制动能量回馈系统协调控制
纯电动轿车整车驱动控制策略开发实践

况下 必须 限制 电机输 出转矩 。驱 动转 矩 的功 率 限 制策 略实 时根 据 三 大 高压 子 系统 状 态 , 计算 蓄 电 池功率 、 电机 功率 及 高压 辅 助 系统 消耗 功率 , 策 上 是通 过减少 高压 辅助 系 统能 量 供 给来 最 大可 能满 足驾驶 员 动力需 求 , 仍 然 能 量供 需不 平 衡 , 策 若 下
制器 的软件部 分 , 是整 车控制 器 的核 心部分 。 本 文着 重讨 论一 款 自主 开发 纯 电动轿 车 的整
图 1 纯电动轿车动力 系统结构示意图
能源 子系 统 由动力 蓄 电池及 其 能源 管理 系统 构成 , 能源 管理 系统 是 实 现 动 力 蓄 电池利 用状 态
监控及 安全保 护 、 能量 再 生等 功能 的关键 部 件 ; 高 压辅 助子 系统 主要 为车 辆 正常 运行 和 人员 舒适 驾 乘提 供 保 障 , 有 动 力 系 统 冷 却 、 气 调 节 等 功 具 空 能: 电机 驱 动 子 系 统 由 电控 系统 、 动 电机 等 组 驱 成 , 将能 源子 系统 输 出 的 电能 转 化 为驱 动 车辆 它 的动 能 , 或将 车辆 的动 能 转 化 为 电能 回收 到 能源 子系统 中 , 纯 电动 轿车 的关键组 成部 分 。 是
系如 图 4所示 。
式 中 : 。 。 为动 力 系 统 过 载 限制 的驾驶 员 尸
期望功率 ; …为驾 驶 员期 望 功率 ( P n为 电机转
速 )P ; 一 d为 蓄 电池 最大 放 电功率 , S C成 正 i 自 与 O 向关 系 ; 为 高 压 辅 助 系统 消耗 功 率 , 括冷 却 P 包 系统及 空调 系统 等 。
电动汽车再生制动系统介绍ppt课件

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一汽奔腾B50电动试验车结构:
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四、制动意图识别
制动意图识别主要是能够正确的识别电动汽车 中驾驶员的制动意图,是驾驶意图的一部分, 是驾驶员对车辆进行减速操作的一种意图。便 于可以准确的控制电机制动和液压制动进入和 退出的时间,从而一方面有利于提高汽车制动 能量回收率,另一方面也可以提高汽车制动的 安全性。识别出的不同制动意图要求的不同的 制动性能,不同的制动性能则要求合理的对前 后轴制动力进行分配,作为制动力分配的依据。 在制动强度较大时保证车辆的制动安全性,在 制动强度较小时保证较高的制动能量回收率。
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2、驱动与制动协调控制策略:
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3、再生制动与ABS协调控制策略:
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4、多能源系统模糊分配策略:
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六、制动能量回收评价指标
制动能量回馈率:制动能量回馈过程中电
4、本田汽车公司紧随其后,于 1999 年开发了混合动力 汽车 Insight,提出了采用双制动力分配系数控制再生制 动系统,试验结果表明,该车实现了高效的制动能量回收。 5、美国福特汽车公司也推出了混合动力汽车 Escape,该 车型采用了线控再生制动系统,线控系统取代了传统的机 械液压制动系统,把驾驶员的制动踏板信号操作转变为电 信号,通过驱动电机实现所需的操作,实验证明该车制动 能量回收率及制动时方向稳定性均有较大的提高。 6、国内的再生制动技术起步比较晚。国内研究机构和高 校都对再生制动系统进行了相关的研究,并取得了一定的 进展,但尚未达到十分成熟的阶段。但是近些年新出的电 动汽车大部分都采用了再生制动能量回收系统。
基于正交试验的制动能量回收影响因素分析

11 0.8058 12 0.4617 13 0.5833 14 0.0812 15 0.4521
