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考虑能量回收控制的新能源汽车串联式制动系统

李奎闫丽君杨洪振

黄河交通学院，汽车工程学院河南省焦作市454950

制动系统作为汽车行驶中必不可少的部分，对汽车的行驶安全与稳定具有重要意义。汽车制动系统能够根据汽车的实际行驶情况，及时作出对应的响应，帮助汽车行驶更加稳定[1]。汽车制动系统具有多样化特点，根据功能、能量传输方式不同，其种类与形式也不同[2]。汽车制动系统对于汽车行驶驱动机构的可靠性具有一定保障[3]。汽车制动系统在运行过程中，通常情况下，车辆的运动能量会发生一定的变化，运动能量会逐渐转化为热量，通过释放作用释放到大气中[4]。随着能量回收技术的不断发展，如何将制动系统产生的热能经过回收控制，转变为汽车蓄电池的电能，进而提升车辆的续驶能力，是我国新能源汽车研究的重点问题。

朱波[5]等人建立并联式制动能量回收系统模型，引入制动踏板开度修正系数，提出了一种制动能量回收转矩的控制方法。该方法有效提高了能量回收效率，但也因此制约了汽车的续航能力的提升。

本研究在传统汽车制动系统的基础上，提出了新能源汽车串联式制动系统的研究，引入能量回收控制技术，对系统的硬件与软件进行优化设计，在保证新能源汽车行驶平稳性的同时，实现能量回收控制，提高新能源汽车的续驶能力与续驶里程。

本文设计的基于能量回收控制的新能源汽车串联式制动系统采用C/S硬件架构，具有良好的性能，能够为制动系统内各个硬件的运行提供保障。制动系统采用ECU控制器，作为系统的核心硬件，在车载网络的连接下，能够控制汽车运行的车载[6]。ECU控制器的运行示意图，如图1所示。

图1ECU控制器运行示意图

本文选用了ECU控制器的运行结构。系统的微处理器采用DSP嵌入式数字信号处理器，内部集成数据存储器、计数器与A/D转换器，微处理器的体积较小，且集成度较高，在运行中可靠性较高，能够实现汽车行驶数据的大规模处理。系统的存储器采用型号为S5850-24T16B的存储器，在汽车进行制动操作时，存储器设备的能耗较少，能够实现汽车行驶信息的同步操作，在制动系统简化网络和配置方面具有一定优势。

系统内汽车的倾角传感器采用SCA58T型号的传感器，抗冲击能力相对较强，用于测量系统内执行器施加给制动盘压力的大小。然后根据汽车的实际行驶状况，调整继电器输入边的线圈形式，提高系统内电路的感性特性。在系统硬件中设置行星齿轮机构作为汽车减速装置，整体结构较紧凑，在汽车冲击与振动抵抗方面的能力较强，运行效率较高。

综上所述，为本文设计的基于能量回收控制的新能源汽车串联式制动系统中的硬件结构，能够为制动系统的稳定运行提供基础保障。

汽车动力源总功率在汽车串联式制动系统中至关重要，是衡量新能源汽车动力性能的关键指标[7]。本文在汽车制动系统软件设计中，首先通过系统计算，确定汽车动力源总功率，为能量回收控制的汽车串联式制动系统提供参数依据。

汽车动力源总功率指标包括汽车的最高行驶速度、汽车的加速时间以及最大爬坡度[8]。首先，根据汽车行驶的最高速度确定动力源总功率，计算公式为：

其中，rη表示新能源汽车的动力源系数；m表示新能源汽车的整备质量；g表示新能源汽车的重力加速度；f表示新能源汽车的滚动阻力系数；umax表示新能源汽车行驶的最高车速；CD表示汽车行驶过程中的空气阻力系数；A表示汽车行驶中受到的迎风面积。汽车最大爬坡度动力源总功率的计算公式为：

其中，amax表示新能源汽车行驶过程中的最大爬坡角；ua表示当新能源汽车达到最大爬坡度时对应的稳定车速。汽车加速时间动力源总功率计算公式为：

其中，δ表示新能源汽车旋转质量转换系数；u表示新能源汽车在加速过程中产生的瞬时车速；表示新能源汽车行驶的加速度。

综合上述计算公式，系统能够获取到新能源汽车在行驶过程中的动力源总功率，根据动力源总功率的变化情况，为后续制动系统的能量回收控制奠定基础。

在设计系统协调控制层时，应当综合考虑串联式制动控制策略，实现协调控制层切换制动模式的目标。

本文系统协调控制层中包括ESP控制模块，可以实时监测新能源汽车行驶中潜在的故障点。协调控制层中的控制器通过实时接收上层控制器发送的汽车制动期望压力信号，对上层控制器的运行模式进行指令切换操作。根据制动系统各个执行器发出的动作指令，进行新能源汽车串联式制动操作，本文设计的新能源汽车串联式制动策略，如图2所示。

图2串联式制动策略示意图

通过该制动策略，系统能够快速地判断出汽车行驶过程中存在的问题。通常情况下，汽车行驶出现异常的原因主要包括：汽车压力源部分故障、汽车轮缸电磁阀的制动管路故障，以及新能源汽车的车载电源出现异常等[9]。根据不同的故障类型，系统的协调控制层能够采用对应的切换指令，在系统非制动的工况下，过渡ESP控制模块，避免制动时减速度波动