1影响再生制动效率的因素混合动力汽车制动能量回收是指利用车辆制动时的惯性动能，驱动电机转子转动，并将产生的电能储存在电池组中。在这个过程中，驱动电机转子转动的再生制动力矩越大，产生的电能就越多，再生制动效率就越高。影响电机制动力矩的因素包括电池SOC、电机制动的外部特性和制动力分配控制策略。 　　

　　

　　1.1电池SOC混合动力汽车制动时，动力电池充电电流与电机制动转矩的关系如下： 　　

　　

　　 　　

　　

　　:ICH型——动力电池充电电流；TM-电机提供的制动扭矩；m-电机速度；——综合效率系数；Ub-电池的端电压。当电池的SOC值较大时，过大的充电电流容易导致电池过充，从而对其造成不可逆的损伤。因此，为了保证电池组的使用寿命，必须限制电机的制动力矩。 　　

　　

　　1.2电机制动的外部特征。本文研究的混合动力汽车使用的电机为永磁同步电机，其制动力矩外特性曲线如图1所示，也可以表示为： 　　

　　

　　 　　

　　

　　 　　

　　

　　图1电机制动外特性曲线 　　

　　

　　图1可以得到电机制动外特性曲线，当电机转速m低于基本转速b时，电机可以提供恒定的制动力矩Tmax；当电机转速高于基础转速b时，电机提供的制动力矩与转速呈负相关，转速越高，制动力矩越小。 　　

　　

　　1.3制动强度制动强度z代表车辆制动时重力的减速度和加速度之比，即 　　

　　

　　 　　

　　

　　由式(3)可知，制动强度越大，前后轮的制动力越大，此时可以分配给电机的再生制动力矩也越大。 　　

　　

　　1.4制动力分配控制策略在制动强度相等、制动力分配策略不同、电机分配再生制动力矩不同的情况下。为了最大限度地保证制动能量的回收，需要电机提供更多的再生制动力矩，这会增加车辆在制动过程中的不稳定性。相反，要保证车辆在制动过程中的稳定性，制动能量回收效率必然会受到影响。如何平衡两者的关系，在于制定更合理的制动力分配策略。 　　

　　

　　2前后制动力分配控制策略2.1理想制动力分配图2为车辆在水平路面制动时的受力状态。 　　

　　

　　 　　

　　

　　图2车辆制动力图 　　

　　

　　图2对车辆制动力的分析表明，车轮在地面上施加的法向力的大小为 　　

　　

　　 　　

　　

　　其中：FZ1——地面对前轮的法向力；FZ2-地面对后轮的法向力；l-车辆轴距；a-从车辆质心到前轴中心线的距离；b-从车辆质心到后轮轴中心线的距离；Hg-质心高度。如果前轮和后轮同时锁止，则有 　　

　　

　　 　　

　　

　　其中：F1——车辆前轮制动力，为电机再生制动力和前轮制动制动力之和；2——车辆后轮制动力，即后轮制动器的制动力；-地面附着系数。消去变量得到它。 　　

　　

　　 　　

　　

　　公式(6)表示的前后轮制动力关系曲线是理想的制动力分配曲线，简称I曲线。车辆制动时，如果前后轮的制动力按此曲线分配，车辆前后轮总是同时锁止，从而保证了车辆制动时的稳定性和安全性。然而，这种控制策略的再生制动效率并不理想。 　　

　　

　　2.2基于ECE法规的制动力分配ECE法规是联合国欧洲经济委员会为保证车辆制动稳定性而制定的安全法规。根据规定，对于路面条件 　　

amuhao.com/pic/img.php?k=外汇ich指标使用技巧,外汇ic是什么意思10.jpg">

　　

将根据式（8）前、后轮制动力关系画出来的曲线称为M 曲线。车辆制动时按此曲线分配前、后轮制动力，电机将提供更多的再生制动转矩，能最大限度进行制动能量回收。此种控制策略的弊端是车辆制动过程中的稳定性较差。

　　

2.3 本文制动力分配策略本文结合理想制动力曲线和ECE 法规制动力分配曲线，根据制动强度的不同，提出一种多段前后轮制动力分配控制策略，如图3 所示。

　　

　　

图3 前后轮制动力分配控制策略
Fig.3 Control strategy of front and rear wheel brake force distribution具体控制策略为：（1）当制动强度z ≤0.2 时，制动强度不高，因此该工况下由前轮提供车辆所需的全部制动力，即图3 中OA 段；（2）制动强度0.2＜z ≤0.4 时，由于ECE法规限制，前后轮制动力分配需位于M 曲线上方，故该工况下，由前后轮同时提供制动力，即图3中AB 段；（3）制动强度0.2 ＜z ≤0.7 时，随着制动强度增大，考虑车辆制动稳定性，适当增加后轮制动力比重，即图3 中BC 段；（4）制动强度z＞0.7时为紧急制动。该工况下，前、后轮制动力按I 曲线分配，即图3 中DE 段。

　　

3 再生制动力模糊控制3.1 再生制动力模糊控制分配策略前轮电机制动力与制动器制动力分配策略具体如下：（1）轻微制动工况下，仅由电机提供再生制动力；（2）中度制动和重度制动工况下，由电机和制动器共同参与制动，电机再生制动力分配系数由模糊控制器求出；（3）紧急制动工况下，关闭再生制动功能，由制动器提供全部制动力。基于以上规则，本文提出的制动力分配控制策略流程图如图4 所示。

