基于电动汽车机电复合制动力控制探究

张力元

日照市科技中等专业学校 山东省日照市 262300

1 引言

随着技术时代的到来，汽车行业发展迅速。沟通方式更加便捷，生活质量和生活水平得到显着提高。汽车在保持便利性的同时，还引起了环境污染，空气污染和石油资源匮乏等问题。为了改变当前的发展态势，有必要减轻电动汽车数量增加带来的能源供应和环境污染问题。政府已采取行动，工业部门已投入资金研究包括纯电在内的新能源汽车。该电子控制系统相对简单，基本上可以在高效率范围内操作以实现零排放操作。在电动驾驶中，当汽车制动时，它可以存储一些动能，有效地扩展了纯电动汽车的行驶范围。电动汽车的研究现在已经成为汽车研究领域中的重要和难点，学者们提出了不同的观点。刘华敏分析了电动汽车机电复合制动控制策略，机电复合制动和纯电动汽车电子复合制动控制策略的研究，以提高机电复合制动的效率。纯电动汽车的制动控制和汽车制动的安全性满足了汽车能量回收的要求。梁岩岩研究了电动汽车的机电复合制动系统及相关电动汽车的机电复合制动系统的解决方案。根据规定和机电功率极限，确定机器的电耦合阈值，并针对工作条件，制定不同的再生制动和液压制动系统：低强度制动，中强度制动和高强度制动。王奎洋介绍了机电复合制动系统调节控制技术的研究形式，并提出了汽车机电复合制动系统调节控制技术的未来研究重点，协调控制策略，例如机电复杂的制动系统，分析了国内外机电复合制动调节控制技术的研究现状，总结了机电复合制动调节控制技术的核心技术。

2 电动汽车机电复合制动力系统介绍

常见的电动汽车制动系统包括传统的液压制动系统、再生制动系统和机电制动系统。(1) 常规液压制动系统。传统电动汽车液压制动系统的结构比较常见。制动系统的布置方式有三种,最常见的是交叉布置。当一条管路发生故障时,另一条管路仍能产生制动力,保持制动力的平衡,防止车辆偏离。在制动过程中,当制动踏板被踩下时,在真空助推器的作用下,推动制动总缸活塞,使轮毂缸活塞通过制动液移动,使制动钳夹住制动盘,对车轮进行制动。当松开制动踏板时,车轮制动也随之松开。往复操作实现车辆制动。(2) 电机再生制动系统。再生制动系统是电动汽车独有的。常用结构由控制器、制动控制机构、制动电机和储能装置组成。在制动过程中,制动命令发送的司机车辆控制器,车辆启动再生制动系统,驱动电动机工作在发电机的形式,和生成的电力储存在储能装置来增加车辆的里程。并在车轮上产生一定的制动力矩来对车辆进行制动。如果储能装置处于饱和状态,再生制动系统暂时不能工作,车辆所需的制动力矩可以由其他制动系统提供。这种制动机构与其他制动系统结合,一般分为串联制动和并联制动两种方式。(3) 机电制动系统。机电制动系统简称EMB。在结构组成方面,与传统的液压制动系统不同,EMB 具有体积小、重量轻的特点。它采用电气控制电路作为信号和能量的传递方式,电机作为制动的驱动机构。EMB 机电制动系统主要由动力源、驱动电机、减速增矩机构、运动转换装置、ECU 等组成。EMB 在每个车轮上都有独立的制动线路,每条线路都有自己的电源和控制装置。中央控制器独立工作,信号双向通信,形成反馈回路。在制动过程中,踏板压力传感器将信号传递给ECU。ECU计算出驱动电机的输出转矩后,行星轮系减速增加转矩,动力传递给滚珠丝杠,螺母驱动活塞的轴向位移,制动盘被夹紧,车轮上的制动转矩增大。当达到期望值时,制动钳位置锁定;当松开制动踏板时,ECU接收到向电机提供反向电源的指令,使电机反向,并提供反向力矩,通过相同的传动路线松开制动。该系统重量更轻,传动速度更快,节省制动液,使用电能作为制动能量,清洁环保。

3 电动汽车机电复合制动力控制的研究现状

此类研究以电动汽车为研究对象，优化扭矩分配控制。确保车辆满足制动稳定性的用途，并同时增加制动过程中的恢复能力，对解决方案进行了优化。根据模糊控制的理想变换方法，并通过联合仿真进行了电动汽车的仿真计算。仿真结果表明，与其他决策方法相比，所提出的决策方法更符合实际的制动要求。而在电动汽车中，电池技术存在较长的充电时间，较短的里程，较短的动力电池故障等。仍对电动车辆构成障碍，并且需要提高电动车辆的能量利用率。电动汽车的最大优势在于它能够进行再生制动。当电动车辆制动时，车辆的动能被存储在能量存储装置中。通过提高电动车辆的能量利用率，电能被用于产生制动力，同时增加了电动车辆的行驶范围。电机的功率有限，仅再生制动功能无法满足制动需求，无法确保制动性能的质量。电动汽车机电复合制动力控制的研究现状相对乐观。它专用于机电复合制动系统，并且在动态系统研究中也取得了一致的结果。制动方法不需要更改原始的液压制动系统，但是需要更改制动力控制策略。通过制动系统，功率控制逻辑已在紧急和非紧急情况下进行了测试。目前，电动汽车机电复合制动装置的研究大多处于原型生产的理论研究阶段，技术成果很少应用于量产模型。机电混合制动系统的研究从两个方面进行了揭示。同时，由于电动汽车的制动系统包括液压制动和再生制动，因此需要考虑如何分配和调整液压控制。另一方面，电动汽车的制动过程受诸如电动机特性，行驶条件和制动控制策略等因素的影响，因此采用再生制动控制来使行驶里程最大化。

4 电动汽车机电复合制动力控制技术

4.1 再生制动系统的控制技术

（1）相关的储能装置。储能装置较为复杂，当前使用的储能装置设备分为几部分。在行驶过程中需要启动制动部分，需要使用较短的制动时间和制动功率来运转工作。而一般的电动车辆在启动过程中需要使用电池，动力电池在充电的过程中可以回收能量，承受电流和充电循环的电化学反应的过程，如图1。

图1 相关的储能装置

（2）整流桥的组件。整流桥将外壳中的多个整流管密封，以形成完整的整流电路。整流电路主要由硅整流二极管和晶闸管组成。晶闸管具有效率高，运行稳定的优势。主要用于可控整流器，变频调压等，只需要三组触发电路即可执行宽脉冲或双脉冲触发。

（3）制动系统的建模。超级电容器和动力电池有许多组合。在并联模式下，电容器的容量利用率低于串联模式，并且以并联模式配置的器件的体积和重量都相对较高，从而使并联解决方案不理想。工作期间的电压调节范围也很小，无需串联使用转换器。动力电池和超级电容器的结构具有改善超级电容器的性能的优点。当车辆处于制动状态时，再生制动控制器从制动踏板接收信号，并根据当前电动机速度，超级电容器的端子电压和制动电流进行处理和计算，并输出PWM 控制信号。

（4）再生制动系统的原理。在电动汽车的再生制动过程中，能量回收原理是串联模式，电动机通过半控整流桥直接为超级电容器充电。将制动踏板信号与实际制动电流进行比较，并转换为相应的制动电流，并与相应的控制算法结合起来，以计算晶闸管比的占空比。（如图2）

图2 再生制动系统的原理

4.2 液压制动系统

其包括两个机制：制动操作和执行，该系统的基本要素是高速切换阀。结合了脉宽调制和高速切换阀，液压控制可适应液压制动系统的结构，在制动踏板下方安装了位移传感器以准确识别制动意图。在制动车辆时，将设置在制动ECU 中的主油路的电磁阀的打开阈值来控制电磁阀。当电磁阀前面的两个压力传感器感测到的液压压力大于设定阈值时，进行液压制动，根据实际和所需制动力获取并控制脉冲宽度调制信号。

4.3 电动汽车的机电复合制动系统

（1）电动汽车的制动必须首先从安全角度开始。必须考虑制动能量的回收并准确识别驾驶员的制动意图，并且车辆制动控制系统是基于电力的。该信号输入到控制器以计算所需的制动力，并且制动踏板位移被用作识别参数以准确地计算所需的制动力。所有制动系统必须首先确保制动性能。如果电动机构的功率不足以提供制动需求，则控制系统必须及时调整液压制动以实现所需的制动。它合理地分配了前后桥的制动力，并具有稳定的制动力执行器。

（2）电动混合制动系统的结构图。根据电动机的状态信息，复合制动控制单元将占空比信号发送到整流桥，以控制再生制动力的大小。它还将电磁阀控制信号发送到液压制动系统。主油路具有两个电磁阀以实现电解耦合。在对再生制动系统进行分析的基础上，设计了一种将超级电容器与电池串联的结构，电动机的制动能量通过整流桥充入超级电容器，以及相关的再生制动电路结构。

4.4 低附着系数路面仿真分析

结合低附着系数路面的仿真结果可以看出,估计的路面附着系数在前0.15s 内波动,这是由于紧急制动开始时的滑移率非常小,且不同路面弯道之间几乎没有差异。此时,估计精度偏差会出现波动。然后,估计值逐渐增大,当其值达到02.5 左右时,趋于稳定,并跟踪实际值。当路面附着系数为0.25 时,最优滑移率从0 开始逐渐增大,直至其大小在0.21 左右保持稳定,即当路面附着系数为0.25 时,最优滑移率为0.1。对于最优滑移率的跟踪,在后轮滑移率和前轮滑移率方面都完成得很好,因此两轮对应的滑移率相差不大。在制动过程中动力电池荷电状态变化图中,荷电状态初始值设置为0.5 左右,当荷电状态初始值增加到0.518 时,荷电状态初始值不会发生变化,制动能量回收效果明显。从图中可以看出,前轮再生制动力矩迅速增加,在前0.083s 达到最大值331nm,然后迅速下降并稳定在198nm。再生制动力矩的响应速度明显快于液压制动系统。后轮制动力矩在前0.22s 内迅速增加到36nm,经过小幅波动后略有下降,最终达到30nm 并保持稳定。在最大制动能量回收效率分配策略中,再生制动系统将最大程度地参与车辆制动。在该仿真中,前轮总制动力矩可由再生制动系统提供,因此后轮液压制动力矩始终为零。关于制动距离,由曲线可知,在MPC 控制下,纯电动汽车的制动距离约为31m,制动效率较好,整个制动过程持续4.78s。

5 电动汽车机电复合制动力控制的策略

（1）完善机电复合材料设计，分析问题。超级电容器被用作能量回收和存储设备，分析了再生制动系统和手动连接到超级电容器的动力电池的设计，并通过系统调整了液压制动液压制动系统的原理。我们提出了一种组合式机电制动系统。

（2）设置机电制动系统的模型。综合相关要求，最大程度地提高电动机的制动效果，计算出机器的电解耦合阈值，并提出相关的部署策略。通过对制动条件的分类，提出并模拟了根据制动条件的制动力控制策略，表明所提出的控制策略可以有效地控制再生制动和液压制动系统，保证制动效率。

（3）建立相关工作台并提出控制策略。验证了电动机功率控制实验，建立了液压制动系统工作台，进行了模拟机械电解耦合和液压调节实验，并证明了所提出的制动力控制策略是可行的。同时，应该从实际出发确保工作的正常运转。

6 总结

汽车在保持便利性的同时，还引起了环境污染，空气污染等问题。为了改变当前的发展态势，有必要减轻电动汽车数量增加带来的能源供应和环境污染问题。政府已采取行动，工业部门已投入资金研究包括纯电在内的新能源汽车。电动汽车的制动控制问题有待考究，本文简要总结了电动汽车机电复合制动力控制的研究现状，分析了电动汽车机电复合制动力控制的原理，提出了电动汽车机电复合制动力控制策略。