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技术领域

本发明涉及一种新能源汽车领域，具体涉及一种混合动力汽车复合电源的再生制 动控制策略及汽车。

背景技术

目前，以蓄电池-超级电容复合电源为储能系统的混合动力汽车再生制动能量回 收控制策略的研究相对较少，一般取制动强度、蓄电池和超级电容两者的荷电状态作为汽 车摩擦制动力和再生制动力分配的因素，摩擦制动力主要用于实施安全制动，而再生制动 力则用于回收再生制动能量。另外，也有学者根据车速、蓄电池荷电状态和制动强度来实现 两种制动力的分配，其主要思想还是依据制动强度来进行制动力的分配，车速和蓄电池荷 电状态仅为限制条件。然而影响制动力合理分配的因素较多，如车身作用力，道路环境，车 速以及混合动力汽车的结构参数等等，因此单纯依赖制动强度并不能完全将制动力进行合 理地分配。

发明内容

本发明的目的是提供一种混合动力汽车复合电源的再生制动控制策略，克服了以 制动强度作为混合动力汽车制动力分配因素所带来的再生制动能量回收不充分问题。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种再生制动控制策略，包括如下步骤：步 骤S1，获得车辆摩擦制动力和再生制动力的分配因数；以及步骤S2，根据所述分配因数对车 辆的摩擦制动力和再生制动力进行分配。

进一步，所述分配因数包括：车身作用力、蓄电池荷电状态和超级电容荷电状态。

进一步，所述车身作用力的获得方法包括如下步骤：

步骤S11，建立xyz三相坐标系，将车身作用力分解为三个方向的力，即F_x、F_y和F_z；

步骤S12，建立车辆在行驶过程中的非对称车身作用力，即

F z n = G r + G e g a i = k z n Σ G ; ]]>

式中：F_zn为作用在车身上的力所分解为的车辆在对称状态下沿z轴方向上的垂直 作用力和不对称状态下由路障产生的仅在z轴方向的力；k_zn为非对称车身作用力因子；a_i为 沿着x、y和z方向的加速度；g为重力加速度；G_r为汽车的总重力，包括车身、车架以及装载在 车辆上的所有设备；G_e为作用在车身的有效重力，即乘车人员和货物的重力。

进一步，所述步骤S2中根据所述分配因数对车辆的摩擦制动力和再生制动力进行 分配的方法包括：

建立的三输入两输出的模糊逻辑算法，其中

三个输入变量，即车身作用力对应的模糊子集为L_F，M_F，H_F；蓄电池荷电状态对应的 模糊子集为L_S，M_S，H_S；超级电容荷电状态对应的模糊子集为L_U，M_U，H_U；以及

两个输出变量，即再生制动力分配比对应的模糊子集为L_RB，M_RB，H_RB；摩擦制动力分 配比对应的模糊子集为L_FB，M_FB，H_FB。

进一步，所述模糊逻辑算法包括：再生制动力模糊规则表和摩擦制动力模糊规则 表。

进一步，所述再生制动力模糊规则表包括：

当超级电容荷电状态为L_U时，再生制动力分配比如下表所示：

当超级电容荷电状态为M_U时，再生制动力分配比如下表所示：

当超级电容荷电状态为H_U时，再生制动力分配比如下表所示：

进一步，所述摩擦制动力模糊规则表包括：

当超级电容荷电状态为L_U时，摩擦制动力分配比如下表所示：

当超级电容荷电状态为M_U时，摩擦制动力分配比如下表所示：

当超级电容荷电状态为H_U时，摩擦制动力分配比如下表所示：

进一步，所述超级电容的充电优先级高于蓄电池，以及当车身作用力逐渐增大时， 提升摩擦制动力分配比，降低再生制动力分配比。

又一方面，本发明还提供了一种应用所述的再生制动控制策略的复合电源型混合 动力汽车。

本发明的有益效果是，本发明的再生制动控制策略克服以制动强度作为混合动力 汽车制动力分配因素所带来的再生制动能量回收不充分问题，即通过重新确定相应分配因 数，而对摩擦制动力和再生制动力进行重新分配；同时考虑以蓄电池和超级电容复合电源 为储能系统的安全充电条件；并且本再生制动控制策略不仅能最大限度地回收再生制动能 量，充分发挥复合电源中蓄电池能量密度大和超级电容功率密度大的优势，同时保证汽车 的安全制动。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是以复合电源为储能系统的混合动力汽车再生制动原理图。

图2是再生制动控制策略的流程图；

图3是车身作用力分解图；

图4(a)、图4(b)、图4(c)分别是模糊逻辑算法的三输入变量隶属度函数图；

图5(a)、图5(b)分别是模糊逻辑算法的两输出变量隶属度函数图。

具体实施方式

现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以 示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。