　　

　　

图4 制动力分配控制策略流程图
Fig.4 Flow chart of braking force distribution strategies

　　

4 建模与仿真分析4.1 整车模型及控制策略模型在AVL Cruise 中建立整车仿真模型，如图5 所示。该模型主要由电池模块、电机模块、驾驶员模块、轮胎模块以及AVL Cruise Interface 控制策略模块等组成。

　　

　　

图5 AVL Cruise 整车仿真
Fig.5 AVL Cruise vehicle simulation本文在MATLAB/Simulink 中搭建基于制动强度的制动控制策略，如图6 所示。

　　

　　

图6 制动控制策略
Fig.6 Braking force control strategy图7 为前后轮制动力分配控制策略模型。其中，再生制动力分配系数由模糊控制器求出，并与当前车速下电机所能提供的制动力比较，取两者之间的较小值作为电机的再生制动力，不足的前轮制动力由制动器提供，后轮制动力由后轮制动器提供。

　　

　　

图7 前后轮制动力分配
Fig.7 Front and rear wheel braking force distribution由前文可知，影响再生制动效率的因素有很多。本文选取其中影响较大的电池组SOC 及车速，设计对应模糊规则，求得电机再生制动分配系数k，如图8 所示。模糊规则根据大量实验数据得出。将电池组SOC 的模糊语言设置为{VL，ML，L，M，H，MH，VH}，车速V 的模糊语言设置为{VS，MS，S，M，B，MB，VB}，电机再生制动分配系数k 的模糊语言设置为{ VS，MS，S，M，B，MB，VB }，各隶属函数如图9-图11 所示。

　　

　　

图8 模糊控制策略
Fig.8 Fuzzy control strategy

　　

　　

图9 SOC 隶属函数
Fig.9 Membership function of SOC

　　

　　

图10 车速隶属函数
Fig.10 Membership function of velocity

　　

　　

图11 再生制动分配系数k 隶属函数
Fig.11 Membership function of distribution coefficient k of regenerative braking模糊规则依据大量实验数据得到，总共有49 条，如表1 所示。表1 再生制动分配系数k 规则表
Tab.1 Rules for distribution coefficient k of regenerative braking

　　

　　

4.2 仿真分析在AVL Cruise 中搭建好整车模型后，将MATLAB/Simulink 中的制动力控制策略模型生成DLL 文件，并把它嵌入到整车模型中进行联合仿真。车辆主要参数如表2 所示。表2 仿真车辆主要参数
Tab.2 Main parameters of simulation

　　

　　

本文选用NEDC 工况对所制定的控制策略进行仿真分析，具体工况如图12 所示。

　　

　　

图12 NEDC 工况曲线
Fig.12 NEDC working condition将以上车辆参数和工况输入到模型中后进行仿真，结果如图13-图15 所示。

　　

　　

图13 仿真SOC 变化曲线
Fig.13 Simulation result of SOC

　　

　　

图14 制动信号
Fig.14 Brake signal

　　

　　

图15 电机转矩
Fig.15 Motor torque图13 为NEDC 工况下车辆SOC 值的变化情况。纵观整个工况区间，有再生制动控制的情况下的电池组SOC 值下降趋势缓慢。在此期间，当车辆制动时，SOC 值会有一个短暂的升高过程，意味着制动能量得到有效回收；无再生制动控制的情况下，电池组SOC 值下降较为快速，车辆制动时，SOC 值没有上升，制动能量没有得到回收。循环工况开始时二者SOC 值皆为0.90。

　　

循环工况结束时，无再生制动控制的情况下SOC值为0.61，总共消耗了29%的电池电量；有再生制动控制的情况下SOC 值为0.69，总共消耗了21%的电池电量，相比前者提高了13.1%。图14 和图15 分别为车辆制动信号及再生制动控制下的电机转矩信号，转矩正值是电机拖动或电机助力工况，负值是制动能量回收工况。结合两图可以看到，当有制动信号发出时，电机能够快速响应，提供制动转矩并进入能量回收工作状态，保证了制动的安全性及能量回收的效率。

　　

5 试验验证及分析为验证提出的控制策略的有效性，在底盘测功机上对本文仿真的原型混动车辆进行了实车测试，试验工况为NEDC 循环工况。图16 为实车车速与工况目标车速变化曲线，图17 为实车电池SOC 变化曲线。

　　

　　

图16 车速变化曲线
Fig.16 Curve of velocity

　　

　　

图17 实车SOC 变化曲线
Fig.17 Curve of vehicle SOC如图16 所示，实车实验中，实际车速与目标车速拟合情况良好，符合工况试验要求。试验过程中，车辆电池SOC 值从初始0.76 下降到0.53，总共消耗了23%的电池电量。由于试验过程中，实验人员对车速、加速踏板以及制动踏板等的控制与仿真之间存在区别，尽管实车试验结果与仿真结果相比SOC 值略有下降，依然能够证明本文提出的能量回收控制策略的有效性。

　　

6 结束语本文通过分析影响制动回收效率的因素，提出一种基于制动强度划分的多比值前后轮制动力分配控制策略和模糊控制算法，建立整车模型并进行AVLCruise 和MATLAB/Simulink 的联合仿真。结合仿真结果，该控制策略在NEDC 工况下，能够降低13.1%的电池SOC 消耗，能有效提高车辆的续航。最后，通过实车试验进一步验证了基于制动强度的制动控制策略的有效性。