电动汽车再生制动能量高效回收控制策略研究

汽车工业的可持续发展面临能源和环境保护的双重压力，世界各国为此大力发展具有零排放，零污染的电动汽车。然而，电动汽车一次充电的续驶里程远远小于传统的燃油汽车，这一不足严重影响了电动汽车产业化和迅速推广。在电动汽车上采用再生制动来回收制动能量是增加电动汽车续驶里程的有效方法之一。目前，如何高效率地回收和利用再生能量是电动汽车中低强度制动过程研究的主要问题。 本文首先简述了电动汽车再生制动系统的基本结构、工作原理，分析了制约电动汽车再生制动的各个方面的因素。之后，从整车系统的角度分析了电动汽车的数学模型，为分析电动汽车系统性能，确定控制策略奠定了基础。 电动汽车用感应电机励磁电感一般较小，电流纹波大导致较高的铁心损耗。经典矢量控制策略，在低制动转矩要求下仍然采用恒磁通控制存在轻载低效的问题，而通过典型循环工况分析发现电动汽车制动时的电机工作区域常常会运行于轻载情况下。本文建立了同步旋转坐标系下考虑铁损的感应电机动态数学模型，分析了按转子磁场定向的矢量控制在电动汽车制动时的工作特点及能量转换关系，给出了感应电机的各种损耗及其在矢量控制下的表达形式，并在此基础上提出了一种基于损耗模型的感应电机高效制动控制策略，该控制策略根据制动时的车速和制动转矩需求，重新分配感应电机的转矩和励磁电流分量给定，使制动时感应电机的铁损和铜损达到某种平衡，以实现电机的高效再生制动。仿真研究表明，这种效率优化控制策略增加了蓄电池回收的能量，提高了能量回收率，说明了这种效率优化策略是成功而有效的，尤其在车速不高，车辆频繁处于低强度制动的城市路况，节能效果显著。 本文最后从制动力分配的角度，探讨了电动汽车仿真软件ADVISOR中的前后轮制动力分配方案的原理及特点。以驱动轮为前轮的电动汽车为例，设计了基于模糊控制的制动力分配方案，即保证车轮不抱死的稳定工况下，尽量将制动力分配到驱动轮；保证制动强度及安全性下，尽量使用电机再生制动。仿真研究结果表明采用模糊制动力分配策略后，电动汽车的制动能量回收率、整车能量效率都有明显提高，验证了模糊控制策略的有效性，为提高电动汽车电驱动系统效率，合理利用其有限的能量以延长电动汽车的续驶里程提供了有效途径。