(lián)制動(dòng)的工作方式是隨整車制動(dòng)力的大小而變化，始終秉持著再生制動(dòng)系統(tǒng)工作的優(yōu)先性且最大限度的參與原則。當(dāng)需求的制動(dòng)力較小時(shí)，僅再生制動(dòng)系統(tǒng)工作就可以滿足整車制動(dòng)的要求，因此電動(dòng)汽車的制動(dòng)力由電機(jī)提供。當(dāng)需求的制動(dòng)力較大時(shí)，由于再生制動(dòng)系統(tǒng)所能提供的制動(dòng)力是固定的，達(dá)不到整車對(duì)于制動(dòng)力的需求，此時(shí)必須有機(jī)械制動(dòng)系統(tǒng)參與工作，以提供不足的制動(dòng)力。串聯(lián)制動(dòng)制動(dòng)力分配圖一 電動(dòng)汽車再生制動(dòng)技術(shù)概述1.4 再生制動(dòng)系統(tǒng)構(gòu)成分類再生制動(dòng)系統(tǒng)構(gòu)成分類串聯(lián)制動(dòng)系統(tǒng)一般是需要通過與ABS系統(tǒng)聯(lián)合形成集成控制，它可以調(diào)整單個(gè)車輪的液壓制動(dòng)力，并能夠最大限度地利用再生制動(dòng)力與路面附著條件。串聯(lián)制動(dòng)系統(tǒng)的工作原則決定了在再生制動(dòng)力利用上比其它方式更為徹底，因此所能回收的能量相對(duì)比較高。同時(shí)，串聯(lián)制動(dòng)系統(tǒng)也有一定的局限性，結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本相對(duì)較高而且需要集成的控制系統(tǒng)。串聯(lián)制動(dòng)系統(tǒng)的控制原理一 電動(dòng)汽車再生制動(dòng)技術(shù)概述1.4 再生制動(dòng)系統(tǒng)構(gòu)成分類再生制動(dòng)系統(tǒng)構(gòu)成分類并聯(lián)制動(dòng)系統(tǒng)的特點(diǎn)是再生制動(dòng)力和機(jī)械摩擦制動(dòng)力之間的比例是一固定值，即整車制動(dòng)力在二者之間始終按照固定比例進(jìn)行分配且在參與工作的時(shí)間上具有同時(shí)性。并聯(lián)制動(dòng)制動(dòng)力分配圖一 電動(dòng)汽車再生制動(dòng)技術(shù)概述1.4 再生制動(dòng)系統(tǒng)構(gòu)成分類再生制動(dòng)系統(tǒng)構(gòu)成分類并聯(lián)制動(dòng)與串聯(lián)制動(dòng)系統(tǒng)相比，再生制動(dòng)系統(tǒng)利用方面不如串聯(lián)方式充分，所能回收的能量也相對(duì)較少。但并聯(lián)制動(dòng)系統(tǒng)也具有一定的優(yōu)益性，只需要對(duì)原有傳統(tǒng)機(jī)械制動(dòng)系統(tǒng)稍加變動(dòng)即可實(shí)現(xiàn)，因此，結(jié)構(gòu)相對(duì)比較簡(jiǎn)單，制造成本低。并聯(lián)制動(dòng)系統(tǒng)的控制原理一 電動(dòng)汽車再生制動(dòng)技術(shù)概述1.5 再生制動(dòng)的影響因素再生制動(dòng)的影響因素影響電動(dòng)汽車再生制動(dòng)的因素很多，主要包括制動(dòng)安全性要求、行駛工況、電機(jī)類型及其控制系統(tǒng)類型、車載儲(chǔ)能裝置和再生制動(dòng)控制策略等。13,14n制制動(dòng)動(dòng)安安全全性性要要求求:制動(dòng)系統(tǒng)的目的就是保證汽車在具有足夠的制動(dòng)效能的情況下，還應(yīng)滿足制動(dòng)時(shí)方向穩(wěn)定性等其他要求。采用再生制動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行制動(dòng)動(dòng)能回收的首要原則即為必須達(dá)到整車制動(dòng)效能的要求，在當(dāng)前的再生制動(dòng)實(shí)現(xiàn)過程中，當(dāng)所提供的再生制動(dòng)力不能達(dá)到預(yù)期時(shí)，此時(shí)應(yīng)有機(jī)械摩擦制動(dòng)參與汽車的制動(dòng)過程。n行行駛駛工工況況:當(dāng)汽車所運(yùn)行的工況不同時(shí)，制動(dòng)出現(xiàn)的頻繁程度也是不盡相同的。當(dāng)在城市工況下行駛時(shí)，汽車需要頻繁的制動(dòng)，相應(yīng)的制動(dòng)強(qiáng)度也比較低，因此，再生制動(dòng)系統(tǒng)工作頻率就比較高，回收的制動(dòng)能量自然就比較多。13 黃冬冬.四輪輪轂電機(jī)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)汽車再生制動(dòng)控制策略研究D.長(zhǎng)安大學(xué),2015.14 劉新文.分布驅(qū)動(dòng)電動(dòng)汽車再生制動(dòng)研究D.重慶大學(xué),2015.一 電動(dòng)汽車再生制動(dòng)技術(shù)概述1.5 再生制動(dòng)的影響因素再生制動(dòng)的影響因素n電電動(dòng)動(dòng)機(jī)機(jī)及及其其控控制制系系統(tǒng)統(tǒng)類類型型:對(duì)于電動(dòng)汽車及其驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)而言，電動(dòng)機(jī)不同，其作用效果是有非常明顯差異的，如果一個(gè)電動(dòng)機(jī)有較寬的恒功率工作區(qū)域，其就能夠長(zhǎng)時(shí)間處于高效率工作狀態(tài)，制動(dòng)能量回收效率也就越高。n車車載載儲(chǔ)儲(chǔ)能能裝裝置置的的影影響響:電動(dòng)汽車的車載儲(chǔ)能裝置對(duì)再生制動(dòng)也有很大的影響，作為電動(dòng)汽車蓄能器，通常是根據(jù)電動(dòng)汽車要求的不同而選擇，可能是蓄電池、飛輪電池、超級(jí)電容器或者為多種方式的組合。決定再生制動(dòng)能量回收的最為關(guān)鍵的因素就是車載儲(chǔ)能裝置的特性及其所剩余儲(chǔ)存的能量的多少。