1、電動汽車制動力的分配分析及優化薛詠梅，郝彩紅，魯鳳杰（長安大學汽車學院，陜西 西安 710064）摘要：新能源汽車中，特別是電動汽車，因其節能環保的優勢，是社會和國家相關部門提倡的重點，在私 人轎車中的比例也逐步增大。因此，當今對電動車的研究也更加深入，電動汽車的制動力分配作為電動汽 車安全性的主要內容，也是本文重點研究的方向。本文主要介紹電動汽車制動力分配特點，兼顧制動力分 配的制動系統能量回收以及制動力分配的相關理論曲線。并引入實際車型，通過其實際制動力分配曲線與 理想制動力分配曲線的對比來驗證其制動力分配的合理性，根據對比結論分析制動力分配的特點。并對制 動力分配的優化方案進行介紹與展望

2、。通過整個體系的闡述，強調制動力分配的重要性以及對電動汽車制 動安全性、穩定性的意義，也是電動汽車今后發展的重要方向。為我們今后對電動汽車的研究奠定了一定 的基礎。關鍵詞：電動汽車制動；能量回收；制動力分配；分配優化The braking force of electric car distribution optimization analysisXUE Yong-Mei,HA0 Cai-Hong,LU Feng-JieSchool of automobile,Chang an University,Xi an,710064,ChinaAbstract: this article expou

3、nds the electric car braking force distribution optimization , chapter five written in full. Was the center of the braking energy recovery and the optimization of braking force distribution of two parts, the two parts is also a corresponding content. The first chapter focuses on the overview of the

4、electric car braking and research background; The second chapter mainly analyzes the braking energy recovery, recycling development present situation and the main methods of recycling and how to maximize the recovery of energy; The third chapter expounds the theory of braking force distribution, the

5、 theoretical basis of this is the fourth chapter; The fourth chapter mainly studies the optimal allocation of braking force, this is the ultimate goal of our research and results; The last chapter of this article has carried on the summary and prospect of the system. In this paper, based on the rese

6、arch of the electric car braking, based on the theory of braking force distribution optimization analysis to its, this paper expounds the current new technology of the car care point and deficiency, and on the analysis of the study and prospect.Key words: the electric car braking energy recovery, br

7、aking force distribution, distribution optimization1緒論新世紀以來，社會發展趨勢使得電動汽車成為新時期轎車的主力之一。而且，當今能源 和環境問題更加嚴重，電動汽車因節能環保很占優勢。而將電動汽車的制動能量回收與制動 力的分配相結合的優化設計，正是我們研究的重點。本文通過對制動系統能量回收和制動力 的優化分配策略兩大體系內容的研究與分析，對電動汽車進行系統研究。進而實現電動汽車 的節能環保。本文的主要寫作思路是：1.制動系統的能量回收。2.制動力優化分配策略。制 動系統構型，制動強度二次再分數學模型，優化過程及實例分析。2兼顧制動力分配的制動能

8、量回收同時，對電動汽車來說，制動力在優化分配的同時。還要考慮另一個重要的理論，就是 電動汽車制動能量的回收。因其靠電機驅動，沒有內燃機提供動力，因此電動汽車需要回收 相應的制動能量以提高汽車行駛的動力性，而電動汽車能量的回收又與制動力的優化互不兼 容。因此，我們需要對兩者做詳細的分析。主要是制動力的分配原理，因為電動汽車沒有內 燃機，故其動力性也是一個需要考慮在內的問題，我們不能只考慮制動力的優化分配，也要 兼顧制動能量的回收。制動系統能量回收是將汽車剎車時的能量存儲于蓄電池，然后用于牽引驅動。回收制動 能量采用回饋制動。制動系統能量回收僅管節約了能源；但其中也不乏一些不足之處，如消 耗電能多

9、。因此，我們需要在原有基礎上進行技術和設計上的改進和更加成熟，使能量回收 發揮更大的優勢。電動汽車能量回收的基本原理是電動機的可逆性。即電機可以在發電機和電動機兩種模 式切換，再將汽車的驅動和制動能量儲存起來。3制動力分配及其合理性分析制動力的分配是制動系統制動的主要關注要點。如果制動力分配不恰當甚至是不可靠， 會使汽車在制動過程中因為發生制動不當等引起制動跑偏、甩尾等嚴重的問題。嚴重時，甚 至會引起嚴重的交通事故，其后果是不堪設想的。純電動汽車穩定性要求穩定性要求，根據汽車穩定性的理論研究，汽車在制動過程中對其前后車輪的受力有如 下的條件是較為安全的：(1)第一為不發生后軸側滑，避免后輪比前

