混合动力电动汽车再生制动系统的建模与仿真

本文档下载自文库下载网，内容可能不完整，您可以点击以下网址继续阅读或下载HTTP/WWWWENKUXIAZAICOM/DOC/F0C364ABDD3383C4BB4CD2A2HTML混合动力电动汽车再生制动系统的建模与仿真第27卷第1期2005年2月武汉理工大学学报信息与管理工程版JOURNALOFWUTINFORMATIONFW为风阻FI为坡道阻力FBMTFB驱动力,当FBT为制T由电机驱动的车轮上的制动能量能够沿与之相连接的驱动轴传送到能量存储系统实现回收,而非驱动轮上的制动只能由摩擦制动实现。2是否能对制动能量进行回收取决于电池放电深度SOC,若制动时蓄电池的SOC值很高,为保护蓄电池,延长电池使用寿命,不能进行制动能量回收。3受到电池充电功率的限制,回收功率不能超过电池当时最大充电功率。4电机发电能力的限制,对于手动变速器和机械式自动变速器,减速换档时,变速处于空档位置,从车轮到电机的动力传递被切断,电机不能实现再生制动。由于以上种种原因,混合动力电动汽车的再生制动必须与传统的摩擦制动配合工作,方能实现安全有效的减速制动。在制动过程中,2种制动力之间的一种相互关系如图2所示。如何分配摩擦制动和再生制动之间的关系,协调控制二者的分配比例,成为再生制动系统的关键问题。0时,为驱动力。/WWWWENKUXIAZAICOM/DOC/F0C364ABDD3383C4BB4CD2A2HTMLAR消耗能量EPDTFVDT。图1显示了ECE工况下,用于制动的能量与总能量之间的实时对应关系。对于不同的行使工况,总能量的比例各不相同是ECE1015工况,而美国采用的是US工况。表1为相同条件时,这3种不同工况下制动能量与总能量的对比关系,仿真结果表明在这3种工况下,制动能量均占到总能量的50左右其中整车参数为A239M2,CD025,123,F0009,M1685KG,101。表1各工况下制动消耗能量与总能量的对比关系工况驱动能量KJ制动能量KJ制动能量所占百分比ECE395207523UDDS2824113432476JAPAN10151814938517混合动力电动汽车在减速和下长坡时,对于这部分有制动摩擦而损耗的能量,都可以利用电机的特性,使电动机工作在发电机状态,提供制动转矩,同时将汽车的动能或势能转化成电能回收到储能装置中用于再次驱动汽车。根据美国电力科学研究院EPRI对在美国几个城市中的电动汽车实际运行所作的统计数据表明,对于在这些城市中频繁起、停的公交电动汽车,再生制动给动力蓄电池组补充的能量,能使它的续驶里程增加1020。因此,在混合动力电动汽车驱动系统中实现再生制动功能是非常重要也是十分必要的。图2再生制动和摩擦制动关系4再生制动控制策略41前后轮的制动力分配原则3再生制动的工作限制在制动过程中,希望能最大限度地回收所有除空气阻力和行使阻力以外的能量,然而实际上,可回收的制动能量的大小取决于多个因素。1在纯电动或混合动力电动汽车上,只有图3整车垂直载荷分布示意图118武汉理工大学学报信息与管理工程版2005年2月整车垂直载荷HTTP/WWWWENKUXIAZAICOM/DOC/F0C364ABDD3383C4BB4CD2A2HTML分布示意图如图3所示。当汽车加减速时,加速度会引起前后轮上垂直载荷的重新分配。当汽车的加速度为J时,忽略风阻和滚动阻力,地面作用于前后轮的法向反作用力为NNF略中再生制动能量不能总是最大,多数情况下,摩擦制动总是协同工作。BLHGGRHGLG因此为保证最佳的制动稳定性,理想的前后轮上制动力分配应满足如下关系FBRBHGJGFBFFBRMGJ542再生制动系统中如果使用线控制动BBWBRAKEBYWIRE策略,则可以实现理想的复合控制,而不需要考虑驾驶员施加在制动踏板上的力4,5。再生线控制动的控制策略如图6所示。当有制动信号时,根据制动踏板的位置计算得到驾驶员所需的总制动力,并根据理想的制动力曲线分配于前后轮上的制动转矩TBF,COM和TBR,COM根图4理想制动力分配曲线图图4为汽车前后轮的理想制动力分配曲线图。在传统制动系统中,常采用前后制动器制动力之比为定值。并且为了保证制动安全性,使后轮不先于前轮抱死,前后制动力的实际分配曲线位于理想制动力分配曲线下方。42再生制动和摩擦制动分配策略421比例制动策略通常,再生制动控制策略采用的是按比例控制方法3。按照制动踏板的位置,按一定的比例地分配摩擦制动和再生制动力的大小,假设X由再生制动提供,另外的100X则由摩擦制动提供,两者之间的相互关系如图5所示。当制动踏板转角很小C3以下时,要求的制动力不大,制动力全部由再生制动提供当制动踏板转角增加时,摩擦制动力从零到最大线性增加,所占总制动力的大小基本保持不变,同样电机的再生制动力的大小也占固定比例。