张抗抗;徐梁飞;华剑锋;李建秋;欧阳明高
三菱格蓝迪【摘 要】针对后轮驱动纯电动汽车,分析了机械制动力前后分配比和踏板特性是否可调以及是否装备ABS等3种不同基础条件对制动能量回收策略的影响,设计与对比了两种并联制动策略(P1与P2)和3种串联制动策略(S1A/B与S2).6种典型循环工况下的仿真结果表明,S1A/B制动能量回收策略的回收率相对于并联制动策略有显著提升,且对应的基础条件较容易实现.因此,S1A/B策略为后驱纯电动车较为值得推荐的制动能量回收策略.
【期刊名称】《汽车工程》
【年(卷),期】2015(037)002
【总页数】8页(P125-131,138)
【关键词】后驱;纯电动车;制动能量回收策略;能量回收率;制动性能
【作 者】张抗抗;徐梁飞;华剑锋;李建秋;欧阳明高
【作者单位】清华大学,汽车安全与节能国家重点实验室,北京100084;清华大学,汽车安全与节能国家重点实验室,北京100084;清华大学,汽车安全与节能国家重点实验室,北京100084;清华大学,汽车安全与节能国家重点实验室,北京100084;清华大学,汽车安全与节能国家重点实验室,北京100084
【正文语种】中 文
纯电动汽车、混合动力汽车、燃料电池汽车等新型动力汽车在节省化石燃料与减少温室气体排放方面表现出极大的潜力，从而被认为是有前景的新型动力汽车。作为三者的共性技术，制动能量回收技术是节能的重要手段之一。与混合动力汽车和燃料电池汽车相比，纯电动汽车只有一个能量源，缺少能量管理的自由度[1]，因此对制动能量回收的依赖更大。
在某一驾驶循环中回馈制动所回收的能量占驱动时总的消耗能量的比例，可作为评价制动能量回收的指标，称为能量回收率(下简称回收率)。回收率的高低取决于驾驶循环特征、制动能量回收策略和动力总成特性。
本文中聚焦于制动能量回收策略，包括前后轴制动力分配(即β线)和驱动轴上机械制动力与
回馈制动力的分配两方面。其中，前后轴制动力分配要符合ECE法规的制动稳定性要求和制动效率要求[2-3]。
电动汽车的开发通常是在传统车型上进行改装，制动能量回收系统的开发也是依托传统制动系统(基础条件)进行。制动能量回收策略一般分为串联与并联两大类。本文中参考文献[4]的定义，根据“低制动强度下是否仅有回馈制动力”这一准则来区分串联制动策略和并联制动策略。
已有很多关于制动能量回收策略的研究[4-9]。最有代表性的为文献[8]和文献[9]中的研究，它们分别针对前驱与后驱电动汽车讨论了并联制动策略(parallel braking)、最优制动性能策略(braking with optimal feel)和最优回收率策略(braking with optimal energy recovery)。最优制动性能策略可以最大限度地利用路面附着系数，在满足制动稳定性要求的前提下实现最大的回收率；而最优能量回收策略可以回收最多的能量，将回收率最大化。但是，它们并未明确界定各制动能量回收策略所要求的基础条件。事实上，3种制动能量回收策略所要求的基础条件各不相同。
马自达cx一5例如，最优制动性能策略要求前后机械制动力比可随制动强度沿任意曲线变化，在前后制
动力直线式或折线式分配的传统制动系统中无法实现，须电控液压制动(electronic hydraulic brake, EHB)或电控机械制动(electro-mechanical brake, EMB)的支持。而最优回收率策略要求路面附着系数是实时可估的，这须要增加传感器与相应的控制算法[10]，目前在工程应用上还不成熟[11]。
现有文献很少从“基础条件与制动能量回收策略的关系”这一角度进行研究，因而无法对原型车的基础条件改进的取舍提供有效指导。本文中首先对设计制动能量回收策略的基础条件进行界定，并设计了与不同基础条件相对应的制动能量回收策略；针对某型后驱纯电动汽车，通过Matlab在6种典型循环工况下进行仿真，对比各制动能量回收策略，最后得出提升回收率的关键基础条件。
所研究的车型是清华大学与某公司合作开发的某型后驱纯电动汽车，制动系统为前盘后鼓，双回路液压系统，前后制动力分配为直线式定比分配。整车主要参数见表1。
