英语原文共 10 页，剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料
电动汽车制动系统
S. R. Cikanek
K. E. Bailey
Ford Scientific Research Laboratory
P.O. Box 2053
Dearborn , Michigan 48121-2053
E-mail: scikanek@ford.com
摘要
纯电动汽车和混合动力车辆需要一种包括车辆，动力装置，能量存储装置和具有动态特性的制动子系统的集成迭代设计方法。能量回收需要战略性地整合和控制这些子系统，同时将牵引电动机驱动模式切换为发电机工作模式，回收那些在制动期间被消散的动能。重新捕获的能量传递到能量存储装置。优化能量回收需要最大化产生再生制动扭矩，只有在必要时才使用液压制动器来满足驾驶员的制动命令和车辆稳定性的需求。本文包含对纯电动和混合动力车辆制动系统，制动策略，制动系统权衡以及在迭代设计过程中使用动态模型开发等内容。
简介
为了在保证整车使用性能、所有权以及成本维护的前提下实现低排放和燃油效率更高的预期设计目标，混合动力电动汽车（HEV）系统优化是不可或缺的。为了实现零排放，相对于车辆生产，在一定范围、车辆性能、所有权以及成本维护方面，纯电动汽车（EV）系统优化也是必要的。优化领域包括用于混合动力车辆的能量管理和用于纯电动汽车的工作模式区间范围。当客户的驾驶需求和车辆的预期用途被考虑在内时，用于纯电动和混合动力汽车的制动系统可以针对整车成本，驾驶员感觉，行车性能，系统开发周期，系统复杂性和能量回收策略等。本文介绍了纯电动和混合动力车辆的制动系统，以及有关车辆系统的设计考虑等方面内容。
纯电动或混合动力车辆在制动期间动能的耗散可以通过控制功率电子器件来有有效回收，因此，使得电动机牵引模式转换成为发电机工作模式[1]。在该过程中回收的能量可以返回到能量存储装置为后续使用。在回收能量期间由电动机提供的制动转矩可以最大化，达到最大回收能量的目的，仅在必须满足驾驶员的制动命令和实现车辆稳定性的前提下才使用液压制动系统。
构建纯电动或混合动力车辆动力学模型可以在不同制动策略，驱动周期和车辆配置条件下的进行能量回收定量分析比较，并且可以进行优化制动系统，以使特定车辆配置的能量回收达到最大化。该模型可以进行车辆稳定性分析和制动系统动态控制法则的初步开发。此外，硬件在环（HIL）可以与车辆动力学建模一起运用于开发纯电动和混合动力车辆制动系统。对于车辆而言，HIL构建和维护不是非常昂贵对于车辆而言，所以硬件在环特别适用于车辆软件开发。
有三种类型的电牵引电动机制动形式：串联，并联和压缩制动。串联式制动需要一个完整的集成了再生制动和液压制动防抱死制动系统，这无疑增加了大量的成本和开发时间，但是潜在地可以回收比并联电制动更多的动能。串联式制动允许对每个车轮的液压制动器进行独立控制，允许对驱动轮施加再生制动扭矩，直至轮胎与路面的附着条件达到极限值; 所需求的剩余制动转矩可以在非驱动轮处的液压制动系统施加。除了由基础制动提供的液压制动转矩之外，并联制动系统还将再生制动转矩施加到从动车轮。并联电控制动仅需要附加的软件来集成再生制动系统和液压制动系统的相关功能，但是相比串联制动，并联制动没有很大的回收能量的潜力。压缩制动是没有应用液压制动系统的电动机制动，并且给予驾驶员车辆发动机受阻力的感觉，同时有利地回收动能，通常与串联或并联制动系统一起使用。在一个相同的工况运行周期内，比起配有重压缩制动的并联制动系统，在回收相同多的能量条件下，串联式制动系统的有更高的成本消耗、复杂性和开发周期等劣势。此外，在驾驶循环周期内，使用重压缩制动的并联制动系统不会损害驾驶员的驾驶感受。 并联制动系统的成本将大大降低，开发时间较短，并且不太复杂; 然而，由于再生制动器和液压制动器之间不存在协调分配，行车性能可能较差。 此外，在驾驶循环中，驾驶员感受可能在强烈地压缩制动阶段受影响。
制动系统