10、輪先抱死或只有后輪抱死，這樣的后果是危險I(2)同時，為保證轉向能力，我們要減少前后車輪同時抱死或只有前輪先抱死。(3)最理想的情況是前后車輪均不抱死網。根據上述汽車制動時的穩定性要求，我們要研究三種制動力的特性曲線，從理論上應滿 足汽車制動時的制動力的合理分配，以保持汽車制動的安全性能。前后制動力理想分配曲線如果汽車在制動時，分配到前后車輪的制動力能夠保證前后車輪同時抱死的情況，這是 以前后車輪的制動力Fpl、Fp 2作為橫縱坐標而制成的曲線稱為理想制動力分配曲線，通常 稱為I曲線1、較好的制動情況即為前后軸同時抱死的情況，應滿足的條件為： TOC o 1-5 h z Fp1+Fp 2=(|

11、)G(3.1)Fp1 =(|)Fz1(3.2)Fp2=(|)Fz2(3.3)即前輪制動器制動力加后輪制動器制動力等于附著力。前后軸各自的制動器制動力等于其自身附著力即由(3.1)、 (3.2)、 (3.3)可得Fp 1/F 仙2 = Fz1/Fz2(3.4)而汽車制動時，其受力圖如下圖 3.1所示：圖3.1汽車制動時受力分析則汽車受力情況為：Fz1=Fz10+mghg Z=mg(l2 +hg Z)(3.5)Fz2=Fz20-mghg Z=mg（, -hg Z）（3.6）由（3.4）、（3.5）、（3.6）聯立可得： 獸J=l2+hgZ（3.7）F 仙 z ii-ngz又因為：Fp 1+Fp 2

12、=Fj=W Z（3.8）由（3.8）可得： 二2 =Z-FjL1（3.9）mg mg由（3.7）和（3.9）分別為函數，并以Fpk F2分別為橫縱坐標，則可作出過原點和與 坐標軸呈45。角的兩組直線，將這兩條直線的交點以光滑的曲線聯接， 就形成了理想制動力分 配曲線-I曲線11,如下圖3.2所示：理想制動力分配曲線上，汽車前后軸同時抱死是較為理想的狀態。這種抱死的狀態，也 是我們所追求的，由I曲線可知，前后輪制動力之比不是一固定數值，而是不斷不變化的。 根據這一理論，我們引入了一套如今通用的較為安全的裝置即ABS防抱死控制系統，保持制動的安全性。實例分析制動力的分配是否復合制動性能的基本要求，

13、是汽車相關參數在考慮制動系統設計方面 的最終檢驗目的。因此，我們也可以利用制動力分配的相關數據模型，來驗證已成型汽車的 設計的合理性，以及路面相關因素對制動性能的影響。汽車相關參數設計的合理性通過對制動力分配的理論研究，運用 I曲線，結合以下實例，分析制動力的分配。以下 為唐駿王子電動汽車的相關參數如下表 3.1所示：表3.1實例車型相關參數參數數值汽車質量 m/kg1220前軸到質心長度a/m1.010后軸到質心長度b/m1.464質心高度h/m0.553車輪半徑r/m0.315電動機功率p/kw7.3(4000r/min 時)滿載質量 m滿/kg1650傳動效率Y0.83主減速比i02.6

14、53變速器速比i1.335根據I曲線和B曲線的制作過程，如上述式 號5=制1 （3.7）、膂2=Z-Fmg 1（3.9）以及式F n 2 11-(J)hg,在不同附著系數下，將表格中的相應參數值帶入。分別取不同附著系數的值，分別取Fpk F2為橫縱坐標，按FQ逐漸增大的趨勢隨機取值，帶入實際制動力分配 曲線公式可得如下4組數據：（5,6）、（10,8）、（25,14）、（30,15）。連接上述各點，模 擬實際制動力分配曲線可得如下圖 3.5 , B為實際參數經實際制動力分配的公式計算制成的制 動力分配曲線，由下圖3.5和圖3.3 （即實際制動力分配曲線圖）可知，制動力的中度和重度 制動段與理想

15、制動力分配的I曲線一致。故此汽車的相關參數設計比較合理，因而，具有良 好的制動性能。圖3.5實際制動力分配曲線不同路面附著系數對制動性能的影響在制動過程中，要想滿足汽車前后車輪同時抱死的理想制動情況，應使實際制動力分配 曲線與理想制動力分配曲線重合。但一般情況發下兩者不可能完全重合，下面，我們就以兩 條曲線的交點來分析。以上述3.3.1中的實例進行分析，以所給參數進行計算，選取附著系數小值分別為：0.2、0.4、0.6、0.7、0.8、0.9。表2.2不同路面附著系數對比路面類型附著系數柏油或水泥路面0.700.80卵石路面0.500.55碎石路面0.600.70木塊路面0.600.750.5

