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摘要：混合动力汽车（HEV）是在原有液压摩擦制动系统的基础上进行再生的动态系统，可以有效地恢复制动过程中的动能损失，提高车辆的燃油经济性。然而，再生制动力矩的引入也会改变混合动力汽车的制动稳定性改变。通常将再生制动力矩施加到驱动轮上，容易造成驱动轮过早传动，从动轮首先锁定和拖曳打滑，在一些复杂的条件下制动稳定性的控制比露天路面的控制更为重要。
关键词：混合动力汽车；制动稳定性；协调控制
前言
混合动力汽车电机制动力矩具备了可大功率连续工作以及控制精度高的特点，能够实现全工况下的下坡辅助控制，保证汽车在下坡路段的安全行驶。不过考虑到电机制动力矩受电机和电池状态影响较大，加上其最大制动距离有限，需要配合发动机辅助制动来保证汽车运行安全。
1混合动力汽车概述
若是从广义上进行分析，混合动力汽车是指车辆驱动系统由两个或多个能同时运转的单个驱动系统联合组成的车辆，车辆的行驶功率依据实际的车辆行驶状态由单个驱动系统单独或共同提供。混合动力汽车在实际生产与制作的过程中主要是将传统内燃机与电动机进行结合，并作为主要的动力能源，而还有一部分发动机在经过改造以后可以由其他燃料来代替，例如清洁能源中的压缩天然气、乙醇燃料等。目前，混合动力汽车所使用的动力系统中，主要是包含了电动机、发电机和蓄电池等几个部分，而蓄电池则大多数是铅酸电池、镍锰氢电池和锂电池。随着近几年生态环境的不断恶化，人们已经充分认识到环境保护的重要性，而国外也针对现阶段的环境问题，制定了严格的环境保护措施，而对于汽车的使用以及排放等方面的各项标准也有所提高，而混合动力汽车也因自身的节能、低排放等诸多特点，成为现阶段汽车研究中的一项重点开发项目。
2混合动力汽车制动系统
混合动力汽车制动系统可以分为电机制动系统和发动机制动系统。电机制动系统包括了TM电机、电池和制动器；发动机制动系统则包括了发动机及其控制器、离合器及其控制器和起动电机及其控制器，子系统能够独立运转，其运行状态信息会通过总线传输到上层控制器，再由上层控制器结合汽车运行状态和制动系统信息，做好制动力分配协调工作。
3混合动力控制
混合驱动所能达到的高效率除与混合动力系统的拓补结构有关外，主要还取决于系统上层的混合动力控制策略。混合动力控制策略除了对各子系统进行直接的控制外，也包含动力系统运行方式的优化控制。运行策略将对混合动力电动车（HEV）降低油耗与排放的相关功能产生影响。这些功能包括发动机启/停、再生制动和发动机工作点优化。运行策略还包括对行驶状态的确定，如电动行驶或再生制动减速以及将驾驶员期望的驱动转矩值如何动态地分配给发动机和驱动电机。电驱动行驶功能是运行工作点优化的重要组成部分。通过电动助力可以使动力系统获得低速下的大转矩，从而改善车辆加速能力。为了最大限度地发挥混合动力的潜能，需要对系统配置和运行策略的优化从整体上加以考虑。这里所谓的运行策略是指如何根据车辆行驶状况对内燃机和电动机2个动力源进行转矩分配的方法。
4再生制动与EHB协调控制系统模型的建立
4.1再生制动与EHB协调控制系统的结构方案
为了研究混合动力汽车再生制动与电控液压制动协调制动的实际制动性能，本文研究设计了该协调制动系统试验台架。试验台架主要元器件有盘式制动器、永磁同步电机及其控制器、转速传感器、用来模拟车辆惯性的飞轮、电控液压制动系统及其控制器、上位机等组成。其中，惯性飞轮、盘式制动器和永磁同步电机三者同轴连接。
4.2再生制动系统的结构及模型建立
4.2.1再生制动系统结构
在汽车进行制动时，通过把车轮的动能转化为刹车片或者制动钳上的热能给散失掉使车辆的运动延缓或者停止下来，再生制动系统作为混合动力汽车的核心系统，在汽车进行制动时，能够通过所配备的电机（数量一个到四个不等）对这部分将要散失掉的能量进行回收以及再利用，能够有效地提高混合动力汽车的节油经济性能、续航性能等、目前国际上典型的再生制动系统其主要组成部件有用来回收能量的电机、用来储存能量的蓄电池、使整个系统合理有效运作的控制器以及相应的传动装置等组成。
