电动汽车最大能量回收再生制动控制策略的研究

2023年11月21日发(作者：小型suv和紧凑型suv)

汽车工程

２０１３年（第３５卷）第２期

Ａｕｔｏｍｏｔｉｖｅ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ

２０１３０２１

电动汽车最大能量回收再生制动控制策略的研究米

杨亚娟 ，赵韩 ，朱茂飞

（１．合肥工业大学机械与汽车工程学院，合肥２３０００９；２．江淮汽车股份有限公司新能源汽车研究院，合肥２３０６０１）

［摘要］ 本文中针对一款轻型混合动力汽车进行了再生制动控制策略的研究。首先，以整体效率最高为目

标，提出了最大能量回收制动控制策略，并采用序Ｎ－－－次规划法对充电功率进行优化，获得ＩＳＧ电机优化转矩。接

着建立了整车仿真模型，采用模糊控制方法对优化的ＩＳＧ电机转矩进行跟随控制。分别进行了ＮＥＤＣ循环和３种

不同制动力的仿真，得到不同工况下的再生制动能量回收率。最后进行了与仿真工况相应的实车试验，验证了控制

策略的有效性。

关键词：电动汽车；再生制动；模糊控制策略

Ａ Ｓｔｕｄｙ ｏｎ ｔｈｅ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｓｔｒａｔｅｇｙ ｆｏｒ Ｍａｘｉｍｕｍ Ｅｎｅｒｇｙ Ｒｅｃｏｖｅｒｙ

ｂｙ Ｒｅｇｅｎｅｒａｔｉｖｅ Ｂｒａｋｉｎｇ ｉｎ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｖｅｈｉｃｌｅｓ

Ｙａｎｇ Ｙａｊｕａｎ ．Ｚｈａｏ Ｈａｎ ＆Ｚｈｕ Ｍａｏｆｅｉ

１．Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌ ａｎｄＡｕｔｏｍｏｔｉｖｅ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｈｅｆｅｉ Ｕｎｉｖｅｎｉ￣ｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｈｅｆｅｉ ２３０００９；

２．Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆＮｅｗ Ｅｎｅｒｇｙ Ｖｅｈｉｃｌｅｓ，ＪｉａｎｇＨｕａｉ Ａｕｔｏｍｏｂｉｌｅ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｈｅｆｅｉ ２３０６０１

［Ａｂｓｔｒａｃｔ］Ｔｈｅ ｒｅｇｅｎｅｒａｔｉｖｅ ｂｒａｋｉｎｇ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｔｒａｔｅｇｙ ｆｏｒ ａ ｌｉｇｈｔ ｈｙｂｒｉｄ ｅｌｅｃｔｉｒｃ ｖｅｈｉｃｌｅ（ＬＨＥＶ）ｉｓ ｓｔｕｄｉｅｄ ｉｎ

ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ．Ｓｐｅｃｉｆｉｃａｌｌｙ，ａ ｂｒａｋｉｎｇ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｔｒａｔｅｇｙ ｆｏｒ ｍａｘｉｍｕｍ ｅｎｅｒｙｇ ｒｅｃｏｖｅｒｙ ｉｓ ｐｒｏｐｏｓｅｄ ｆｉｒｓｔ ｗｉｔｈ ａｎ ｏｂｊｅｃｔｉｖｅ ｏｆ

ｈｉｇｈｅｓｔ ｏｖｅｒａｌｌ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ，ａｎｄ ｔｈｅ ｃｈａｒｇｉｎｇ ｐｏｗｅｒｓ ａｒｅ ｏｐｔｉｍｉｚｅｄ ｂｙ ｕｓｉｎｇ ｓｅｑｕｅｎｔｉａｌ ｑｕａｄｒａｔｉｃ ｐｒｏｇｒａｍｍｉｎｇ ｔｅｃｈ?

ｎｉｑｕｅ ｔｏ ｏｂｔａｉｎ ｏｐｔｉｍｉｚｅｄ ｔｏｒｑｕｅ ｗｏｒｋｉｎｇ ｐｏｉｎｔｓ ｏｆ ＩＳＧ ｍｏｔｏｒ．Ｔｈｅｎ ａ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｍｏｄｅｌ ｆｏｒ ＬＨＥＶ ｉｓ ｂｕｉｌｔ，ａ ｔｒａｃｋｉｎｇ

