电动汽车再生制动与ABS联合制动

发布时间：2022-10-05 10:07 热度：

　　摘要：本文根据ABS与电动汽车再生制动系统的工作原理建立了制动系统的力学模型，并根据模糊控制理论和PID控制理论，在Matlab/Simulink环境下建立了电动汽车制动系统仿真模型，所得结果符合电动车辆制动的实际情况，对于电动汽车制动系统设计具有实际应用价值。

　　关键词：电动汽车，ABS，再生制动，动力学仿真

　　Research and simulation of regenerative braking system and

　　ABS on Electric Vehicle

　　(LIU Jin-cui ，XinXiang vocational and technical college)

　　Abstract :According to the working principle of ABS and regenerative braking system the paper establishment mechanical model, and also set up braking system simulation model in Matlab/Simulink environment, according to fuzzy logic control theory and PID control theory. Through a wide range of control strategies of computer simulation experiments verify the superiority of fuzzy logic control, the research results are in accordance with the actual situation of the electric vehicles braking, and have practical application value for the design of electric vehicle braking system.

　　Key word: Electric Vehicle, Antilock Braking system, dynamic simulation

　　中图分类号：U461.1 文献标识码A

　　电动汽车的电动机在切断电源之后，不可能立即完全停止旋转，总是在其本身及所带负载的惯性作用下旋转一段时间之后才停止。因而，在能源供应紧张的今天，利用电动机制动过程中的剩余能量(即：再生制动)自然就成了研究开发的一个热点。一般，再生制动只能起到限制电动机转子的速度过高的作用，即不让转子的速度比同步速度高出很多，但无法使其小于同步转速[1]。即再生制动仅能起到稳定运行的作用。因此，电动汽车的制动方式应考虑机械制动和电力制动两种类型的结合，尽可能多的用再生发电方式取代机械式制动。本文主要研究再生制动与ABS联合制动的控制策略。[1]

　　1再生制动系统建模

　　一般，再生制动发电系统的发电电压总是低于蓄电池电压，因此为了使再生制动发电系统发出的电能充入蓄电池，必须采用专门的控制系统，使电动机工作于再生制动模式[2][3]。图 1为电动汽车的制动能量再生系统的电路示意 为回路电流， 为电动机电势，并且 ， 为常数(电机转矩系数)， 为电动机转速， 为开始再生制动时回路的电流， 为时间。

　　(2)电流反向阶段。由于电动汽车的惯性，电动机继续同向运转，电动机处于发电状态，电流方向为GFD，由于IGBT元件T2的开关频率较高，可近似认为此时电动机转速不变，则此阶段结束时回路中电流

　　此后，电动机反复工作于第二、三阶段，直至驾驶员踩下加速踏板或电动汽车停止行驶为止。

　　2再生—ABS制动系统建模

　　为简化研究问题，采用单轮车辆模型进行分析，如图 2所示，忽略空气阻力和车轮滚动阻力[4]。

　　　其中： 为整车质量; 为车身速度; 为地面制动力; 为车轮转动惯量; 为车轮角速度; 为车轮滚动半径; 为ABS制动力矩; 为再生制动力矩; 为地面附着系数; 为地面垂直反力; 为电动机到驱动轮的传动比， 为电动机转矩系数， 为电动机电枢电流。

　　3再生—ABS制动仿真模型建立

　　3.1再生制动与ABS联合制动的控制策略

　　当电动汽车不采用紧急制动时，即制动踏板踩下较小时，电动汽车仅需要再生制动即可满足制动要求。当紧急制动时，再生制动与ABS制动系统同时工作。再生—ABS联合制动系统是电动汽车所独有，为了使驾驶员在制动时有一种平顺感，ABS提供的液压制动力矩应根据再生制动力矩的变化进行控制，最终使驾驶员获得所希望的总力矩。同时，液压制动的控制不应引起制动踏板的冲击，不能给驾驶员一种不正常的感觉。为此，对再生制动系统采用PID控制方式，对液压制动系统采用模糊控制的方式进行控制，以获得最佳的总制动力。

　　3.2模糊控制器的建立

　　选用双输入单输出的模糊控制器，其中输入量为：E和Ec分别代表滑移率偏差和滑移率偏差变化率，输出量U代表液压制动力控制系数。选择滑移率偏差 ;滑移率偏差变化率 ;液压制动力控制系数 ，输入输出量的隶属度函数均采用敏感度较高的三角形函数。E和Ec的模糊状态选择为5个：NL、NS、ZE、PS和PL，分别表示“负大”、“负小”、“零”、“正小”和“正大”[5][6]。

　　模糊推理采用Mamdani型模糊推理方法。

　　模糊规则设定如表 2 所示。

　　3.3模糊—PID联合控制仿真模型建立

　　3.4仿真结果

　　从中可见：

　　(1) 再生制动电流比较平稳，电流调整时间为0.9s，超调量为9A。

　　(2) 再生制动力矩均为100N*m左右。

　　(3) 液压制动力矩变化较为平顺，且最后能够稳定于500N*m。

　　(4) 制动时间短。采用模糊—PID控制方法车速由30m/s降到0m/s所用的时间为3.85s。

　　(5) 制动距离较短。采用模糊—PID控制方法车速由30m/s降到0m/s的制动距离为62.48m。

　　4小结

　　本文对电动汽车再生制动与ABS联合制动进行了电学及力学建模，并对不同制动力选择了合适的智能控制方式，建立了模糊—PID控制的ABS再生制动仿真模型，最后得出了再生制动电流变化曲线、再生制动力矩变化曲线、ABS液压制动力矩变化曲线、制动速度变化曲线和制动距离变化曲线。仿真结果表明采用模糊—PID控制的ABS再生制动系统实际情况基本吻合，能够满足电动汽车制动要求，对电动汽车再生制动系统的理论与实际设计有一定指导作用。

　　参考文献

　　[1] 祝占元.电动汽车[M].郑州：黄河水利出版社，2007(9)：166-172.

　　[2] 陈清泉.陈清泉院士论文选集：现化电动车、电机驱动及电力电子技术[M].北京:机械工业出版社，2005(9).

　　[3] 唐剑飞,桂永胜.浅析电动汽车中的再生制动[J].汽车电器, 2008(8)：12-15.

　　[4] 刘金翠，张伯俊.汽车ABS模糊控制方法的研究与仿真[J].天津工程师范学院学报，2008(9)：21-23,27.

　　[5] 张云清，熊小阳等.基于ADAMS与Matlab的ABS模糊控制仿真研究[J].公路交通科技，2007(11)：148-153,158.

　　[6] Y. Lee and S. H. Zak, Designing a genetic neural fuzzy antilock brake system controller, IEEE Trans. Evo1. Compute, vo1. 6, no. 2, Apr. 2002, pp: 198-211.

　　[7] 姚杰，钟再敏.基于模糊逻辑推理的燃料电池客车再生制动控制策略[J].汽车工程, 2007(12)：1063-1065,1078.

　　[8] 谢长君，金书海.基于粒子群优化模糊控制器的电动汽车再生制动控制策略研究[J].武汉理工大学学报：交通科学与工程版，2008(4)：669-672.