电动汽车机电复相符制动力分配策略
发布日期:2020-07-01

作者 | 江苏大学(梁岩岩)

来源 | 《汽车工程学报》;EDC电驱异日

述谋咨询有限公司

撮要:对某电动汽车机电复相符制动编制进走了钻研,制定了电动汽车机电复相符制动编制的组织方案。依据ECE-R13 法规与最大电机制动力控制,确定机电解耦门限值,对幼强度制动、中强度制动及危险制动3 栽分歧工况别离制定了分歧的新生制动与液约束动控制策略,并进走仿真与试验验证。效果外明,在幼强度制动时电机可已足驾驶员的需求制动力,并且能量回收率能够达到25%;在中强度制动时电机以最大制动力进走制动并且在最大回收能量的同时能够使该编制已足制动性能,能量回收率能够达到74%;在危险制动时为了制动坦然答敏捷将电机制动力撤出。该复相符制动编制能够有效地摄取新生制动能量,同时也能已足车辆的制动性能。

国内外学者主要从控制策略上对电机或者液压进走控制,尽量众回收能量,本文主要从以下几个方面进走了钻研:

(1)分析并计算电机与液压的解耦门限值,并且对制动工况进走分类。

(2)分歧的制动工况下设计分歧的控制策略,尽量众回收制动能量。

(3)在最大限度回收新生制动能量的同时如何保证车辆的制动性能。

以某电动汽车机电复相符制动编制为钻研对象,综相符考虑ECE-R 13 制动法规请求以及最大水平发挥电机的制行为用,挑出了分歧制动工况下的制动力分配策略,采用二位二通电磁阀进走液压的调节,并对分歧制动工况下的策略进走仿真和试验验证。本钻研为以超级电容为回收能量存储装配、ABS 编制进走调压的复相符制动编制的开发挑供试验与仿真的依据。

1 机电复相符制动编制组织与做事原理

本文所选某电动汽车整车基本参数见外1。

综相符新生制动编制结议和液约束动编制组织及做事原理,本文制定了电动汽车机电复相符制动编制的组织方案,如图1 所示。

复相符制动控制单元根据踏板位移传感器的信号,实在地计算得出需求制动力,根据整车控制器挑供的电机状态新闻,复相符制动控制单元向整流桥发送控制信号,以此来控制新生制动力的大幼,同时也向液约束动编制发送电磁阀控制信号。其中,液约束动编制由2 个电磁阀和ABS 编制构成,两个电磁阀位于主油路,用于实现机电解耦,ABS 编制用于液压的调节。本钻研是串联超级电容,制动能量回收是经历整流桥将三相交流电变成直流电回收给超级电容。

外1 电动汽车整车基本参数

图1 电动汽车机电复相符制动编制组织

2 前后轴制动力分配策略

2.1 已足ECE 制动法规和电机最大制动力的前后轴制动力分配

考虑本钻研针对的是前轴驱动电动汽车,在已足制动需求的前挑下,尽量将制动力分配至前轴,即尽量保持制动力分配系数β=1,但是要保证β=1 处在其相符理的周围之内。对于M 1类汽车,ECE-R13 制动法规对车辆前、后轴制动力分配弯线请求为当制动强度 z= 0.1 ~0.61时:

将β=1 与车辆的参数代入式(1)中,能够发现,当制动强度在 z≤0.127 或 z≥0.882 时,制动力能够十足由前轴挑供。但是考虑到大强度制动时能够会导致车轮的抱物化从而引发一些不消要的危险,以是将 z0=0.127 行为机电解耦的门限值。

在制定制动力分配策略时,不光必要考虑在相符ECE 法规的条件下机电解耦的门限值,同时还必要考虑电机的最大制动力矩。电机的制动特性弯线如图2 所示,根据电机转速与电机转矩间的有关,可得电动汽车所行使的电机最大制动力矩为 Tmax=40 Nm,则电机能够挑供的最大制动强度

将外1 中的车辆参数带入得到空载与满载下电机可挑供的制动强度别离为0.128和0.108。因此,综相符考虑ECE 制动法规和电机最大制动力的控制,选取0.1 行为新生制动与液约束动解耦的门限值,当制动强度超过门限值时,根据车辆制动状态确定是由新生制动和液约束动共同挑供制动力,照样仅由液约束动挑供。

图2 电机的制动特性弯线

2.2 前后轴制动力分配策略

前后轴制动力分配必要已足以下两个请求:

(1)最大水平行使电机制动。

(2)不转折车辆原有前后轴制动力固定分配比例。

基于以上请求,本文的前后轴制动力分配弯线如图3 红色线所示。

图3 前后轴制动力分配弯线

在图3 中,本文所挑出的弯线为折线OABC,其中,A 点为机电解耦的门限点,在A 点之前,制动力一切由前轴电机制动力挑供。在AB 段中,保持前轴团体制动力不变,增补后轴液约束动力直到恢复到原有的前后轴制动力分配弯线,过了B 点之后,前后轴制动力就遵命车辆原有的制动力分配弯线进走。C 点行为危险制动的门限点,也就是说,在BC 段进走机电复相符制动,过了C 点之后,此时的制动强度大于0.7,直接进走液压ABS 制动。

图4 为前轴液约束动力与电机制动力的分配弯线。电机最先辈走制动并逐渐增补到最大,即到达图中A 点,原由电机不克维持在最大制动力,以是为了时刻保证前轴制动力不变,必要液约束动力介入,如图中蓝色线所示。图4 中的AB 段对答图3 中的AB 段,当达到B 点之后,前后轴的制动力分配比例达到了原车前后轴制动比例,之后前后轴制动力就会遵命原车前后轴制动比例进走分配。原由过了B 点之后,前轴制动力开起逐渐增补,以是BC段的斜率清晰变大,当到达C 点之后,电机制动力一切撤销,只靠液约束动力来进走制动。

图4 前轴制动力分配弯线

依据上述分析,本文所制定的电动汽车复相符制动控制策略如图5 所示。

图5 复相符制动控制策略流程

其中, Freq外示总需求制动力; Ff外示前轴制动力; Fr外示后轴制动力; Ffy外示前轴液约束动力; Freg外示电机制动力; Fregmax外示最大电机制动力。

3 制动力分配策略仿真与试验分析

3.1 幼强度制动

最先对幼强度( z<0.1)制动进走仿真分析,在此工况下,仅进走电机制动。让车辆添速到30 km/h 旁边开起进走制动,超级电容的初起电压为10 V 旁边,直到车辆停下来之后仿真终结,仿真图如下。

图6 幼强度制动整车制动力仿真弯线

图7 超级电容端电压仿真

图8 占空比控制信号仿真

图9 需求制动力与实际制动力仿真对比

图6 ~9 是幼强度制动工况下的仿真图,随着占空比信号的逐渐增补,电机制动力陪同需求制动力转折,此时异国液约束动,以是解耦电磁阀关闭。当电机制动力不及以已足需求制动力,此时占空比达到最大,前轮解耦电磁阀掀开,后轮不进走制动,液约束动力介入,超级电容端电压提高。在此过程中能够望显实际制动力能够很益地已足需求制动力。

根据仿真效果,进走了电机幼强度新生制动力试验,效果如图10 ~12 所示。

图10 幼强度制动电机制动力试验

图11 幼强度制动占空比试验

图12 幼强度制动超级电容端电压试验

图10 ~12 为最大电机制动力矩有关信号的转折弯线。在刚开起时,电机制动力随占空比的增补逐渐增补到需求制动力,为了保持需求制动力不变,占空比不息增补,在此过程中,超级电容的端电压逐渐增补。

3.2 中强度制动

当0.1 < z<0.7,中强度制动工况下,此时电机制动力不克十足已足需求制动力,在此栽制动工况下就必要进走电机与液压的复相符制动,电机以最大的制动力进走制动。在此仿真过程中,让车辆添速到30 km/h 旁边开起进走制动,公司动态超级电容的初起电压为10 V 旁边,直到车辆停下之后仿真终结,仿真图如下。

图13 中强度制动整车制动力仿真弯线

图14 超级电容端电压仿真

图15 占空比控制信号仿真

图16 需求制动力与实际制动力仿真对比

图13 ~16 是中强度制动工况下的仿真图。在刚开起时,电机制动力随占空比的增补逐渐增补到最大,占空比增补到1 时,电机制动力达到最大之后开起逐渐降矮,当电机制动力不克已足需求制动力时,解耦电磁阀掀开。在此过程中,超级电容端电压逐渐添大,当占空比为100%时趋于安详,实际制动力能够很益地已足需求制动力。

根据仿真效果,进走了电机中强度新生制动力试验和液约束动力试验,图17 为中强度制动下电机制动力矩图。在中强度液约束动试验中,原由晶闸管G 极的占空比起终为1,不必要对电机进走控制,从而采取等效的试验手段,将试验中测得的最大新生制动力试验数据行为已知量,以中强度工况下的需求制动力减往已知量行为液约束动编制中的现在的制动力,如图18 所示,即在所挑出的液约束动力控制策略下能够使液约束动力遵命图18 所示的弯线进走转折,从而能够表明所挑出的液约束动力控制策略的有效性。但是液约束动力控制试验台架中的压力传感器测得的单位是MPa,为了便于试验,将图18等效成图19进走试验,效果如图20所示。