16、0-0.60土路積雪軟路面0.200.35結冰路面0.100.20,并將計公，人人，卜、F li 1 12+hgZF li 2 F li 1，、i、Ful 12+將已給參數代入力=不能 37)、瑞=Z-瑞39)以及式甫2=不算結果連點描線可得如下圖3.6所示制動力分配曲線。圖3.6制動力分配曲線由上圖可知，唐駿王子電動汽車在空載和滿載時，附著系數分別為 0.45和0.75時兩曲線 重合。因此，此時的汽車制動為理想制動情況，即前后車輪同時抱死，是較為安全也是較為 穩定的制動情況。由下表 3.2各種路面的附著系數可知15,唐駿王子電動汽車在空載時，為 能得到良好的制動性能，應在土路或卵石路面行駛；

17、而在滿載時，柏油和水泥路面的制動性 能更佳。4制動優化策略4.1制動力分配優化策略歐洲經濟委員會(ECE)制定了相法規，即ECE動法規來提高汽車制動性能。其具體 分析如下：對于M1類型汽車，具制動力分配應滿足：(1)當制動強度z0.60時，后軸利用附著系數曲線低于對應的前軸該曲線，且滿足小=Z+0.07)/0.85。(2)當制動強度z =0.30.45時，如果后軸利用附著系數曲線在曲線小=z +0.05的下方，0 0J 02030.70j8制動強熨化6/京加1三一.-/圖4.1 ECE法規對M1類型汽車制動強度的規定后軸利用附著系數可以稍大。即一定范圍內后輪可以抱死，但超過這個范圍，后輪的抱

18、死是不允許的。電動汽車的制動系統的設計要遵循以下兩點：一是制動性能要滿足要求，確保制動的安全性與穩定性，二是制動能量的回收方面，制動能量回收要多。由上圖 4.1的規定可以推導。一般情況下制動力的分配主要是根據制動強度的取值來規定的17,原則為：1)當制動強度z不大于0.45時，主要考慮制動能量回收值。2)當制動力的范圍大于0.45小于0.6時，應該把制動系統的安全性和穩定性放在一個主要位3)當制動減速度超過0.6時，我們不考慮制動能量的回收問題，保證達到可靠的制動性能就 好。4.2制動系統優化在制動過程中，在能量方面，在蓄電池和驅動輪的能量傳遞路線中。第一，在車輪的制 動力分配必須滿足制動的可

19、靠性要求。第二，傳動裝置會產生由于存在機械摩擦而引起的能 量流失。而且，電動機工作時的角速度和制動轉矩不應超過其能達到的相關參數的最大值。 再者，在能量的轉化過程中，電動機的工作也會由于鐵損，銅損以及摩擦損失而產生的一系 列對本身的破壞，進而影響其使用壽命。對于蓄電池而言，當電容較高時，就不要再給蓄電 池充電，因為功率過大會對蓄電池造成一定的損害，這也必然會縮短其使用壽命。同時，蓄 電池充電也會因為蓄電池的內阻而產生能量損失。因此，必須克服這些障礙，回收更多制動 能量。將其以一個函數的形式表現出來。在這個函數中，電動機的轉矩、前輪機械制動摩擦轉矩以及傳動系統的傳動比和各種限制約束條件作為控制變

20、量；將制動性能和之制動量的加權 和作為目標函數。那么上述問題的具體優化過程如下：將上述的制動力分配加以優化，在t時刻模型如下：Maximize f(x,t)(4.8)x XFbf FbfmaxFbr ()tZ+0.07s. t. f, 0.85- 0.1 Z 0.61(4.9)Tm TmavailmmmaxPc Pcm上式中，目標函數是：f(x,t) o f( x, t) = Pb + k1 1 - ( (M z) 2 + k2 1 (小 r z) 2(4.10) TOC o 1-5 h z 式(4.10)中：k1、k2分別是權系數；式中的自變量仍為 x,x = i , Tm, Tff ,Tff為 汽車前輪產生的摩擦制動轉矩；i為傳動系統的比值，X作為一個限制性變量，來確定變量的 范圍；Fbf和Fbfmax分別是地面作用于前輪的制動力和地面可作用于前輪的制動力最大值;Fbr和Fbrmax分別是地面作用于后輪的制動力和地面可作用于后輪的制動力最大值;小r和小屋后輪的附著系數和前輪的附著系數；mmax為電動機角速度的最大值。式(4. 10)中，權系數k1和k2的選取是優化函數的關鍵。當制動減速度屬于小于0.5和大于0.5而小于0.7時