CN106394259B - 一种电动汽车制动力再分配的实现方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于电动汽车主动安全领域，具体的说是一种电动汽车制动力再分配的实现方法。该方法包括以下步骤：步骤一、简化安全制动范围；步骤二、制动力第一次分配；步骤三、功率需求效率计算；步骤四、制动力再分配；本发明是一种动汽车制动力再分配策略，在考虑了永磁同步电机的铜耗和铁耗的同时，将功率需求效率引入了制动力分配策略当中，使所提出的制动力分配策略更加符合实际情况，提高了制动力分配的有效性与实用性，增强了理论依据支撑性。

Description

一种电动汽车制动力再分配的实现方法
技术领域
本发明属于电动汽车主动安全领域，具体的说是一种电动汽车制动力再分配的实现方法。
背景技术
车辆主动避撞系统控制器无论是采用直接式控制结构还是分层式控制结构，制动力分配策略的研究与开发都是不可或缺的。对于电动汽车的制动力分配策略研究来说，所要解决的问题为摩擦制动力与再生制动力的分配问题。这方面有很多学者提出了很多方法来解决这个问题，例如，非专利文献1电动汽车再生制动控制算法研究，作者，李玉芳,林逸,何洪文,陈陆华；非专利文献2汽车再生制动系统机电制动力分配，作者，陈庆樟,何仁；非专利文献3Vehicle Stability Control with Regenerative Braking and ElectronicBrake Force Distribution for A Four-wheel Drive Hybrid Electric Vehicle[J].Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers,Part D:Journal ofAutomobile Engineering，作者，Kim D H,Kim H；非专利文献4汽车制动能量再生系统制动力分配研究，作者，何仁,陈庆樟；以上四种非专利文献中指出了用固定系数分配法、最优能量回收分配法和基于理想制动力分配曲线(I曲线)的分配方法；固定系数分配法虽然系统结构简单，但是其能量回收率较低，而且制动切换时波动较大。最优能量回收分配法则是针对固定系数分配法存在能量回收率低的问题，在制动力分配时以能量回收率最大化为目标，但该方法消耗了一部分的制动效能，制动效果也比较差。基于理想制动力分配曲线(I曲线)的分配方法的地面附着条件利用率高，制动稳定性好，能量回收率较高，但其结构复杂，实时决策控制时需要精确获得前后轴的垂直载荷方可进行。为了使前后轮制动力分配曲线逼近理想制动力分配曲线，基于防抱死制动系统(Anti-lock Braking Systems,ABS)被提出，系统使用滑模控制算法来防止后轮被锁死，从而实现制动力分配，例如非专利文献4汽车制动能量再生系统制动力分配研究，作者，何仁,陈庆樟。针对前后轮独立驱动的电动汽车的制动过程，一种通过前后轮制动力的比率来获得前后轮的制动力的方法被提出(例如非专利文献5Control Methods Suitable for Electric Vehicles with IndependentlyDriven Front and Rear Wheel Structure，作者，Mutoh N,Yahagi H)。结合超级电容器的充电阈值电压和电机特性，一种基于混合动力的新再生制动控制策略被提出(非专利文献6A Series Regenerative Braking Control Strategy Based on Hybrid-Powe，作者，Wang F,Yin X M,Luo H Q,Huang Y)。已有的制动力分配方法虽然在制动力分配和稳定性方面进展显著，但仍然存在一些问题有待于进一步深入研究与解决。一方面，大多数的研究都是以前轮驱动方式的电动汽车或是混合动力电动汽车作为研究对象(非专利文献6ASeries Regenerative Braking Control Strategy Based on Hybrid-Powe，作者，WangF,Yin X M,Luo H Q,Huang Y、非专利文献7Study on the Control Strategy of HybridElectric Vehicle Regenerative Braking.，作者，Cai L,Zhang X、非专利文献8纯电动汽车电液复合再生制动控制，作者，刘志强,过学迅、非专利文献9The Research ofRegenerative Braking Control Strategy for Advanced Braking Distribution，作者，Zhang J M,Ren D B,Song B Y,Cui S M,Sun G)。前轮的摩擦制动力、再生制动力分配系数与后轮的摩擦制动力主要是通过查表来实现。