n再再生生制制動(dòng)動(dòng)控控制制策策略略:再生制動(dòng)控制策略決定了制動(dòng)力分配方式以及參與的再生制動(dòng)的比例，而再生制動(dòng)力的大小是影響能量回收的最直接因素。在設(shè)計(jì)控制策略時(shí)應(yīng)充分分析車載儲(chǔ)能裝置的特性、電機(jī)的特性、整車制動(dòng)效能和制動(dòng)法律法規(guī)等諸多約束條件。二二 電動(dòng)汽車儲(chǔ)能系統(tǒng)分析與研究電動(dòng)汽車儲(chǔ)能系統(tǒng)分析與研究二 電動(dòng)汽車儲(chǔ)能系統(tǒng)分析與研究2.1 利用動(dòng)力蓄電池組吸收制動(dòng)能量利用動(dòng)力蓄電池組吸收制動(dòng)能量此方案主要由驅(qū)動(dòng)電機(jī)、發(fā)電機(jī)、蓄電池組、電磁離合器、控制器和小型汽車的傳動(dòng)系統(tǒng)等組成。采用蓄電池作為蓄能器，能量由執(zhí)行機(jī)械能-電能之間轉(zhuǎn)化的電動(dòng)機(jī)（發(fā)電機(jī)）轉(zhuǎn)換和傳遞。蓄電池的充放電狀態(tài)由電子控制單元 ECU 完成，蓄電池的剩余電量的控制也由電子控制單元完成。制動(dòng)能量再生系統(tǒng)電儲(chǔ)能方案二 電動(dòng)汽車儲(chǔ)能系統(tǒng)分析與研究2.1 利用動(dòng)力蓄電池組吸收制動(dòng)能量利用動(dòng)力蓄電池組吸收制動(dòng)能量此種形式的制動(dòng)能量再生方案常用在電動(dòng)汽車或混合動(dòng)力汽車上。電儲(chǔ)能方案具有能量吸收和釋放時(shí)的無污染、行駛噪聲小、能量轉(zhuǎn)化效率高等優(yōu)點(diǎn)。此外，這種形式的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，緊湊，易于保養(yǎng)和維護(hù)，也不用擔(dān)心能量的泄漏。但是利用蓄電池吸收制動(dòng)能量，也存在不足。蓄電池充電可接受電流曲線 充電電流對(duì)蓄電池壽命的影響當(dāng)充電電流超過所允許的電壓時(shí)，蓄電池內(nèi)部的水將被電解，產(chǎn)生析氣。充電電過程中，鋰離子蓄電池的充電電流越大，使用過程中的容量衰減就越快，使得蓄電池的使用壽命極大地縮短。二 電動(dòng)汽車儲(chǔ)能系統(tǒng)分析與研究2.1 利用動(dòng)力蓄電池組吸收制動(dòng)能量利用動(dòng)力蓄電池組吸收制動(dòng)能量此種形式的制動(dòng)能量再生方案常用在電動(dòng)汽車或混合動(dòng)力汽車上。電儲(chǔ)能方案具有能量吸收和釋放時(shí)的無污染、行駛噪聲小、能量轉(zhuǎn)化效率高等優(yōu)點(diǎn)。此外，這種形式的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，緊湊，易于保養(yǎng)和維護(hù)，也不用擔(dān)心能量的泄漏。但是利用蓄電池吸收制動(dòng)能量，也存在不足。蓄電池放電過程最高溫度變化 蓄電池不同溫度下的循環(huán)壽命在放電過程中，放電電流越大，鋰離子蓄電池的溫度就越高。在使用過程中的溫度越高，鋰離子蓄電池的容量下降就越快?；诨厥招屎碗姵亟M使用壽命考慮，電儲(chǔ)能制動(dòng)能量回收方案在電動(dòng)汽車上應(yīng)用不成熟。二 電動(dòng)汽車儲(chǔ)能系統(tǒng)分析與研究2.2 超級(jí)電容超級(jí)電容超級(jí)電容憑借其功率密度高，充電速度快，壽命長(zhǎng)，效率高以及低溫性能好等優(yōu)點(diǎn)，被普遍認(rèn)為是純電動(dòng)汽車領(lǐng)域中頗具潛力的技術(shù)。15,16 但是，超級(jí)電容的能量密度較低，若要作為汽車的單一能量來源會(huì)造成體積和重量過大，而且成本也會(huì)隨之增加。所以，目前超級(jí)電容作為純電動(dòng)汽車的輔助動(dòng)力源較為合適。超級(jí)電容原理圖15 武偉,謝少軍,張曌,許津銘.基于 MMC 雙向 DC-DC 變換器的超級(jí)電容儲(chǔ)能系統(tǒng)控制策略分析與設(shè)計(jì)J.中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào),2014,27:4568-4575.16 劉冠男.基于超級(jí)電容的雙向 DC-DC 變換技術(shù)研究D.哈爾濱工業(yè)大學(xué),2013.二 電動(dòng)汽車儲(chǔ)能系統(tǒng)分析與研究2.2 超級(jí)電容超級(jí)電容超級(jí)電容采用雙層電容技術(shù)：當(dāng)向超級(jí)電容充電時(shí)，電容內(nèi)電解質(zhì)溶液中的異性離子將會(huì)被此時(shí)電極表面的電荷所吸引，形成雙電荷層。這種結(jié)構(gòu)可以存儲(chǔ)電荷面積要比傳統(tǒng)的電容大很多，并且電荷之間距離小很多，使得超級(jí)電容的單元電容量大大提高。這種特性非常適合應(yīng)用于純電動(dòng)汽車中。超級(jí)電容在放電過程中可以提供很高的尖峰電流，該特性可以使其在汽車加速和啟動(dòng)時(shí)提供瞬時(shí)大功率。超級(jí)電容原理圖二 電動(dòng)汽車儲(chǔ)能系統(tǒng)分析與研究2.3 鋰電池與超級(jí)電容的匹配方案鋰電池與超級(jí)電容的匹配方案由于儲(chǔ)能技術(shù)中，比能量和比功率之間的矛盾，很難實(shí)現(xiàn)在同一儲(chǔ)能技術(shù)中既滿足高比能量和高比功率。將鋰電池和超級(jí)電容組成復(fù)合電源，結(jié)合兩者的優(yōu)點(diǎn)，并克服各自的不足。復(fù)合儲(chǔ)能系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖2.3 鋰電池與超級(jí)電容的匹配方案鋰電池與超級(jí)電容的匹配方案二 電動(dòng)汽車儲(chǔ)能系統(tǒng)分析與研究復(fù)合儲(chǔ)能系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖將鋰電池與超級(jí)電容并聯(lián)，結(jié)構(gòu)最簡(jiǎn)單，使超級(jí)電容失去了均衡負(fù)載的作用。引入了雙向DC/DC變換器，使其更好地匹配鋰電池工作。