图17 中强度制动电机制动力矩试验

图18 复相符制动液压需求制动力

图19 复相符制动等效液压需求制动力

图20 复相符制动液压实际制动力

3.3 危险制动

当 z>0.7 时,在危险制动工况下,为了坦然性以及蓄电池和超级电容的寿命考虑,不采取电机进走制动。本文设定0.2 为滑移率现在的值,仿真时让车辆添速到60 km/h 开起进走制动,超级电容的初起电压为10 V 旁边,直到车辆停下来之后仿真终结,仿真图如下。

图21 危险制动整车制动力仿真弯线

图22 超级电容端电压仿真

图23 占空比控制信号仿真

图24 前后轮滑移率仿真

图21 ~24 是危险制动工况下的仿真图,原由驾驶员踩踏板有一个过程,以是在前期很短的时间内会有电机制动力的介入并敏捷达到最大值,当检测到此次为危险制动时,电机撤出制动,液压开起介入,并且以0.2 行为现在的滑移率进走制动。超级电容的端电压原由电机制动力仅在前期很短的时间内介入,最后超级电容的端电压基本保持不变。整流桥G 极信号的占空比原由电机制动力在前期很短的时间内就达到了最大,以是占空比也在很短的时间内上升到1,但是在检测为危险制动时,为了珍惜蓄电池、超级电容以及制动的坦然性,将占空比竖立为0,即电机不进走制动,制动力一切由液压挑供。

根据仿真的效果,进走了液压危险制动试验,试验图如下。

图25 前后轮滑移率试验

图26 前后轮转速以及车速试验

图27 前后轮制动力试验

图25 ~27 为危险制动时的前后轮滑移率、转速以及制动力矩的试验图。根据控制策略中设定的滑移率,其保持在0.2 旁边转折,转速起终与车速保持着很幼的滑移。

3.4 分歧制动强度效果分析

幼强度制动原由首先由液压介入,以是最后车速以电机制动力为0 时的速度计算。

根据式(2)和式(3),得到超级电容回收的能量以及车辆制动消耗的总能量,得到回收率。

式中: E为超级电容回收的能量,J; C为超级电容的法拉值,F; U2为超级电容的着末电压,V; U1为超级电容的初起电压,V。

式中: EP为动能的减幼批,J; m为试验车的质量,kg; v1为车辆初起速度,m/s; v2为车辆末速度,m/s。

根据外2 所分析的仿真数据,在幼强度制动与中强度制动的仿真中,都是从几乎相通的车速以及相通的超级电容端电压开起进走制动的,中强度制动原由电机以最大制动力制动,此过程中的能量回收率远高于幼强度制动过程。在幼强度制动中,仅电机进走制动,需求制动力变大,能量回收率越来越大。到中强度制动阶段,电机以最大制动力参与制动,但是随着需求制动力的增补,电机在一切制动力中所占的比例越来越幼,以是在中强度制动中,能量回收率会随着需求制动力的增补而减幼。危险制动时,本钻研采取不进走电机制动的策略,以是异国能量的回收。

外2 分歧制动强度效果对比

4、结论

针对某电动汽车机电复相符制动编制进走了钻研,挑出了分歧工况下的制动力分配策略,并对其进走了仿真和试验验证。效果表清新本文所设计的以超级电容为储能装配并以ABS 编制进走压力调节的复相符制动编制的准确性,以及制动力控制策略的有效性。在幼强度制动时电机能够已足驾驶员的需求制动力,并且能量回收率能够达到25%;在中强度制动时电机以最大制动力进走制动并且在最大限度回收能量的同时能够使该编制已足制动性能,能量回收率能够达到74%;在危险制动时能够保证滑移率安详在0.2 并且使车速与转速之间异国太大的滑移,电机制动力能够敏捷撤出制动。本文的创新点有以下两个方面:(1)中强度制动中采用数值模拟电机制动力的手段将电机制动力行为已知量输入控制器进走复相符制动力控制试验。(2)挑出的控制策略在每栽制动强度下只必要对一栽制脱手段进走控制,云云就减幼了同时控制两栽制脱手段所带来的不和谐性。

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本文发于第一家具网,作者为古风;经亿欧家居编辑、转载,经行业人士参考。

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