所建立的制动力分配表主要依赖于实际经验，没有理论基础，例如汽车仿真软件ADVISOR 2002中制动力分配策略。相比之下，以四轮驱动电动汽车或混合动力电动汽车作为研究对象的研究却很少(非专利文献3VehicleStability Control with Regenerative Braking and Electronic Brake ForceDistribution for A Four-wheel Drive Hybrid Electric Vehicle[J].Proceedings ofthe Institution of Mechanical Engineers,Part D:Journal of AutomobileEngineering，作者，Kim D H,Kim H、非专利文献5Control Methods Suitable forElectric Vehicles with Independently Driven Front and Rear Wheel Structure，作者，Mutoh N,Yahagi H)。制动力分配策略也更加复杂，需要解决的不仅是前轮的摩擦制动力、再生制动力的分配问题，还要解决后轮的摩擦制动力、再生制动力的分配问题。另一方面，汽车结构的不同导致了制动力分配策略也大不相同，因此，对于四轮驱动电动汽车来说，其制动力分配策略的实用性和通用性较差。非专利文献5Control Methods Suitablefor Electric Vehicles with Independently Driven Front and Rear WheelStructure，作者，Mutoh N,Yahagi H提出了一个电动汽车驱动系统。该系统为前后轮独立驱动系统，前轮由一个永磁同步电机来驱动，后轮由一个感应电机来驱动。虽然所提出的制动力分配方法得以实现，但受系统机械结构所限，其通用性较差，很难移植到于此机械结构不同的电动汽车上。非专利文献9The Research of Regenerative Braking ControlStrategy for Advanced Braking Distribution，作者，Zhang J M,Ren D B,Song B Y,Cui S M,Sun G将电子液压制动系统应用在前轮驱动的电动汽车上，而没有对四轮驱动的电动汽车进行研究。综上所述，对于四轮独立驱动的电动汽车来说，研究具有理论性、实用性和通用性的制动力分配策略对电动汽车主动避撞系统的研究与发展至关重要。
受非专利文献10纯电动汽车能量管理关键技术问题的研究，作者，石庆升的启发，以四轮独立驱动轮毂电机电动汽车为研究对象，申请人首先提出了基于再生制动强度连续性的制动力分配策略(非专利文献11A New Braking Force Distribution Strategy forElectric Vehicle Based on Regenerative Braking Strength Continuity，作者，LIANY F,TIAN Y T,HU L L,YIN C)，有效地解决了四轮独立驱动电动汽车前后轮制动力的分配问题。随后，为解决所提出的基于再生制动强度连续性的制动力分配策略中制动力的方向问题，申请人提出了基于约束的再生制动强度连续性的制动力分配策略(非专利文献12Longitudinal Collision Avoidance Control of Electric Vehicles Based on aNew Safety Distance Model and Constrained-Regenerative-Braking-Strength-Continuity Braking Force Distribution Strategy，作者，Y.Lian,Y.Zhao,L.Hu andY.Tian)，有效地解决了制动分配过程中力的方向问题。申请人的前期研究工作均在理想的条件下进行的，没有考虑电动汽车中能源存储系统对制动力分配的影响，因此，在所提出的制动力分配策略的基础上，申请人结合能源存储系统的功率需求效率，提出了电动汽车制动力再分配策略，使其更加符合实际情况，提高制动力分配的有效性与实用性，增强其理论依据支撑性。
另外，基于制动强度的制动力分配策略的研究主要集中在双驱结构的电动汽车制动系统当中，而对于四轮独立驱动的电动汽车的制动力分配策略的研究则很少。四轮独立驱动的电动汽车的制动力分为前轮的摩擦制动力和再生制动力与后轮的摩擦制动力和再生制动力，分配的自由度要比双驱结构的电动汽车要多，制动力分配起来更加复杂。因此，研究多自由度，即四轮独立驱动的电动汽车的制动力分配策略的研究与实现对电动汽车动力学控制系统的研发有着极其重要的意义。
电动汽车制动力分配策略的研究目前大都在理想的条件下进行的，即不考虑能量存储系统(蓄电池组)对再生能量回收的影响，其理论研究虽然取得一定进展，但离实际应用还具有一定的距离。一些学者提出了考虑电池荷电状态(SOC)的制动力分配策略，其使用了模糊算法进行制动力分配。模糊规则的确定带有一定的主观性和经验，通用性较差，因此，考虑能量存储系统的同时给出制动力分配的精确计算规则是十分必要的。
