后驱型电动汽车再生制动控制策略的研究开题报告

前言

1994年美国可再生能源实验室在MATLAB和SIMULINK软件环境下开发了高级车辆仿真软件ADVISOR的第一个版本，该软件最初用来帮助美国能源部开发某混合动力汽车的动力系统，随后功能逐渐扩展，可以对传统汽车、纯电动汽车和混合动力汽车的各种性能作快速分析。

ADVISOR 的第二版自 1998 年在网上公布以来 , 国内的研究单位和院校对它进行了不同程度的应用与开发。 2002 年 4 月公布的最新版本 ADVISOR2002 除了继承原版本的风格外 , 还增加了几项新功能[i]。其中很重要的一点是用户可更方便地对它进行开发和配置新模块。

ADVISOR 含有多种控制策略，其中包括混合动力汽车 (HEV) 的控制策略 , 而且所提出的控制策略及方法都通过MATLAB/ SIMULIN K 模块反映出来 , 这种开放式的编程方式对国内进行 HEV 的研究是值得借鉴的。作者在充分理解原 ADVISOR2002 软件的并联控制策略的基础上 , 针对课题组正在开发的并联HEV 的实际需要 , 提出了一种新的控制策略。编制了它的实现模块 (MATLAB/ SIMULIN K) , 并嵌入到原控制策略库中 , 作为以后调用的模块。同时提出了修改 ADVISOR2002 的步骤 , 使所提出的控制策略能够参与 ADVISOR2002 的仿真。

主要内容

国外再生制动领域研究状况

再生制动技术最早是应用于电力机车，使用再生制动技术后电动机车在提高能量利用效率方面取得了显著的效果。上世纪60年代工程师尝试在电动汽车上应用再生制动技术，到上世纪80年代再生制动技术有了进一步的发展[ii]。至今国外在再生制动理论研究和实际应用方面均取得了一定成果。

（1） 理论研究方面

针对并联式和串联式制动能回收系统的特点，都有相应的控制策略。具有代表性的是美国TexasA＆M大学的Yimin Gao等提出了串联式制动能回收系统以及相应的前、后轮制动力分配模型和控制策略[iii]。

1） 最优制动能控制策略

最优制动能控制策略通过控制施加于前、后车轮上的制动力，来实现时制动距离趋于最小值，且优于驾驶者的感觉。根据分析，最短的制动距离和良好的制动感觉要求施加在前、后轮上的制动力遵循理想的制动力分布I曲线。这种控制策略的控制方法优先考虑制动时的安全，保证车辆前后轴制动力能够沿理想控制动力分配曲线进行分配，在这个前提下在进行能量回收[iv]。

2） 最优能量回收控制策略

最佳制动能量回收控制策略的原理是在任何路面附着系数下，制动系提供对应给定制动减速度指令的总制动力，且驱动轮不能比从动轮先抱死，给驱动轮分配更多的制动力，尽可能多地回收制动能量，因此在进行制动力分配时，在不抱死的前提下尽量使再生制动力最大，充分发挥电机制动能力，以达到多回收能量的目的[v]。

（2） 实际应用方面

20世纪90年代全球掀起电动汽车研究热潮以后，国外在电动汽车再生制动系统的研究上取得了比较快的进展。特别是各大汽车公司，在量产的混合动力汽车上普遍采用该系统后，大大提高了整车的能量利用效率，降低了整车油耗，延长了车辆的续驶里程。

国内再生制动领域的研究状况

国内的再生制动技术研究起步相对较晚。2001年，科技部启动十五国家电动汽车重大科技专项。近几年来随着国内电动汽车技术的突飞猛进，再生制动领域研究处于一种蓬勃的状态。

2003年，江苏大学的何仁，在充分比较飞轮储能、液压储能和电化学储能三种汽车制动能量再生方法的优点和技术制约问题的基础上，提出了一种新型制动能量再生系统的技术方案[vi]。它将汽车上发动机和发电机功能结合，应用一个集成电机布置在发电机与变速器之间，将机械传动与电动传动组合为复合传动。同时采用复合储能装置，即化学电池与超级电容器的组合，讲电器储能原件与电力电子功率变换电路相结合，进行快速大功率能量的储蓄，缓冲释放再生能量储存于化学电池中，该新型能量再生系统既可以实现制动能量的回收和在车发电，也能实现发动机起动，汽车加速辅助功率等功能。在城市工况下可节油10%～30%。

2006年，清华大学的罗禹贡、李莲、金达峰等，以混合动力汽车为研究对象，以驾驶员的制动意图和制动能量回收率为设计指标，基于最优控制理论设计了一套有效的制动力分配模型[vii]。仿真结果表明，该控制方法能够显著提高汽车制动时的相应速度，大约在0.5s以内就能实现制动意图，并且能够提高制动能量回收率10%左右。

2007年，北京理工大学的李玉芳、林逸的等，以满足车辆制动性能要求、保证车辆制动稳定性的条件下，最大限度的回收再生制动能量为原则，对独立式制动控制系统的制动力分配进行了分析，得出再生制动力及液压制动力的分配与控制规律[viii]；制动强度小于z时，只有前轮提供需求制动力，包括再生制动力和摩擦制动力，在提供足够的需求制动力的同时也能保证制动稳定；制动强度大于z时，则前、后轮同时提供制动力。

2009年，哈尔滨工业大学的张京明、崔胜民、宋宝玉等，依据理想的前后轮制动力分配曲线，基于比例控制策略，提出了一种并行制动力分配策略，以对摩擦制动力和再生制动力进行合理分配，进而以平均再生制动力为目标，对并行再生制动控制策略进行优化设计[ix]。通过仿真，优化后的并行控制策略既可以满足制动安全性的要求又可以回收更多的制动能量，回收总能量增加了14.4%，回收率提高了5.45%，有效能量回收效率提高1.83%。

2009年，江苏大学的何仁、陈庆樟，在分析开关磁阻电机再生制动机理的基础上，结合汽车制动要求，建立再生制动转矩计算及能量回馈模型，设计了基于双开关磁阻电机前驱的汽车制动能量回收系统方案，并提出了系统控制策略[x]。在汽车制动能量再回收试验台上进行了在环仿真试验，结果表明。采用该系统方案的制动能量回收率在中小制动强度下比单个电机方案高10%以上。

总结，采用永磁无刷直流电机加锂离子动力电池组的动力组合，机械制动与电机制动相结合的制动方式，按照前后驱的制动力分配图进行控制；制动能的回收采集装置使用超级电容，此装置的充电时间短，能充分回收制动能量，提高能量回收的效率。电容能够被频繁的充放电，使用寿命较长。