张晓艳

摘要：以新能源汽车再生制动为研究对象，分析了几种比较有代表性的再生制动控制策略，并结合当前制动控制的现状和已有的研究成果，提出了组合优化控制策略方案。同时指出，模糊控制理论在再生制动控制中的应用，使得新能源汽车领域的再生制动朝着智能化的方向发展，且具有很好的研究前景与工程应用前景。

关键词：新能源汽车;再生制动控制策略;能量回收

Abstract： Taking regenerative braking of new energy vehicles as the research object， several representative regenerative braking control strategies are analyzed， and combined with the current braking control status and existing research results， a combined optimal control strategy scheme is proposed . At the same time， it is pointed out that the application of fuzzy control theory in regenerative braking control makes the regenerative braking in the field of new energy vehicles develop in the direction of intelligence， and it has a good research prospect and engineering application prospect.

Key words： new energy vehicles;regenerative braking control strategy;energy recovery

0  引言

环境问题的日益突出，使得全球对汽车的排放要求越来越高，新能源汽车的出现缓解了环境污染和能源短缺的问题，同时以其优越的性能获得了快速的发展。但是从当前市场发展现状来看，在大部分新能源汽车的综合续航能力一般，为了解决这一问题，采用再生制动技术，不仅可以缓解续航不足，而且成本较低且容易实现。再生制动时，再生制动系统与液压制动互相影响，根据发动机的变化随时调整再生制动和液压自动的比例，电机在正常运行时提供再生制动能量，控制汽车运行，当电机下降到无法继续提供电磁制动力时制动系统便全靠液压自动。在已有的再生制动产品中，搭载BOSCH iBooster系统是比较著名却可以代表世界量产水平的，该系统可实现百分之一百的能量回收，其他再生制动系统则在滑行阶段进行能量回收。现阶段，新能源汽车再生制动的研究和发展主要集中于，如何在保证制动稳定与安全的基础上来提高能量回收的效益、增加原来续航时间。常见的再生制动控制策略有以下几种：即最优制动能量回收控制、理想制动力分配控制和并联制动能量回收控制，不同的控制策略对于制动能量的回收会产生不同的效果。

1  再生制动控制

1.1 再生制动控制的定义和构成

再生制动控制也叫作反馈制动控制，当新能源汽车电机速度下降时，汽车部分动能转化为电能，该部分转化的电能被存储在蓄电池等存储装置中以增加汽车续航里程。在电机速度下降到无法提供电磁制动力，这些储能装置全部充满之后再生制动就不能再发挥作用，所需的制动力需要依靠传统的液压制动系统来提供。

新能源汽车的再生制动系统由带再生制动信息的组合仪表、带伺服传感器的制动踏板、电动伺服制动动能的电路控制器和调节器等构成。

1.2 再生制动系统工作原理

再生制动技术的核心机能是电动伺服制动，其工作原理分为以下几种情况：第一，在非工作状态，即驾驶员没有踩下踏板时，MCV阀门打开，上部制动液管路和下部液管路相通，而PESV阀门闭合，所以PFS没反馈液压给制动操作系统，操控中心也没有发指令给电机所以电机不作为，整个制动液管路处于自由的状态。其次在正常制动时，即驾驶员踩下踏板，踏板发生位移并同时推动操作系统液压缸，PFSV阀门打开，制动液填充到PFS并建立制动。在ECU的指令下，PFS反馈液压到自动操作系统，这个反饋力作用在踏板上，形成和驾驶员制动意图以及踏板力相对应的踏板反力，该踏板反作用力的作用是使驾驶员不会有太大的制动感觉。同时，MCV阀关闭，切断了上下流的制动液管路，电机按照指令要求正向转动，并推动制动主缸发生活塞运动，使制动液从制动主缸到制动管路再到轮缸建立液压，完成对制动盘夹紧力的整车制动。在再生协调，即在制动中期0压再生制动时，能量回收的过程中总轮缸指向制动主缸，液压推动主缸活塞运动，再将之部分制动力传向电机，电机在该作用力下发生反向运动，实现液压能向电能转换的目标。最后，在电动伺服制动失效的情况下，电机停止工作，制动主缸与制动管路的液压无法依靠电机建立，这时MCV阀门打开，使上下流液压管理连通，驾驶人员踩下踏板推动BOS活塞，将制动液压向TMOC建立制动管路液压，从而达到制动的效果[1]。

2  新能源汽车再生制动控制策略分析

2.1 最优制动能量回收控制

制动能量回收控制的工作原理是，在制动力矩足够、满足新能源汽车制动安全距离与制动性能的基础上，实现能量回收的最大化。在制动需求较小时，制动全部由再生制动系统完成，且确保制动的安全稳定。当提出更大的制动需求，即地面附着力增大时，电动机再生制动力不足，能提供的最大制动力只能满足部分制动需求，其他制动力则由液压制动提供。将再生制动和液压制动相结合时，关于制动力的分配问题比较复杂，必须在确保运行安全的基础上进行分配就会对控制效果产生影响，很可能会出现制动控制不稳的问题，并不是能一直达到理论上控制的效果，也不能完全实现能量回收的最大化，在制动的同时可能会出现安全隐患。为此，在研究新能源汽车电机转矩性能与汽车实际对制动力的需求关系的基础上，提出了一种能实现制动能量最大化回收和控制的策略，该策略的实施可在确保汽车制动安全和运行安全的同时，又能进一步提高能量回收效率。