而现有的制动力分配策略都存在以下的缺点：
1、制动力分配策略大都以前驱或后驱电动汽车为研究对象，而四轮独立驱动电动汽车研究的较少；
2、制动力分配策略大都在理想的条件下进行，没有考虑约束条件，与实际应用距离较大；
3、制动力分配策略大都带有一定的主观性和经验性，通用性较差。
发明内容
本发明提供了一种动汽车制动力再分配策略，在考虑了永磁同步电机的铜耗和铁耗的同时，将功率需求效率引入了制动力分配策略当中，使所提出的制动力分配策略更加符合实际情况，提高了制动力分配的有效性与实用性，增强了理论依据支撑性，解决了现有制动力分配策略的上述不足。
本发明技术方案结合附图说明如下：
一种电动汽车制动力再分配的实现方法，该实现方法包括以下步骤：
步骤一、简化安全制动范围；简化后的安全制动范围的函数表达式所对应的方程如下：
式中，xA为A时刻前轮摩擦制动力的值，单位为N；yA为A时刻后轮摩擦制动力的值，单位为N；xB为B时刻前轮摩擦制动力的值，单位为N；yB为B时刻后轮摩擦制动力的值；为路面附着系数；G＝mg；m为车辆的质量；g为重力加速度，单位为m/s2；Fxb1为前轮制动力，单位为N；Fxb2为后轮制动力，单位为N；Fμ1为前轮摩擦制动力，单位为N；Fμ2为后轮摩擦制动力，单位为N；kFD为前轮抱死时后轮所提供最小制动力时的曲线的切线的斜率；bFD为前轮抱死时后轮所提供最小制动力时的曲线的切线与纵轴的截距；L＝lf+lr；lr为车辆重心到后轮轴的距离，单位为m；lf为车辆重心到前轮轴的距离，单位为m；hg为车辆的重心高度，单位为m；
记方程OA为方程AB为方程BD为方程DF为Fxb2＝kFDFxb1+bFD；令：
步骤二、制动力第一次分配；基于简化的安全制动范围，根据制动强度大小，完成在理想条件下，即不考虑能量存储系统约束，对四轮独立驱动电动汽车四自由度制动力进行分配；具体步骤如下：
21)、制动力根据制动强度的大小进行分配；制动强度z的大小分为三种模式：弱制动强度、中等制动强度和强制动强度；即，当z∈[0,0.1]时，制动系统处于纯电制动模式；当z∈(0.7,1]时，制动系统处于纯摩擦制动模式；当z∈(0.1,0.7]时，制动系统处于电制动和摩擦制动的复合制动模式；在制动力分配过程中，前后轮制动力的关系如下：
Fxb1+Fxb2＝Gz
式中，Fxb1为前轮制动力，单位为N；Fxb2为后轮制动力，单位为N；G＝mg；m为车辆的质量；g为重力加速度，单位为m/s2；
制动强度ax为车辆纵向加速度，单位为m/s2；
22)、制动力则根据电动汽车制动力分配原理及制动强度的强弱程度进行分配；将整个制动过程的制动强度划分为5个等级，即j＝1,2,3,4,5，在每个制动强度等级中，制动力矢量中的四个制动力均为一次线性表达式，因此，在每个制动强度等级中分别用两个待定系数来表示制动力的斜率参数和截距参数，即αj和βj，其具体分配过程如下：
①、当0≤z≤zF,(z1＝zF，j＝1)，制动系统处于纯电制动模式；
式中，zF为F时刻对应的制动强度；
假设α1和β1为该制动强度等级中制动力分配待定系数，则F1,μ1，F1,re1，F1,μ2，F1,re2分别为α1和β1的函数；结合式Fxb1+Fxb2＝Gz和方程OA，可获得此时的制动力矢量，即：
F1＝[F1,μ1(α1,β1),F1,re1(α1,β1),F1,μ2(α1,β1),F1,re2(α1,β1)]T
式中,
②、当zF＜z≤zD,(z2＝zD，j＝2)，制动系统处于电制动和摩擦制动的复合制动模式；
式中，zD为D时刻对应的制动强度；
假设α2和β2为该制动强度等级中制动力分配待定系数，则F2,μ1，F2,re1，F2,μ2，F2,re2分别为α2和β2的函数；结合Fxb1+Fxb2＝Gz和方程OA、DF，可获得此时的制动力矢量，即：
F2＝[F2,μ1(α2,β2),F2,re1(α2,β2),F2,μ2(α2,β2),F2,re2(α2,β2)]T
式中,
③、当zD＜z≤zC,(z3＝zC，j＝3)，制动系统处于电制动和摩擦制动的复合制动模式；
式中，zC为C时刻对应的制动强度；
假设α3和β3为该制动强度等级中制动力分配待定系数，则F3,μ1，F3,re1，F3,μ2，F3,re2分别为α3和β3的函数，结合式Fxb1+Fxb2＝Gz和方程OA、BD，可获得此时的制动力矢量，即：
F3＝[F3,μ1(α3,β3),F3,re1(α3,β3),F3,μ2(α3,β3),F3,re2(α3,β3)]T
式中,
④、当zC＜z≤zB,(z4＝zB，j＝4)，制动系统处于电制动和摩擦制动的复合制动模式；
式中，zB为B时刻对应的制动强度；
假设α4和β4为该制动强度等级中制动力分配待定系数，则F4,μ1，F4,re1，F4,μ2，F4,re2分别为α4和β4的函数，结合式Fxb1+Fxb2＝Gz和方程AB、BD，可获得此时的制动力矢量，即：
