液压制动系统协调控制下电动汽车制动系统研究

摘要：对于电动汽车在行驶过程当中要提高其稳定性，就要对电动车的电机和液压制动系统进行分析。根据相应的模型来确定具体的制动转距协调方案。本篇文章通过使用仿真软件对各种情况之下的电动汽车制动系统进行了模拟仿真，得到了相应的数据。对相应的数据进行分析研究，可以得到以下结论：在低强度的制动情况之下，电机制动可以满足汽车的需求；而针对于中等强度时，电机和液压制动系统都可以对其进行满足，提供稳定的制动；而针对高强度制动时，采用电动液压制动系统可满足制动稳定性。

0 引言

针对于汽车的制动装置而言，能够使得驾驶员在驾驶汽车的过程中，不管是在上坡、下坡、减速或者是停止等各方面操作上，都能够有非常稳定的制动能力，同时也可以使得汽车在下坡的过程当中，保证车辆的匀速前进。当前在我国范围内，很多的电动汽车通常都是采用电机制动系统或者是采用相应的液压制动系统，这两种系统可以实现能量的有效收回。而采用电动和液压混合动力的系统，当前在研究过程中发现可以使得动能得到最优化的收回效率，达到较高的收回力度。因此，在进行电动汽车制动的过程当中，选择合理的制动方案可以保证汽车在行驶当中的稳定以及安全性，整体的制动方案可以总结为下面的三种类型：

①修正系统参数从而可以很好的保证速度响应和液压机电机制动系统校正；

②基于滤波算法原理的协调控制方案；

③采用前馈及后馈响应方式调控液压制动系统。

本篇文章在进行案例选取的过程当中，选用的是前轮驱动的电动汽车为本篇文章主要的研究对象。针对电动汽车的电动液压制动系统，设计了在各种模式和方案之下的整体研究方法。利用Matlab/Simulink仿真软件，对电机以及液压制动系统功率控制进行校核，建立仿真模型。通过不同模型道路的仿真分析，得到了不同情况之下的制动稳定性数据，为电动液压制动系统今后的探究提供了合适的素材。

1 基本结构及工作原理

当驾驶员在驾驶车辆的时候踩下了制动踏板的时候，此时电动车对应的位移传感器会把相应的信息向电动液压制动控制单元（ECU）进行传递，在此过程当中我们应该注意到ECU其本身是针对于蓄电池SOC所构建而成的。对于行使过程中的制动模式以及制动力，这两者的动力主要的来源是车辆的车轮转速以及相应的电机转速。

2 电动液压协调制动控制策略

2.1 协调控制下的制动控制过程

在车辆行驶的过程中，车辆的电机制和液压制动转矩两者的相互协调控制，可以很好的保证电动一液压复合制动系统在车辆运行过程中处于相对的稳定性状态。我们根据车辆运行过程中电机、液压系统本身的动态响应特性以及相应的反应条件，作者根据液压制动转矩所需要达到的预期及标值对相应的控制方案进行确定和具体的方案实施，这样可以很好的保证液压制动系统开始相应的工作之后，通过使用上面的既定方案进行施工，可以很好的确保整个的控制流程都能够处于一个相对的安全的状态之下；除此之外也可以很好的让制动转矩协调控制方案可通过使用上面的既定方案进行施工，从而得到相应的变化动态响应。

针对车辆运行中的电动液压制动系统而言，其一共可以分成主要的3种模式，这3种模式分别是：

①液压制动模式（HBM）；

②电机制动模式（MBM）；

③协调控制下的制动模式（CBM）。

针对于所谓的制动模式而言，其具有的转换方案如下所示：当车辆的蓄电池SOC≥0.8时，为了可以有效地避免车辆的蓄电池出现相应的过量充电情况，因此在这种情况之下我们并不会对制动能进行相应的回收操作，此时我们主要采用的是液压制动模式来进行车辆的运行；当车辆的蓄电池SOC＜0.8时，与此同时相应的车辆制动强度大（z＞0.7）时，同时满足以上两个条件，对于车辆运行过程当中的制动安全性进行很好的保证，此时我们主要采用的是液压制动模式来进行车辆的运行；而当车辆的制动强度z≤0.2时，因此在这种情况之下我们为回收更多制动能，此时我们主要采用的是电机制动模式来进行车辆的运行；当车辆的制动强度z满足0.2＜z≤0.7时，此时我们主要采用的是协调控制下的制动模式。

2.2 电机制动模式

电机制动时蓄电池SOC＜0.8且z为0＜z≤0.2，驱动轮提供制动转矩。当电机制动系统无法满足制动所需制动转矩时，驱动轮使用液压制动系统进行相应的补充制动，即：



式中：驱动轮制动力是公式中的N表示；车辆重力是公式中的G表示；制动强度和摩擦因数是公式中的z和f表示；驱动轮所需的电机制动力是公式中的Fbf－reg表示；电机再生制动力是公式中的Fm表示；驱动轮（前轮）液压制动力是公式中的Fbf表示；后轮液压制动力是公式中的Fbf－hyp表示。

