电动汽车电机制动+EHB复合制动系统性能优化问题

【摘要】空气的严重污染和石油能源的紧缺使得电动汽车逐渐得到了发展和普及，本文针对电动汽车电机制动+EHB复合制动系统性能的优化问题进行了分析，提出了较为理想的制动力分配策略，希望可以提高电动汽车制动的效果和稳定性。

【关键词】电动汽车；电机制动系统；EHB制动系统；性能优化

1、引言

随着石油资源的日益紧缺，以及汽车尾气对于环境的破坏日益增大，世界各国都开始研究清洁无污染的能源作为汽车的动力。电动汽车正是在这样的情况下诞生并发展起来的。电动汽车出现于21世纪初期，是各国为了应对能源危机和环保压力，实现汽车能源多样化和尾气零排放所作出的最终选择。电动汽车的电机具有能量回收的特性，为了充分利用能量，减少浪费，电动汽车一般都会采用电液复合制动系统，因此，再生制动控制策略成为研究中的关键问题。

对于复合型制动系统而言，制动力的分配是其性能优化的关键，要求汽车前后轮的液压制动力可以自由调整，传统的固定比例液压制动系统难以满足要求。这时，就需要用到电子液压制动系统（即EHB制动系统）对每个车轮进行单独控制，弥补传统制动系统在设计和工作上的不足，从而自由地控制制动系统，提高制动效率。作为一种新型的制动系统，EHB的应用潜力十分巨大，也因此成为各大汽车公司研究的重点。

2、电机制动+EHB复合制动系统概述

2.1基本结构

电动汽车的复合制动系统是由电机再生制动和EHB液压制动共同构成的，具有几个基本特点：①驾驶员通过制动踏板输入制动力，制动系统的感觉模拟器对驾驶员的制动感觉进行反馈，通过电信号传输给控制单元；②控制单元对驾驶员意图进行分析判断，并对汽车车速信息、电机特性等进行分析，之后根据控制策略，对电机和EHB系统进行制动力分配；③EHB系统集中了基本的制动功能、制动防抱死以及单子稳定程序，可以最大程度地实现安全制动；④制动过程平稳柔和，不会出现因紧急制动造成的颠簸和侧滑。

2.2制动过程

电动汽车在制动时，主要是减少电机输出动力，并对车轮施加相应的阻力，加强地面制动力。前后车轮的地面制动力是不同的，用公式来表示，分别是：

在公式中，Ff-all表示前轮的地面制动力，Ff-all表示后轮地面制动力，r表示车轮的有效半径，Fm为电机反拖力，Ff代表前轮液压制动力，Fr为后轮液压制动力，Rp表示液压制动盘的有效半径。在汽车的制动过程中，前后轮的利用附着系数要尽量相同或接近，防止出现后轮侧滑或前轮失去转向能力。前后轮的附着系数如下所示：

公式中，z代表制动强度，通过变形，可以得出

2.3制动力分配

电动汽车在对制动力进行分配时，可以有三种不同的策略，即并行分配策略、串行分配策略以及理想分配策略。其中，较为常用的是理想制动力分配策略，其分配原则为：

（1）制动强度z=0.1时，再生制动系统单独工作；

（2）制动强度z=0.1时，根据理想制动力分配标准，对前后轴的制动力进行分配。

电机系统和EHB系统均可以完成在线实施控制，自由调整前后轮的制动比例。因此，可以采用理想制动力分配控制策略，在保证正常制动的前提下，对制动能量进行最大程度的回收。

3、电机制动+EHB复合制动系统性能优化

3.1优化分析

在不同制动强度的条件下，对于制动力的分配还受到ECE法规的约束以及电机特性的约束，同时，还要考虑汽车制动的稳定性和安全性，因此，必须对制动系统的性能进行优化设计。为了减少能量的流失，增加电动汽车的运行时间，对于制动能量的回收是电动汽车研究的根本问题。所以，对于制动系统的优化，可以将制动性能和制动力分配曲线与理想制动曲线的接近程度设定为优化目标。根据实际情况分析，该优化设计存在多个优化目标，其一为制动回收能量：

其二为制动力分配系数要尽量基金理想制动力分配曲线：

其中是理想制动力分配策略中z点对应的前后制动力之比。

3.2优化的约束条件

①ECE制动法规约束

ECE制动法规规定，汽车的制动强度z值在0.15～0.8之间时，汽车前轴的利用附着系数曲线要大于后轴的利用附着系数曲线，z≥0.1+0.85（φ-0.2）.z值在0.3～0.5之间时，如果后轴的利用附着系数曲线小于 φ=z+0.5直线，则允许后轴利用附着系数曲线大于前轴利用附着系数曲线。当z值小于0.15时，没有限制，可以仅仅通过前轮进行制动。

②电机制动力约束

可以根据电机转速、电池荷电状态以及实际控制需要来确定电机制动力的大小。假设电机制动力矩与驱动力矩相当，在电池电量充足的情况下，电机制动的基本特性如下所示：

在公式中，Fm代表电机提供的最大再生制动力，Tmax代表电机最大有效再生制动力矩，Pm为电机最大有效功率，nb为电机基速，η为再生制动力的传动效率。

如果电机的制动力较为强大，可以适当对制动力矩进行提高，使得电机在短时间内可以在最大功率区工作。而当制动强度z大于0.8时，需要撤销电机的再生制动力矩，通过液压制动系统完成制动。

③制动舒适性的约束

汽车在制动过程中，必须考虑其舒适性，简单地说，要考虑汽车的减速度，不能减速过慢，导致制动不及，造成事故，也不能制动过猛，造成驾驶人员的受伤或惊吓。前部液压制动补偿电机制动，电机在扭矩增减变化时速度较快，会对制动舒适性造成影响。上世纪90年代，测试人员制订了相应的制动感觉指数评估体系，对驾驶员在制动力突变情况下的舒适度进行评估：

其中，a表示制动感觉极限线性度指数系数，取0.7.

3.3优化结果分析

根据对驾驶员指令和动作的分析，可以得出驾驶员需要的制动强度z；通过对优化结果的分析，可以确定最优液压力矩；通过对当前车速和电池工作状态的分析和计算，可以得出目标电机的制动力矩。在数据齐全后，将得出的EHB目标压力以及电机目标的制动力矩分别发送给EHB控制器和电机控制器，进而对制动力进行有效分配，达到最佳的制动效果。

通过分析和对比，可以看出，理想策略下系统的制动反应要快于并行策略，特别是在制动强度发生突然变化的情况下，可以保证制动的稳定性和安全性，因此，在复合制动系统中应用理想制动力分配策略，不仅可以提高制动能量的回收效率，还可以提高制动性能，保证制动安全。

结语

电动汽车电机制动+EHB复合制动系统是一种新兴的制动系统，可以有效提高制动效率，最大限度地对制动能量进行回收利用，可以保证电动汽车制动的安全性、舒适性和稳定性，需要相关人员的重视。