黃秋生

（安徽江淮汽車集團(tuán)股份有限公司，安徽 合肥 230022）

引言

對于純電動汽車，影響整車經(jīng)濟(jì)性的主要因素在于能量傳輸鏈上各部件的傳動及能量轉(zhuǎn)換效率以及制動能量回收策略。本文討論在中國輕型車工況下的制動能量回收策略優(yōu)化，從而提升電動車的經(jīng)濟(jì)性。

1 CHTC-LT與C-WTVC工況的差異

筆者把與GVW=4495kg的輕型載貨汽車對應(yīng)的CHTCLT（中國輕型車行駛工況）與 C-WTVC工況進(jìn)行比對，對比如圖1所示。

對中國輕型車工況的車速－時間曲線進(jìn)行求導(dǎo)運算，即求出對應(yīng)點加速度。將加速度處理為散點圖（圖2），即可看出特定工況中不同車速下的常用減速度。

有針對性地設(shè)計能量回收力矩，可以達(dá)到最大化利用制動回收能量的目的。

圖1 CHTC-LT工況與C-WTVC工況對比

圖2 CHTC-LT工況的加速度分布

2 某純電動汽車制動工況建模

純電動汽車在制動減速工況下，驅(qū)動力可認(rèn)為是零。則整車的減速度是由行駛阻力F0、地面提供的制動摩擦力F1和制動能量回收力F2聯(lián)合作用而產(chǎn)生。

由力學(xué)定律，可以推導(dǎo)出下式：

式中m為整車重量，a為加速度，方向與汽車行駛方向相反（實則為減速度）。

行駛阻力F0包括風(fēng)阻、滾阻和整車的慣性力，它與汽車行駛的速度成正比。一般可以通過滑行阻力測試數(shù)據(jù)，經(jīng)過擬合得出F0和車速v的關(guān)系式。可寫為公式（2）。

式中a、b、c為滑行阻力系數(shù)[1]。

地面摩擦力F1是由制動時，車輪與地面摩擦而產(chǎn)生。該力不能簡單理解為地面摩擦系數(shù)乘以整車所受重力。按照汽車制動原理，地面摩擦力可寫為公式（3）。

式中m為整車總質(zhì)量，g為重力加速度，μ為道路附著系數(shù)，它與制動時的輪胎滑移率、路面材質(zhì)相關(guān)。而制動時輪胎的滑移率又與制動器提供的力矩、地面能提供的最大摩擦力相關(guān)，制動器提供的力矩又與制動踏板行程相關(guān)。

制動能量回收力F2是在制動時，由驅(qū)動電機(jī)的反拖力矩產(chǎn)生，F(xiàn)2做功的直接效果是驅(qū)動電機(jī)由電動狀態(tài)轉(zhuǎn)換為發(fā)電狀態(tài)，并將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能回饋給動力電池，從而實現(xiàn)了制動能量回收。反拖力矩的設(shè)定一般由軟件控制，與車速、制動踏板行程相關(guān)。

在制動過程中，為了達(dá)到與行駛工況相符合的減速度，需要行駛阻力、地面摩擦力、制動能量回收力共同作用。行駛阻力越小，越利于提升整車經(jīng)濟(jì)性。而地面摩擦力和制動能量回收力的分配，受到整車制動系統(tǒng)和制動能量回收策略的制約。當(dāng)踏板行程達(dá)到某一值，整車獲得了行駛工況要求的減速度值，在此踏板行程狀態(tài)下，地面摩擦力和制動能量回收力占有的比重不同，使整車的經(jīng)濟(jì)性表現(xiàn)也各不相同。在保證安全制動距離的前提下，制動能量回收力占的比重越高，整車的經(jīng)濟(jì)性越好。

3 制動能量回收力矩的修正

按照行駛工況下的減速度分布特點，修正制動能量回收力矩，可以有效提高制動過程中F2的貢獻(xiàn)率，從而提升整車經(jīng)濟(jì)性。

3.1 制動踏板行程對地面摩擦力的影響

F1與制動踏板行程的關(guān)系式可以由公式（4）（5）推導(dǎo)出來。

式中M為制動器提供的制動力矩，P為管路壓力，r為分泵缸徑，η為制動器效能因數(shù)，S0為制動器有效摩擦面積，R0為車輪滾動半徑。

設(shè)V1為制動分泵在設(shè)定管路壓力下需要的制動液體積，它與制動器及制動分泵自身的結(jié)構(gòu)參數(shù)相關(guān)，一般通過試驗測試數(shù)據(jù)總結(jié)P-V1的曲線圖。如此P與制動踏板行程s的關(guān)系式轉(zhuǎn)化為V1與s的關(guān)系式，它可以由公式（5）表示。