ｃｏｎｔｒｏｌ ｉｓ ｐｅｒｆｏｒｍｅｄ ｏｖｅｒ ｏｐｔｉｍｉｚｅｄ ｔｏｒｑｕｅ ｏｆ ＩＳＧ ｍｏｔｏｒ ｗｉｔｈ ｆｕｚｚｙ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｃｈｅｍｅ，ａｎｄ ａ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｉｓ ｃｏｎｄｕｃｔｅｄ ｏｎ

ｔｈｒｅｅ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｂｒａｋｉｎｇ ｆｏｒｃｅｓ ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ ｗｉｔｈ ＮＥＤＣ ｃｙｃｌｅ ｔｏ ｏｂｔａｉｎ ｅｎｅｒｇｙ ｒｅｃｏｖｅｒｙ ｒａｔｉｏｓ ｉｎ ｒｅｇｅｎｅｒａｔｉｖｅ ｂｒａｋｉｎｇ．

Ｆｉｎａｌｌｙ ａ ｒｅａｌ ｖｅｈｉｃｌｅ ｔｅｓｔ ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇ ｔｏ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ ｉｓ ｃａｒｒｉｅｄ ｏｕｔ ｔｏ ｖｅｒｉｆｙ ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｎｅｓｓ ｏｆ ｃｏｎｔｒｏｌ

ｓｔｒａｔｅｇｙ ｐｒｏｐｏｓｅｄ．

Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｖｅｈｉｃｌｅｓ；ｒｅｇｅｎｅｒａｔｉｖｅ ｂｒａｋｉｎｇ；ｆｕｚｚｙ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｔｒａｔｅｇｙ

