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纯电动客车再生制动控制策略研究及系统实现

陈建辉  
【摘要】:再生制动系统是纯电动客车的重要组成部分,对原车加装再生制动控制系统能够降低整车能耗、提高续驶里程并能够延长机械制动系统的使用寿命。加装再生制动控制系统在结构上只需在制动踏板上加装角位移传感器,而不需改动电机和动力电池结构,易于实现。再生制动控制程序也是整车控制策略的重要组成部分。提高制动能量回收利用率和降低制动模式切换时的冲击度是制定再生制动控制策略的两个重要的目的。本课题来源于吉林大学与吉林省高新电动汽车有限公司的合同“纯电动客车整车控制策略及控制系统开发”。本文需制定合理的再生制动控制策略,以提高纯电动客车续驶里程,并能保证再生制动模式切换时电机转矩变化平稳,使整车具有较好的乘坐舒适性。对再生制动控制系统进行设计,并进行硬件在环试验以保证控制系统的有效性,本文主要内容包括:(1)对再生制动主要部件进行机理分析。分析了气压制动控制阀结构及工作过程,在原车制动踏板上加装角位移传感器,通过试验对制动踏板开度与传感器采集电压值关系进行标定;分析了永磁同步电机制动原理,确定了电机及其冷却系统的布置方案,通过试验获得了电机外特性曲线;分析了动力电池特性,通过试验获得了充电时单体电池端电压与电池SOC的关系,并确定了电池充电电流门限值。(2)制定了再生制动控制策略。确定ECE法规和电机以及电池特性限制下的最大电机制动转矩;根据再生制动转矩限值曲线将制动模式划分为小、中、大三种;通过车辆加速度和电机驱动转矩对车辆载荷状态进行识别,在不同载荷状态时对制动模式划分的制动踏板开度值进行调整;制定了再生制动模式切换时的电机转矩控制策略。(3)在CRUISE仿真软件中搭建了整车动力学模型,并对仿真工况进行定义;在MATLAB/SIMULINK中搭建再生制动控制策略模型,包括车辆载荷识别模块、再生制动转矩控制模块以及再生制动模式切换控制模块,并进行联合仿真。仿真结果表明本文的再生制动控制策略提高了整车经济性,载荷识别控制能提高制动能量回收利用率,制动模式切换控制能提高切换时的舒适性。(4)对整车控制系统进行了设计。对整车控制器进行硬件及接口定义;制定了整车控制器与电池管理系统和电机控制器的CAN通讯协议;在codewarrior中编写了整车上下电控制以及再生制动控制等程序。搭建控制系统测试平台,对所制定的控制策略及控制系统进行硬件在环试验,结果表明本文的再生制动控制策略提高了整车经济性,载荷识别控制能提高制动能量回收利用率,制动模式切换控制能提高切换时的舒适性。


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