F4＝[F4,μ1(α4,β4),F4,re1(α4,β4),F4,μ2(α4,β4),F4,re2(α4,β4)]T
式中,
⑤、当zB＜z≤1,j＝5，制动系统处于纯摩擦制动模式；
假设α5和β5为该制动强度等级中制动力分配待定系数，则F5,μ1，F5,re1，F5,μ2，F5,re2分别为α5和β5的函数，结合式Fxb1+Fxb2＝Gz和方程AB，可获得此时的制动力矢量，即：
F5＝[F5,μ1(α5,β5),F5,re1(α5,β5),F5,μ2(α5,β5),F5,re2(α5,β5)]T
式中,
23)、根据再生制动强度函数fj(z)＝[Fj,re1(αj,βj)+Fj,re2(αj,βj)]/G，j＝1,2,3,4,5，得在不同制动强度下的再生制动强度函数表达式：
f1(z)＝z,0≤z≤zF；
f5(z)＝0,zB＜z≤1；
考虑汽车制动过程的舒适性与稳定性，含有未知参数的再生制动强度函数fj(z)在不同制动强度区间上应具有连续性，则可以通过再生制动强度函数的连续性来确定其余的6个待定系数，即：
步骤三、功率需求效率计算；结合实际行驶工况，考虑能量存储系统对再生制动能量的需求，计算车辆行驶中实际的功率需求效率，为制动力再分配提供分配比例系数。
忽略逆变器损耗和永磁同步电机机械损耗，功率需求效率定义为：
式中，Pout为实际功率需求；Pin为不包括永磁同步电机的铜耗和铁耗的功率需求，其计算公式如下：
Pin＝Preq-Pcopper-Piron
Preq＝(Fre1+Fre2)vx
式中，Pcopper为铜耗，单位为W；Piron为铁耗，单位为W；Fre1为前轮再生制动力，单位为N；Fre2为后轮再生制动力，单位为N；vx为车辆行驶速度，单位为m/s；f为前轮；r为后轮；Ra为定子绕组相电阻，单位为Ω；iq、id为定子q、d轴电流，单位为A；ioq、iod为定子等效的q、d轴转矩电流，单位为A；icq、icd为定子等效的q、d轴铁损电流，单位为A；Lq、Ld为定子绕组q、d轴电感，单位为H；ωe为电机的电角速度，单位为rad/s；ψ为永磁产生的磁链，单位为Wb；
步骤四、制动力再分配；根据计算获得的功率需求效率可得到实际需要的再生制动力，即再生制动力的实际值正比于第一次分配的再生制动力，再生制动力若不能满足车辆制动要求，则余下的制动力由摩擦制动力提供，从而完成实际四自由度的制动力分配；
根据功率需求效率来获得实际需要的再生制动力，即能源存储系统所需要的再生制动力，即能源存储系统所需要的再生制动力，其余制动力由摩擦制动系统来提供；与第一次制动力分配相区别，制动力再分配过程中制动力矢量表示为
式中αj,βj为已知常数，由步骤二计算获得，具体分配过程如下：
41)当0≤z≤zF,j＝1
式中，
42)当zF＜z≤zD,j＝2
式中，
43)当zD＜z≤zC,j＝3
式中，
44)当zC＜z≤zB,j＝4
式中，
45)当zB＜z≤1,j＝5
式中，
本发明的有益效果为：
1、本发明所述的电动汽车制动力再分配策略是针对四轮独立驱动电动汽车提出的，在理论推导与分析上是最复杂的，在此基础上进行简化即可获得双驱电动汽车制动力的分配策略，即涵盖了双驱电动汽车(前驱或后驱)的制动力分配方法，因此，该分配策略既适用于四驱电动汽车，也适用于双驱电动汽车，通用性强；
2、本发明虑了永磁同步电机的铜耗和铁耗的同时，将功率需求效率引入了制动力分配策略当中，使所提出的制动力分配策略更加符合实际情况，提高了制动力分配的有效性与实用性；
3、本发明所提出的制动力再分配策略给出了制动力分配的理论推导过程和参数计算方法，理论性强，计算简单，是以往具有主观性和经验性的制动力分配策略所不能及的。
附图说明
图1为传统安全制动范围曲线图；
图2为本发明简化后的安全制动范围曲线图；
图3a为永磁同步电机d轴等效电路图；
图3b为永磁同步电机q轴等效电路图；
图4为本发明制动力再分配策略结构图；
图5为本发明制动力再分配策略流程图；
图6a为车辆功率需求功率为0.93下的行驶速度曲线图；
图6b为车辆功率需求功率为0.93下的行驶过程制动强度曲线图；
图6c为车辆功率需求功率为0.93下的前轮摩擦力制动力第一次分配曲线图；
图6d为车辆功率需求功率为0.93下的前轮再生制动力第一次分配曲线图；
图6e为车辆功率需求功率为0.93下的后轮摩擦制动力第一次分配曲线图；
图6f为车辆功率需求功率为0.93下的后轮再生制动力第一次分配曲线图；
图6g为车辆功率需求功率为0.93下的前轮摩擦制动力再分配曲线图；
图6h为车辆功率需求功率为0.93下的前轮再生制动力再分配曲线图；
图6i为车辆功率需求功率为0.93下的后轮摩擦制动力再分配曲线图；
图6j为车辆功率需求功率为0.93下的后轮再生制动力再分配曲线图。
具体实施方式
参阅图4图5，一种电动汽车制动力再分配的实现方法，该方法可以简化为以下步骤：S1:安全制动范围函数表达式简化