如图1所示，复合电源型混合动力汽车的动力系统主要包括：蓄电池、超级电容、传 动系统和电机及控制器；其中由蓄电池、超级电容和DC/DC变换器组成的复合电源是整个动 力系统的核心；电机及其控制器可实现电动和发电两个功能，电动状态下电机驱动汽车运 行，而在发电状态下可实现再生制动能量的回收利用；传动系统的主要作用是根据不同工 况的需求实现电机转矩和车速的合理配置。复合电源型混合动力汽车的再生制动原理是： 车辆在制动过程中将行驶的惯性能量通过驱动轮和传动系统传递给电机，使得电机工作在 发电状态，再通过控制器给复合电源充电；另外，电机在发电过程中的制动力矩同样可以通 过传动系统传递给驱动轮，使其实施摩擦制动，产生制动力矩和制动力。

实施例1

如图2所示，在上述复合电源型混合动力汽车的动力系统的基础上，本发明提供了 一种再生制动控制策略，包括如下步骤：

步骤S1，获得车辆摩擦制动力和再生制动力的分配因数；以及

步骤S2，根据所述分配因数对车辆的摩擦制动力和再生制动力进行分配。

具体的，所述分配因数包括：车身作用力、蓄电池荷电状态和超级电容荷电状态。

关于车身作用力，如图3所示，混合动力汽车的车身作用力沿着xyz三相坐标系可 分解为三个力即F_x、F_y和F_z(步骤S11)。汽车在行驶过程中，车身作用力可表示为：

F i = G r + G e g a i = k i ( G r + G e ) = k i Σ G , i = x , y , z - - - ( 1 ) ]]>

式(1)中，定义为x、y和z三个方向的作用力因子；a_i为沿着x、y和z方向的加 速度；g为重力加速度；G_r为汽车的总重力，包括车身、车架以及装载在车辆上的所有设备；G_e为作用在车身的有效重力，即乘车人员和货物的重力。

车身作用力因子与三个因素相关，即道路环境、车速和汽车的结构参数，这三者之 间错综复杂的关系使得车身作用力很难用精确的数学模型进行描述。因此，对车身作用力 分析时往往根据路面情况采用一些理论与经验相结合的半理论半经验值。

当汽车在平滑路面上行驶，或者车辆前后轮同时行驶过相同高度的凸起路面和坑 洼地带时，由于此时汽车左右结构对称，因此只会产生z轴方向的对称垂直作用力F_zs：

F_zs＝k_zsΣG(2)

k z s = 1 + ( C 1 + C 2 ) G a ( h 1 + λ V a 2 ) - - - ( 3 ) ]]>

其中，k_zs为对称垂直车身作用力因子；C₁和C₂分别表示汽车悬架与其轮胎的合成 刚度(N/mm)；

C₁＝C_t1C_s1/(C_t1+C_s1)(4)

C₂＝C_t2C_s2/(C_t2+C_s2)(5)

式(4)和式(5)中，C_t1、C_t2为前后轮胎的刚度，而C_s1和C_s2则分别表示前后悬架的刚 度；G_a为汽车自身所受的重力；h为道路障碍的高度，通常情况下对于混合动力轿车和客车h ＝80mm，而对于混合动力货车h＝100mm；V_a为汽车的行驶车速，λ表示车速的经验权值，一般 取1000(km/h)²。由此可见，不同车型的对称垂直车身作用力因子必然不同，根据工程经验， 对于混合动力轿车或者客车k_zs＝2.0～2.5，货车k_zs＝2.5～3.0，越野车k_zs＝3.5～4.0。

然而当混合动力汽车的前后轮分别在不同时间点驶过某一障碍物时，这使得汽车 的前轮和后轮出现一个高度差Δh，此时汽车的左右结构处于不对称状态，作用在车身上的 力可分解为汽车在对称状态下沿z轴方向上的垂直作用力和不对称状态下由路障产生的仅 在z轴方向的力F_zn，F_zn可表示为：

F_zn＝k_znΣG(6)

式(6)中，k_zn为非对称车身作用力因子，同样不同车型k_zn的取值也不同，混合动力 轿车和客车k_zn＝1.3，货车k_zn＝1.5，越野车k_zn＝1.8。

