电动汽车用高效回馈制动控制策略(2)

　　ADV ISOR提供了一种简单有效的制动力分配方案,但它有明显的不足之处:首先,仅根据转速来决定前轮的电气及摩擦的分配并不合理;其次,未考虑其他因素,如当电池SOC ( State of charge)过高时回收能量将带来充电安全性问题;最后,该分配方案并无法保证实现最大限度地能量回收,解决此问题应该借助汽车的制动力分配的相关理论分析。

　　制动力分配受限于图5所示的汽车前后轮制动力分配曲线[ 14 ] 。图5中横纵坐标分别为前轮和后轮的制动力,其中, I曲线是理想的前后轮制动力分配曲线;M 曲线是根据制动法规得到的后轮最小制动力曲线,即前后轮的制动力分配点不能处于I曲线以上和M 曲线以下。T 曲线是等制动力曲线。理论上说, T曲线上的每一个处于允许工作区域的点,都可作为该制动力需求下的前后轮分配方案,可以在其中找到可最大限度回收再生制动能量的点来确定前后轮分配方案。

　　制动力分配的原则是在制动法规允许的前提下,尽量将制动力分配到前轮;在保证制动强度的前提下,尽量使用电机再生制动。要做到前轮承担更多的制动力,不得不提到f线组(假定后轮未抱死,在不同地面附着条件下前轮抱死时的前、后轮制动力关系曲线) 。即允许工作区域应该在前述基础上限制在相应地面附着条件下f线的右侧。图5中的虚线,从左到右代表不同地面附着条件(附着系数φ值由小至大)的f线。

　　由此,前、后轮制动力的分配和前轮摩擦、电气制动力分配方案可表述如下:对于由小至大的制动力需求,由图5可知, 在地面附着系数较小时, 制动力可全部由前轮承担,直到制动需求值达到路面状况对应的f线,若此时制动需求增加,则因为前轮抱死无法提供更大的制动力而不能再仅由前轮承担,制动力的分配由此沿该f线上升,直至到达I曲线;当地面附着系数较大时,由图5可知,在制动力需求增大到M 曲线与横坐标交点A点时,还未到达路面状况对应的f线,若此时制动需求增加,则制动力也不能再仅由前轮承担, 需要绕过M 曲线, 直到到达路面状况对应的f线,此后的前、后轮分配过程与地附着系数较小的情形一样。由此方案分配完后,要再经过SOC的限制, SOC太高时不回馈能量给动力电池。

　　4 仿真研究

　　采用ADV ISOR仿真软件来验证以上效率优化策略和制动力分配方案的有效性。实验所用的模型是ADV ISOR 中默认的纯电动汽车模型,详细参数如表2所示。为了比较制动策略的实施效果,做了UDDS、1015、ECE + EUDC和HFET4种典型循环工况的一次充电的续驶里程分析,所用的能量回收控制策略分别为: ①无制动回馈; ②有制动回馈(采用ADV ISOR给出的制动力分配方案) ; ③有制动回馈(采用本文制动力分配方案) ; ④在③的基础上增加制动区域的效率优化策略; ⑤在④的基础上增加电动区域的效率优化策略。

　　仿真结果如表3所示,对于不同的典型循环工况,其一次充电的续驶里程均有不同程度的提高,其中有无制动回馈的差别最大,而在此基础上进一步地改进制动力分配方法、提高发电效率,则能量的利用率都得到一定的提高,从而使续驶里程增加。相对于城市循环工况来说,典型的高速路循环工况HFET的再生制动能量回馈对续驶里程的延长效果不明显,这也验证了前边关于制动能量与工况间关系的分析。

　　图6分别给出了UDDS和1015两种典型工况下第一个循环的SOC曲线。从下至上分别对应前述的五种控制策略。SOC值的下降速度不同代表了不同的能量利用率。SOC值的下降速度慢,说明在典型循环工况运行过程中,从电池中输出的电能少,反之则说明能量消耗多。由图6可以看出,在行驶相同的循环时,采用不同的控制策略时消耗的能量是不同的,随着控制策略的改进, SOC值的下降速度减缓可说明控制策略能有效的提高能量的利用率。同时应该指出,仿真中采用的控制策略⑤并不完全属于制动能量回馈范畴。在此增加此项仿真,用于说明在电动汽车电驱动系统全工作范围内使用效率优化控制策略的节能效果。

　　5 结语

　　电动汽车必须最大限度地提高驱动系统的效率,有效利用有限的能量。在其电驱动系统中增加再生能量回馈功能是提高整体效率的有效方法。本文从感应电机再生制动效率优化和制动力分配角度研究电动汽车的高效制动能量回收控制策略,进一步挖掘再生制动的节能潜力,主要结论如下:

　　1)可实现再生制动是电动汽车与传统车辆的重要区别之一,不同的工况对应不同的减速制动能量。其中,城市工况的制动能量所占比例较大。由典型循环工况分析可知,电动汽车的制动经常处于较低的强度。此外,只有驱动轮的制动能量可以沿着与之相连接的驱动轴传送到能量存储系统,非驱动轮上仅能实施摩擦制动.

　　2)针对电动汽车制动时的电机工作区域特点,可从感应电机再生制动控制和制动力分配两个角度改进电动汽车的制动能量回收策略。效率优化控制可降低较轻强度制动过程中的电驱动系统运行损耗,改进制动力分配方案可在保证制动过程中的车辆方向稳定性和制动强度的前提下,尽量将制动力分配到驱动轮且使用电机再生制动。

　　3)在电动汽车仿真软件ADV ISOR中的对比仿真研究结果表明,是否启动再生制动能量回收对电动汽车的能量利用率影响很大,且随着改变制动力分配方案及增加制动区域的效率优化控制等改善措施的加入,再生制动能量的回收率不断提高,验证了高效制动能量回收控制策略的有效性。为提高电动汽车电驱动系统效率,合理利用其有限的能量以延长电动汽车的续驶里程提供了有效途径。