汽车制动能量再生系统制动力分配研究

陈明昊 王宏磊

摘 要：对汽车制动能量再生系统的制动力分配控制方法进行了研究，提出了基于ABS系统的防止后轮先抱死控制的车辆制动力分配控制方法，建立了相应的再生制动系统前后轴制动力分配控制策略模型，对控制模型进行了仿真分析，并在本课题组建立的汽车能量再生制动试验台上进行了在环仿真试验，结果表明，该再生制动系统制动力分配控制策略能够保证汽车良好制动性能，制动过程中增加了电机制动率，从而提高了汽车制动能量的回收率。

关键词：机械学;再生制动;制动力分配模型

汽车制动能量再生系统是指在汽车减速或制动时，将其中一部分机械能（动能）转化为其它形式的能量，并加以再利用的装置。但是再生制动系统参与制动后实际上改变了车辆原有的制动力分配特性，为获得良好制动效果和保证制动安全性能，需要重新进行车辆前后制动力分配。

目前装备制动能量再生系统的汽车前后轴制动力分配方法主要有固定系数分配法、最优能量回收分配法和基于理想制动力分配I曲线的分配方法。固定系数分配法系统结构简单，但能量回收率不高，且制动切换波动较大;最优能量回收分配法是以能量回收率最大化为设计目标而进行制动力分配的，牺牲了车辆部分制动效能，制动效果变差;基于理想制动力分配I曲线的分配方法能充分利用地面附着条件，制动稳定性好，能量回收率高，但结构复杂，需要精确检测前后轴法向载荷进行实时决策控制。本文提出一種借助ABS系统的随着车辆制动工况变化可调制动力分配率的方法，在保证车辆制动效能的前提下最大化车辆制动能量回收率。

1 能量再生制动系统原理

本研究采用如图1所示制动能量再生系统，汽车常规制动系统为液压制动系统，再生制动电机对前轴进行制动，在制动过程中工作于发电机模式将制动能量转化为电能回收存储在储能器中。液压ABS控制及再生制动集成在一起，再生制动电机参与防抱死制动控制，相关的集成控制方法与控制策略已有论文专门论述，这里就不再赘述。

2 仿真与试验结果

为进行防止后轮先抱死控制后的前后制动力分配曲线与理想制动力分配I曲线，仿真曲线，仿真曲线结果表明。当在再生制动系统中加入前后制动力分配控制时车辆制动力分配可以满足优化前后制动力分配的目的（图2）。

在本课题组建立的汽车能量再生制动试验台上进行了在环仿真试验。试验中用负载电机模拟路面工况，惯性飞轮模拟汽车惯性，开关磁阻电机为辅助制动电机，采用超级电容与蓄电池并联的复合储能器回收制动能量，图3为试验系统平台。

在一个制动循环中，分别对理想I曲线制动力分配及本文制动力分配控制方式进行比较试验。因为一个制动循环中制动能量不多，试验系统由超级电容单独完成储能功能，这样便于测试比较。试验结果用超级电容能量状态值（SOE）表示，制动初速度为100km/h，制动强度分别取0.1、0.3、0.5、0.8g，路面附着系数取0.7，初始能量状态均为0，充电环境温度、湿度保持不变，测试结果如表1所示。

3 结论

汽车再生制动系统由于有电机参与制动以实现能量转换，汽车的制动性能受到影响。一方面为了保证制动性能，电机制动的参与在一些工况下都受到限制;另一方面为了实现能量回收的最大化，又要最大限度地利用电机制动，从而提高制动能量回收率。

本文建立的基于ABS系统的防止后轮先抱死控制的制动力分配策略，可以在保证良好的汽车制动性能下，增加制动过程中电机制动的制动率，提高汽车再生制动能量回收率。