首先要考虑汽车的安全性，包括快速降低车速和保

—

１Ｌ—ｊ一

日ＩＪ吾

持制动时方向的稳定性。这些安全性对制动力的具

体要求是在各个车轮上提供足够大的制动力，并合

制动能量回收能力是电动汽车（包括纯电动汽

理分配制动力。在电动汽车中，机械摩擦制动与电

车、混合动力电动汽车和燃料电池车等）最重要的特 再生制动同时存在。这种混合制动系统有多种控制

点之一。在制动或减速时，电动汽车中的发电机将

策略，控制策略的设计目标是要保证汽车的制动性

汽车的动能或势能转换为电能，存储在能量存储单 能和尽可能多地回收制动能量。这两个目标常常要

元中，从而显著提高汽车的能量利用效率。 求不同的制动力分配，所以制动控制策略的设计就

再生制动的控制原理对能量回收效果和制动时

是根据目标要求找到两者问合适的平衡点。文献

的安全性及舒适性有重要的影响。制动系统的设计

［１］中研究了一种在兼顾制动安全性和驾驶员制动

国家高技术研究发展计划（８６３计划）项目（２００８ＡＡ１１Ａ１３９）资助。

原稿收到日期为２０１１年９月２８日，修改稿收到日期为２０１１年１１月２０日。

汽车工程 ２０１３年（第３５卷）第２期

感觉的前提下实现高效率能量回收的制动系统。文

献［２］和文献［３］中研究了在防止车轮抱死，提高制

动时的操纵性和稳定性的前提下更大限度地回收制

动能量的方法。文献［４］和文献［５］中进行了混合

动力汽车制动能量回收与ＡＢＳ集成控制的研究。

本文中针对一款轻型｝昆合动力汽车，在满足

ＥＣＥ制动法规要求并尽量提高安全性和驾驶员感觉

的前提下，提出了一种最大制动能量回收控制策略。 可随意分配。但是，基于安全性考虑，要求制动时无

该控制策略对制动时的ＩＳＧ电机工作点进行基于全

局效率最优的优化，把优化后的ＩＳＧ电机工作点用

于制动过程中，采用模糊控制的方法对ＩＳＧ电机转

矩进行控制。最后对这个控制策略进行仿真分析，

并与试验结果进行对比。

１ 最大制动能量回收控制策略的原理

该轻型混合动力汽车的结构简图如图１所示。

总制动力由机械摩擦制动力和电再生制动力组成， ２、３所围区域为初步界定的前后轮制动力分布区。

而电再生制动力只作用在前轮上。控制策略的目的

是解决制动力在前后轮上的分配和机械制动力与电

再生制动力的分配问题。

…

徊 ｉ

匿赶暖衄

图１ 轻型｝昆合动力汽车结构简图

制动时的前后轮制动力根据理想制动力分配曲

线分配时，能充分利用地面的附着条件，达到快速制

动和保持方向稳定性的目的。对于混合动力汽车，

后轮的制动力是纯机械制动力，前轮的制动力是机

械制动和再生制动之和。要实现最大制动能量回

收，就要使制动力优先施加在前轮上。

ＥＣＥ制动规程约定了最大前制动力曲线，也即

最小后制动力曲线，因此施加在前轮上的最大可能

的再生制动力受限于ＥＣＥ规程。ＥＣＥ规程规定了

非线性的制动力分配曲线。为简化控制和减少计算

量，对ＥＣＥ规程进行适当简化，把它近似成线性的

制动力分配曲线。

当汽车在附着系数为 的路面上以减速度 制

动时，总的制动力是一定的，即

Ｆｂ＝Ｆｂｆ＋Ｆｂ ＝Ｍｊ （１）

Ｆｈｆ＝Ｆｂｆ 。ｈ＋Ｆ （２）

式中：Ｆ 为驾驶员要求的总制动力；Ｆ 为前轴上的

制动力；Ｆ 为后轴上的制动力；Ｍ为汽车质量；

Ｆ 。 为前轴上的机械制动力；Ｆ 为前轴上的电再

生制动力。

只要满足总的制动力要求，前后轮上的制动力

车轮抱死，并且后轮制动力要在ＥＣＥ规程曲线

２基于效率最优的ＩＳＧ电机工作点优化

２．１约束条件

基于上述思想，初步界定出前后制动力分配的

可行区域，见图２。图中计算基于汽车在良好水泥

路面上行驶，路面附着系数为０．９。图２中曲线１、

Ｚ

幅

蔫

蛊

辞

图２前后轮制动力分布区域

ｒＦｂｆ＋Ｆｂｒ＝ ４

｛Ｆｂｆ： １ （３）

【Ｆｂ ：

：

ｂ＋￣ｏｈｓ）

其中

（４）

警（ｎ－ ）

１

Ｆ【Ｍｇ ／。２十 ４ｈｓＬ （ ）］

（５）

２０１３（Ｖ０１．３５）Ｎ０．２ 杨亚娟，等：电动汽车最大能量回收再生制动控制策略的研究 ．１０７．

