基于再生制动的电动汽车制动系统的轻量化设计

摘要

在传统汽车工业所引发的石油资源渐趋匮乏、空气质量日益恶化的严峻形势下，具有明显节能和环保优势的电动汽车近年来成为了各大汽车厂商和科研机构竞相开发的热点。电动汽车被认为是解决能源短缺问题和环境污染问题的有效途径之一。再生制动则是电动汽车相对于传统燃油汽车的巨大节能优势。利用再生制动，可以将制动过程中的动能转化为电能储存到电池当中，以备驱动时使用，提高整车的能量利用率。目前，如何协调控制摩擦制动和再生制动之间的分配比例，在保证制动稳定性前提下，尽可能多地回收制动能量，成为再生制动控制研究的关键问题之一。 与传统汽车制动不同，电动汽车的制动是由摩擦制动和再生制动共同完成的。制动时由于电机再生制动转矩承担了制动总需求转矩的一部分，要求传统摩擦制动器提供的制动转矩相应地减少了。而且，由于制动能量的一部份通过电机发电转变为了电能，由摩擦制动器承担的制动能量耗散任务相应地减小了，对制动器承载热负荷的要求也会降低。因此摩擦制动器的尺寸和重量是可以减小的。 本文首先对城市工况下汽车的制动能量进行了分析，显示了制动能量回收的巨大潜力，介绍了电动汽车的再生制动系统的工作原理和基本结构，对影响再生制动回收能量的主要因素进行了分析。 然后在研究传统汽车制动理论中前后制动器制动力分配对汽车制动稳定性的影响基础上，建立电动汽车再生制动时的制动力分配模型。在考虑电机工作特性和电池充电能力限制的情况下，建立了电机的力学模型，从而确定电机能够提供的最大再生制动力。在前面理论分析的基础上，提出了基于ECE法规的再生制动控制策略，在制动力分配时向驱动轴倾斜，同时根据电机能够提供的最大再生制动力，优先利用再生制动，动态分配摩擦制动和再生制动比例。 随后，利用ADVISOR仿真软件对本文再生制动控制策略进行了建模，在NEDC和UDDS行驶循环工况下进行了仿真试验，并和ADVISOR再生制动策略作了对比。结果表明本文控制策略充分发挥了电机的再生制动能力，回收制动能量的效果较好，优于ADVISOR再生制动控制策略。 最后，利用ADVISOR软件，进行特定制动工况仿真试验以确定有电机再生制动参与下研究车型前轮盘式制动器的一些性能要求，在盘式制动器设计理论的指导下利用遗传优化算法对原车前轮钳盘式制动器进行了轻量化设计。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1本课题的研究背景

1.2国内外在再生制动领域的研究现状

1.3课题来源及研究目的、意义

1.3.1研究目的

1.3.2研究意义

1.4本文主要研究内容

1.5本章小结

第2章再生制动系统的基本原理、结构和影响因素

2.1制动能量的分析

2.2再生制动的基本原理

2.3典型再生制动系统结构

2.4再生制动的影响因素

2.5本章小结

第3章电动汽车再生制动控制策略

3.1传统汽车制动理论

3.1.1制动时车轮的受力

3.1.2前后制动器制动力的分配

3.2电动汽车的制动力分配模型

3.3电机力学模型

3.4基于ECE法规的再生制动控制策略

3.4.1 ECE制动法规的要求

3.4.2制动控制策略

3.5本章小结

第4章再生制动控制策略的建模与仿真

4.1 ADVISOR的系统结构

4.2 ADVISOR仿真方法

4.3 ADVISOR中的再生制动控制策略

4.4再生制动控制策略的建模

4.5再生制动控制策略仿真及分析

4.5.1仿真工况的选择

4.5.2仿真结果

4.5.3结果分析

4.6本章小结

第5章电动汽车摩擦制动器轻量化设计

5.1遗传算法简介

5.1.1遗传算法的基本思想

5.1.2遗传算法的基本内容和步骤

5.2钳盘式制动器设计理论

5.2.1模型假设

5.2.2钳盘式制动器制动力矩

5.3钳盘式制动器设计模型

5.3.1设计变量

5.3.2设计目标

5.3.3制动器的性能要求

5.3.4约束条件

5.4遗传算法求解

5.5本章小结

全文总结

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表论文情况