由于鋰電池電壓變化平緩，故雙向DC/DC變換器與鋰電池串聯(lián)意義不大。采用兩個(gè)雙向 DC/DC變換器會(huì)導(dǎo)致成本提高，且控制復(fù)雜。經(jīng)過分析，圖(b)中電路結(jié)構(gòu)為純電動(dòng)汽車的復(fù)合儲(chǔ)能系統(tǒng)最優(yōu)結(jié)構(gòu)。2.4 液壓儲(chǔ)能液壓儲(chǔ)能二 電動(dòng)汽車儲(chǔ)能系統(tǒng)分析與研究北京理工大學(xué)苑士華教授、江蘇大學(xué)的何仁教授等在液壓儲(chǔ)能技術(shù)應(yīng)用于傳統(tǒng)燃油汽車上作了比較深入的研究，作出了實(shí)物、提出了液壓儲(chǔ)能制動(dòng)能量再生系統(tǒng)相關(guān)的控制策略、申請(qǐng)了若干相關(guān)專利等。17,18 相比于大型車輛，小型電動(dòng)汽車由于質(zhì)量較小，液壓蓄能器的體積和液壓傳動(dòng)系統(tǒng)可以做得較小即可滿足使車輛從靜止起步加速到一定值的要求。利用液壓儲(chǔ)能技術(shù)，可以讓蓄電池保持在良好的工作狀態(tài)，不發(fā)生過充和過熱情況，延長(zhǎng)了蓄電池的使用壽命，降低整車使用壽命范圍內(nèi)使用蓄電池的成本，因此液壓儲(chǔ)能技術(shù)完全可以應(yīng)用在電動(dòng)汽車上。19 17 Zhuo G R,Li H Y.Research on electro-hydraulic parallel brake system based on ABSJ.2011 International Conference on Electrical and Control Engineering,2011:782787.18 何仁,胡青訓(xùn).制動(dòng)能量再生系統(tǒng)的公共汽車制動(dòng)過程J.江蘇大學(xué)學(xué)報(bào),2005,26(5):389392.19 丁左武.電動(dòng)汽車液壓儲(chǔ)能制動(dòng)能量再生系統(tǒng)研究D.南京航空航天大學(xué),2013.2.4 液壓儲(chǔ)能液壓儲(chǔ)能二 電動(dòng)汽車儲(chǔ)能系統(tǒng)分析與研究液壓儲(chǔ)能制動(dòng)能量再生系統(tǒng)布置形式與方案，分析可知：并聯(lián)方式車型傳動(dòng)效率高，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低，液壓管路中的管接頭數(shù)量較少，在使用過程中液壓管路的密封性容易保證。并聯(lián)串聯(lián)混聯(lián)三三 電動(dòng)汽車制動(dòng)過程動(dòng)力學(xué)分析電動(dòng)汽車制動(dòng)過程動(dòng)力學(xué)分析三 電動(dòng)汽車制動(dòng)過程動(dòng)力學(xué)分析3.1 整車阻力分析整車阻力分析根據(jù)汽車系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)分析，汽車在制動(dòng)時(shí)，會(huì)受到各種外力的作用。主要包括來自輪胎與地面接觸而產(chǎn)生滾動(dòng)阻力Ff、由地面提供的地面制動(dòng)力Fxb、與空氣接觸而產(chǎn)生在行駛方向上空氣阻力Fw和在特殊情況下如坡道上制動(dòng)時(shí)由于自身重力作用在行駛方向上的坡度阻力Fi。汽車沿縱向方向制動(dòng)時(shí)的動(dòng)力學(xué)方程為：20(1)滾滾動(dòng)動(dòng)阻阻力力Ff：從輪胎開始與地面接觸到輪胎與地面分離的過程中，輪胎會(huì)發(fā)生變形產(chǎn)生一定的作用力從而導(dǎo)致能量損耗。滾動(dòng)阻力在任何工況下均存在，其計(jì)算方程式為：20 余志生.汽車?yán)碚揗.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2006三 電動(dòng)汽車制動(dòng)過程動(dòng)力學(xué)分析(2)空空氣氣阻阻力力Fw：汽車在行駛過程中，車身因與空氣接觸而產(chǎn)生作用在行駛方向上的分力即空氣阻力?？諝庾枇ν瑵L動(dòng)阻力一樣始終存在且方向與汽車運(yùn)動(dòng)方向相反?？諝庾枇Φ挠?jì)算方程式為：CD空氣阻力系數(shù)，ua行駛速度，A迎風(fēng)面積。(3)坡坡度度阻阻力力Fi：汽車處于上坡運(yùn)行工況時(shí)，由于受到重力的作用而產(chǎn)生的一個(gè)沿著坡道的力這便是坡度阻力。坡度阻力只在汽車處于上坡條件下才會(huì)存在且方向同汽車運(yùn)動(dòng)的方向相反。坡度阻力的計(jì)算公式為：3.1 整車阻力分析整車阻力分析三 電動(dòng)汽車制動(dòng)過程動(dòng)力學(xué)分析(4)地地面面制制動(dòng)動(dòng)力力Fxb：當(dāng)汽車減速或停車時(shí)，必須受到與運(yùn)動(dòng)方向相反的外力的作用，往往這個(gè)所需求相反的外來作用力比較巨大，空氣阻力和滾動(dòng)阻力所產(chǎn)生的影響相對(duì)較小，達(dá)不到制動(dòng)時(shí)的要求，甚至可以忽略不計(jì)。來自外部力由地面提供，通常我們將這個(gè)力稱為地面制動(dòng)力。地面制動(dòng)力的存在是有條件的，只有在制動(dòng)過程中才會(huì)存在。當(dāng)車輪處于純滾動(dòng)狀態(tài)時(shí)，其地面制動(dòng)力等于制動(dòng)系統(tǒng)的制動(dòng)力（制動(dòng)系統(tǒng)制動(dòng)力主要包括前輪制動(dòng)力與后輪制動(dòng)），在各車輪上需求制動(dòng)力等于輪轂電機(jī)動(dòng)力與摩擦制動(dòng)力之和，且隨著制動(dòng)踏板開度的增加而增大，但不能超過地面附著力，即：為地面附著系數(shù)。