串联制动系统中的制动控制器计算的回收制动量和液压制动量是基于驾驶员制动命令以及在前后制动器之间保持制动力矩分配平衡，以保持车辆稳定性。制动控制器命令制动系统硬件驱动液压制动机构并且向电动机控制器发送再生制动命令。由于缺少主动制动功能，并联制动系统不具有这种类似的协调控制能力。电动机控制器响应于驾驶员需求，确定附加到液压制动系统基础制动所需的再生制动量。电动机控制器在发送再生制动转矩命令和压缩制动转矩命令时，电动机的转矩-速度包络函数内向电动机提供负转矩命令。压缩制动转矩指令是一个关于车辆速度的函数，并且写入电动机控制器中。电动机基于电动机控制器命令通过驱动桥，半轴和车轮向轮胎/路面界面传递扭矩。能量存储装置接收来自车辆制动时的能量。在压缩制动和液压制动期间，混合动力汽车的发动机处于自由状态。可用回收的再生制动转矩的大小可以有电机速度对转矩的函数确定如下（参见本文末尾的命名法）：
=*5252/-， gt; (1)
= - ， le; （2）
在没有能量可回收的低车速下，所有再生制动转矩线性减小。 压缩制动扭矩允许在回收最大能量的同时发生制动，这是由于所有制动是以电的方式进行的。 执行压缩制动的量是驾驶员感觉到可接受的量，要回收的能量的量和车辆稳定性之间的权衡。压缩制动的扭矩限制是由于车辆稳定性，驾驶员感受和能量回收。 压缩制动转矩按如下方式确定：
=， （3）
通过将电动机角速度乘以传递到牵引电动机的再生电动机转矩来确定再生制动功率。 通过对作为时间的函数回收的再生制动功率进行积分来计算回收的能量的量：
=int;T*regendel*omega;m*c1*c2*eta;*c*dt，（4）
通过对作为时间的函数的电动机功率进行积分来计算牵引电动机的能量消耗，其中通过将电动机角速度乘以正的电动机转矩来确定电动机功率。使用的能量如下：
=int;T*mposdel*omega;m *c1*c2*c*eta;*dt， （5）
制动控制器确定前制动器和后制动器之间的最佳制动平衡以及液压和电气执行部分。 制动控制器向牵引电动机控制器发送再生制动扭矩请求，并向制动硬件发送前和后液压制动压力命令。
当在低车速下电气制动被锁止时，液压制动必须弥补差异，使得总是满足驾驶员制动转矩命令，因此制动控制器被通知从电动机控制器传递的电动机转矩的量。 在并联制动系统中，驾驶员闭合回路，使得总是满足驾驶员制动转矩命令。
液压制动命令来源于串联制动系统中的制动控制器或直接来源于并联制动系统中的驾驶员。这些制动压力命令被施加到制动器硬件，然后合成制动转矩传递到车轮。串联式制动控制策略包括防抱死制动系统和在低附着系数路面保持车辆稳定性。并联式制动控制策略被设计成在低路面附着系数上保持车辆稳定性，并且没有防抱死制动系统。
制动策略
下面就串联式、并联式和压缩制动三种策略作比较。假设串联和并联制动系统主缸压力传感器用于确定驾驶员制动命令。在轮胎/路面界面之间可达到的制动扭矩是压力命令和制动增益的乘积，直到任一轴上的车轮抱死。理想地，两个轴应同时锁止; 然而，这是非典型的。制动器制动力矩在前轴和后轴之间平衡的方式将影响制动距离和驾驶员感受。所讨论的制动策略都假设针对的是前轮驱动车辆，因为使用这种车辆配置可以回收更多的能量。
接下来讨论三种类型的串联制动系统。 第一系列制动系统。最小化制动距离并优化驾驶员感受，同时增加可以在并联再生制动系统上回收能量的量。这种串联式制动系统被视为具有最佳手感的制动方案。第二系列制动系统优化能量回收，同时保持良好的制动感觉，并且被称为具有最佳能量回收的串联制动系统[2]。第三系列制动系统使用模糊逻辑算法优化能量回收，并且被称为模糊逻辑制动系统[3]。目前，道路上的车辆不能同时实现最小制动距离和最佳驾驶感觉。上述的这三种类型的制动系统，必须在驾驶员感觉和能量回收之间做出权衡。最终的权衡必须在实际车辆上确定，因为制动系统的操作必须对驾驶员来说是可接受的。通过放弃一些能量回收功能，串联式制动能量能量回收可以更容易被驾驶员接受。
串联式制动最佳驾驶感受
具有最佳驾驶感受的串联式制动系统包括制动控制器，其确定前制动器和后制动器分配平衡，其将基于驾驶员制动命令和当前车辆减速度使制动距离最小化并优化驾驶员感受。当可施加到轮胎/路面界面的最大扭矩与施加到前制动器和后制动器的力矩相等时，发生该制动平衡。当在车辆减速度大于0.2g的情况下对所有四个车轮施加制动时，通过能够施加到前轮和后轮的最大牵引扭矩来确定制动平衡。当制动器施加制动力矩到所有四个车轮上时，在滑动之前可施加前轮最大扭矩如下：
Tfmax4= Rw*micro;*Wv*(B H*micro;)/L (6)
