电动汽车再生制动系统仿真与分析

孙 凯（安徽江淮汽车股份有限公司技术中心，安徽 合肥 230601）



电动汽车再生制动系统仿真与分析

孙 凯
（安徽江淮汽车股份有限公司技术中心，安徽 合肥 230601）

以电动汽车为研究对象，对其再生制动系统进行了深入的理论分析和仿真研究。从能量回馈的原理、再生－摩擦制动系统的结构、控制理论、影响因素等几个方面入手。对制动系统进行了全面、详细、深入的剖析，搭建了仿真模型。在此基础上进行了一系列仿真数据和曲线进行分析，为实车综合控制策略的制定提供参考。

再生制动；制动力分配；仿真

10.16638/j.cnki.1671-7988.2016.08.006

CLC NO.: U469.7Document Code: AArticle ID: 1671-7988(2016)08-15-03

前言

与传统汽车相比，能够进行再生制动是电动汽车的一个显著特点。即电动机在特定条件下可以转为发电机运行，因此可以在制动时采用再生制动，将回馈能量储存在电力储能装置中，再加以利用，提高电动汽车的续驶里程。

电动汽车的再生制动与发动机、电机、变速器以及电池组等关键部件密切相关，他们都是构成整车动力系统的主要框架，模拟电动汽车的再生制动过程是一项重要同时又较为复杂的研究工作。本文采用Matlab/Simulink和Advisor软件对电动汽车再生制动系统进行建模， 采用后馈仿真为主并辅以前馈仿真的仿真方法，在精度允许的范围内对某些次要影响因素进行了适当的简化。

1、电动汽车仿真软件ADVISOR

ADVISOR (Advanced Vehicle Sinmulator，高级车辆仿真器)是由美国可再生能源实验室(National Renewable Energy Laboratory)在 Matlab和 Simulink软件环境下开发的仿真软件。ADVISOR是一种基于Matlab /Simulink环境的后向式仿真软件，可以通过修改参数对不同整车车型进行仿真与性能分析。

2、建立制动系统仿真模型［1］

仿真计算采用Advisor中典型的后馈仿真为主并辅以前馈仿真的仿真方法，以能量传递为主线，分别计算各部件之间的能量分配，从而得到整车在各种循环工况下的能量消耗、SOC值的变化等情况，最终实现整车再生制动对经济性能的影响的分析。如图2.1。

advisor中制动控制模块分为前馈路径和后向路径。在上图所示模型中，制动模块位于Matlab/Simulink顶层模型中的车辆控制子模块中。

1）制动模块前向路径

“前后轮制动控制器” 模块根据总制动力的需求和驱动链上所能提供的再生制动力的多少，确定前、后轮制动器上制动力的分配。前轮制动系数决定了前轮制动力在所有制动力（摩擦制动力与再生制动的和）中所占的比例［2］。前轮制动力要始终保证前轮制动系数与设定值相同，同时，不能超过最大摩擦力。后轮制动力为总摩擦力减去前轮制动力的差，同样不能超过限制值。

2）制动模块后向路径

制动控制策略模块，用来确定在前、后轮制动器上所需的制动力是多少。所需驱动力的差额将最大限度的发挥驱动链（再生制动）的能力，如果再生制动已经达到了限制的极限值，那么由根据前、后轮制动器根据他们制动能力来提供剩下的制动力。

3、再生制动系统有效能量回收率评价

由于电动汽车再生制动系统仿真模型是在能量传递的基础上建立的动力传动系统模型，因此可以将整车制动能量回收率作为再生制动效能的评价标准。电动汽车制动过程中的能量消耗如图3.1所示。

整车能量的消耗主要包括六个部分，但在仿真计算过程中主要关心的是回收到蓄电池中的能量大小。因此可以通过以下计算得到再生制动系统的有效能量回收率［3］。

通过对仿真工况的分析，可知整车在选定测试循环中所需要消耗的有效总能量E，如下式：

式中：Ek--整车牵引消耗的有效能量；

Eb--整车制动消耗的有效能量；

整车回收的有效能量可由下式求得：

上式是通过液压制动力和总有效制动能量来计算有效回收能量的，但计算较为复杂，因此可通过求蓄电池充放电功率对时间的积分直接计算整车有效回收的能量：

式中：Ub--蓄电池组充放电电压；

Ib--蓄电池组充放电电流；

由以上计算即可得到整车有效能量回收率ηv：

4、仿真典型城市驱动循环工况

在城市较为拥挤的路况下，由于频繁的加速和制动，传统燃油汽车将发动机产生的车辆牵引能量通过摩擦制动的形式转化为热量消耗掉了。与传统燃油汽车相比电动汽车由于采用再生制动可将一部分车辆动能加以回收，因此在城市工况节能效果要优于在郊区和高速公路工况的节能效果。

因此在满足整车制动安全和制动稳定的前提下，还需要在典型城市驱动测试循环下对再生制动系统进行仿真，才能较全面的模拟电动汽车再生制动系统的工作过程，从而对整车的能量回收及其各影响因素进行分析和评价。

本文选择了三种典型的城市驱动循环：欧洲 ECE+ EUDC、日本1015和美国UDDS来进行再生制动系统的仿真［2］。

表1　控制策略能量回收分析

5、结论

通过对三种循环工况下的仿真结果进行分析，验证了本文所建立的电动汽车仿真模型的合理性和正确性，按照选定的评价指标，Advisor中制动控制策略具有一定的能量回收能力。如何确定合理的再生制动和摩擦制动的能量分配管理，如何实现再生制动、摩擦制动和ABS的综合协调控制，在保证制动安全性的条件下提高制动能量回收效率是再生制动系统研究的重点和难点。在当前新能源汽车产品开发过程中，再生制动的研究具有非常重要的现实意义。

[1]江勋,黄妙华.基于ADVISOR的电动汽车再生制动控制的建模与仿真[J].北京汽车，2008，第1期.

[2]唐鹏.电动汽车制动能量回收的分析与研究[D].合肥：合肥工业大学车辆工程，2007.

[3]曾小华，王庆年，李骏，王伟华，初亮.基于 ADVISOR2002混合动力汽车控制策略模块开发[J].汽车工程，2004年04期.

The simulation and analysis of electric vehile brake system

Sun Kai
(Technological Center,Anhui Jianghuai Automobile Co.,Ltd,Anhui Hefei 230601)

According to vehicle dynamics theory,The deeply theoretical researching and simulation are completed.the braking system is also analyzed entirely and thoroughly，including in the principle of energy recovery.the conformation of the regenerative-friction system、controltheory，innuencing factors and so on.Creating simulation data and curves show that regenerative braking distribution control strategy can assure high effcient energy recover.Gives some suggestion for the experiments and tests.

Regenerative braking; Braking distribution; Simulation

U469.7

A

1671-7988（2016）08-15-03

孙凯（1972-）男，高级工程师，就职于安徽江淮汽车股份有限公司技术中心，主要从事发动机与新能源汽车产品开发及研究工作。