3.1 整車阻力分析整車阻力分析三 電動(dòng)汽車制動(dòng)過程動(dòng)力學(xué)分析acar為車的加速度，M為整車質(zhì)量，b是汽車質(zhì)心到后軸中心線的距離，L為汽車前后軸中心線之間的長(zhǎng)度，F(xiàn)f為作用于前軸制動(dòng)力，F(xiàn)r為作用于后車輪上的制動(dòng)力，它們之間的關(guān)系：3.2 前后車輪制動(dòng)力分配分析前后車輪制動(dòng)力分配分析車輛受力分析圖三 電動(dòng)汽車制動(dòng)過程動(dòng)力學(xué)分析當(dāng)進(jìn)行剎車制動(dòng)時(shí)，負(fù)載將會(huì)從后輪移動(dòng)到前輪，影響制動(dòng)力的分配，為此，方便預(yù)測(cè)負(fù)載運(yùn)動(dòng)對(duì)制動(dòng)效果的影響，定義制動(dòng)強(qiáng)度z為：3.2 前后車輪制動(dòng)力分配分析前后車輪制動(dòng)力分配分析作用在前后車輪上的制動(dòng)力關(guān)系如下：前后車輪的制動(dòng)力需要以理想制動(dòng)力曲線分配的形式來調(diào)節(jié)，以確保行車制動(dòng)穩(wěn)定性，這樣確定的制動(dòng)力關(guān)系為：三 電動(dòng)汽車制動(dòng)過程動(dòng)力學(xué)分析汽車的前后制動(dòng)力與摩擦系數(shù)有關(guān)，且理想制動(dòng)力曲線依賴于摩擦系數(shù)，但事實(shí)上，摩擦系數(shù)不易得出。3.2 前后車輪制動(dòng)力分配分析前后車輪制動(dòng)力分配分析前、后輪的制動(dòng)力分配比例系數(shù)Rf、Rr為：制動(dòng)力分配比例不再依賴于摩擦系數(shù)，而是依賴acar，推論可知如果在車輛的重心位置安裝加速度檢測(cè)裝置，就能實(shí)現(xiàn)制動(dòng)力理想分配的目標(biāo)。21,22 21 孫宏達(dá).純電動(dòng)汽車再生制動(dòng)控制系統(tǒng)的研究D.哈爾濱理工大學(xué),2016.22 李賀.純電動(dòng)汽車的再生制動(dòng)系統(tǒng)與ABS集成控制策略研究D.武漢理工大學(xué),2012.四四 電液復(fù)合再生制動(dòng)協(xié)調(diào)控制策略電液復(fù)合再生制動(dòng)協(xié)調(diào)控制策略四 電液復(fù)合再生制動(dòng)協(xié)調(diào)控制策略4.1 文獻(xiàn)文獻(xiàn)23再生制動(dòng)控制策略研究再生制動(dòng)控制策略研究典型的再生制動(dòng)控制策略有串聯(lián)制動(dòng)控制策略和并聯(lián)制動(dòng)策略。其中，串聯(lián)制動(dòng)包括最佳制動(dòng)感覺的串聯(lián)制動(dòng)和最佳能量回收的串聯(lián)制動(dòng)。23 蘇革航.純電動(dòng)汽車復(fù)合儲(chǔ)能再生制動(dòng)系統(tǒng)的研究D.哈爾濱理工大學(xué),2015.(1)串聯(lián)制動(dòng)-最佳制動(dòng)感覺最佳制動(dòng)感覺的串聯(lián)制動(dòng)方式是指在分配制動(dòng)力時(shí)，按照理想制動(dòng)力分配曲線I來分配前后軸車輪之間的制動(dòng)力，再通過控制制動(dòng)時(shí)前后車輪分配所需制動(dòng)力來實(shí)現(xiàn)整個(gè)制動(dòng)過程中車輛的行駛距離達(dá)到最短，使駕駛員獲得最佳的制動(dòng)感覺。最佳制動(dòng)感覺的串聯(lián)制動(dòng)方式保證了制動(dòng)時(shí)車輛行駛距離滿足駕駛員的需求，但是再生制動(dòng)力無法充分地參與到制動(dòng)過程中，故該制動(dòng)策略回收制動(dòng)能量的效率較低。具有最佳感覺的串聯(lián)制動(dòng)策略具有最佳感覺的串聯(lián)制動(dòng)策略四 電液復(fù)合再生制動(dòng)協(xié)調(diào)控制策略4.1 文獻(xiàn)文獻(xiàn)23再生制動(dòng)控制策略研究再生制動(dòng)控制策略研究(2)串聯(lián)制動(dòng)-最佳能量回收最佳能量回收的串聯(lián)制動(dòng)是指在滿足所需制動(dòng)減速度的前提下，盡可能地將施加再生制動(dòng)力在驅(qū)動(dòng)軸上，以達(dá)到盡可能多地回收能量的目的。j點(diǎn)：此時(shí)制動(dòng)所需的減速度要遠(yuǎn)小于路面的附著系數(shù)，故僅在施加再生制動(dòng)力在驅(qū)動(dòng)軸上即可達(dá)到所需的總制動(dòng)力，無需機(jī)械制動(dòng)力。f、c點(diǎn)：這兩個(gè)點(diǎn)均可分配前后輪之間的制動(dòng)力，其中c點(diǎn)的制動(dòng)力可以由電機(jī)提供的最大再生制動(dòng)力，此時(shí)回收的能量可以達(dá)到最大。如果最大再生制動(dòng)力無法滿足所需制動(dòng)力，則由機(jī)械制動(dòng)力提供余下的制動(dòng)力。n串聯(lián)制動(dòng)方式需要協(xié)調(diào)再生制動(dòng)力和機(jī)械摩擦制動(dòng)力之間的分配比例，從而增加了系統(tǒng)的復(fù)雜性，這也是制動(dòng)系統(tǒng)研究和開發(fā)過程中的關(guān)鍵。具有最佳能量回收的串聯(lián)制動(dòng)策略具有最佳能量回收的串聯(lián)制動(dòng)策略四 電液復(fù)合再生制動(dòng)協(xié)調(diào)控制策略4.1 文獻(xiàn)文獻(xiàn)23再生制動(dòng)控制策略研究再生制動(dòng)控制策略研究(3)并聯(lián)制動(dòng)控制策略并聯(lián)制動(dòng)是指再生制動(dòng)力和機(jī)械制動(dòng)力同時(shí)分配在前后車輪上?？傊苿?dòng)力曲線用“機(jī)械制動(dòng)+再生制動(dòng)”表示。其中，機(jī)械制動(dòng)力以固定的比例分配在前后車軸之間，在此基礎(chǔ)上，其余所需的制動(dòng)力由再生制動(dòng)力提供給驅(qū)動(dòng)軸上。當(dāng)汽車制動(dòng)所需減速度大于0.9g時(shí)，為了保證車輛制動(dòng)時(shí)的安全性，再生制動(dòng)不工作，制動(dòng)力全部由機(jī)械制動(dòng)力提供；當(dāng)制動(dòng)所需減速度小于0.9g時(shí)，再生制動(dòng)工作；當(dāng)制動(dòng)所需減速度小于0.15g時(shí)，認(rèn)為是輕度制動(dòng)，此時(shí)驅(qū)動(dòng)軸上僅施加再生制動(dòng)力，機(jī)械制動(dòng)不工作。