制动能量回馈系统协调控制

制动能量回馈系统协调限制 张俊智， 张鹏君， 陆欣， 陈鑫 清华高校汽车平安与节能国家重点试验室，北京，100084 【摘要】本文为混合动力电动汽车设计了分层限制的制动能量回馈系统，该分层构造主要包括驾驶员意图识别、能量管理和 元件协调限制三个局部。 分层限制构造的采纳，将困难的制动能量回馈系统简化为假设干局部，降低了限制难度，为探讨供应了便利。所设计的系统已在一款串联混合动力客车上实现，并依据中国城市公交循环工况进展了道路测试。 【关键词】 混合动力电动汽车，制动能量回馈系统，分层限制构造，协调限制 Coordinated Control for Regenerative Braking System Zhang Junzhi, Zhang Pengjun, Luxin, Chen Xin State Key Lab. of Automotive Energy and Safety, Tsinghua University, Beijing, China, 100084 Abstract This paper presents a design of regenerative braking systemRBS for hybrid electric vehicles using hierarchical control structure and . The hierarchical model is mainly composed of three modules for driver intent identification, energy management and coordinated control based on components control. As a consequence, RBS, a complicated hybrid dynamic system, is successfully decomposed by several simple modules. The control system and strategies are carried out on a typical serial HEV bus, and tested on road based china typical urban cycle.. Key words hybrid electric vehicles, regenerative braking system, hierarchical control structure, coordinated control 1 介绍 车辆的动能通过制动能量回馈系统可转化为其它形式能量储存起来，并进一步用于车辆驱动。探讨显示，在城市驾驶循环中，发动机发出能量的大约1/3至1/2被制动过程所消耗[1，2]。因此，回馈制动是车辆提高燃油经济性并降低排放的有效方法，有助于缓解能源危机和环境污染。 然而，回馈制动受到动力系统构造、电池电机特性等的限制，限制较为困难。许多学者对此问题进展了探讨和探讨。针对不同类型车辆，已经有多种限制策略与硬件构造被设计出来[3，4]，为进一步的探讨供应了根底，同时也增加了深化探讨此问题的难度。 由汽车理论可知，制动能量回馈系统的限制问题可归结为三个目标 〔1〕辨识驾驶员的制动强度需求； 〔2〕在车辆部件承受范围内以提高燃油经济性为目标安排制动功率，满意驾驶员制动需求； 〔3〕依据制动功率安排吩咐协调限制制动系统元件，实现良好的驾驶感觉并施加相宜的制动力。 本文采纳分层限制构造探讨制动能量回馈系统，以清楚的层次满意上述三个目标。所设计的限制系统，包括驾驶员意图识别、能量管理和制动元件限制等功能，制动能量回馈系统被分解为假设干功能单一的子模块。其中，在驾驶员意图识别、基线式能量管理策略方面相对以往有了新的开展。制动力切换过程限制算法及其他算法与策略已在一款串联混合动力电动客车上被调试、分析、优化和验证。 限制系统与限制策略在该串联混合动力电动客车上的测试，基于中国城市公交循环工况。测试结果说明，分层协调是回馈制动限制的有效方法，可有效回收能量、实现较好制动感觉并保证制动平安。所提出的构造、方法与策略，经过微小修改就可适用于其他构造的混合动力电动汽车。 2 动力系统构造 制动能量回馈系统探讨的目标车型，其动力系统构造如图1所示。动力系统主要包括燃料转化器、电池、电机和整车限制器等。 电池 燃料转化器 电力附件 电机 电机 图1 串联式混合动力电动汽车动力系统构造 制动时，原制动系统与动力系统共同组成制动能量回馈系统。这时，电机处于发电状态，将车辆动能转化为电能储存于电池中或干脆被车载用电器，如空调等消耗。合理的能量安排策略应在满意制动力需求的同时爱护电池、电机等电力和机械部件。 而最根本的意图，还是在保证上述条件的状况下回收尽可能多的制动能量。因此，能量的安排与流淌不仅须要在制动过程中调整，还要在整个驾驶循环中调整。例如，燃料转化器，通常为燃料电池或内燃机，在制动时应限制在肯定输出功率之内，并使电池保持在较高充电效率的SOC下，以增加能量回馈效果。 3 分层限制构造 为清楚地探讨制动能量回馈系统构造，系统选用了分层限制构造。系统各局部的功能与构造各不一样，每个局部的困难程度较低，便于调试与改良，并有利于保证程序的牢靠性与平安性。如上所述，系统的限制策略包括驾驶员意图识别、能量管理和制动元件限制三个局部。每一局部有各自的限制目标并依据驾驶员、车辆等的反应进展限制。输入、输出信号都经过信号处理系统的处理。图2展示了制动能量回馈系统的限制系统构造。 图2 制动能量回馈系统分层构造 3.1 驾驶员意图识别 这一局部通过驾驶模式、加速踏板位置及改变速度、制动踏板位置及改变速度识别驾驶员的驱动或制动需求。对制动能量回馈系统而言，驾驶员意图识别的逻辑如图3所示。为了保证平安，在逻辑之中参与了推断程序，例如在档位为空档或加速、制动踏板同时踩下时，不进展回馈制动而只进展摩擦制动。 图3 驾驶员意图识别 在这一局部中，依据加速踏板与制动踏板的位置，制动过程被分为两类，正常制动与紧急制动，ABS的状态也被用于推断制动过程的类型。当进展紧急制动时，电机的回馈制动被制止，防止摩擦制动系统及其防抱死制动功能受到干扰。 3.2 能量管理策略 在确定驾驶员意图之后，应采纳合理的能量管理策略，在保证不损坏车辆元件的根底上实现最正确的燃油消耗。在制动时，电机工作在发电状态，将车辆动能转化为电能储存于电池或用于车载附件。能量转化器，如内燃机、燃料电池的功率应当受到限制，且电池SOC应被维持在充电效率较高的范围内。 在本文所述的设计中，限制系统考虑车速、电池SOC、总线电压与电流、电机状态等对回馈制动与摩擦制动进展协调限制。其目的是在不损失制动性能的前提下尽可能回收制动能量。在后面的试验中，电池SOC分别调整到不同水平〔30和60〕进展比照，以找寻更好的燃油利用效率