S11：计算线性安全制动范围边界上关键点的坐标；
S12：计算线性安全制动范围的具体数学表达式；
S2:制动力第一次分配
S21：推导不同制动强度下含有待定系数的制动力矢量；
S22：计算不同制动强度下再生制动强度函数；
S23：根据再生制动强度连续性计算待定系数；
S24：将计算得到的待定系数代入制动力矢量，即可得到具体的制动力矢量；
S3：功率需求效率计算
S31：计算永磁同步电机的铜耗和铁耗；
S32：计算不包含永磁同步电机铜耗和铁耗的功率需求；
S33：计算实际功率需求；
S34：计算功率需求效率；
S4：制动力再分配
根据功率需求效率重新计算制动力矢量。
具体步骤如下：
步骤一、简化安全制动范围；
由于制动力分配是基于安全制动范围进行计算与分配的，因此在不改变传统安全制动范围的前提下，简化其表达式可降低制动力分配的计算量、提高制动力分配器的运算速度，从而提高整车控制器的实时性。
参阅图1，图1为传统的安全制动范围，车辆的安全制动范围是由三条前后轮制动力分配曲线与横轴所构成的多边形OBDE。三条制动力分配曲线分别为：理想的前后轮制动力分配曲线(简称I曲线)、前轮抱死、后轮不抱死时前后轮制动力关系曲线(简称f线组)和最小后轮制动力分配曲线(简称M曲线)，其对应的函数表达式分别如下：
式中，Fxb1为前轮制动力，单位为N；Fxb2为后轮制动力，单位为N；为路面附着系数；G＝mg；m为车辆的质量；g为重力加速度，单位为m/s2；L＝lf+lr；lr为车辆重心到后轮轴的距离，单位为m；lf为车辆重心到前轮轴的距离，单位为m；hg为车辆的重心高度，单位为m。
汽车多采用固定比值的前后轮制动力分配曲线来代替I曲线，如图2中直线OB。直线OB与曲线OB之间存在偏差，附着利用率较低。因此，使用变比例阀液压分配曲线(折线OAB)来替代直线OB以提高了附着利用率。优化折线OAB可以进一步逼近I曲线。直线OB与曲线OB的交点B对应的附着系数称为同步附着系数。假设同步附着系数z(B)＝0.7，则B(xB,yB)可以确定。设A点坐标为A(xA,yA)，则变比例阀液压分配曲线方程可表示为：
式中，x表示前轮摩擦制动力，单位为N；y表示后轮摩擦制动力，单位为N。
由折线OAB与曲线OB所夹面积最小，取所夹面积为目标函数：
J＝S1-S2-S3 (5)
式中，
优化目标函数，对xA求导，且令则A点坐标可获得：
此外，M曲线也具有非线性可用其切线来替代，既保证制动过程的安全性，又简化了安全制动范围的函数表达式。因此，简化后的安全制动范围是由四条前后轮制动力分配曲线(OA、AB、BD、DF)与横轴所构成的多边形OABDF，其函数表达式分别如下：
式中，xA为A时刻前轮摩擦制动力的值，单位为N；yA为A时刻后轮摩擦制动力的值，单位为N；xB为B时刻前轮摩擦制动力的值，单位为N；yB为B时刻后轮摩擦制动力的值；为路面附着系数；G＝mg；m为车辆的质量；g为重力加速度，单位为m/s2；Fxb1为前轮制动力，单位为N；Fxb2为后轮制动力，单位为N；Fμ1为前轮摩擦制动力，单位为N；Fμ2为后轮摩擦制动力，单位为N；kFD为M曲线(即前轮抱死时后轮所提供最小制动力的曲线)切线的斜率；bFD为M曲线切线与纵轴的截距；L＝lf+lr；lr为车辆重心到后轮轴的距离，单位为m；lf为车辆重心到前轮轴的距离，单位为m；hg为车辆的重心高度，单位为m；
记方程OA为方程AB为方程BD为方程DF为Fxb2＝kFDFxb1+bFD；令：
简化后的线性安全制动范围一方面包含于线性化之前的安全制动范围，保证车辆制动过程的安全性；另一方面多边形各个边的表达式均可由直线方程描述，减轻了制动力分配时制动力的计算负担，提高了整车控制器的实时性。
步骤二、制动力第一次分配；基于简化的安全制动范围，根据制动强度大小，完成在理想条件下，即不考虑能量存储系统约束，对四轮独立驱动电动汽车四自由度制动力进行分配；具体步骤如下：
21)、制动力根据制动强度的大小进行分配；制动强度z的大小分为三种模式：弱制动强度、中等制动强度和强制动强度；即，当z∈[0,0.1]时，制动系统处于纯电制动模式；当z∈(0.7,1]时，制动系统处于纯摩擦制动模式；当z∈(0.1,0.7]时，制动系统处于电制动和摩擦制动的复合制动模式；在制动力分配过程中，前后轮制动力的关系如下：
Fxb1+Fxb2＝Gz (8)
式中，Fxb1为前轮制动力，单位为N；Fxb2为后轮制动力，单位为N；G＝mg；m为车辆的质量；g为重力加速度，单位为m/s2；
制动强度ax为车辆纵向加速度，单位为m/s2；
22)、制动力根据电动汽车制动力分配原理及制动强度的强弱程度进行分配；将整个制动过程的制动强度划分为5个等级，即j＝1,2,3,4,5，在每个制动强度等级中，制动力矢量中的四个制动力均为一次线性表达式，因此，在每个制动强度等级中分别用两个待定系数来表示制动力的斜率参数和截距参数，即αj和βj，其具体分配过程如下：