2.3 协调控制下的制动模式

当电动汽车的蓄电池SOC＜0.8与此同时其制动强度z还应该处于0.2＜z≤0.7，当同时满足以上两个条件的时候，此时电动汽车的协调控制之下相应的制动模式才会正式的开始工作。如果z＜φ，此时电动汽车的前轮制动力以及其后轮液压制动力会按照欧洲经济委员会汽车法规的线性调节率进行相应的分配。但是如果z≥φ，此时电动汽车的前轮及后轮制动力会按照理想制动力曲线进行相应的分配。

2.4 液压制动模式

当电动汽车的蓄电池SOC≥0.8时，此时为了可以有效地避免蓄电池出现过度充电的情况存在，只是通过液压制动模式并不能对于制动能进行很好的回收；而当z＞0.7的时候，此时的车辆会处于紧急制动情况，在此时我们主要追求的安全性，这才是制动控制所需要的重要的目标，此时我们应该使用液压制动模式，对制动能量回收进行放弃。

3 分析

3.1 电机制动模式

我们在实验过程中，将电动车的初始速度设置为20km/h，然后让电动汽车处于低强度制动时（z=0.2）进行相应的刹车制动操作，然后对于电动汽车当前的高附着以及低附着系数两种路面情况实施具体的仿真实验操作。在具体的实验操作中我们发现当电动汽车处于低制动强度时，电动汽车的电动液压制动系统其实在此时是处在一个电机制动的模式当中的，在这种情况之下，电动汽车的制动力是由其电机制动系统进行具体的供应的，在这种状态之下电动车的液压制动力是保持零不变的。其实对于电动汽车而言，其处于高附着或者是低附着系数的情况之下，对于这两中不同的路面情况下，电动车在行使的过程当中，电动汽车的车轮在旋转中的转速是跟随着车速的逐渐变化而产生相应的变化，而电动汽车的转速在变化过程中其实没有表现出非常明显的波动情况，所以通过实验我们可以很好的确定电机制动模式下，电动汽车具备的制动性能是非常优异的。

3.2 协调控制下的制动模式

我们在实验过程中，将电动汽车的初始速度设置为60km/h，然后让电动汽车处于中等制动强度（z=0.6）的时候进行相应的刹车制动操作，然后对于电动汽车当前的高附着（φ=0.85）以及低附着（φ=0.3）系数两种路面情况实施具体的仿真实验操作。通过图我们可以很清楚的对结果进行分析，当电动汽车的后轮液压制动力始终维持不变的时候，此时电动车的前轮电机制动力（再生制动力）相应的比例系数会出现相应的变化，与此同时液压制动力也会出现持续性的变化。

其中，当电动汽车的电机制动力在不断的变大的时候，其到达一定的比例之后就会维持当前的数值不再发生变化；此时的液压制动力就会逐渐的减小逐渐的变成0。整个的制动过程在启动1.5s之后，此时的电动汽车的电机制动力其整体的动力比例可以达到94%，此时的电动汽车的后轮液压制整体的动力比例仅为6%，而此时电动汽车的前轮液压制动力会变成0。根据研究前轮转速曲线我很可以很好的了解到，在对于制动过程进行研究和分析的过程中，电动汽车的车轮并不存在所谓的打滑现象，这也就可以很好地说明这种制动模式下，电动汽车的整体制动过程是非常的平稳可靠的。

对于车辆制动强度比道路附着系数大的情况，针对这种情况实施相应的工况模型仿真。整个结果表示在电动车整个制动过程，电动车的车轮转速存在相应的波动和一定的起伏，但是这种现象伴随着制动时间的逐渐延长，相应的波动幅度也会出现相应的逐渐衰减，并且会逐渐的衰减到相应的范围内；和相应的液压制动系统进行比较的话，尽管对于电机制动系统而言，其采用的是一阶惯性控制方案的方法来进行实施的，但是其整体的响应会比之前的要反应更加迅速，除此之外还会获得更大的瞬时制动转矩。

3.3 液压制动模式

电动车的液压制动模式要进行工作，必须要电动车的蓄电池SOC≥0.8，同时相应的制动强度z＞0.7，同时满足这两个情况之后才会进行工作，这种工作模式就好像协调控制的制动类似，但是我们应该注意的是在液压制动模式下，对于车轮转速同样还是会存在波动出现的情况。与此同时处于协调控制的制动控制系统，其中的液压值整体水平要比前轮制动的液压水平要大，所以说这种模式的液压制动系统对于整个系统而言，整体的要求也会相对的较高，要求较为苛刻。

4 结论

本篇文章针对电动液压制动系统进行了详细的分析，同时构建了相应的理论模型，实施了仿真模拟。结果显示，低制动强度电机制动力就能够满足相应的要求，液压制动不产生动力，由电机进行提供；协调控制下实现电机与液压制动协调，保证车辆制动稳定性；当制动强度比道路附着系数大时，车轮转速会有波动，车内人员会产生不舒适感，需优化电机扭矩控制，降低不舒适度。