电动汽车混合制动系统控制策略的研究

摘要

随着汽车保有量的持续增长，由此带来的环境污染和能源消耗等问题进一步加重，此时电动汽车在经济性、排放性方面的优势逐渐凸显出来，大力发展电动汽车将是汽车行业实现可持续发展的一条重要途径。混合制动技术是提高电动汽车节能环保特性的一项关键技术，在提供整车制动力的同时，可以回收制动能量。混合制动系统相对于传统的机械制动系统，增加了电机制动力，因此对汽车的制动稳定性产生了很大的影响。合理制定混合制动系统中制动力分配的控制策略，在确保制动稳定性的前提下充分回收制动能量，这是混合制动技术研究的难点之一。制动力分配控制策略包括前后轴上制动力的分配，以及驱动轴上电机制动力与摩擦制动力的分配，前后轴上制动力分配主要影响汽车的制动稳定性，驱动轴上电机制动力与摩擦制动力的分配则决定制动能量回收率。
　　 本文首先通过对整车制动动力学和ECE R13法规的分析，理论上确定了前后轴制动力分配的合理范围。引入协同学理论对混合制动技术进行分析，通过理论分析及公式推导，得出影响制动能量回收的关键因素。根据李雅普诺夫稳定性原理，通过设计合适的能量函数，来分析混合制动系统在制动模式切换时的稳定性。针对现有并行制动力分配控制策略的不完善，对制动模式切换控制参数的选取进行分析，提出了一种改进的并行制动力分配控制策略以及三参数输入（电机转速、储能装置SOC值、制动强度）的模糊控制制动力分配策略，在Matlab/Simulink中分别建立控制策略模型，对ADVISOR进行二次开发，将控制策略模型嵌入其中进行仿真分析。通过选取合理的仿真工况，选择驱动轮滑移率及驱动轮滑移率相对最优滑移率的均方根误差值这两项评价指标来分析汽车的制动稳定性，选择储能装置的制动能量回收率、整车有效能量回收率以及SOC的变化曲线这三项指标来评价回收制动能量的多少。仿真结果表明，所制定的控制策略可以较好地保持汽车的制动稳定性，回收的制动能量也比ADVISOR中自带的控制策略有较大的提高，从而验证了控制策略的有效性。
　　 本文的研究结果为混合制动技术的进一步发展奠定了理论基础，有利于电动汽车技术的改进，加速电动汽车的推广。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 混合制动技术的研究背景与意义

1．2 国内外混合制动技术的研究现状

1．2．1 国外混合制动技术的研究现状

1．2．2 国内混合制动技术的研究现状

1．3 本文研究的主要内容

第二章 电动汽车混合制动系统的理论分析

2．1 电动汽车的混合制动系统结构分析与主要技术参数

2．2 车辆制动时的整车动力学分析

2．2．1 地面制动力、制动器制动力与地面附着力之间的关系

2．2．2 传统汽车前、后轴制动力的分配

2．3 ECE R13法规对制动力分配的要求

2．3．1 ECE R13法规对双轴轿车的规定

2．3．2 满足ECE R13法规的制动力分配线范围确定

2．4 混合制动技术的影响因素分析

2．5 本章小结

第三章 基于协同学原理的混合制动技术分析及制动模式切换稳定性分析

3．1 协同学概述

3．2 协同学的主要原理

3．2．1 序参量原理

3．2．2 役使原理

3．3 协同学视阈下的制动能量回收分析

3．4 制动模式切换稳定性分析方法

3．4．1 混合制动过程动力学模型

3．4．2 制动切换系统稳定性分析

3．5 本章小结

第四章 电动汽车混合制动系统的控制策略分析与改进

4．1 典型混合制动控制策略的介绍

4．1．1 并行制动力分配控制策略

4．1．2 理想制动力分配控制策略

4．1．3 最优制动能量回收控制策略

4．2 并行制动力分配控制策略的优化改进方法

4．3 基于模糊控制的混合制动控制策略分析

4．3．1 模糊控制概述

4．3．2 模糊控制器结构

4．3．3 模糊控制器隶属函数

4．3．4 模糊控制规则及推理方式

4．4 本章小结

第五章 混合制动系统的建模与仿真分析

5．1 ADVISOR软件介绍

5．1．1 ADVISOR的主要特点与功能

5．1．2 ADVISOR的仿真方法与仿真过程

5．2 ADVISOR的二次开发

5．2．1 建立改进后的并行制动力分配控制模型

5．2．2 建立基于模糊控制的制动力分配模型

5．3 仿真工况以及评价指标的选择

5．3．1 仿真工况的选择与分析

5．3．2 评价指标的选择

5．4 仿真结果比较分析

5．4．1 ECE-EUDC工况仿真结果比较

5．4．2 UDDS工况仿真结果比较

5．4．3 NYCC工况仿真结果比较

5．4．4 自建制动工况仿真结果

5．4．5 仿真结果分析

5．5 本章小结

第六章 全文总结与展望

6．1 全文总结

6．2 论文创新点

6．3 进一步研究的展望

参考文献

致谢

攻读学位期间发表的学术论文

攻读学位期间申请和授权的专利