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电动汽车制动能量回收控制

在城市循环工况下,汽车的平均时速较低,负荷率起伏变化大,需要频繁的启动与制动,汽车制动过程中的能量绝大部分以热能的形式散失到空气中,如果对该部分损失的能量加以回收利用,车辆的续航能力会大大提高。制动能量回收是在保证车辆行驶稳定性的前提下,将电动汽车制动或减速时的一部分机械能经再生系统转换为其他形式的能量,并经功率转化装置存储于储能单元中,同时产生一定的制动阻力使车辆减速制动。

制动能量回收系统是EV/HEV中重要的系统之一,其性能主要依赖于该系统的控制策略。制动能量控制系统的设计需要参考整车的动力传递结构,其目标通常是提高能量的回收率和优化驾驶员感受和车辆稳定性。在研究制动能量回收控制时,还需要考虑汽车在能量回收时的一些约束条件:1) 蓄电池组的状态SOC;2) 汽车低速能量回馈的平顺性;3) 电机的发电功率不能超过蓄电池可以接收的最大功率;4) 逆变器的温度、电压和电流,油门和制动系统的状态。

回收的能量如果不能得到良好的利用,那么能量回收则毫无意义。因此,制动力分配是制定再生制动控制策略要研究的首要问题,它直接影响到制动能量回收效果。提出了三种制动力分配控制策略,即:并联再生制动控制策略、理想再生制动控制策略和最大能量回收控制策略,并在城市循环工况下分别对控制策略进行了仿真分析。日本Eco-Vehicle使用的制动控制器直接接收主缸压力信号,然后计算车辆上的回收制动力,并将结果作为电信号发送给车辆控制器,车辆控制器将实际参与能量回收制动,然后将结果反馈到制动控制,通过对压力控制阀的调节,实现对制动压力的控制。

以驾驶员的制动意图和制动能量回收率为设计指标,基于最优控制理论和PI控制理论设计了一套有效的制动力模型,从提高能量回收率的角度来看,最优控制方法更适合该系统。根据混合动力汽车的不同行驶工况,设计了能够得到最大回收制动扭矩的控制策略,达到了最优刹车效率的同时获得了最大的能量收益。研究了车辆在低摩擦系数下转弯时的制动能量回收控制策略,考虑到制动时的约束条件以及过大的横摆力矩会使车辆稳定性受到影响,设计了MPC控制器,在保证车辆稳定行驶的同时,得到了最大的制动回收能量。以二象限的DC-DC直流斩波器驱动结构为模型对PWM微观过程进行了解析,提出一种理论上可行的恒定回馈电流再生制动控制策略。

在再生制动系统与常规制动、ABS系统兼容方面,针对制动能量回收系统与ABS系统兼容的问题,通过精确设计电机制动门限,能够区分制动力分配,从而利用调节电机制动转矩和制动器制动转矩来实现车轮的防抱死控制和电机回馈能量。通过电机制动控制系统和传统的ABS液压控制系统进行协调控制,在确保制动安全性的前提下,对非紧急制动状态条件下以及在不同路面附着条件下紧急制动情况下的能量回收进行了研究。在电动车能量回收系统中,再生制动力矩是一个非常重要但是不可测量的物理量,利用测量轮速建立了再生制动力矩观测器,并基于此观测器建立了制动力矩跟踪控制器。

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