①、当0≤z≤zF,j＝1，制动系统处于纯电制动模式；
式中，zF为F时刻对应的制动强度；
假设α1和β1为该制动强度等级中制动力分配待定系数，则F1,μ1，F1,re1，F1,μ2，F1,re2分别为α1和β1的函数；结合式Fxb1+Fxb2＝Gz和方程OA，可获得此时的制动力矢量，即：
F1＝[F1,μ1(α1,β1),F1,re1(α1,β1),F1,μ2(α1,β1),F1,re2(α1,β1)]T (9)
式中,F1,μ1(α1,β1)＝0；
②、当zF＜z≤zD,j＝2，制动系统处于电制动和摩擦制动的复合制动模式；
式中，zD为D时刻对应的制动强度；
假设α2和β2为该制动强度等级中制动力分配待定系数，则F2,μ1，F2,re1，F2,μ2，F2,re2分别为α2和β2的函数；结合Fxb1+Fxb2＝Gz和方程OA、DF，可获得此时的制动力矢量，即：
F2＝[F2,μ1(α2,β2),F2,re1(α2,β2),F2,μ2(α2,β2),F2,re2(α2,β2)]T (10)
式中,
③、当zD＜z≤zC,j＝3，制动系统处于电制动和摩擦制动的复合制动模式；
式中，zC为C时刻对应的制动强度；
假设α3和β3为该制动强度等级中制动力分配待定系数，则F3,μ1，F3,re1，F3,μ2，F3,re2分别为α3和β3的函数，结合式Fxb1+Fxb2＝Gz和方程OA、BD，可获得此时的制动力矢量，即：
F3＝[F3,μ1(α3,β3),F3,re1(α3,β3),F3,μ2(α3,β3),F3,re2(α3,β3)]T (11)
式中,
④、当zC＜z≤zB,j＝4，制动系统处于电制动和摩擦制动的复合制动模式；
式中，zB为B时刻对应的制动强度；
假设α4和β4为该制动强度等级中制动力分配待定系数，则F4,μ1，F4,re1，F4,μ2，F4,re2分别为α4和β4的函数，结合式Fxb1+Fxb2＝Gz和方程AB、BD，可获得此时的制动力矢量，即：
F4＝[F4,μ1(α4,β4),F4,re1(α4,β4),F4,μ2(α4,β4),F4,re2(α4,β4)]T (12)
式中,
⑤、当zB＜z≤1,j＝5，制动系统处于纯摩擦制动模式；
假设α5和β5为该制动强度等级中制动力分配待定系数，则F5,μ1，F5,re1，F5,μ2，F5,re2分别为α5和β5的函数，结合式Fxb1+Fxb2＝Gz和方程AB，可获得此时的制动力矢量，即：
F5＝[F5,μ1(α5,β5),F5,re1(α5,β5),F5,μ2(α5,β5),F5,re2(α5,β5)]T (13)
式中,
23)、根据再生制动强度函数fj(z)＝[Fj,re1(αj,βj)+Fj,re2(αj,βj)]/G，j＝1,2,3,4,5，得在不同制动强度下的再生制动强度函数表达式：
f1(z)＝z,0≤z≤zF；
f5(z)＝0,zB＜z≤1；
考虑汽车制动过程的舒适性与稳定性，含有未知参数的再生制动强度函数fj(z)在不同制动强度区间上应具有连续性，则可以通过再生制动强度函数的连续性来确定其余的6个待定系数，即：
步骤三、功率需求效率计算；结合实际行驶工况，考虑能量存储系统对再生制动能量的需求，计算车辆行驶中实际的功率需求效率，为制动力再分配提供分配比例系数。
忽略逆变器损耗和永磁同步电机机械损耗，功率需求效率定义为：
式中，Pout为实际功率需求，可由ADVISOR 2002汽车软件中的能量存储模块计算得到；Pin为不包括永磁同步电机的铜耗和铁耗的功率需求，其计算公式如下：
Pin＝Preq-Pcopper-Piron (17)
Preq＝(Fre1+Fre2)vx (18)
式中，Pcopper为铜耗，单位为W；Piron为铁耗，单位为W；Fre1为前轮再生制动力，单位为N；Fre2为后轮再生制动力，单位为N；vx为车辆行驶速度，单位为m/s；f为前轮；r为后轮；Ra为定子绕组相电阻，单位为Ω；iq、id为定子q、d轴电流，单位为A；ioq、iod为定子等效的q、d轴转矩电流，单位为A；icq、icd为定子等效的q、d轴铁损电流，单位为A；Lq、Ld为定子绕组q、d轴电感，单位为H；ωe为电机的电角速度，单位为rad/s；ψ为永磁产生的磁链，单位为Wb；
四轮独立驱动电动汽车前后轮轮毂电机均使用相同功率永磁同步电机，因此，前后轮永磁同步电机的等效电路相同，考虑铁心损耗的两相任意旋转坐标轴(dq坐标轴)上的等效电路如图3所示。
交轴也叫q轴，直轴也叫d轴，它们实际上是坐标轴，而不是实际的轴。在永磁同步电机控制中，为了能够得到类似直流电机的控制特性，在电机转子上建立了一个坐标系，此坐标系与转子同步转动，取转子磁场方向为d轴，垂直于转子磁场方向为q轴，将电机的数学模型转换到此坐标系下，可实现d轴和q轴的解耦，从而得到良好控制特性。
步骤四、制动力再分配；根据计算获得的功率需求效率可得到实际需要的再生制动力，即再生制动力的实际值正比于第一次分配的再生制动力，再生制动力若不能满足车辆制动要求，则余下的制动力由摩擦制动力提供，从而完成实际四自由度的制动力分配；