2.2 理想制动力分配控制策略

理想制动力分配指的是以理想型的动力分配曲线为基础，考虑的是在确保制动安全性的前提下进行制动力的合理分配和控制。首先，在制动力需求较低的情况下，电机再生制动能提供足够的制动力，能由电机单独制动，但是随着汽车对制动力需求的提高，再生制动需和液压制动系统互相配合，这时根据理想制动分配曲线的特点，利用路面的附着条件，根据制动实际需求合理分配，从而有效提高了能量回收率，同时能提升电机制动时的稳定性。不过在理想制动分配控制模式下，提高了对前后车轴方向载荷和制动时所需的制动力矩监测要求，必须采用动态实时监控的方式确保所或数据的准确性，只有精确控制前后轴在和与制动力矩，才能确保该制动控制策略的实现，所以真正能实现的难度较大。在深入研究以后得出，在理想制动力分配控制下能回收的能量和实际回收的能量效率分别是53%和18%左右。

2.3 模糊控制策略

模糊制动控制策略以模糊控制理论为基础，将控制经验转为定性模糊的控制规则，具有适应性好、容错性好的特征。通过新能源汽车再生制动控制系统的建模能清楚地表达再生制动控制中无法准确定量表达的规则，同时对于影响再生制动控制的电池也能清楚显示出来，对存在偏差的测量和部件在发生变化时具有较强的鲁棒性。假设电池SOC、制动强度和车速为输入变量，以电机制动转矩比例为输出变量，以及随着车速和制动强度变化而变化的模糊控制器，该模糊控制器在不同的制动需求和行驶工况下对于能量回收的效率不同。试验表明，制动能量回收率达到65%。此外，假设以实时制动强度和电池SOC、车速为输入变量，以再生制动前轮制动力占比为输出变量，使用梯形函数将制动强度取值设定在[0，1]，电池SOC取值同为[0，1]，在路面识别的基础上实时调整再生控制策略，以确保足够的制动安全距离和续航里程。

3  其他控制策略

除了上述这些制动控制策略以外，为了满足更复杂的制动需求，同时又要确保最大的制动安全和续航里程，还要考虑制动时对车内人员的影响等等，将上述制动控制策略根据实际制动需要有机结合起来，形成复合型控制策略，同时对上述制动控制策略进行进一步优化，比如基于遗传算法对模糊控制策略进行优化，实现了对电机制动力的合理配置，在遵循理想制动力分配的原则上实现对前后轴制动力的分配，即前后制动力分配保持一致，同时为了达到最佳的制动控制效果，采用高度自适应的全局优化遗传算法实现优化。优化以后的控制策略，不仅提高了能量回收率，而且在车速很高的情况下回收的能量也比单一模糊控制策略和理想控制策略高得多。其次，模糊PID控制策略，将PID控制和模糊控制结合起来，实现对PID控制参数的优化，使用二维结构和函数控制，使优化以后的汽车制动能量回收率提高了20%，续航里程提升了6%[2]。此外，将理想制动力分配控制策略与固定比值控制结合起来，在汽车空载运行和满载运行两种行驶工况下，形成变比值优化算法分配控制策略，使前后轮能更充分地利用好地面附着条件，使制动力的分配也更加科学合理。现阶段，还出现了将几种基本控制策略结合起来的新型复合制动控制策略，比如将并行控制、最大再生制动控制和理想制动控制结合起来，根据制动强度的变化而变化，该控制策略不仅实现了能量回收的最大化，而且制动稳定性、安全性也大大提高。

4  对于新能源汽车再生制动控制策略的研究

对新能源汽车再生制动控制的研究有很多，除了研究基本控制策略和新型制动控制策略外，还对影响制动能量回收的因素、电机与汽车制动关系、如何提高能量回收效率和续航里程等进行了广泛而深入的研究。首先，对能量回收问题的研究，为尽可能提高能量回收效率，提出了一种基于改进NMPC策略的新能源汽车再生制动能量管理策略，通过建模实现对制动力分配的预测[3]。其次，提出一种基于多边界约束优化再生制动力控制的策略，该控制策略在保证制動安全和稳定的基础上，将该系统中的各个部件工作效率与边界约束作为参考条件进行制动力的分配调整，在频繁制动的行驶工况中有突出的制动能量回收效果。

另外，对驾驶制动识别也进行了深入的研究，提出了一种基于制动意图识别的制动控制策略，通过对制动意图的识别，以及车速和电池SOC等条件形成前轴复合制动分配控制策略，该控制策略的作用是，能正确识别制动意图且速度极快，能在接收制动信号的半秒之内就能快速识别制动意图并进行制动控制，大大提高了再生制动的效率，也使得制动控制更加灵活和安全稳定，同时使得能量回收效率更高。

5  结语

综上所述，本文从横向的角度分析了新能源汽车的几种再生制动控制策略，指出这些基本控制策略有各自的优缺点，如果能将几种策略有机结合起来，取长补短，形成复合型控制策略，对于制动效率的提高、制动安全稳定性的提高以及制动能量回收效率的提高都有很大的帮助。新能源汽车制动控制变得越来越智能化，控制效果也更加准确。未来，还会继续朝着智能化控制的方向不断发展，而再生制动技术的进一步发展也会促进新能源汽车的进一步普及推广。

参考文献：

[1]隋巧梅.面向新能源汽车的制动能量回收与再生底盘控制系统研究[J].机电信息，2019（18）：58-61.

[2]郭金刚，董昊轩，盛伟辉，等.电动汽车再生制动能量回收最优控制策略[J].江苏大学学报，2018（2）：132-138.

[3]苏玉青.汽车制动能量回收系统控制策略研究[D].南京：南京航空航天大学，2017.