16 0.0565 17 0.4192 18 0.6266
得到结果后根据正交试验数据处理方法对其进行处理与分析。 4.3.1 极差分析 极差分析较为直观,如表 4 所示,k1、k2、k3 为对应因素分别取水平 1、 2、3 时的仿真结果的平均值,k1、k2、k3 可以分析出每个影响因素水 平变化时对回收率的影响,极差的大小可以分析出各因素对回收率影 响的相对大小。
0 前言
制动能量回收系统对于增加电动汽车行驶里程和提高能量利用效 率具有重要作用。有研究表明,在城市路段,可增加续驶里程超过 20%。本文基于正交试验分析不同因素对制动能量回收效率的影响。
1 纯电动汽车再生制动系统工作原理
再生制动系统又称制动能量回馈系统,其主要部件之一是既能作 为电动机又能作为发电机的电机。其基本工作原理为:汽车在减速或 者制动时,车轮在惯性作用下通过减速器传递到电机转子的转速将大 于电机同步转速,使得转子反向切割磁力线,产生高于定子线圈电动 势的反向电动势。此时电机以发电机的模式运行,将动能转化为电能 储存到蓄电池中。拖动电机的作用力会反向作用于驱动轴上,对车轮 制动。把传统制动方式中浪费的能量加以回收利用。
表 1 回收效率影响因素水平表
因素
A
B
C
D
水平
(SOC) (载荷状态)(制动强度) (车速)
1
20%
空载
0.1
20km/h
2
50%
半载
0.4
40km/h
3
80%
满载
0.7
60km/h
本试验选取如表 2 所示的正交表 L18(37),在七列因素中,选取 1、2、5、6 列为上述四个素列,其余列为误差列。例如第一行,试验
电动汽车制动能量回收系统研究

电动汽车制动能量回收系统研究田枫;刘海洋;汤盼盼【摘要】为进一步提高电动汽车的能量利用率以提高其续驶里程,本文对电动汽车制动能量回收系统作了进一步研究.本文论述了电动汽车能量回收系统的原理并与传统制动系统进行比较,同时分析了机械制动与电机制动的分配关系并总结了复合制动与传统摩擦制动系统的区别,最后论述了电动汽车制动能量回收的约束因素.【期刊名称】《汽车实用技术》【年(卷),期】2015(000)002【总页数】4页(P47-50)【关键词】电动汽车;制动;能量回收;原理【作者】田枫;刘海洋;汤盼盼【作者单位】长安大学汽车学院,陕西西安710064;长安大学汽车学院,陕西西安710064;安徽大学文学院,安徽合肥230039【正文语种】中文【中图分类】U463.5CLC NO.: U463.5 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2015)02-47-04随着环境污染与能源危机问题的日益严峻,新能源汽车成为了世界各国研究的热点。
电动汽车使人们看到了解决环境污染和能源短缺问题最有效的途径和方法。
研究表明,在城市行驶工况,大约有50%甚至更多的驱动能量在制动过程中损失掉[1],郊区工况也有至少20%的驱动能量在制动过程损失掉。
因此制动能量回收是提高电动车能量利用率的有效措施之一。
制动能量回收,又称回馈制动或再生制动,其可将车辆的部分动能转化为电能储存于电池中,同时施加电机回馈转矩减少传统制动器的磨损,且改善了整车动力学的控制性能[2]。
因此,研究制动能量回收技术具有重要意义。
1.1 传统汽车制动系统结构及原理使行驶中的汽车减速直至停车,使下坡行驶的汽车速度保持稳定,以及使已停驶的汽车保持不动,这些作用统称为汽车制动。
传统汽车的制动系统主要为摩擦制动,可分为鼓式制动和盘式制动两大类[3]。
传统制动系统由图1可见:传统制动系统主要由四部分组成:供能装置,控制装置,传动装置和制动器。
电动汽车整车控制系统介绍

电动汽车整车控制系统介绍本文主要探讨纯电动汽车整车控制系统功能及研发流程。
根据用途,整个电气系统可分为动力系统、能源系统、底盘电子控制系统、照明指示系统、仪表显示系统、辅助系统、整车综合控制系统、空调系统和舒适性安全系统等子系统。
其中很多功能模块都需要和整车综合控制系统相关。
整车电气系统列出如表1所示。
整车综合控制系统根据驾驶员的操作指示(油门、刹车等),综合汽车当前的状态解释出驾驶员的意图,并根据各个单元的当前状态作出最优协调控制。
1 整车控制器系统配置整车控制器与整车其他电气系统连接如图1所示。