根据功率需求效率来获得实际需要的再生制动力，即能源存储系统所需要的再生制动力，即能源存储系统所需要的再生制动力，其余制动力由摩擦制动系统来提供；与第一次制动力分配相区别，制动力再分配过程中制动力矢量表示为
式中αj,βj为已知常数，由步骤二计算获得，具体分配过程如下：
41)当0≤z≤zF,j＝1
式中，
42)当zF＜z≤zD,j＝2
式中，
43)当zD＜z≤zC,j＝3
式中，
44)当zC＜z≤zB,j＝4
式中，
45)当zB＜z≤1,j＝5
式中，
参阅图4，制动力第一次分配是根据制动强度的大小将总制动力进行初步分配；分配后的前后轮再生制动力用来参与功率需求效率的计算；制动力第二次分配则是根据第一次分配的结果和功率需求效率的大小进行制动力的再分配。
实施例
本发明所提出的制动力再分配策略采用仿真实验进行验证，车辆参数如表1所示。实验以高速路况HWFET(HighWay Fuel Economy Test)和城市路况UDDS(UrbanDynamometer Driving Schedule)作为车辆行驶路况，如图6a所示。根据制动强度的定义，可计算对应的制动强度，如图6b所示。根据车辆制动时的制动强度，可得到前后轮制动力的第一次分配，其分配结果如图6c、6d、6e、6f所示。再根据功率需求效率，可对前后轮制动力进行二次分配，其分配结构如图6g、6h、6i、6j所示。由前后轮制动力的两次分配结果可以看出，车辆在制动过程中，再生制动力的实际需求量如果少于第一次分配的再生制动力，使用第一次分配的制动力进行制动的话，一部分再生制动能量将被消耗掉，而且当再生制动能量较大时有过充的可能，对能量存储系统影响较大。而考虑功率需求效率后，实际需要多少再生制动力就控制系统就提供多少再生制动力，余下的由摩擦制动力提供，不仅能够完成预期的制动效果，而且不会对能量存储系统产生影响，延长电池的使用寿命。表2中列出的两次制动力分配数据。足以说明所提出的制动力再分配方法可行、切合实际。由此可见，所提出的制动力再分配方法切合实际、有理论依据做支撑、适合四驱和双驱结构的电动汽车，具有很好的应用性和推广性。
表1四轮独立驱动电动汽车整车参数
表2两次制动力分配数据对照表
由上述数组足以说明本发明所提出的制动力再分配方法可行、切合实际。由此可见，所提出的制动力再分配方法切合实际、有理论依据做支撑、适合四驱和双驱结构的电动汽车，具有很好的应用性和推广性。

Claims (1)

1.一种电动汽车制动力再分配的实现方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、简化安全制动范围；简化后的安全制动范围的函数表达式所对应的方程如下：
式中，xA为A时刻前轮摩擦制动力的值，单位为N；yA为A时刻后轮摩擦制动力的值，单位为N；xB为B时刻前轮摩擦制动力的值，单位为N；yB为B时刻后轮摩擦制动力的值；为路面附着系数；G＝mg；m为车辆的质量；g为重力加速度，单位为m/s2；Fxb1为前轮制动力，单位为N；Fxb2为后轮制动力，单位为N；Fμ1为前轮摩擦制动力，单位为N；Fμ2为后轮摩擦制动力，单位为N；kFD为前轮抱死时后轮所提供最小制动力时的曲线的切线的斜率；bFD为前轮抱死时后轮所提供最小制动力时的曲线的切线与纵轴的截距；L＝lf+lr；lr为车辆重心到后轮轴的距离，单位为m；lf为车辆重心到前轮轴的距离，单位为m；hg为车辆的重心高度，单位为m；
记方程OA为方程AB为方程BD为方程DF为Fxb2＝kFDFxb1+bFD；令：
步骤二、制动力第一次分配；基于简化的安全制动范围，根据制动强度大小，完成在理想条件下，即不考虑能量存储系统约束，对四轮独立驱动电动汽车四自由度制动力进行分配；具体步骤如下：
21)、制动力根据制动强度的大小进行分配；制动强度z的大小分为三种模式：弱制动强度、中等制动强度和强制动强度；即，当z∈[0,0.1]时，制动系统处于纯电制动模式；当z∈(0.7,1]时，制动系统处于纯摩擦制动模式；当z∈(0.1,0.7]时，制动系统处于电制动和摩擦制动的复合制动模式；在制动力分配过程中，前后轮制动力的关系如下：
Fxb1+Fxb2＝Gz
式中，Fxb1为前轮制动力，单位为N；Fxb2为后轮制动力，单位为N；G＝mg；
m为车辆的质量；g为重力加速度，单位为m/s2；
制动强度ax为车辆纵向加速度，单位为m/s2；
22)、制动力根据电动汽车制动力分配原理及制动强度的强弱程度进行分配；将整个制动过程的制动强度划分为5个等级，即j＝1,2,3,4,5，在每个制动强度等级中，制动力矢量中的四个制动力均为一次线性表达式，因此，在每个制动强度等级中分别用两个待定系数来表示制动力的斜率参数和截距参数，即αj和βj，其具体分配过程如下：
①、当0≤z≤zF,j＝1，制动系统处于纯电制动模式；
式中，zF为F时刻对应的制动强度；