本文中研究的纯电动汽车是基于某型传统内燃机汽车改装而成。原型车制动系统的基础条件为：前后制动力分配为直线式定比分配，无ABS，无踏板模拟器。
根据制动能量回收策略设计的需求，可对原型车的基础条件进行改进，如调整定比分配的比例、加装ABS、加装踏板模拟器等。为讨论不同基础条件对制动能量回收策略的影响，本文中首先对此原型车可选配的3种不同基础条件进行明确定义。
电动车维修资料前后制动力比例可在整车设计阶段进行调整，无须增加实物成本。此为基础条件1，可概括为“直线分配，比例可调/不可调”。
改装后的纯电动车型可选配ABS系统，既增加实物成本，也使整车开发过程变长。此为基础条件2，可概括为“有/无ABS系统”。
某些制动策略下，踏板特性需要调整，甚至加装踏板模拟器，也会增加整车成本，并延长整车开发周期。此为基础条件3，可概括为“踏板特性可调/不可调”。
在设计制动能量回收策略时，必须满足ECE法规的制动稳定性要求和制动效率要求。
ECE法规规定在制动强度z<0.8的情况下，后轴利用附着系数小于前轴利用附着系数，此即制动稳定性要求。满足制动稳定性的制动系统在地面附着系数φ为任意值的情况下均可保持前轮先于后轮抱死，从而保证了制动稳定性。
制动效率定义为车轮不锁死的情况下，最大制动减速度与车轮和地面间附着系数的比值[2]。通过减少后轴制动力分配比例，可更好地满足制动稳定性要求。而后轮制动力分配比例过低，会导致在相同附着系数路面上，整车所能达到的最大制动强度降低，即制动效率降低，最小制动距离延长。ECE法规通过最大制动强度zmax与路面附着系数φ的关系来描述制动效率要求：
zmax>0.1+0.85(φ-0.2),0.2<φ<0.8
ECE法规的制动稳定性要求与制动效率要求可以在前后制动力分配图中直观表达。如图1所示，只要前后制动力分配β线不高于I曲线，即满足制动稳定性要求；只要β线不低于ECE曲线，即满足制动效率要求。
传统制动系统作为汽车的一个独立系统，具有高安全性与高可靠性的特点。而制动能量回收系统涉及环节较多，整车控制器、整车CAN网络、电机控制器任何一个环节失效将导致回馈制动失效。因此，在设计纯电动车的制动能量回收策略时，通常要求在制动能量回收正常工作与失效的两种条件下，前后制动力分配均能满足ECE法规的制动稳定性要求与制动效率要求。
当后驱纯电动车采用串联制动策略时，在低制动强度下，后轴的回馈制动力提供所有的制动力，从而使β线在I曲线之上，这必然会违背ECE法规的制动稳定性条件(见图4的OE段)。为了兼顾能量回收率，本文中将制动稳定性条件放宽为“配备ABS系统的整车在低附着系数路面φ<0.2上，允许后轮的利用附着系数大于前轮的利用附着系数”。很多学者在进行后驱电动汽车制动能量回收策略设计时，均接受了这一设定[7,9]。
奇瑞 开瑞在制动过程中，制动踏板位移、制动踏板对脚的反作用力和整车减速度三者共同构成了驾驶员的制动体验，良好的制动踏板特性可以带来良好的制动体验，并保障制动安全。文献[12]中认为踏板特性可用独立的2个方面来描述：踏板位移-踏板反作用力特性和踏板位移-制动减速度特性。本文中关注踏板位移-制动减速度特性。
在中低制动强度下，踏板位移-制动减速度特性必须具有良好的线性。在制动能量回收策略的设计过程中，附加的回馈制动力有可能改变踏板位移-制动减速度曲线的线性。在这种情况下，须安装踏板模拟器等手段来保持踏板位移-制动减速度曲线的线性。
东风标致508怎么样图2为汽车在平地上制动时的两轮模型，爬坡阻力为0，制动过程中的空气阻力与滚动阻力可忽略。则制动时整车的运动状态可用如下方程组描述：
在附着系数为φ的路面上，能实现最大制动强度z=φ的条件是地面对前后轮的附着系数相等，根据此条件可画出I曲线。同时根据前轮抱死条件Fbf=φFf得到f线组，根据后轮抱死条件Fbr=φFr得到r线组(见图1)。
当前后制动力分配沿I曲线移动时，前后轮总是能够同时抱死，达到当前路面所能提供的最大制动强度。文献[8]和文献[9]中的最优制动性能策略的前后制动力分配即沿I曲线分配。
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