汽车在行驶过程中一些随机作用力对整车的车身作用力影响较小，可忽略不计。 另外，车身所受的作用力大部分都表现为非对称车身作用力。因此，取车身作用力

F i = F z n = G r + G e g a i = k z n Σ G - - - ( 7 ) ]]>

其中，k_zn＝1.3；见步骤S12。

进一步，所述步骤S2中根据所述分配因数对车辆的摩擦制动力和再生制动力进行 分配的方法包括：

建立的三输入两输出的模糊逻辑算法，其中

三个输入变量，即车身作用力对应的模糊子集为L_F，M_F，H_F；蓄电池荷电状态对应的 模糊子集为L_S，M_S，H_S；超级电容荷电状态对应的模糊子集为L_U，M_U，H_U；以及两个输出变量，即 再生制动力分配比对应的模糊子集为L_RB，M_RB，H_RB；摩擦制动力分配比对应的模糊子集为L_FB， M_FB，H_FB。

具体的，图4(a)至图4(c)和图5(a)和图5(b)分别为模糊逻辑算法所对应的相应变 量的隶属度函数图(各图中low、middle、high分别表示相应变量的L、M和H，具体加以相应下 标进行区分表示)。将兼顾道路环境、车速和整车结构参数的混合动力汽车车身作用力作为 制动力分配的重要依据，同时由于汽车的储能设备为复合电源也即蓄电池和超级电容，所 以将蓄电池荷电状态和超级电容荷电状态在充电时的安全工作范围一并考虑进去，采用模 糊逻辑算法来实现制动力的合理分配。模糊逻辑算法的输入为车身作用力、蓄电池荷电状 态和超级电容荷电状态，而输出则为再生制动力分配比和摩擦制动力分配比。三个输入变 量相应的模糊子集，如图4(a)至图4(c)所示；两个输出变量相应的模糊子集，其如图5(a)和 图5(b)所示。

进一步，所述模糊逻辑算法包括：再生制动力模糊规则表和摩擦制动力模糊规则 表。

具体的，所述再生制动力模糊规则表包括：

当超级电容荷电状态为L_U时，再生制动力分配比如下表1所示：

表1当超级电容荷电状态为L_U时的再生制动力分配表

当超级电容荷电状态为M_U时，再生制动力分配比如下表2所示：

表2当超级电容荷电状态为M_U时的再生制动力分配表

当超级电容荷电状态为H_U时，再生制动力分配比如下表3所示：

表3当超级电容荷电状态为H_U时的再生制动力分配表

并且，所述摩擦制动力模糊规则表包括：

当超级电容荷电状态为L_U时，摩擦制动力分配比如下表4所示：

表4当超级电容荷电状态为L_U时的摩擦制动力分配表

当超级电容荷电状态为M_U时，摩擦制动力分配比如下表5所示：

表5当超级电容荷电状态为M_U时的摩擦制动力分配表

当超级电容荷电状态为H_U时，摩擦制动力分配比如下表6所示：

表6当超级电容荷电状态为H_U时的摩擦制动力分配表

具体的，如上述表1至表6所示，模糊规则的制定必须严格遵守ECER13制动法规， 该法规中制动力的分配必须限制在一个固定的区域。如果前轮和后轮的制动力沿着理想制 动力分配曲线进行分配，当路面和轮胎之间达到附着系数限制值时，前后轴将会同时抱死。 如果制动力分配比高于理想分配曲线，后轮将在前轮之前抱死，这样将大大地降低车辆的 稳定性。同时，为了防止前轮过早抱死而导致道路附着系数较低，制动力分配比必须工作在 一个安全稳定的区域。因此，模糊规则制定的基本思想是：当车身作用力较小时，制动回收 能量主要用于给蓄电池和超级电容充电，并优先考虑给超级电容充电。优先考虑给超级电 容充电的目的是：当混合动力汽车制动后，下一个行驶状态可能是再启动和加速，此时需求 峰值功率较大，超级电容需要吸收更多的能量为启动和加速状态做准备，从而避免蓄电池 大电流发电，延长其循环使用寿命。但是，如果两种电源的荷电状态均较高，则制动能量主 要由摩擦力来消耗；当车身作用力不断增大时，制动能量不断增多，此时要实现安全制动， 摩擦制动力分配比应当有所提升，再生制动力分配比必然随之降低，同样优先考虑给超级 电容充电，其次是蓄电池。即优选的，所述超级电容的充电优先级高于蓄电池，以及当车身 作用力逐渐增大时，提升摩擦制动力分配比，降低再生制动力分配比。

因此，本再生制动控制策略最大限度地回收混合动力汽车的再生制动能量，实现 资源的合理配置。同时，充分发挥蓄电池-超级电容复合电源储能系统的优势，并保证汽车 的安全制动。

实施例2

在实施例1基础上，本实施例2提供了一种应用所述再生制动控制策略的复合电源 型混合动力汽车。

以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完 全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术 性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。