式中： 分别为地面对前后轴车轮的法向反力；

ｈ 为质心到地面高度；￡、ｎ、ｂ分别为轴距、质心到前

轴距离和质心到后轴距离。

曲线２为简化的ＥＣＥ规程线，可用式（６）表示。

１一

ｍｉ 班ｍｊｎ（ 一ｉｎ Ｐｍｏｔｏ７１Ｔｉ

）

ｃ

＇Ｔｉｔ

将式（１０）代人式（１１）得

Ｆｂ ＝ Ｆｂｆ （６）

工）

）＝ｍｉｎ（ ）

式中：ｒ／ 为ＩＳＧ电机效率；ｒ／ 为充电效率，与电池荷

２ ．０７ｂｈｇ＋６＋０．０７ｈｇ

甘

茸中８：— ——— Ｉ‘ ＿———

０．８５Ｌ

曲线３为 ＝０．９的厂线，可用式（７）表示。

Ｌ－￣ ｈｓ

Ｆｂｒ－－

Ｆｂｆ一 （７）

ｎｇ ｎｇ

对于较小的制动减速度需求，例如当 ＝０．３ｇ

时，此时前后制动力可以沿线段ａｂ任意分配。若

ＩＳＧ电机能提供的再生制动力大于或等于点ｂ对应

的横坐标值，则前后制动力按点ｂ分配。前轮制动

力全部由再生制动承担，由点ｅ确定，后轮机械制动

力由点ｆ确定。若ＩＳＧ电机能提供的再生制动力小

于点ｂ对应的横坐标值，且大于点ａ的横坐标值，用

点ｇ表示，则前后制动力按点ｇ分配。若ＩＳＧ电机

能提供的再生制动力小于点ａ的横坐标值，用点ｈ

表示，则前后轮制动力按点ａ分配。ＩＳＧ电机提供

其最大再生制动力，前轮不足制动力由机械制动力

提供。后轮制动力由点ｉ确定。对于驾驶员的较大

制动减速度需求，例如当 ＝０．７ｇ时，此时前后制动

力可以沿线段ｃｄ任意分配。此时ＩＳＧ电机能提供

的再生制动力小于点ｃ对应的横坐标值，用点ｋ表

示，此时前后制动力按点ｃ分配，前轮制动力由再生

制动和机械制动共同承担。 影响充电功率的因素有制动减速度、ＩＳＧ电机

２．２ 目标函数

ＩＳＧ电机转矩施加到车轮处的制动力为 束条件，在０—０．９ｇ的制动减速度范围和全ＩＳＧ电

Ｆｍｏ ＝ ｒ。ｒ／（Ｒｒｌ ） （８）

式中： 为ＩＳＧ电机转矩；１＂０为主减速比；ｒ为变速

器速比；Ｒ为车轮半径；叼 为传动效率。

车速可以表示为

＝Ｒｎ／（ｒ０ｒ） （９）

式中：ｎ为ＩＳＧ电机转速。

则再生制动功率为

Ｐ ：Ｆ ０ｌ０ ＝Ｔｍｎ／ｒｌｔ （１Ｏ）

为回收得到最大的制动能量，要求得到不同转

速、制动减速度和电池荷电状态下电池的最大充电

功率Ｐ。 ，即优化的目标函数为

ｍａｘ Ｐ。ｈ （１１）

为求解方便，转化成最小值问题为

电状态有关。

图３和图４分别为电．机和串．池效率图

褂

图３ ＩＳＧ电机效率图

１００

鋈 ９５

－

替

＼。

籁 ９Ｏ

＼

８５

‘＼．

８Ｏ

１０ ２０ ３０ ４０ ５０ ６０ ７０ ８０ ９０

ｓｏＣ

图４电池充电效率曲线

２．３模型离线优化计算

转速、ＩＳＧ电机效率和充电效率等。根据上面的约

机ｍａｐ范围内，对充电功率进行优化计算。采用序

列二次规划方法（ＳＱＰ）进行求解，得到再生制动所

用的ＩＳＧ电机转矩工作点。图５为ＳＯＣ值为６０％

时的优化转矩。

６Ｏ

５０

ｇ ４０

量３０

２０

髯ｌ０

Ｏ

ｌ

图５ ＩＳＧ电机优化转矩

?

１０８? 汽车工程 ２０１３年（第３５卷）第２期

ＮＢ，为尽快消除误差，应快速增大转矩，则控制量△，

３控制策略仿真

取ＰＢ；若此时误差变化率为ＰＳ，即误差有减小的趋

势，则控制量△，取 。而当误差变化率为胎时，

利用Ｍａｔｌａｂ／Ｓｉｍｕｌｉｎｋ平台建立了轻型混合动力

汽车仿真模型。建模采用理论建模和试验建模相结

合的方法，利用整车动力学理论建立传动系统和

行驶系统模型，包括驾驶员、离合器、变速器和行

驶阻力等，利用台架试验数据建立发动机、ＩＳＧ电

机和电池模型。根据控制策略建立控制系统

模型。

３．１模糊控制器设计

模糊控制器的任务是在制动过程中将ＩＳＧ电机

转矩调整到最佳值附近。模糊控制器输入为实际

ＩＳＧ电机转矩 与目标转矩 之差ｓ及其变化率

ｄＳ／ｄｔ，输出为电流变化量△，。输入语言变量和输出

语言变量采用三角形隶属函数。控制逻辑如图６

所示。

‘

Ｉ＾模糊控制器 Ｍｔ ｌ １ ’