式中s為制動踏板行程，n為制動踏板杠桿比，R為制動總泵缸徑。

本文研討的工況下的減速制動，由于減速度低，不會出現(xiàn)緊急制動車輪抱死的情況，因此可以將制動器產(chǎn)生的力矩等同于地面摩擦力產(chǎn)生的制動力矩。

3.2 CHTC-LT工況下的減速度分析

根據(jù)圖2，選取多個限定車速區(qū)段內(nèi)的減速度進(jìn)行分析，對散點圖內(nèi)的減速度數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，得出特定工況下不同車速對應(yīng)的最佳減速度值。處理過程利用統(tǒng)計學(xué)原理，計算限定車速區(qū)段內(nèi)的減速度平均值a1，并根據(jù)減速度散點分布規(guī)律，對a1值加上一修正系數(shù)，最終結(jié)果作為對應(yīng)車速下的最佳減速度。

制動能量回收策略需要明確如何分配不同車速條件下的F1和F2數(shù)值，即主動制動和再生制動的配比。一般遵循的原則是高速制動，制動踏板行程大，制動能量回收力占比高；低速制動，制動踏板行程小，制動能量回收力占比小。公式（6）給出了F2和反拖力矩的關(guān)系式。

式中M2為驅(qū)動電機(jī)的反拖力矩（即制動能量回收力矩），i為傳動系減速比，R0為輪胎滾動半徑[2]。

制動能量回收力矩的修正需經(jīng)過大量的仿真計算和試驗數(shù)據(jù)測試，而F1和F2數(shù)值分配的算法成為這其中的核心。筆者已申報一種分配算法的發(fā)明專利，本文摘取部分描述如下。

圖3 制動力曲線圖

如圖3所示，在某一個時刻，踩下制動踏板，再生制動和主動制動均產(chǎn)生制動力。實際再生制動力是制動踏板開度×當(dāng)前車速下的最大再生制動力（第一種算法），實際的主動制動力與制動踏板行程s關(guān)系按照公式（4）（5）推導(dǎo)，踏板行程s除以最大踏板行程即為當(dāng)前主動制動力所對應(yīng)的制動踏板開度（第二種算法）。本發(fā)明即要使上述兩種算法的制動踏板開度高度吻合。在圖3中，①號曲線除以③號曲線的值即為第一種算法的制動踏板開度。②號曲線與①號曲線的差值除以制動系統(tǒng)能提供的最大制動力即為第二種算法的制動踏板開度，②號曲線是按照第二步計算而來，對于特定車輛和特定的工況，該曲線是固定的。

圖4 解耦結(jié)果

通過修正上圖的輸入?yún)?shù)（主要是①號曲線和③號曲線各點的坐標(biāo)值），調(diào)整①號曲線和③號曲線的變化趨勢，分別計算上述兩種算法的制動踏板開度，最終使得兩種算法下的制動踏板開度解耦。

4 工況循環(huán)中的能量回收仿真計算

在Cruise軟件中建立EV車型模型，并按照優(yōu)化后的制動能量回收算法導(dǎo)入。模擬 CHTC-LT工況行駛，計算單個循環(huán)工況下的總的回收能量，仿真結(jié)果對比如圖5所示。可以看出優(yōu)化后的制動能量回收策略在整個循環(huán)工況下增加了制動回收的能量，提升了整車經(jīng)濟(jì)性。

圖5 能量回收仿真結(jié)果對比

5 結(jié)論

CHTC-LT與C-WTVC行駛工況存在差異，整車的性能標(biāo)定應(yīng)按照中國工況法的行駛路況進(jìn)行相應(yīng)的優(yōu)化與調(diào)整，研究表明，針對中國工況法的行駛路況的數(shù)據(jù)分析，制定合理的整車控制策略，有利于整車性能的提升。