假设α1和β1为该制动强度等级中制动力分配待定系数，则F1,μ1，F1,re1，F1,μ2，F1,re2分别为α1和β1的函数；结合式Fxb1+Fxb2＝Gz和方程OA，可获得此时的制动力矢量，即：
F1＝[F1,μ1(α1,β1),F1,re1(α1,β1),F1,μ2(α1,β1),F1,re2(α1,β1)]T
式中,F1,μ1(α1,β1)＝0；
F1,μ2(α1,β1)＝0；
②、当zF＜z≤zD,j＝2，制动系统处于电制动和摩擦制动的复合制动模式；
式中，zD为D时刻对应的制动强度；
假设α2和β2为该制动强度等级中制动力分配待定系数，则F2,μ1，F2,re1，F2,μ2，F2,re2分别为α2和β2的函数；结合Fxb1+Fxb2＝Gz和方程OA、DF，可获得此时的制动力矢量，即：
F2＝[F2,μ1(α2,β2),F2,re1(α2,β2),F2,μ2(α2,β2),F2,re2(α2,β2)]T
式中,F2,re1(α2,β2)＝α2Gz+β2；
③、当zD＜z≤zC,j＝3，制动系统处于电制动和摩擦制动的复合制动模式；
式中，zC为C时刻对应的制动强度；
假设α3和β3为该制动强度等级中制动力分配待定系数，则F3,μ1，F3,re1，F3,μ2，F3,re2分别为α3和β3的函数，结合式Fxb1+Fxb2＝Gz和方程OA、BD，可获得此时的制动力矢量，即：
F3＝[F3,μ1(α3,β3),F3,re1(α3,β3),F3,μ2(α3,β3),F3,re2(α3,β3)]T
式中,
④、当zC＜z≤zB,j＝4，制动系统处于电制动和摩擦制动的复合制动模式；
式中，zB为B时刻对应的制动强度；
假设α4和β4为该制动强度等级中制动力分配待定系数，则F4,μ1，F4,re1，F4,μ2，F4,re2分别为α4和β4的函数，结合式Fxb1+Fxb2＝Gz和方程AB、BD，可获得此时的制动力矢量，即：
F4＝[F4,μ1(α4,β4),F4,re1(α4,β4),F4,μ2(α4,β4),F4,re2(α4,β4)]T
式中,
⑤、当zB＜z≤1,j＝5，制动系统处于纯摩擦制动模式；
假设α5和β5为该制动强度等级中制动力分配待定系数，则F5,μ1，F5,re1，F5,μ2，F5,re2分别为α5和β5的函数，结合式Fxb1+Fxb2＝Gz和方程AB，可获得此时的制动力矢量，即：
F5＝[F5,μ1(α5,β5),F5,re1(α5,β5),F5,μ2(α5,β5),F5,re2(α5,β5)]T
式中,
23)、根据再生制动强度函数fj(z)＝[Fj,re1(αj,βj)+Fj,re2(αj,βj)]/G，j＝1,2,3,4,5，得在不同制动强度下的再生制动强度函数表达式：
f1(z)＝z,0≤z≤zF；
f5(z)＝0,zB＜z≤1；
考虑汽车制动过程的舒适性与稳定性，含有未知参数的再生制动强度函数fj(z)在不同制动强度区间上应具有连续性，则可以通过再生制动强度函数的连续性来确定其余的6个待定系数，即：
步骤三、功率需求效率计算；结合实际行驶工况，考虑能量存储系统对再生制动能量的需求，计算车辆行驶中实际的功率需求效率，为制动力再分配提供分配比例系数；
忽略逆变器损耗和永磁同步电机机械损耗，功率需求效率定义为：
式中，Pout为实际功率需求；Pin为不包括永磁同步电机的铜耗和铁耗的功率需求，其计算公式如下：
Pin＝Preq-Pcopper-Piron
Preq＝(Fre1+Fre2)vx
式中，Pcopper为铜耗，单位为W；Piron为铁耗，单位为W；Fre1为前轮再生制动力，单位为N；Fre2为后轮再生制动力，单位为N；vx为车辆行驶速度，单位为m/s；f为前轮；r为后轮；Ra为定子绕组相电阻，单位为Ω；iq、id为定子q、d轴电流，单位为A；ioq、iod为定子等效的q、d轴转矩电流，单位为A；icq、icd为定子等效的q、d轴铁损电流，单位为A；Lq、Ld为定子绕组q、d轴电感，单位为H；ωe为电机的电角速度，单位为rad/s；ψ为永磁产生的磁链，单位为Wb；
步骤四、制动力再分配；根据计算获得的功率需求效率可得到实际需要的再生制动力，即再生制动力的实际值正比于第一次分配的再生制动力，再生制动力若不能满足车辆制动要求，则余下的制动力由摩擦制动力提供，从而完成实际四自由度的制动力分配；
根据功率需求效率来获得实际需要的再生制动力，即能源存储系统所需要的再生制动力，即能源存储系统所需要的再生制动力，其余制动力由摩擦制动系统来提供；与第一次制动力分配相区别，制动力再分配过程中制动力矢量表示为
式中αj,βj为已知常数，由步骤二计算获得，具体分配过程如下：
41)当0≤z≤zF,j＝1
式中，
42)当zF＜z≤zD,j＝2
式中，
43)当zD＜z≤zC,j＝3
式中，
44)当zC＜z≤zB,j＝4
式中，
45)当zB＜z≤1,j＝5
式中，
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