整车控制器通过CAN总线与电池ECU、电机ECU、电源分配ECU、ABS系统、中控门锁、仪表显示系统连接。
与其余的电气系统通过IO端口连接(也可使用CAN通讯)。
下面分别对各电气单元的功能要求分别叙述。
1.1 动力系统提供整车的动力输出,其核心是驱动电机和电机驱动ECU电机驱动ECU通过CAN总线与整车综合控制器通讯。
应能提供电机转速、转矩、功率、电压、电流、水温、工作模式等参数。
并应该能接受整车控制器发来的控制命令。
1.2 能源系统包括电池、电池管理单元和电源分配系统与整车控制器通讯的有电池管理ECU和电源分配ECU。
电池管理ECU对电池进行充放电管理及保护。
它应能提供电池组总电压、电流、单体电池电压、温度、剩余电量、电池健康状态、故障类型等信息。
电源分配ECU应能提供各个子电源的电压、电流和工作温度以及故障类型等信息。
1.3 ABS系统应能提供各个车轮的转速、液压系统状态、各个制动阀的状态以及自身的工作状态等信息1.4 中控门锁,应提供各车门状态等信息1.5 仪表显示系统,应向整车控制系统提供所显示信息的全部内容1.6 照明指示系统,可以通过CAN总线来控制,也可以通过IO来指示照明指示系统的运行状态1.7 转向助力、制动助力、变速箱需提供档位位置、液压压力、工作状态等信息可以是简单的开关量也可以用CAN总线通讯。
(完整版)电动汽车整车控制器功能结构

新能源汽车整车控制器系统结构新能源汽车作为一种绿色的运输工具在环保、节能以及驾驶性能等方面具有诸多内燃机汽车无法比拟的优点,其是由多个子系统构成的一个复杂系统,主要包括电池、电机、制动等动力系统以及其它附件(如图1所示)。
各子系统几乎都通过自己的控制单元(ECU)来完成各自功能和目标。
为了满足整车动力性、经济性、安全性和舒适性的目标,一方面必须具有智能化的人车交互接口,另一方面,各系统还必须彼此协作,优化匹配,这项任务需要由控制系统中的整车控制器来完成。
基于总线的分布式控制网络是使众多子系统实现协同控制的理想途径。
由于CAN总线具有造价低廉、传输速率高、安全性可靠性高、纠错能力强和实时性好等优点,己广泛应用于中、低价位汽车的实时分布式控制网络。
随着越来越多的汽车制造厂家采用CAN协议,CAN逐渐成为通用标准。
采用总线网络可大大减少各设备间的连接信号线束,并提高系统监控水平。
另外,在不减少其可靠性前提下,可以很方便地增加新的控制单元,拓展网络系统功能。
图1 新能源汽车控制系统硬件框架一、整车控制器控制系统结构公司自行设计开发的新能源汽车整车控制器包括微控制器、模拟量输入和输出、开关量调理、继电器驱动、高速CAN总线接口、电源等模块。
整车控制器对新能源汽车动力链的各个环节进行管理、协调和监控,以提高整车能量利用效率,确保安全性和可靠性。
该整车控制器采集司机驾驶信号,通过CAN总线获得电机和电池系统的相关信息,进行分析和运算,通过CAN总线给出电机控制和电池管理指令,实现整车驱动控制、能量优化控制和制动回馈控制。
该整车控制器还具有综合仪表接口功能,可显示整车状态信息;具备完善的故障诊断和处理功能;具有整车网关及网络管理功能。
其结构原理如图2所示。
图2 整车控制器结构原理图下面对每个模块功能进行简要的说明:1、开关量调理模块开关量调理模块,用于开关输入量的电平转换和整型,其一端与多个开关量传感器相连,另一端与微控制器相接;2、继电器驱动模块继电器驱动模块,用于驱动多个继电器,其一端通过光电隔离器与微控制器相连,另一端与多个继电器相接;3、高速CAN总线接口模块高速CAN总线接口模块,用于提供高速CAN总线接口,其一端通过光电隔离器与微控制器相连,另一端与系统高速CAN总线相接;4、电源模块电源模块,可为微处理器和各输入和输出模块提供隔离电源,并对蓄电池电压进行监控,与微控制器相连;5、模拟量输入和输出模块模拟量输入和输出模块,可采集0~5V模拟信号,并可输出0~4.095V的模拟电压信号。
整车控制器

整车控制器(VMS,vehicle management System),即动力总成控制器。
是整个汽车的核心控制部件,它采集加速踏板信号、制动踏板信号及其他部件信号,并做出相应判断后,控制下层的各部件控制器的动作,驱动汽整车控制器通过采集司机驾驶信号和车辆状态,通过CAN总线对网络信息进行管理,调度,分析和运算,针对车型的不同配置,进行相应的能量管理,实现整车驱动控制、能量优化控制、制动回馈控制和网络管理等功能。