4.2.2实际验证
下面就变压器无损均衡进行电路设计。电路如图1所示。均衡电路的核心为正激式变压器，采样双向DC—DC变换器。电池组由6块单体电池组成，每节电池通过功率开关管连接到变压器副边绕组。变压器的原边也通过开关连接到电池组总的正负极、假设第四节电池电压最高，且压差大于阈值电压，则均衡开启：MOS1、MOS3、MOS4导通，软件控制MOS2以200kHz、85%的占空比导通变压器的副边，通过变压器电磁转换将第一节电池的能量转移到电池组上完成顶部均衡。同理，当第四节电池电压最低时，MOS4、MOS2、MOS3导通，软件控制MOS1以200kHz、85%的占空比导通变压器的原边，将电池组的能量转移到第一节电池上，完成底部均衡。
图1 基于变压器的无损均衡电路设计
5基于滑模变结构控制的稳定性控制策略研究
5.1汽车稳定性控制系统结构
车辆稳定性是指当驾驶员操控车辆向目标方向行驶时，车辆具有能够稳定地跟随目标轨迹行驶的能力。当汽车在不同摩擦系数的曲线路面上行驶时，由于受到圆周运动等因素的影响使车辆的侧向力达到饱和，不能够再维持车辆的稳定。根据摩擦圆原理可以知道，为了保证车辆的稳定性，可以通过实时地增大或者减小侧向力来实现。当汽车在干燥路面行驶或者轮胎与地面摩擦系数比较高的时候，可以提供给车辆在弯道行驶所需要的足够的侧向力，保证其稳定性和安全性；但是当汽车在积雨等低附着路面或者当前车辆速度比较快的时候，汽车的行驶轨迹会变大，出现危险，此时稳定控制可以通过使横摆角速度或者质心侧偏角的值接近名义值而保证车辆稳定。
5.2汽车稳定性控制变量的选择
在进行稳定性控制系统设计时，首先要明确该系统的控制目标是什么，为了保证车辆的安全、稳定行驶，车辆要能够进行准确的轨迹保持和稳定性控制。其中，质心侧偏角能够对车辆的轨迹保持性能进行描述，而横摆角速度能够对车辆的稳定性能进行描述，它们从不同侧面表征了车辆的稳定性。当质心侧偏角的值较小时，横摆角速度能够描述车辆的转弯能力：横摆角速度的大小与车辆的转弯半径成反比，换句话说，当质心侧偏角趋近于零的时候，车辆的行驶轨迹是由横摆角速度所体现的。
6实验分析
以某品牌混合动力汽车为例，对本文提出的发动机辅助制动控制方法进行分析验证，假设汽车以2挡行驶在8%下坡路段，考虑实验中坡度和坡长相对有限，想要达成发动机辅助接入条件，见滑行状态下TM电机的转矩设置为5N.m，发动机辅助制动接入的转矩为6N.m。当发动机处于静止状态时，辅助接入能够将离合器接合过程产生的冲击缩小到驾驶员感觉不到的程度，电机转速波动减小了75%左右，在保证行车舒适性的同时，也能够对传动系部件的使用寿命进行延长；当发动机处于怠速运行时，与直接接入发动机辅助制动相比，存在动态过程控制的电机转速减少了30.3%。在这种情况下，驾驶员主观感觉层面并不会感受到明显的振动差别，不过电机转速的减少在提升行车舒适性、减缓冲击对传动系部件使用寿命影响方面有着积极作用。
结束语
提出的再生制动协同控制方法有效、可行，在设定的制动工况下，各智能体间能够有效协作，电机制动力与机械制动力得到合理分配，保证了制动安全性与稳定性；在控制策略及协同控制系统的共同作用下，制动过程中整车能量利用率达到17.43%，蓄电池SOC提升23%，再生制动系统节能效果明显。提出的再生制动协同控制方法为当前新能源汽车制动能量回收再利用的研究提供了一种行之有效的途径。
参考文献：
[1]崔弘，李国斌，等.混合电动汽车制动能量回收策略研究[J].吉林大学学报（信息科学版），2017，35（1）：49-56.
[2]龚贤武，张丽君，马建，等.基于制动稳定性要求的电动汽车制动力分配[J].长安大学学报（自然科学版），2017，34（1）：103-108.
论文作者:蒙隆基,潘朝梁,王瑞阳,韦向雯
论文发表刊物:《防护工程》2019年第1期
论文发表时间:2019/4/24
标签：汽车论文; 车辆论文; 混合动力论文; 稳定性论文; 发动机论文; 制动系统论文; 电机论文; 《防护工程》2019年第1期论文;