n并聯(lián)制動(dòng)的結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，且易于應(yīng)用。其能量回收效果和制動(dòng)安全性介于最佳能量回收的串聯(lián)制動(dòng)和最佳制動(dòng)感覺的串聯(lián)制動(dòng)之間。并聯(lián)制動(dòng)策略并聯(lián)制動(dòng)策略四 電液復(fù)合再生制動(dòng)協(xié)調(diào)控制策略4.2 文獻(xiàn)文獻(xiàn)14分布驅(qū)動(dòng)電動(dòng)汽車再生制動(dòng)控制策略研究分布驅(qū)動(dòng)電動(dòng)汽車再生制動(dòng)控制策略研究目前較為常見的典型的再生制動(dòng)控制策略主要有并行制動(dòng)力分配控制策略、前后軸理想制動(dòng)力分配控制策略、最大制動(dòng)能量回收控制策略。(1)并行制動(dòng)力分配策略機(jī)械制動(dòng)與再生制動(dòng)相互獨(dú)立，互不影響。制動(dòng)時(shí)分別沿兩條路線傳遞制動(dòng)力。一方面根據(jù)制動(dòng)踏板動(dòng)作執(zhí)行機(jī)械制動(dòng)，前、后制動(dòng)力按固定比值進(jìn)行分配；另一方面根據(jù)當(dāng)前車速、電池SOC值和機(jī)械制動(dòng)力大小確定是否進(jìn)行再生制動(dòng)以及再生制動(dòng)力矩的大小。四 電液復(fù)合再生制動(dòng)協(xié)調(diào)控制策略4.2 文獻(xiàn)文獻(xiàn)14分布驅(qū)動(dòng)電動(dòng)汽車再生制動(dòng)控制策略研究分布驅(qū)動(dòng)電動(dòng)汽車再生制動(dòng)控制策略研究(2)前后軸理想制動(dòng)力分配策略分布驅(qū)動(dòng)電動(dòng)汽車，其理想制動(dòng)力分配控制策略與前輪驅(qū)動(dòng)或后輪驅(qū)動(dòng)電動(dòng)汽車有所不同，但控制結(jié)果一樣，這種控制策略主要將前、后軸的制動(dòng)力比例按理想制動(dòng)力分配曲線進(jìn)行分配。理想制動(dòng)力分配策略四 電液復(fù)合再生制動(dòng)協(xié)調(diào)控制策略4.2 文獻(xiàn)文獻(xiàn)14分布驅(qū)動(dòng)電動(dòng)汽車再生制動(dòng)控制策略研究分布驅(qū)動(dòng)電動(dòng)汽車再生制動(dòng)控制策略研究(2)前后軸理想制動(dòng)力分配策略Fmf、Fmr分別為前后輪電機(jī)的再生制動(dòng)力，F(xiàn)m_max為電機(jī)最大的再生制動(dòng)力，F(xiàn)hf、Fhr分別為前后輪機(jī)械制動(dòng)力。滿載工況：在需求制動(dòng)力較小的情況下，四個(gè)車輪的制動(dòng)力由電機(jī)再生制動(dòng)力提供(A點(diǎn))。當(dāng)需求制動(dòng)力較大時(shí)，電機(jī)最大再生制動(dòng)力不能滿足制動(dòng)需求時(shí)，四個(gè)電機(jī)制動(dòng)力達(dá)到最大值，不足的制動(dòng)力由機(jī)械制動(dòng)力補(bǔ)充(B點(diǎn))。優(yōu)優(yōu)點(diǎn)點(diǎn)：能充分利用地面附著條件，制動(dòng)距離短，制動(dòng)時(shí)汽車方向穩(wěn)定性好，而且能量回收率較高；缺缺點(diǎn)點(diǎn)：這種控制方案需要使前后輪制動(dòng)力嚴(yán)格按照理想制動(dòng)力分配曲線分配，車輛在不同的載重下，其理想制動(dòng)力分配曲線不同，需要精確檢測(cè)前、后軸法向載荷，對(duì)硬件要求較高，控制相對(duì)復(fù)雜。四 電液復(fù)合再生制動(dòng)協(xié)調(diào)控制策略4.2 文獻(xiàn)文獻(xiàn)14分布驅(qū)動(dòng)電動(dòng)汽車再生制動(dòng)控制策略研究分布驅(qū)動(dòng)電動(dòng)汽車再生制動(dòng)控制策略研究(3)最大制動(dòng)能量回收控制策略最大制動(dòng)能量回收控制策略的核心思想是盡可能的讓電機(jī)參與制動(dòng)，進(jìn)而盡可能多的回收制動(dòng)能量。當(dāng)電機(jī)可以提供的再生制動(dòng)力矩大于車輛需要的制動(dòng)力矩時(shí)，完全由電機(jī)再生制動(dòng)力進(jìn)行制動(dòng)；當(dāng)電機(jī)可以提供的再生制動(dòng)力矩小于車輛需要的制動(dòng)力矩時(shí)，電機(jī)將滿負(fù)荷的參與制動(dòng)，不足的由機(jī)械制動(dòng)補(bǔ)充，以此保證最高的制動(dòng)能量回收率。通常的控制策略都是在高制動(dòng)強(qiáng)度即緊急制動(dòng)時(shí)，都關(guān)閉再生制動(dòng)，而該文獻(xiàn)通過分析電機(jī)的響應(yīng)時(shí)間可以滿足機(jī)械制動(dòng)的響應(yīng)時(shí)間，能滿足汽車制動(dòng)安全性的要求，所以即使在高強(qiáng)度制動(dòng)時(shí)也讓電機(jī)滿負(fù)荷參與制動(dòng)，盡可能多的回收制動(dòng)能量。最大化回收制動(dòng)能量控制策略流程圖最大化回收制動(dòng)能量控制策略流程圖四 電液復(fù)合再生制動(dòng)協(xié)調(diào)控制策略4.3 文獻(xiàn)文獻(xiàn)24再生制動(dòng)與液壓制動(dòng)協(xié)調(diào)控制方案再生制動(dòng)與液壓制動(dòng)協(xié)調(diào)控制方案汽車再生制動(dòng)與液壓制動(dòng)協(xié)調(diào)控制方案設(shè)計(jì)的基本原則是對(duì)傳統(tǒng)制動(dòng)系統(tǒng)改動(dòng)少，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作性能可靠、工作壽命長(zhǎng)。重新設(shè)計(jì)后的汽車制動(dòng)系統(tǒng)應(yīng)該在保證車輛制動(dòng)性能的前提下，既能夠準(zhǔn)確的反映駕駛員的制動(dòng)意圖，又能夠反饋給駕駛員良好的制動(dòng)踏板感覺。