电动汽车能量回馈的整车控制(1)

系数 ; CMOTOR 是根据电机及逆变器的温度 、电压 、电 流 、绝缘性能 、控制器的状态确定的故障权系数 ;
CVEHICL E 是根据车辆其它部件 (如油门 、制动系统 、
12V 蓄电池等) 的状态确定的故障权系数 ; Cvss 用于 将能量回馈控制与车辆行驶状态联系 , 为制动回馈
预限制权系数 ,综合反映车速条件与能量回馈的边
的控制方式
制动 踏 板 行 程 信 号 、主 手动 挡 位 信 号 , 车 速 信 制动油缸 液 压 信 号 、车 号
速信号
蓄电池 SOC 水平 、电压 、蓄电池 SOC 水平 、电压 、
温度 、电机状态 …… 温度 、电机状态 ……
车辆制动工况
车辆滑行工况
加装制动踏板行程传感 增加手动挡位
器 、主制动 油 缸 液 压 传
辆实现机械制动 ,达到缩短滑行距离或限制车速的 目的 ,但这部分动能以热量的形式被散失掉了 。采 用图 2 所示的控制方式 ,还可方便地实现在车辆处 于滑行状态时的滑行能量回馈 。
因此 ,图 2 控制方式同时具备目前电动汽车能 量回馈的 2 种控制方式的功能 ,通用性较强 。控制 机构简单 ,对常规汽车的制动系统无需改动 ,实施方 便 ,可普遍适用于各类电动汽车 。
车辆在高速滑行或下坡滑行时 ,具有极大的动 能 ,许多情况下驾驶员都会通过踩下制动踏板对车
4 能量回馈的控制策略
能量回馈控制策略直接影响了能量回馈效率 、 制动安全性 、驾驶感觉等 ,是作者提出的基于常规汽 车制动系统的能量回馈控制方式的核心技术 ,需要 综合考虑各种因素 。
在图 2 所示的回馈控制方式中 ,制动力矩实际 包含机械制动力矩与能量回馈辅助制动力矩 。由于 机械制动力矩由制动踏板行程决定 ,能量回馈控制 系统无法干预 。因此 ,如何在这样的系统约束条件 下获得最高能量回馈效率 ,同时确保制动安全性以 及过程过渡的柔顺性 ,是能量回馈控制策略的设计 要点 。图 3 是基于该控制方式的能量回馈策略基本 逻辑 。在该控制逻辑中 ,将能量回馈辅助制动力矩 (简称回馈力矩) 设计为车速的函数 ,车辆当前的运 行状态经过回馈模式辨识器实时判断是否进入能量 回馈控制过程以及是制动能量回馈模式还是滑行能 量回馈模式 。在能量回馈控制过程中 ,制动能量回 馈力矩的允许值由柔顺控制模块实时确定 ,滑行能 量回馈力矩的允许值由柔顺控制模块与效率动态寻
2005 年
(第 27 卷)
第1期
汽 车 工 程 Automotive Engineering
2005 (Vol. 27) No. 1
2005005
电动汽车能量回馈的整车控制
张 毅 , 杨 林 , 朱建新 , 冒晓建 , 卓 斌
(上海交通大学汽车电子研究所 ,上海 200030)
过渡柔和 ,但系统复杂 。 用 。
综合考虑表 1 中 2 种能量回馈控制方式 ,结合 样车的实际情况 ,作者设计了在原车制动系的基础 上 ,利用制动信号与车速信号复合作用的控制方式 , 其原理如图 2 所示 。
在图 2 中 ,制动踏板提供制动信号 ,信号传递到 整车控制模块 ,整车模块根据车辆运行状况及其它 控制模块的状态 ,决定是否进行制动能量回馈 ,并分 配能量回馈辅助制动力矩的大小 。
[ 摘要 ] 以 4 种典型循环工况为例对电动汽车进行能量分析 ,设计了基于常规汽车制动系统的整车能量回馈控 制方式 ,研究了控制策略 ,完成了车辆道路试验与标定优化 。试验表明 ,整车能量回馈控制方式与控制策略安全 、可 靠 ,且柔顺性良好 ;利用能量回馈技术 ,蓄电池能量消耗可减少 10 % ,能有效延长电动汽车的一次充电续驶里程 。
在实际系统中 ,还涉及许多其它控制参数 ,各控制参 数可通过标定工具随车在线标定与优化 。
412 能量回馈效率寻优 在车辆制动能量回馈工况中 ,保持制动踏板的感
觉及驾驶柔顺性是首先要考虑的 ,而对于滑行工况能 量回馈 ,效率与加强柔顺性须首先考虑、同时兼顾。
能量回馈效率的优化是个动态寻优过程 ,不仅 需使电机发电效率 、逆变器工作效率 、动力蓄电池充
动电机、高压电路、各控制系统状态 ,以及能量回馈对 各子系统和整车的电气安全与行驶安全可能造成的
各种影响 ,为此策略中设立了系统安全权系数
CS = CB P + CMO TOR1)
式中 , CB P 是根据动力蓄电池的电压 、电流 、温度 、
S O C 、高压电路及管理控制器的状态确定的故障权
[ Abstract] The energy consumption in four typical vehicle testing cycles ( FTP , HWEFT , ECE2EUDC and J P1015) is analyzed for EV. Based on the traditional vehicle braking system , a new regenerative braking scheme and its control strategy are designed. The road testing , calibration and optimization are performed. Test results show that the control scheme and strategy is safe , reliable. Using the regenerating scheme , the energy consumption of battery can re2 duce by 10 percent and the driving range of EV in one charge can increase effectively.