介绍纯电动汽车整车控制器(Vehicle Controller)是纯电动汽车整车控制系统的核心部件,它对汽车的正常行驶,再生能量回收,网络管理,故障诊断与处理,车辆的状态与监视等功能起着关键的作用。
与各部件控制器的动态控制相比,整车控制器属于管理协调型控制。
体系结构整个车辆系统采用一体化集成控制与分布式处理的车辆控制系统的体系结构,各部件都有独立的控制器,整车控制器对整个系统进行能量管理及各部件的协调控制。
为满足系统数据交换量大,实时性、可靠性要求高的特点,整个分布式控制系统之间采用CAN总线进行通讯。
整车控制器主要由控制器主芯片,Flash存储器和RAM存储器及相关电路组成,控制器主芯片的输出与Flash存储器和RAM存储器的输入相连。
组成控制器硬件包括微处理器、CAN通信模块、BDM调试模块、串口通信模块、电源及保护电路模块等。
微处理器选用了Motorola公司专门为汽车电子开发的MCgS12,它具有运算速度快和内部资源与接口丰富的特点,适合实现整车复杂的控制策略和算法。
CAN通信模块符合CAN2.0B技术规范,采用了光电隔离、电源隔离等多项抗干扰设计;BDM调试模块用于实时对控制程序进行调试、修改;串口通信模块用于对控制系统的诊断和标定; 电源模块进行了二级滤波的冗余设计,保证控制器在车载12V系统供电情况下正常工作,并具短路保护功能。
CAN,全称为“Controller Area Network”,即控制器局域网,是一种国际标准的,高性价的现场总线,在自动控制领域具有重要作用。
新能源电动汽车整车控制系统

新能源电动汽车整车控制系统关于汽车电控系统,它其实并不是新能源电动汽车专有的,燃油车同样具备,只不过新能源电动汽车的电控系统更加的复杂,也更强大。
汽车电控系统,就是汽车电子控制系统,是由模块控制的系统总称,它由硬件和软件构成,电控其实就是车辆所有电子控制系统的软件+硬件的总称,我们可以将整个电控系统理解为车辆的神经系统,这个系统可以控制车辆的运行能力,所以电控系统越强大,车辆的控制与行驶能力越出色。
今天咱们就来聊聊新能源汽车的整车控制系统。
整车控制系统由加速踏板位置传感器,制动踏板位置传感器,电子换挡器等输入信号传感器,整车控制器(VCU),电机控制器(MCU),电池管理系统(BMS)等控制模块和驱动电机,动力电池等执行元件组成。
组成构架图汽车上的这些控制器通过CAN网络来通信。
CAN,全称为“Controller Area Network”,即控制器局域网,是国际上应用最广泛的现场总线之一。
最初,CAN被设计作为汽车环境中的微控制器通讯,在车载各电子控制装置ECU之间交换信息,形成汽车电子控制网络。
比如:发动机管理系统、变速箱控制器、仪表装备、电子主干系统中,均嵌入CAN控制装置。
1.驾驶员驾驶意图解析主要是对驾驶员操作信息及控制命令进行分析处理,也就是将驾驶员的油门信号和制动信号根据某种规则,转化成电机的需求转矩命令。
因而驱动电机对驾驶员操作的响应性能完全取决于整车控制的油门解释结果,直接影响驾驶员的控制效果和操作感觉。
2.整车驱动控制根据驾驶员对车辆的操纵输入(加速踏板、制动踏板以及选档开关)、车辆状态、道路及环境状况,经分析和处理,向整车管理系统发出相应的指令,控制电机的驱动转矩来驱动车辆,以满足驾驶员对车辆驱动的动力性要求;同时根据车辆状态,向整车管理系统发出相应指令,保证安全性、舒适性。
3.制动能量回馈控制整车控制器根据加速踏板和制动踏板的开度、车辆行驶状态信息以及动力电池的状态信息(如SOC值)来判断某一时刻能否进行制动能量回馈,在满足安全性能、制动性能以及驾驶员舒适性的前提下,回收部分能量。
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制动能量回馈系统协调控制 张俊智, 张鹏君, 陆欣, 陈鑫 清华大学汽车安全与节能国家重点实验室,北京,100084