图６ ＩＳＧ电机转矩模糊控制器

输入误差ｓ的语言变量隶属函数如图７所示，

同样定义误差变化率及输出的语言变量隶属函数。

图７误差 对应语言变量隶属函数

模糊控制规则遵循以下规律。

（１）若ＩＳＧ电机实际转矩远大于目标转矩，即

转矩差．ｓ为朋时，如果此时误差的变化率ｄＳ／ｄｔ也

为朋，为尽快消除误差，应快速减小转矩，则控制量

△，取ＮＢ；若此时误差变化率为ＮＳ，即误差有减小的

趋势，则控制量△，取ＮＳ，防止系统超调。

（２）若ＩＳＧ电机实际转矩远小于目标转矩，即

转矩差．ｓ为ＮＢ时，如果此时误差变化率ｄＳ／ｄｔ也为

因为容易超调，控制量取ｚ。

控制规则表如表１所示。

表１ ＩＳＧ电机转矩模糊控制器控制规则

△， Ｓ

ＰＢ ＰＳ Ｚ Ｎｓ ＮＢ

ＰＢ ＮＢ ＮＢ Ｎｓ Ｚ Ｚ

Ｐｓ ＮＢ Ｎｓ Ｚ Ｐｓ Ｐｓ

ｄＪｓ／出

Ｚ ＮＳ Ⅳ５ Ｚ ＰＳ ＰＢ

Ｎｓ Ｎｓ Ｚ ＰＳ Ｐｓ ＰＢ

ＮＰ Ｎｓ Ｚ Ｐｓ ｐＢ ＰＢ

３．２仿真分析

采用新欧洲行驶循环工况（ＮＥＤＣ）和初速度为

ｌＯＯｋｍ／ｈ的３种不同制动踏板力制动对控制策略进

行仿真分析。仿真初始ＳＯＣ值设置为６０％。图８

为ＮＥＤＣ循环工况仿真计算结果。

ＮＥＤＣ循环的制动减速度较小，大部分在０．１ｇ

以下，制动力主要由再生制动承担。从图８（ｄ）可以

看出，制动回馈效果明显。

不同制动力仿真设定制动踏板行程分别为

３０％、５０％和８０％，以１００ｋｍ／ｈ的初速度进行制动，

初始挡位设定为５挡。图９为不同制动力仿真计算

结果。

３种不同制动踏板行程仿真时，制动减速度较

大，都在０．４ｇ以上。制动踏板行程为８０％时，达到

路面附着力极限，所以制动减速度根据地面能提供

的最大附着力计算，在图９（ｂ）中，最大制动减速度

沿图中直线段。在制动过程中，ＩＳＧ电机发出了最

大转矩，ＳＯＣ上升很明显，只是由于制动时间较短，

回收的总能量有限。

通过计算车辆的动能和电池充电电能来确定能

量回收率。

车辆动能为

１

∑ ＝∑÷ｍ（ ：２一 ２ ） （１２）

电池充电电能为

∑Ｅｂａ ＝Ｊ （ｔ）－ ） （１３）

在ＮＥＤＣ循环中，总共有１４段区间处于制动状

２０１３（Ｖｏ１．３５）Ｎｏ．２ 杨亚娟，等：电动汽车最大能量回收再生制动控制策略的研究

１４０

—ｑ／【Ⅱ）ｌ 卅 一 ／ＬⅡ）／ 曩 （Ⅲ． ＼ 辩墨曾０∽Ｈ

１２０

１００

’