24 侯付來.汽車再生制動(dòng)與液壓制動(dòng)協(xié)調(diào)控制研究D.蘇州大學(xué),2016.(1)車輛制動(dòng)強(qiáng)度劃分四 電液復(fù)合再生制動(dòng)協(xié)調(diào)控制策略4.3 文獻(xiàn)文獻(xiàn)24再生制動(dòng)與液壓制動(dòng)協(xié)調(diào)控制方案再生制動(dòng)與液壓制動(dòng)協(xié)調(diào)控制方案輕輕度度制制動(dòng)動(dòng)時(shí)，高速開關(guān)閥1閥口關(guān)閉，高速開關(guān)閥2閥口打開，制動(dòng)主缸前腔與ABS液壓調(diào)節(jié)單元之間斷開，與踏板感覺模擬器前腔連通。在此制動(dòng)范圍內(nèi)，整車的制動(dòng)力由前輪的再生制動(dòng)力矩與后輪的液壓制動(dòng)力矩提供。當(dāng)車輛速度小于5m/s時(shí)，電機(jī)再生制動(dòng)力矩開始減小直到零，同時(shí)車輛液壓泵開始工作，液壓調(diào)節(jié)單元開始給車輛前輪輪缸增壓，使車輛前輪總的制動(dòng)力矩達(dá)到車輛前輪需求的制動(dòng)力矩。(2)制動(dòng)系統(tǒng)控制過程四 電液復(fù)合再生制動(dòng)協(xié)調(diào)控制策略4.3 文獻(xiàn)文獻(xiàn)24再生制動(dòng)與液壓制動(dòng)協(xié)調(diào)控制方案再生制動(dòng)與液壓制動(dòng)協(xié)調(diào)控制方案中中度度制制動(dòng)動(dòng)時(shí)，高速開關(guān)閥1閥口關(guān)閉，高速開關(guān)閥2閥口打開，制動(dòng)主缸前腔與ABS液壓調(diào)節(jié)單元之間斷開連通，與踏板感覺模擬器前腔連通。在此制動(dòng)范圍內(nèi)，整車的制動(dòng)力由前輪的再生制動(dòng)力矩和前輪液壓制動(dòng)力矩和后輪的液壓制動(dòng)力矩提供。當(dāng)車輛速度小于5m/s時(shí)，電機(jī)再生制動(dòng)力矩開始減小直到零，車輛前輪輪缸壓力繼續(xù)增大，使車輛前輪總的制動(dòng)力矩達(dá)到車輛前輪需求的制動(dòng)力矩。(2)制動(dòng)系統(tǒng)控制過程四 電液復(fù)合再生制動(dòng)協(xié)調(diào)控制策略4.3 文獻(xiàn)文獻(xiàn)24再生制動(dòng)與液壓制動(dòng)協(xié)調(diào)控制方案再生制動(dòng)與液壓制動(dòng)協(xié)調(diào)控制方案重重度度制制動(dòng)動(dòng)時(shí)，再生制動(dòng)與液壓制動(dòng)協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的控制執(zhí)行過程如圖所示，紅色線條代表車輛制動(dòng)液的流動(dòng)。高速開關(guān)閥1閥口打開，高速開關(guān)閥2閥口關(guān)閉，制動(dòng)主缸前腔與ABS液壓調(diào)節(jié)單元連通，與踏板感覺模擬器前腔斷開連通。整車制動(dòng)力矩由前輪液壓制動(dòng)力矩和后輪液壓制動(dòng)力矩提供。(2)制動(dòng)系統(tǒng)控制過程五五 再生制動(dòng)與再生制動(dòng)與ABSABS匹配性控制策略匹配性控制策略五 再生制動(dòng)與ABS匹配性控制策略5.1 ABS基本組成基本組成ABS的主要功能:1)縮短制動(dòng)距離;2)防止車輛轉(zhuǎn)向制動(dòng)時(shí)造成側(cè)滑;3)改善輪胎的磨損狀態(tài);4)防止因?yàn)橹苿?dòng)油管漏油造成制動(dòng)完全失效的隔斷功能;5)減輕制動(dòng)踏板踩踏力,提升制動(dòng)效果。汽車防抱死制動(dòng)系統(tǒng)ABS會(huì)因車型不同而不同,因此ABS的類型較多,但基本都包括車輪轉(zhuǎn)速傳感器、電子控制裝置、制動(dòng)壓力調(diào)節(jié)裝置、常規(guī)制動(dòng)系統(tǒng)和報(bào)警裝置等。ABS基本組成簡(jiǎn)圖五 再生制動(dòng)與ABS匹配性控制策略5.1 ABS基本組成基本組成汽車車輪上都安裝的車輪輪速傳感器,將車輪輪速轉(zhuǎn)、角加速度等信息轉(zhuǎn)變成為電信號(hào),輸送給電子控制裝置,電子控制單元經(jīng)過反運(yùn)算,得出車輪輪速、滑移率及角加速度等信息,并加以分析運(yùn)算,將指令傳送給壓力調(diào)節(jié)裝置,然后壓力調(diào)節(jié)裝置發(fā)出制壓力控制指令,對(duì)各個(gè)制動(dòng)輪缸的制動(dòng)壓力進(jìn)行調(diào)節(jié),使之與地面的附著情況相適應(yīng),防止制動(dòng)輪被抱死。ABS基本組成簡(jiǎn)圖此外,電子控制裝置還設(shè)有監(jiān)控單元對(duì)ABS的各個(gè)部件的功能進(jìn)行監(jiān)測(cè),一旦這些部件發(fā)生異常,報(bào)警裝置將對(duì)駕駛員報(bào)警,并停止整個(gè)ABS的工作。此時(shí)汽車的制動(dòng)系統(tǒng)將完全變成常規(guī)制動(dòng)系統(tǒng)。五 再生制動(dòng)與ABS匹配性控制策略5.2 ABS基本原理基本原理汽車制動(dòng)時(shí),制動(dòng)距離的大小取決于制動(dòng)的減速度,制動(dòng)減速度的大小取決于輪胎與地面之間的附著力,而輪胎與地面之間的附著力取決于輪胎與地面之間的附著系數(shù),因此輪胎與地面之間的附著系數(shù)成為我們關(guān)注的重點(diǎn)。在汽車制動(dòng)過程中,對(duì)輪胎與地面之間附著系數(shù)影響最大的可控因素,是車輪在制動(dòng)過程中產(chǎn)生的滑移率的大小:滑移率-附著系數(shù)S為車輪的滑移率,v0為汽車質(zhì)心的縱向速度,r為車輪的行駛半徑,w為車輪的行駛角速度。五 再生制動(dòng)與ABS匹配性控制策略5.2 ABS基本原理基本原理當(dāng)車輪因抱死而滑動(dòng)時(shí),輪胎與地面之間的縱向附著系數(shù)有所下降,而側(cè)向附著系數(shù)則幾乎為0,即輪胎與地面之間的側(cè)向附著力基本完全消失。