【摘要】本文为混合动力电动汽车设计了分层控制的制动能量回馈系统,该分层结构主要包括驾驶员意图识别、能量管理和 元件协调控制三个部分。 分层控制结构的采用,将复杂的制动能量回馈系统简化为若干部分,降低了控制难度,为研究提供了便利。所设计的系统已在一款串联混合动力客车上实现,并根据中国城市公交循环工况进行了道路测试。 【关键词】 混合动力电动汽车,制动能量回馈系统,分层控制结构,协调控制
Coordinated Control for Regenerative
Braking System Zhang Junzhi, Zhang Pengjun, Luxin, Chen Xin State Key Lab. of Automotive Energy and Safety, Tsinghua University, Beijing, China, 100084 Abstract: This paper presents a design of regenerative braking system(RBS) for hybrid electric vehicles using hierarchical control structure and method. The hierarchical model is mainly composed of three modules for driver intent identification, energy management and coordinated control based on components control. As a consequence, RBS, a complicated hybrid dynamic system, is successfully decomposed by several simple modules. The control system and strategies are carried out on a typical serial HEV bus, and tested on road based china typical urban cycle.. Key words: hybrid electric vehicles, regenerative braking system, hierarchical control structure, coordinated control
1 介绍 车辆的动能通过制动能量回馈系统可转化为其它形式能量储存起来,并进一步用于车辆驱动。研究显示,在城市驾驶循环中,发动机发出能量的大约1/3至1/2被制动过程所消耗[1,2]。因此,回馈制动是车辆提高燃油经济性并降低排放的有效方法,有助于缓解能源危机和环境污染。 然而,回馈制动受到动力系统结构、电池电机特性等的限制,控制较为复杂。很多学者对此问题进行了研究和讨论。针对不同类型车辆,已经有多种控制策略与硬件结构被设计出来[3,4],为进一步的研究提供了基础,同时也增加了深入研究此问题的难度。 由汽车理论可知,制动能量回馈系统的控制问题可归结为三个目标: (1)辨识驾驶员的制动强度需求; (2)在车辆部件承受范围内以提高燃油经济性为目标分配制动功率,满足驾驶员制动需求; (3)根据制动功率分配命令协调控制制动系统元件,实现良好的驾驶感觉并施加合适的制动力。 本文采用分层控制结构研究制动能量回馈系统,以清晰的层次满足上述三个目标。所设计的控制系统,包括驾驶员意图识别、能量管理和制动元件控制等功能,制动能量回馈系统被分解为若干功能单一的子模块。其中,在驾驶员意图识别、基线式能量管理策略方面相对以往有了新的发展。制动力切换过程控制算法及其他算法与策略已在一款串联混合动力电动客车上被调试、分析、优化和验证。 控制系统与控制策略在该串联混合动力电动客车上的测试,基于中国城市公交循环工况。测试结果表明,分层协调是回馈制动控制的有效方法,可有效回收能量、实现较好制动感觉并保证制动安全。所提出的结构、方法与策略,经过细微修改就可适用于其他结构的混合动力电动汽车。
2 动力系统结构
制动能量回馈系统研究的目标车型,其动力系统结构如图1所示。动力系统主要包括燃料转化器、电池、电机和整车控制器等。