８Ｏ

６０

４０

八 几 ｎ ｎ

ｆ＿＼ｊ

２Ｏ

Ｏ

１ 几／¨ ¨、 几『 ｆ］ Ｊ＿１＝＼ｆ＇／、Ｉ ／

０ ２００ ４００ ６００ ８００ ｌ ０００ ｌ ２００

时间／ｓ

（ａ）车速

１．５

１．Ｏ

０．５

０．０

丌“耵 Ⅵ １ ， Ｉ ｋ Ｌ ｌ

．

—

０．５

．

１．０

：

．

１．５

时间／ｓ

（ｂ）加速度

５Ｏ

３Ｏ

１０

—

１Ｏ

．

３Ｏ

一 卅 一 ／【导 鹰蒋器 （Ⅲ． 辱睾霉 ０∞Ｈ

一

５０

－

７０

．

９０

时间／ｓ

（ｃ）ＩＳＧ电机转矩

Ｏ?６５

０．６３

有制动回镊 ｝

Ｕ ０．６１

、 ，、 Ｊ Ｌ ｆ－－

．

ｏ．５９ ０．６０８

＼／

、无制动回镇 ：

Ｏ?５７

０．５５

０ ２００ ４００ ６００ ８００ １ ０００ １ ２００ １ ４００

时间／ｓ

（ｄ）ＳＯＣ

８

６

ｌ

ｌ ｌ ＩＪ ｌ ｌＬ－ ６ ｒｉ

’ ｌ ’ ｌ ｌｌ ’『Ｉ ｒｌＩ ｌ

１

．

１０

．

１２

０ ２００ ４００ ６００ ８００ ｌ ０００ １ ２００ １ ４００

时间，ｓ

（ｅ）电池功率

图８ ＮＥＤＣ循环工况仿真计算结果

态，车辆动能计算如表２所示。

３种不同制动力制动时车辆动能为４８８ ８１２Ｊ。

仿真计算所得能量回收率如表３所示。

由表３可以看出，对于ＮＥＤＣ循环，由于在循环

过程中，制动减速度相对较小，在良好的路面附着条

件下，制动过程主要采用ＩＳＧ电机制动，所以能量回

蓁４。ｏ １｝ ＼、＝ 、

。｝ 、

Ｏ Ｌ——————‘——————

３ ４ ５ ６ ７

时间／ｓ

（ａ）车速

０

．

２

４

？

．

一，‘

●

．

６

，

．

一

８

一

．

Ｏ％制动踏ｊ 菠行程

一

．

１Ｏ

．

５０％制动踏ｊ 菠行程

一

—

ｌ２

８０％制动踏板行程

Ｏ ２ ３ ４ ５ ６ ７

时间／ｓ

（ｂ）制动减速度

时间／ｓ

（ｃ）ＩＳＧ电机转矩

Ｏ．６１２

／，————●

０．６１

／

。／

０．６０６

０．６０４

／ ２０％制动踏板行程

０．６０２

／ 一５０％制动踏板行程

Ｏ．６

／ 。 ８０％制动踏板行程

０ １ ２ ３ ４ ５ ６

时间／ｓ

（ｄ）ＳＯＣ

—

８

／＾＼

／

＼ ，

、√

蓥Ⅲ

／一３Ｏ％制动踏板行程

二’－．谚 一 ?５ 制动踏板行程

．

－．一?８Ｏ％制动踏板行程

．

１２

Ｏ ２ ３ ４ ５ ６ ７

时间／ｓ

（ｅ）电池功率

图９不同制动力仿真计算结果

收率达到２５％以上。对于３种不同制动力仿真，由

于制动减速度较大，ＩＳＧ电机能施加的制动力受本

身能力所限，机械制动随减速度增大而占比加大。

所以随着需求制动力的加大，能量回收率降低。

汽车工程 ２０１３年（第３５卷）第２期

表２ ＮＥＤＣ循环制动能量计算

序号 制动次数 起始车速／ 停止车速／ 每次回收的

（ｋｍ／ｈ） （ｋｍ／ｈ） 车辆动能／Ｊ

１ ４ １５ ０ １０ ９９８

２ ４ ３２ ０ ５０ ０５４

３ ４ ５０ ０ １２２ ２０３

４ １ ７０ ５０ １１７ ３１５

５ １ １２０ Ｏ ７０３ ８８９

总计 １ ５５４ ２２６

表３不同工况仿真能量回收率对比

工况 车辆动能／Ｊ 充电电能／Ｊ 能量回收率／％

３０％制动踏板行程 ４８８ ８１２ ６５ ０ｏＯ １３．３Ｏ

５０％制动踏板行程 ４８８ ８１２ ３８ ３６７ ７．８５

８０％制动踏板行程 ４８８ ８１２ ２７ ３９８ ５．６１

ＮＥＤＣ １ ５５４ ２２６ ３９０ ７５４ ２５．１４

４控制策略试验

分别在底盘测功机上进行了ＮＥＤＣ循环工况试

验和在道路上进行了不同制动力试验。道路试验在

干水泥路面进行，对制动踏板进行了限位设置，以初

速度ｌＯＯｋｍ／ｈ分别进行轻度制动、中度制动和重度

制动试验。道路试验无车辆抱死的情况发生。图

１Ｏ～图１３为试验结果曲线。

１４０

１２０

１００

８０

６０

４０

２０

０

图１０ ＮＥＤＣ循环车速变化曲线

８

６

一

１Ｏ

０

．

１２

０ ２００ ４００ ６００ ８００ １ ０００ ｌ ２００ １ ４００

时间／ｓ

图１１ ＮＥＤＣ循环电池功率曲线

１ＯＯ

一

轻度制动

８０

薯 ６０

４０

．

婚

２０

０

ｏ １ ２ ３ ４ ５ ６ ７

一 …—?＼重ｐ度制 动

时间／ｓ

图１２不同制动力试验车速曲线

—

４

耋 ．６

／／／／

—

篓 ．ｓ

——■

蓥一ｌＯ

／｛｜／

一

轻度制动

．

１２

一

中度制动

…

１４

重度制动

—

０ １ ２ ３ ４ ５ ６ ７

时间／ｓ

图１３不同制动力试验电池功率曲线

试验结果制动能量回收率如表４所示。

表４不同工况试验能量回收率对比

工况 车辆动能／Ｊ 充电电能／Ｊ 能量回收率／％

轻度制动 ４８８ ８１２ ４９ ７０２ ｌＯ．１７

中度制动 ４８８ ８１２ ３２ ６４５ ６．６８

重度制动 ４８８ ８１２ ２５ ２ｏｏ ５．１６

ＮＥＤＣ １ ５５４ ２２６ ４０３ ９８１ ２５．９９

通过以上分析可以看出，所设计的制动控制逻

辑可以使车辆在ＮＥＤＣ循环中有较高的能量回收

率，试验结果与仿真结果吻合较好。对于重度制动，

有效利用了ＩＳＧ电机的能力。由于试验环境中不确

定性因素的影响，实车试验与仿真结果存在一定差

异，但总体来看，在车速、制动时间和能量回收率方

面具有较高的相似度。

５结论

（１）针对一款轻型混合动力汽车进行了再生制

动控制策略的研究。在满足ＥＣＥ制动法规的基础

上，兼顾良好的制动感觉，以整体效率最高为目标，

建立了最大能量回收制动控制策略。利用序列二次

规划方法，对ＩＳＧ电机工作区域进行模型离线优化，

得到不同转速、不同减速度和不同电池ＳＯＣ值下的

（下转第１３２页）

?