如果后輪制動(dòng)時(shí)被抱死,由于側(cè)向附著力完全消失,即使受到很小的側(cè)向力干擾,車輛也會(huì)產(chǎn)生側(cè)滑,影響車輛制動(dòng)的方向穩(wěn)定性。滑移率-附著系數(shù)ABS是把車輪運(yùn)動(dòng)狀態(tài)控制在狹窄滑移率范圍內(nèi)的一種控制裝置,一般在8%35%之間,其作用在于緊急制動(dòng)時(shí)保證前輪的操縱性能,有保證后輪不會(huì)因抱死而產(chǎn)生側(cè)滑的現(xiàn)象,保持汽車的方向穩(wěn)定性。因此,一般情況下,ABS并不參與制動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)作,只有當(dāng)某一個(gè)或幾個(gè)車輪趨于抱死時(shí),ABS發(fā)出降壓/增壓指令,如此往復(fù)循環(huán),頻率約在320Hz之間,實(shí)現(xiàn)其防止車輪被抱死的功能。五 再生制動(dòng)與ABS匹配性控制策略5.3 ABS控制方法控制方法邏輯門限值控制方法是當(dāng)今ABS控制領(lǐng)域主要的控制方法,控制穩(wěn)定可靠，但由于大部分邏輯門限值控制方法的門限值具有不可變的特性,影響車輛的穩(wěn)定性及制動(dòng)效率,因此有必要有效識(shí)別路面附著系數(shù),實(shí)時(shí)改變門限值,以獲得最佳的控制效果。文獻(xiàn)25根據(jù)自適應(yīng)控制理論,提出了基于門限值自調(diào)整算法的ABS控制方法。該方法將路面判斷過程放在制動(dòng)力分配及ABS控制之前,直接將判斷出的路面系數(shù)與車速進(jìn)行線性插值,并查詢邏輯門限值設(shè)置庫(kù),根據(jù)路面系數(shù)變化合理調(diào)整門限值。方法穩(wěn)定可靠,但是在使用前期需要做一定量的邏輯門限值設(shè)置庫(kù),需要花費(fèi)一定時(shí)間。(1)基于門限值庫(kù)的邏輯門限值控制方法25 王偉達(dá).汽車ABS/ASR/DYC集成系統(tǒng)控制方法研究D.北京:北京航空航天大學(xué),2008五 再生制動(dòng)與ABS匹配性控制策略5.3 ABS控制方法控制方法(1)基于門限值庫(kù)的邏輯門限值控制方法五 再生制動(dòng)與ABS匹配性控制策略5.3 ABS控制方法控制方法(2)基于等時(shí)輪加速度增幅進(jìn)行路面判斷的邏輯門限值控制方法文獻(xiàn)26提出了根據(jù)車輛制動(dòng)狀況,利用邏輯門限值方法,分析輪加速度增加到一定門限值所用的時(shí)間長(zhǎng)度來判斷路面情況,從而賦予PID三種不同的控制參數(shù),獲得了一定的控制效果。文獻(xiàn)27在此基礎(chǔ)上,進(jìn)一步估算具體的路面附著系數(shù),考慮車速的修正因素,通過線性插值查表得出理想的邏輯門限值賦予ABS控制器。研究表明取消路面附著系數(shù)完全前置的控制流程更有利于路面判斷的準(zhǔn)確性和控制的精確性。該方法在判斷路面附著系數(shù)上更加準(zhǔn)確,能夠根據(jù)不同工況進(jìn)行有效的改變邏輯門限值,但是同樣需要大量的模擬過程來確定邏輯門限制庫(kù)。26 李建華.基于ESC控制系統(tǒng)的ABS控制策略研究及試驗(yàn)D.長(zhǎng)春:吉林大學(xué),2010.27 王吉.電動(dòng)輪汽車制動(dòng)集成控制策略與復(fù)合ABS控制研究D.長(zhǎng)春:吉林大學(xué),2011.五 再生制動(dòng)與ABS匹配性控制策略5.3 ABS控制方法控制方法(2)基于等時(shí)輪加速度增幅進(jìn)行路面判斷的邏輯門限值控制方法五 再生制動(dòng)與ABS匹配性控制策略5.3 ABS控制方法控制方法PID控制器的控制變量是目標(biāo)滑移率和實(shí)際滑移率之差,根據(jù)PID邏輯計(jì)算出電機(jī)制動(dòng)轉(zhuǎn)矩調(diào)整信號(hào),并將此信號(hào)傳遞至復(fù)合制動(dòng)系統(tǒng),通過將此信號(hào)與輸入復(fù)合制動(dòng)系統(tǒng)的原始信號(hào)進(jìn)行對(duì)比調(diào)整,從而實(shí)現(xiàn)對(duì)滑移率的有效控制。同時(shí),車輛系統(tǒng)根據(jù)PID控制產(chǎn)生了車輛運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的變化,變化信息將實(shí)時(shí)反饋至PID控制器中,從而形成了針對(duì)滑移率的閉環(huán)控制。此種變目標(biāo)滑移率結(jié)合PID參數(shù)賦值的ABS方法,結(jié)合了邏輯門限值判斷路面附著系數(shù)的準(zhǔn)確和快速響應(yīng)特性,能夠根據(jù)路面和車速及時(shí)判斷最佳目標(biāo)滑移率和應(yīng)輸入PID控制的PID參數(shù)值等,結(jié)合了PID控控制制方方法法簡(jiǎn)簡(jiǎn)單單有有效效,參參數(shù)數(shù)少少的特性,根據(jù)不同制動(dòng)工況進(jìn)行實(shí)時(shí)的變目標(biāo)滑移率、變PID參數(shù)的控制,控制的輪速更為穩(wěn)定,波動(dòng)相對(duì)更小。(3)基于邏輯門限法路面判斷的變參數(shù)PID控制方法五 再生制動(dòng)與ABS匹配性控制策略5.3 ABS控制方法控制方法(3)基于邏輯門限法路面判斷的變參數(shù)PID控制方法五 再生制動(dòng)與ABS匹配性控制策略5.3 ABS控制方法控制方法當(dāng)前大多數(shù)車輛都使用邏輯門限值控制方法,可靠性較高,電動(dòng)車輛制動(dòng)系統(tǒng)采用電機(jī)制動(dòng),文獻(xiàn)27通過電機(jī)單獨(dú)實(shí)現(xiàn)ABS性能,因此更需要確保安全性,因此經(jīng)過大量實(shí)驗(yàn)證明邏輯門限法能夠勝任防抱死任務(wù)。電動(dòng)車輛的電機(jī)直接通過制動(dòng)轉(zhuǎn)矩的增加/減少及保持來進(jìn)行ABS控制,相對(duì)于傳統(tǒng)液壓ABS控制更加簡(jiǎn)單有效。PID控制效果相對(duì)于邏輯門限值方法更簡(jiǎn)潔有效,控制參數(shù)少，但以變參數(shù)PID為主控制手段還存在弊端,路面系數(shù)的不確定性和變化的無常性,常常可能會(huì)使PID受干擾,滑移率可能會(huì)有較大幅度的振蕩,無法控制在合理的范圍內(nèi)。將變參數(shù)PID控控制制與與邏邏輯輯門門限限值值控控制制進(jìn)進(jìn)行行并并聯(lián)聯(lián)，當(dāng)PID控制受到干擾時(shí),能夠開啟變邏輯門限值控制,保證控制的穩(wěn)定和車輛的安全性能。(4)PID主控制且邏輯門限值法輔助控制的并聯(lián)控制方法五 再生制動(dòng)與ABS匹配性控制策略5.3 ABS控制方法控制方法(4)PID主控制且邏輯門限值法輔助控制的并聯(lián)控制方法五 再生制動(dòng)與ABS匹配性控制策略5.4 再生制動(dòng)與再生制動(dòng)與ABS的矛盾的矛盾(1)制動(dòng)力矩變化整個(gè)制動(dòng)過程中,純電動(dòng)汽車的車輪速度并非持續(xù)降低,而是時(shí)而增大時(shí)而減小。若ABS根據(jù)監(jiān)測(cè)到的傳感器信息,為防止車輪抱死,應(yīng)該減小制動(dòng)壓力,然而車輪速度減低,電機(jī)提供的再生制動(dòng)力矩變大,此時(shí)就造成的ABS要減小制動(dòng)力矩,而電機(jī)在增加再生制動(dòng)力矩的矛盾；反之,如果ABS根據(jù)檢測(cè)到的傳感器信息,應(yīng)該增大制動(dòng)壓力,然而車輪轉(zhuǎn)速因?yàn)檐囕v的慣性或增壓系統(tǒng)的遲滯而持續(xù)加速,電機(jī)提供的再生制動(dòng)力矩降低,此時(shí)也造成了ABS要增大制動(dòng)力矩,而電機(jī)卻在減小再生制動(dòng)力矩的矛盾。液壓制動(dòng)力調(diào)節(jié)方式是有一定遲滯的,而電機(jī)輸出的再生制動(dòng)力矩卻是實(shí)時(shí)變化的,沒有遲滯作用。這也是一對(duì)矛盾,給純電動(dòng)汽車的總制動(dòng)壓力調(diào)節(jié)增加了困難。(2)液壓調(diào)節(jié)的遲滯五 再生制動(dòng)與ABS匹配性控制策略5.5 文獻(xiàn)文獻(xiàn)22再生制動(dòng)與再生制動(dòng)與ABS的集成控制的集成控制(1)電機(jī)轉(zhuǎn)速大于臨界轉(zhuǎn)速時(shí)有:由于傳統(tǒng)液壓制動(dòng)系統(tǒng)的遲滯性,再生制動(dòng)與ABS集成控制時(shí),必須提前發(fā)出控制信號(hào),以獲得更佳的效果。設(shè)定再生制動(dòng)的車輪制動(dòng)角加速度控制門限的上限值+are,下限值-are,車輪滑移率控制門限的觸發(fā)值Sre。其中area,Sre-are,S-are,SSre時(shí)，提前給ABS壓力調(diào)節(jié)裝置減壓信號(hào)使ABS提前進(jìn)入減壓階段，減少一定壓力，抵消再生制動(dòng)力矩的上升量。五 再生制動(dòng)與ABS匹配性控制策略5.6 文獻(xiàn)文獻(xiàn)28再生制動(dòng)與再生制動(dòng)與ABS匹配性控制策略匹配性控制策略28 程斌.純電動(dòng)汽車再生制動(dòng)與ABS匹配控制研究D.合肥工業(yè)大學(xué),2014.研究對(duì)象：S18純電動(dòng)汽車，前輪驅(qū)動(dòng)，再生制動(dòng)力總是施加于前軸NYCC、ECE-EUDC等典型循環(huán)工況下，汽車的最高車速以及平均車速較低，減速制動(dòng)過程頻繁，并且制動(dòng)強(qiáng)度小于0.3的中低度制動(dòng)情況較多，其中制動(dòng)強(qiáng)度小于0.1的比例分別占75.5%，90.3%。為此，研究再生制動(dòng)與ABS匹配性控制策略對(duì)于純電動(dòng)車輛推廣至雨水或降雪量較大的地區(qū)具有非常重要的意義。為了保障純電動(dòng)汽車在雨雪等中低附著系數(shù)路面上抱死滑移時(shí)啟用ABS系統(tǒng)后，仍可以回收制動(dòng)能量，需要對(duì)控制策略進(jìn)行優(yōu)化：當(dāng)檢測(cè)到前輪（即驅(qū)動(dòng)輪）滑移率達(dá)到最佳滑移率時(shí)，ABS系統(tǒng)開啟，此時(shí)保持再生制動(dòng)力在其最大值不變，調(diào)節(jié)制動(dòng)輪缸的壓力，將車輪的滑移率控制在最佳值附近，防止車輪抱死；而當(dāng)檢測(cè)到后輪有趨于抱死的趨勢(shì)時(shí)，仍采用傳統(tǒng)的ABS控制，即通過增壓、保壓、減壓三個(gè)過程來控制滑移率。(1)控制策略再生制動(dòng)與ABS 匹配性控制算法流程圖五 再生制動(dòng)與ABS匹配性控制策略5.6 文獻(xiàn)文獻(xiàn)28再生制動(dòng)與再生制動(dòng)與ABS匹配性控制策略匹配性控制策略文獻(xiàn)選擇已經(jīng)在汽車上得到廣泛運(yùn)用的相對(duì)簡(jiǎn)單的控制方法，即基于最佳滑移率控制的控制方法。參照典型的邏輯門限值控制算法：制動(dòng)開始時(shí)，監(jiān)測(cè)車輪的角減速度，記錄其首次低于門限值-a時(shí)車輪的轉(zhuǎn)速，選取這個(gè)車輪速度作為初始的參考車速uc0，再根據(jù)輪胎模型和滑移率計(jì)算路面附著系數(shù)，由車輛模型計(jì)算出地面制動(dòng)力，進(jìn)而可以計(jì)算出車輛的減速度ac，由公式uc=uc0-act計(jì)算出參考車速。由輪速及參考車速就可以計(jì)算出車輪的滑移率。以車輪的滑移率作為控制目標(biāo)，當(dāng)檢測(cè)到車輪有抱死傾向時(shí)，若非緊急制動(dòng)，則保持再生制動(dòng)力的大小不變，調(diào)節(jié)摩擦制動(dòng)力，使車輪的滑移率在最佳值附近。用滑移率作為控制目標(biāo)，可以最大限度的發(fā)揮制動(dòng)系統(tǒng)的制動(dòng)效能，并且容易實(shí)現(xiàn)連續(xù)控制，控制過程較為平順。(2)控制策略模型五 再生制動(dòng)與ABS匹配性控制策略5.6 文獻(xiàn)文獻(xiàn)28再生制動(dòng)與再生制動(dòng)與ABS匹配性控制策略匹配性控制策略(2)控制策略模型前后輪ABS模型