当制动器应用于所有四个车轮时，在滑行之前可施加到后轮的最大扭矩如下：
Trmax=Rw*micro;*Wv*(A–H*micro;)/L (7)
可用的再生制动转矩的量是电动机速度对转矩特性的函数。牵引电动机控制器根据当前电动机速度确定可用的再生制动转矩的大小，并将该命令发送到制动控制器。制动控制器确定将液压制动和再生制动施加到从动轮相应部分。所有可用的再生制动转矩等于最大从动车轮制动转矩。如果施加了所有可用的再生制动转矩没有达到最大从动轮制动转矩，则在从动轮处液压制动系统地提供从动轮上所需的剩余制动转矩。 然后，由于在低速下不能回收能量的事实，在非常低的速度下再生制动转矩线性减小。要施加的再生制动转矩作为再生制动转矩请求发送到电动机控制器。然后牵引电动机控制器向电动机发送该扭矩驱动信号。所输送的牵引电动机扭矩被发送到制动控制器，如果扭矩请求不满足，提供额外的液压制动扭矩，直到等于期望转矩量。制动控制器向制动硬件提供制动压力命令，然后向车轮传递制动扭矩。当车辆减速度小于或等于0.2g，制动转矩仅施加到前轮时，所有制动将通过由可施加到前轮的最大制动转矩确定。 在制动转矩仅施加到前轮时，在滑行前可施加到前轮的最大制动转矩如下：
Tfmax2=Rw*micro;*Wv*B/[L-micro;*H] (8)
当车辆减速度的大小超过0.2g时，使前后制动器处于最佳制动分配。通过专业测试评价，确定0.2g是在仅向两个前轮施加制动力时驾驶员感觉最舒适的最大减速度。
串联式制动最佳能量回收
具有最佳能量回收的串联制动系统包括制动控制器，其基于驾驶员制动命令、车辆减速度和可用的再生制动扭矩量来确定前后制动器分配平衡，以使能量回收最大化。可用的再生制动转矩的量是电动机速度对转矩的特征函数。牵引电动机控制器根据当前电动机速度确定可用的再生制动转矩的大小，并将该命令发送到制动控制器。
用于确定再生制动器分配比的逻辑方案在图1中表示如下。然后，由控制器确定的再生制动转矩在非常低的速度下线性地减小，因为在低速下不能进行回收能量。要施加的再生制动转矩作为再生制动转矩请求发送到电动机控制器。输送的牵引电动机扭矩被发送到制动控制器，如果没有达到所请求的扭矩，则施加额外的液压制动扭矩，直到该量值等于所要求的量。如果驾驶员期望制动转矩大于可用的再生制动转矩，则可用的整个再生制动转矩施加于驱动轮。驱动轮不执行液压制动，并且非驱动轮施加满足驾驶员制动扭矩需求所需的液压制动扭矩。如果驾驶员制动转矩需求小于或等于可用的再生制动转矩，则在没有液压制动的情况下施加满足驾驶员需求所需的再生制动转矩。当至少一个车轮已经达到在滑移之前可以施加的最大牵引扭矩时，设置标志位。如果不施加再生制动转矩，则液压系统补偿未输送的制动量。
制动控制器监测每个车轮处的滑动情况，并且在即将发生滑动时，修改制动分配平衡。如果后轮被允许有比前轮更高的滑移率，或着更小，车辆操纵稳定性和驾驶员感受将受到损害。如果检测到即将发生滑动，驾驶员制动转矩需求小于或等于可用的再生制动转矩，并且在两轮制动期间能够在滑移点之前施加到从动车轮的最大制动转矩是 小于从动轮制动转矩需求，则所施加的再生制动转矩是在四轮制动期间在滑动之前可以施加的最大制动转矩。不提供从动轮液压制动转矩。 施加的非驱动轮液压制动扭矩是满足驾驶员指令所需的，直到即将发生滑移。
图1串联式制动最佳能量回收
制动系统评估
几种纯电动和混合动力车辆动态模型构建包含各种制动系统，能量存储子系统和车辆基础配置。使用不同的制动系统和几个驱动周期进行模拟仿真。 模拟用于确定能量回收能力，车辆稳定性，操纵稳定性和驾驶性能。 然后可以选择合适的能量存储子系统，使其满足用于所选择的驱动循环的车辆的能量回收要求。
图2纯电动汽车动力模型（并联制动）
描述并联再生制动的电动车辆动态模型如图2所示。 可以注意到牵引电动机和制动系统之间缺乏协调控制。 图3示给出了具有串联制动和牵引电动机系统与制动系统之间的协调控制的电动车辆
剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料
资料编号：[138083]，资料为PDF文档或Word文档，PDF文档可免费转换为Word
以上是毕业论文外文翻译，课题毕业论文、任务书、文献综述、开题报告、程序设计、图纸设计等资料可联系客服协助查找。