图1 串联式混合动力电动汽车动力系统结构 电池 燃料转化器 电力附件 电机 电机 制动时,原制动系统与动力系统共同组成制动能量回馈系统。这时,电机处于发电状态,将车辆动能转化为电能储存于电池中或直接被车载用电器,如空调等消耗。合理的能量分配策略应在满足制动力需求的同时保护电池、电机等电力和机械部件。 而最根本的意图,还是在保证上述条件的情况下回收尽可能多的制动能量。因此,能量的分配与流动不仅需要在制动过程中调整,还要在整个驾驶循环中调整。例如,燃料转化器,通常为燃料电池或内燃机,在制动时应控制在一定输出功率之内,并使电池保持在较高充电效率的SOC下,以增强能量回馈效果。
3 分层控制结构
为清晰地研究制动能量回馈系统结构,系统选用了分层控制结构。系统各部分的功能与结构各不相同,每个部分的复杂程度较低,便于调试与改进,并有利于保证程序的可靠性与安全性。如上所述,系统的控制策略包括驾驶员意图识别、能量管理和制动元件控制三个部分。每一部分有各自的控制目标并根据驾驶员、车辆等的反馈进行控制。输入、输出信号都经过信号处理系统的处理。图2展示了制动能量回馈系统的控制系统结构。
驾驶员 意图识别 能量管理
控制策略 动力系统
协调控制
需求 目标
驾驶员与 车辆反馈 部件与 车辆反馈 控制 通讯信号处理 输入 输出 通讯信号处理 部件与
车辆反馈
图2 制动能量回馈系统分层结构 3.1 驾驶员意图识别 这一部分通过驾驶模式、加速踏板位置及变化速度、制动踏板位置及变化速度识别驾驶员的驱动或制动需求。对制动能量回馈系统而言,驾驶员意图识别的逻辑如图3所示。为了保证安全,在逻辑之中加入了判断程序,例如在档位为空档或加速、制动踏板同时踩下时,不进行回馈制动而只进行摩擦制动。 回馈制动模式开始
换档手柄在前进档?
回馈制动力=0Y制动踏板>0?N加速踏板=0?YY遛车状态回馈制动YNN正常回馈制动
钥匙开关上3档?N
图3 驾驶员意图识别 在这一部分中,根据加速踏板与制动踏板的位置,制动过程被分为两类,正常制动与紧急制动,ABS的状态也被用于判断制动过程的类型。当进行紧急制动时,电机的回馈制动被禁止,避免摩擦制动系统及其防抱死制动功能受到干扰。
3.2 能量管理策略 在确定驾驶员意图之后,应采用合理的能量管理策略,在保证不损坏车辆元件的基础上实现最佳的燃油消耗。在制动时,电机工作在发电状态,将车辆动能转化为电能储存于电池或用于车载附件。能量转化器,如内燃机、燃料电池的功率应该受到限制,且电池SOC应被维持在充电效率较高的范围内。 在本文所述的设计中,控制系统考虑车速、电池SOC、总线电压与电流、电机状态等对回馈制动与摩擦制动进行协调控制。其目的是在不损失制动性能的前提下尽可能回收制动能量。在后面的实验中,电池SOC分别调整到不同水平(30%和60%)进行对比,以寻找更好的燃油利用效率。燃料转化器在制动时也受到功率的限制,使电池能够更多地吸收制动能量。一种基线式能量管理策略被建立起来,如图4。 β APU power Maximum energy absorbed by battery and electric equipments
Maximum RBS power according motor Vehicle speed
O APU and motor braki
n
g Power
time 图4 制动过程中的能量分配 图4中的阴影部分是制动过程中辅助功率单元(APU,由燃料转化器和发电机组成)的目标功率。不同的SOC水平会导致制动过程中不同的APU目标功率。若APU目标功率为零或负值,则其没有为车辆提供能量,这种情况下电机提供的功率也要受到电池最大充电功率的限制。 能量管理策略中,总线电流、电压等因素也被考虑,以实现燃油经济性和元件安全。
3.3 元件控制策略
在控制策略中,电机、调节阀(用于调节摩擦制动)、辅助功率单元和防抱死制动系统之间都应进行协调。 基本的逻辑是将总的制动力根据能量管理的目标进行分配。其关键技术是利用响应较快的电机补偿摩擦制动力。前、后轮制动力之间的分配也应合理,避免后轮先于前轮抱死的情况。当车轮有抱死趋势时,防抱死制动系统可有效控制摩擦制动力,防止危险发生。当电池SOC低于最佳充电效率区时,辅助功率单元也可通过为电池充电升高SOC。 在制动力分配方面有三种策略,本文采用基于策略的规则进行描述。图5展示了这种策略在一款后轮电机驱动车辆上的实现。两种主要的回馈制动策略,串联策略和并联策略[6,7],在本文中被详细设计以研究前述的控制系统。
图5 制动力分配