１３２? 汽车工程 ２０１３年（第３５卷）第２期

¨

］］Ｊ ｉ ］ ］

北京：北京理工大学，２００９．

参考文献

Ｐｌｅｔｔ Ｇ Ｌ．Ｅｘｔｅｎｄｅｄ Ｋａｌｍａｎ Ｆｉｌｔｅｒｉｎｇ ｆｏｒ Ｂａｔｔｅｒｙ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｓｙｓ—

ｔｅｒｎｓ ｏｆ ＬｉＰＢ－ｂａｓｅｄ ＨＥＶ Ｂａｔｔｅｒｙ Ｐａｃｋｓ—Ｐａｒｔ ３：Ｓｔａｔｅ ａｎｄ Ｐａｒａｍｅ－

［８］王震坡，孙逢春，林程．不一致性对动力电池组使用寿命影响

的分析［Ｊ］．北京理工大学学报，２００６，２６（７）：５７７—５８０．

［９］ 曹楚南，张鉴清．电化学阻抗谱导论［Ｍ］．北京：科学出版社，

２ＯＯ２．

ｔｅｒ Ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎｆ Ｊ］．Ｊ．Ｐｏｗｅｒ Ｓｏｕｒｃｅｓ，２００４，１３４：２７７—２９２．

Ｓｏｏｎ ＮｇＫ，Ｍｏｏ Ｃ Ｓ，ＣｈｅｎＹ Ｐ，ｅｔ ａ１．Ｅｎｈａｎｃｅｄ Ｃｏ￣ｏｍｂ Ｃｏｕｎｔ－

ｉｎｇ Ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ Ｅｓｔｉｍａｔｉｎｇ Ｓｔａｔ－?ｏｆ－ｃｈａｒｇｅ ａｎｄ Ｓｔａｔｅ?—ｏｆ－ｈｅａｌｔｈ ｏｆ

［１０］ 时玮，姜久春，李索宇，等．磷酸铁锂电池ＳＯＣ估算方法研究

［Ｊ］．电子测量与仪器学报，２０１０，２４（８）：７６９—７７４．

［１１］文锋．纯电动汽车用锂离子电池组管理技术基础问题研究

［Ｄ］．北京：北京交通大学，２０１０．

［１２］ ＵＳＡＢＣ．Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｖｅｈｉｃｌｅ Ｂａｔｔｅｒｙ Ｔｅｓｔ Ｐｒｏｃｅｄｕｒｅｓ Ｍａｎｕａｌ［ｓ］．

１９９６．

Ｌｉｔｈｉｕｍ－ｉｏｎ Ｂａｔｔｅｒｉｅｓ［Ｊ］．Ａｐｐ１．Ｅｎｅｒｇｙ，２００９，８６：１５０６－１５１ １．

赵淑红，吴锋，王子冬．磷酸铁锂动力电池工况循环性能研究

［Ｊ］．电子元件与材料，２００９，２８（１１）：４３—４７．

黎火林，苏金然．锂离子电池循环寿命预计模型的研究［Ｊ］．电

源技术，２００８，３２（４）：２４２—２４６．

［１３］ＩＳＯ １２４０５－－２．Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ Ｐｒｏｐｅｌｌｅｄ Ｒｏａｄ Ｖｅｈｉｃｌｅｓ．Ｔｅｓｔ Ｓｐｅｃｉｉｆ．