比例控制策略的硬HTTP/WWWWENKUXIAZAICOM/DOC/F0C364ABDD3383C4BB4CD2A2HTML件设备与传统制动系统相似,液力制动力的控制是基于驾驶员踩制动踏板的程度,仅需增加一个比例阀,由比例阀减少车轮液力缸WC中来自主液力缸MC的压力,并调整前后轮上制动液压的比例关系,但是此策图6线控再生制动策略图7电机发电特性图第27卷第1期过学迅等混合动力电动汽车再生制动系统的建模与仿真119据电池管理器提供的电池当前的电压、内阻,可得到电池当前的最大充电功率,根据电机控制器传来的电机转速以及电池当前可充功率大小,通过电机的特性图如图7计算得到电机的最大再生力矩TM,MAX。相应的驱动轮上的最大制动转矩为TREG,MAX此值的计算根据电机所处位置不同而不相同,图6是按照电机位于变速器前轮上分配的需求制动转矩TBX,COM与最大再生制动转矩TREG,MAX相比较,如果TBX,COM主开发的用于混合动力汽车研究的仿真软件平台。软件界面采用C与MATLAB混合编制的方式,以前向仿真的思想,运用MATLABSIMULINK图形化建模方式建立了各个部件的前向仿真模型库,可以实现各个车型的拼装并进行动态仿真。国家“863”电动汽车专项资助项目所研制的HEV7200混合动力电动汽车是以蓝鸟车为基础改装的,其驱动系统结构如图9所示图9中黑色箭头为再生制动时的能量流向。图9HEV7200总体布置示意图5线控再生制动策略仿真及分析在研究和开发混合动力汽车的部件和选择最佳结构时,需要设计和制造者能够很快缩小研究范围,找到技术的突破口。技术方案选择阶段,在系统选择上,可依靠高效的建模工具计算机,通过交替使用候选的子系统进行模拟仿真,从而找到最佳的方案。计算机模型为每个候选子系统提供了详细规格和设计参数,从而方便了设计者的工作,而且还有助于为设计和制造样车制定工程目标和计划。目前,国外用于混合动力汽车的仿真软件很多,例如,SIMPLEV、CARSI、ADVISOR、PSAT、HVEC、CSM、HEV和V2ELPHHTTP/WWWWENKUXIAZAICOM/DOC/F0C364ABDD3383C4BB4CD2A2HTML等。而国内还没有比较系统和成熟的混合动力汽车仿真软件。HEVSIM是武汉理工大学汽车工程学院自在HEVSIM中建立HEV7200整车SIMULINK仿真系统。其中按照所提到的线控策略,对制动控制模块进行建模,HEV7200总体布置示意图如图10所示。TREG,MAXI0IGTM,MAXI0为主减速器传动比,IG为变速器传动比。采用ECE工况,设定电池的初始SOC为07,若采用后轮驱动,仿真结果,回收能量为780KJ,占总能量的198若采用前轮驱动,则回收能量为893KJ,占总能量的226。前轮驱动的回收效果将优于后轮驱动。6结论再生制动系统作为电动汽车的重要组成,对电动汽车实现燃油经济性具有重要作用。在设计再生制动系统时要折衷考虑可回收能量的大小,系统的复杂性,开发的周期和成本以及制动的安全性之间的关系。图10HEV7200总体布置示意图120武汉理工大学学报信息与管理工程版CKOREA20024384482005年2月笔者在考虑了电池SOC,电机再生能力等限制条件,建立了线控再生制动系统模型,由仿真结果可以看出采用线控制动策略进行制动能量回收,在满足制动稳定性要求的前提下,能实现较高的回收效率。由于制动时前轮分配较多的制动力,采用前轮驱动,可回收较多的制动能量。参考文献1YEOH,KIMT,KIMC,KIMHPERFORMANCEANA2LYSISOFREGENERATIVEBRAKINGSYSTEMFORPARALLELHYBRIDELECTRICVEHICLEUSINGHILSAEVS192余志生汽车理论第3版M北京机械工业出版社,20003陈清泉,孙逢春,祝嘉光现代电动汽车技术M/WWWWENKUXIAZAICOM/DOC/F0C364ABDD3383C4BB4CD2A2HTMLPAR北京北京理工大学出版社,20024GAOY,EHSANIMELECTRONICBRAKINGSYSTEMOFEVINTEGRATIONOFREGENERATIVEBRAKING,AUTOMATICBRAKINGFORCECONTROLANDABSJSAEPAPER,20020124785NAKAMURAEDEVELOPMENTOFELECTRONICALLYCONT2ROLLEDBRAKESYSTEMFORHYBRIDVICLEJSAE,01SIMTIVEBRAKINGSYSTEMINHEVGUOXUEXUN,ZHANGJINGABSTRACTTHENECESSITYANDFEASIBILITYOFREALIZINGREGENERATIVEBRAKINGINHYBRIDELECTRICVEHICLESAREANALYZEDCONTROLSTRATEGIESAREPRESENTEDASIMULATIONMODELOFHEV7200ISESTABLISHEDONTHEHEVSIMPLATFORMBRAKINGBYWIRESTRATEGYISUSEDTOSTUDYTHESERIESBRAKINGRECOVERYABILITYKEYWORDSREGENERATIVEBRAKINGSIMULATIONHYBRIDELECTRICVEHICLECONTROLSTRATE