制动能量回馈系统协调控制资料

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1、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Coordina

2、tedControlforRegenerativeBrakingSystemZhangJunzhi,ZhangPengjun,Luxin,ChenXinStateKeyLab.ofAutomotiveEnergyandSafety,TsinghuaUniversity,Beijing,China,100084Abstract:Thispaperpresentsadesignofregenerativebrakingsystem(RBS)forhybridelectricvehiclesusing

3、hierarchicalcontrolstructureandmethod.Thehierarchicalmodelismainlycomposedofthreemodulesfordriverintentidentification,energymanagementandcoordinatedcontrolbasedoncomponentscontrol.Asaconsequence,RBS,acomplicatedhybriddynamicsystem,issuccessfullydecom

4、posedbyseveralsimplemodules.ThecontrolsystemandstrategiesarecarriedoutonatypicalserialHEVbus,andtestedonroadbasedchinatypicalurbancycle..Keywords:hybridelectricvehicles,regenerativebrakingsystem,hierarchicalcontrolstructure,coordinatedcontrol1介绍车辆的动能

5、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

6、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

7、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。1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。电池燃料转化器电力附件电机电机图1串联

8、式混合动力电动汽车动力系统结构制动时，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