轻度混合动力汽车制动能量回收控制策略研究

张玉禄 孙海

摘 要：以某轻度混合动力电动汽车为研究对象，分析了，制动能量回收系统在制动回收工作过程中的控制策略，并在分析的基础上建立其在制动过程中的制动力分配模型和数学模型，利用6个典型的循环工况来评价现有制动力分配策略的优劣，并与Advisor中的制动力分配策略进行了比较。无论是燃油经济性、整车能量效率、回收能量占燃油消耗的百分比，还是能量回收率都有明显的提高。

关键词：混合动力电动汽车;制动能量回收;控制策略

1 前言

最大限度地回收能量是混合动力电动汽车在中、小制动强度的制动过程中研究的主要问题。在制动力的分配中减小制动器制动力的比例，加大电机制动力的比例是提高能量回收率的必然途径。对于前驱动混合动力电动汽车，使前轮充分利用其附着能力承担主要的制动任务，将有利于电机最大限度地回收能量。目前还没有较为通用的设计标准来分配前、后轮制动力，文中提出了两种前后轮制动力分配模型，但是对于特定的路面附着系数和车辆的制动强度还不能充分利用前轮的附着能力，从而最大限度地回收制动能量。

文中的建模与仿真工作针对如图1所示的轻度混合动力系统。该系统将传统汽车分离的起动机和发电机结合为一体，直接安装在发动机曲轴动力输出端，取代了发动机飞轮，既传递动力又减缓曲轴扭转振动。传动系统仍然是机械离合器与手动变速器。

制动力分配策略的设计目标一般是提高整车的能量回收率以及优化驾驶员感受。前者设计的特点是将电机作为首选的制动装置提供的大部分制动力用于能量回收，特别是在小制动过程中，电机提供全部的制动力;后者设计的特点是调整前后轮的制动力用于跟踪驾驶员的减速意图。

以某轻度混合动力电动汽车为原型，基于mat—lab/simulink构建了制动能量回收仿真模块。该模块以最大限度的能量回收和保证车辆的制动性能为设计目标，能够分析不同路况下前后轮制动器制动力和电机制动力的分配关系。同时还探讨相关的数学模型以及制动过程中的控制策略，并对仿真结果进行了分析。

2 仿真结果与分析

以Insight车为原型，在Advisor内部构建了制动能量回收仿真模型。该仿真模型是以制动力分配模型和数学模型为基础进行仿真计算的。仿真中利用的参数取自某轻度混合动力电动汽车。

2.1 路況选择

评价制动力分配策略时，可选择如下6个循环工况，分别为反映日本城市路面的1015循环工况、美国的FTP测试循环工况、美国的UDDS循环工况、反映欧洲的城郊路面的EUDC循环工况、反映中国高速路况和城市循环工况Hyzem—highway和Hyzem_rural。在以下分析中，将上述6个工况按1～6加以标识。整车性能的评价指标为各个工况下的100km油耗和能量效率。评价整车性能指标时，由于电池还有部分能量没有评价进来，若单从燃油经济性方面还不能较为完整地评价整车性能，于是引入整车能量效率作为新的评价指标。整车能量效率定义为：=（空气阻力消耗的能量+滚动阻力消耗的能量）/（发动机消耗的能量一电池剩余的能量）。评价制动能量回收控制策略的评价指标为回收能量占燃油消耗的百分比以及整个工况的能量回收率。能量回收率的定义为：

式中为电机回收的能量，为电池放电效率，为发动机有效动力输出能量，为发动机能量利用效率，为摩擦和辐射消耗掉的能量占总能量的百分数。

1015循环工况、FTP测试循环、UDDS循环工况、EUDC循环工况是常用来测试HEV性能的循环工况。Hyzem—highway循环行驶工况的特点是最高车速和平均车速较高，超过或者接近100km/h，并且最高车速和平均车速相对较为接近，同时怠速的时间占循环行驶工况总时间的比例很小（不到4%），怠速起停的次数相对较少。这种循环行驶工况反映了在交通流畅、路面状况水平良好的高速公路上，车辆能够长时间运行在一个相对稳定车速下的行驶工况。Hyzemrural循环行驶工况的特点是最高车速较高，均高于100km/h，但是平均车速较低，并且最高车速和平均车速的差别很大，同时怠速的时间占循环行驶工况总时间的比例较大，怠速起停的次数介于高速公路循环工况和城郊循环工况之间。这种循环工况反映了在路面状况水平良好的城市道路上，由于交通较为拥挤，车辆需要频繁加减速和怠速起停，无法稳定行驶在一个相对较高的稳定车速下的行驶工况。

3 结论

（1）以某轻度混合动力电动汽车为研究对象，分析了制动能量回收系统在制动回收工作过程中的控制策略，并在分析的基础上建立其在制动过程中的制动力分配模型和数学模型，利用6个典型的循环工况来评价现有制动力分配策略的优劣，并与Ad—visor中的制动力分配策略进行了比较。无论是燃油经济性，回收能量占燃油消耗的百分比、能量回收率，还是整车能量效率都有明显的提高。

（2）新建立的制动力分配策略更加适于车速有较大波动、制动过程也较频繁的行驶工况。如1015工况，无论是燃油经济性、整车能量效率、回收能量占燃油消耗的百分比，还是能量回收率都有较为明显的提高。

（3）所提供的制动能量回收控制策略亦可适用于纯电动汽车和燃料电池汽车。