电效率均处于高效区 ,而且还与车辆动力学有关 ,同 时还必须满足车辆控制实时性的要求 。因此 ,算法 非常复杂 。限于篇幅 ,将另文介绍这部分内容 。 413 系统安全性约束条件
电动汽车是个复杂的电力电子控制系统 ,由多个 控制器组成 ,各控制器之间采用交互式分层控制 ,整 车控制器为主控制器 ,处于分层控制网络中的最上 层 。整车能量回馈控制必须充分考虑动力蓄电池 、驱
Keywords :Electric vehicle , Energy regeneration , Control strategy
1 前言
电动汽车采用了新型的汽车动力 ,如何充分提 高车辆行驶能量效率 ,进而延长车辆续驶里程 ,是电 动汽车需要解决的一个关键问题 。能量回馈是解决 该问题的主要技术措施 。
3 能量回馈的控制方式
目前 ,电动汽车能量回馈的整车控制主要有 2 种方式 ,见表 1 。
表 1 电动汽车能量回馈控制方式
方式 方式描述 传感器输入
信号 影响参数 适用工况 硬件要求
控制方法
方式 1 [ 3 ,4 ]
方式 2
根据 制 动 踏 板 行 程 、制 手动 挡 位 启 用/ 停 止 能
动液压 、车 速 复 合 作 用 量回馈的控制方式
能量回馈包括车辆制动能量回馈与车辆滑行能 量回馈两种 。此时 ,驱动电机按发电机运行 ,将车辆 行驶动能转化为电能 ,可以起到 3 个作用 : 辅助制 动 ;回收能量给动力蓄电池充电 ,从而延长车辆续驶 里程 ;在车辆有供热需求时 ,直接利用这部分电能供 热取暖 。
能量回馈制动与电动汽车其它电气制动方式 (主要有能耗制动 、反接制动[1 ] ) 比较 ,无须改变系 统硬件结构 ,回馈电流可柔性控制 ,可使制动效果与 能量回收效果综合最佳 。因此 ,能量回馈是最适合 电动汽车的电气制动方式 ,其关键是能量回馈的过
界条件 。CB P 、CMOTOR 、CVEHICL E 分别为 0 ～ 1 之间的
数值 ,表征各自子系统的故障程度 ; Cvss 在实际车速 满足能量回馈的车速条件 、且实际回馈能量满足其
边界条件时 ,取值为 0 ,否则取值为 1 。
因此 ,当 CS ≥1 时说明系统故障严重或车辆行 驶状态不允许实施能量回馈 ;当 CS = 0 时表示系统 无任何故障 ;当 CS 为 0 ～ 1 之间的数值时表示系统 存在着相应程度的故障 。
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汽 车 工 程 2005 年 (第 27 卷) 第 1 期
优模块共同确定 ,实际能量回馈力矩的有/ 无及大小 受系统安全性约束条件的限制 。
411 柔顺性控制 在车辆制动工况 ,能量回馈对车辆产生的辅助
制动力矩将影响制动踏板感觉与驾驶柔顺性 ,需对 制动能量回馈力矩的大小进行优化控制 。为此 ,在 控制 策 略 中 根 据 车 速 vSS 设 定 了 2 个 评 判 因 子 d vSS / d t 与 d2 vSS / d t2 , 通过动态调节制动能量回馈 力矩的大小 ,确保实施能量回馈作用后的制动加速 度 、加速度变化率趋势与原车制动的效果相近 ,从而 使在能量回馈作用时的制动感觉与常规汽车相近 。
为了节省控制器 ECU 的时间资源 ,控制软件设 计中 , CS 也同时作为能量回馈控制模块的进入条 件 ,即只有 CS < 1 时才进入该模块计算相应的能量 回馈控制参数 。
感器
根据制动踏板行程传感 由驾驶员手动启用或停
器 、制 动 油 缸 液 压 传 感 止滑 行 能 量 回 馈 充 电 ,
器信号判断制动力总需 能量回馈辅助力矩的大
求 ,通过对能量回馈辅 小 ,充电电流的强度根
助制动力矩与机械制动 据 车 速 、动 力 蓄 电 池
力矩 的 合 理 分 配 , 可 使 SOC 状 态 等 因 素 而 作
原稿收到日期为 2003 年 12 月 29 日 ,修改稿收到日期为 2004 年 3 月 8 日 。
2005 年 (第 27 卷) 第 1 期 汽 车 工 程
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图 1 4 种典型工况的能量分析
动 、机械制动或两者同时作用的复合制动 ,其中机械 制动会导致一部分制动能量以热量的形式散失掉 。 能量回馈系统各个环节的效率因子主要包括逆变器 的效率 、电机的效率 、蓄电池的充电效率等 。