ｃａｔｉｏｎ ｆｏｒ Ｌｉｔｈｉｕｍ－ｉｏｎ Ｔｒａｃｔｉｏｎ Ｂａｔｔｅｒｙ Ｐａｃｋｓ ａｎｄ Ｓｙｓｔｅｍｓ－Ｐａｒｔ ２：

陈全世，林成涛．电动汽车用电池性能模型研究综述［Ｊ］．汽车

技术，２００５（３）：１—５．

Ｈｕ Ｘ Ｓ，Ｌｉ Ｓ Ｂ，Ｐｅｎｇ Ｈ．Ａ Ｃｏｍｐａｒａｔｉｖｅ Ｓｔｕｄｙ ｏｆＥｑｕｉｖａｌｅｎｔ Ｃｉｒ－

Ｈｉｓｈ Ｅｎｅｒｙｇ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ［Ｓ］．２０１０．

［１４］刘波．粒子群优化算法及其工程应用［Ｍ］．北京：电子工业出

版社，２０１０．

ｃｕｉｔ Ｍｏｄｅｌｓ ｆｏｒ Ｌｉ—ｉｏｎ Ｂａｔｔｅｒｉｅｓ［Ｊ］．Ｊ．Ｐｏｗｅｒ Ｓｏｕｒｃｅｓ，２０１２，１９８：

３５９—３６７．

［１５］张维戈，时玮，姜久春，等．动力锂离子电池串并联仿真技术研

究［Ｊ］．电网技术，２０１２（１０）：７０—７５．

孟祥峰．电动汽车动力电池组寿命模型与性能评价研究［Ｄ］．

１Ｊ １Ｊ １Ｊ １Ｊ

（上接第１１０页）

ＩＳＧ电机再生制动转矩。

Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ ａｎｄ Ｅｘｐｏｓｉｔｉｏｎ，Ｂｒｕｓｓｅｌｓ，Ｂｅｌｇｉｕｍ，１９９８．

Ｃｉｋａｎｅｋ Ｓ Ｒ．Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｖｅｈｉｃｌｅ Ｒｅｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ Ａｎｔｉｓｋｉｄ Ｂｒａｋｉｎｇ ａｎｄ

（２）建立整车仿真模型，并采用模糊控制方法

对优化的ＩＳＧ电机转矩进行跟随控制，分别进行了

ＮＥＤＣ循环工况和３种不同制动力的仿真计算，得

到不同工况下的再生制动能量回收率。

（３）进行了ＮＥＤＣ循环工况的台架试验和３种

不同制动力的道路试验，验证了控制策略的有效性。

试验与仿真结果吻合较好，尤其是对于低制动减速

度区域。

Ｔｒａｃｔｉｏｎ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｓｙｓｔｅｍ［Ｐ］．Ｕｎｉｔｅｄ Ｓｔａｔｅｓ Ｐａｔｅｎｔ，＃５，４５０，３２４，

ＵＳＡ，１９９５．

Ｃｉｋａｎｅｋ Ｓ Ｒ．Ｆｕｚｚｙ Ｌｏｇｉｃ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｖｅｈｉｃｌｅ Ｒｅｇｅｎｅｒａｔｉｖｅ Ａｎｔｉｓｋｉｄ

Ｂｒａｋｉｎｇ ａｎｄ Ｔｒａｃｔｉｏｎ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｓｙｓｔｅｍ［Ｐ］．Ｕｎｉｔｅｄ Ｓｔａｔｅｓ Ｐａｔｅｎｔ，

＃５，３５８，３１７，ＵＳＡ，１９９４．

Ｐｅｎｇ Ｄａｎｇ，Ｚｈａｎｇ Ｙｏｎｇ，Ｙｉｎ Ｃｈｅｎｇｌｉｎｇ，ｅｔａ ａ１．Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ Ｈｙｂｒｉｄ

Ｅｌｅｃｔｉｃ Ｖｅｈｉｒｃｌｅ Ｂｒａｋｉｎｇ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｓｙｓｔｅｍ ｗｉｈ Ｏｐｔｔｉｍａｌ Ｔａｒｇｅｔ Ｗｈｅｅｌ

Ｓｌｉｐ Ｒａｔｉｏ Ｃｏｎｔｒｏｌ［Ｃ］．ＳＡＥ Ｐａｐｅｒ ２００７—０１—１５１５，

Ｐｅｎｇ Ｄ，Ｙｉｎ Ｃ，Ｚｈａｎｇ Ｊ．Ｓｔｕｄｙ ｏｎ Ｃｏｍｂｉｎｅｄ Ｃｏｎｔｒｏｌ ｏｆ Ｒｅｇｅｎｅｒａ．

参考文献

［１］Ｏｚａｋｉ Ｍ，Ｓｈｉｎｐｏ Ｔ，Ｆｕｒｎｋａｗａ Ｎ．Ａ Ｃｏｍｂｉｎｅｄ Ｂｒａｋｅ Ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ

ｔｉｖｅ Ｂｒａｋｉｎｇ ａｎｄ Ａｎｔｉ Ｌ０ｃｋ Ｂｒａｋｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ ｏｒｆ Ｈｙｂｒｉｄ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｖｅ—

ｈｉｃｌｅ［Ｊ］．Ｉｎｔｅｎａｒｔｉｏｎａｌ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｕｔｏｍｏｔｉｖｅ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｙ，ｇ２００８，９

（６）：７４９—７５７．

Ｅｎｅｒｇｙ Ｒｅｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ［Ｃ］．Ｔｈｅ １５ｓｔ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｖｅｈｉｃｌｅ