分布式驱动电动汽车电液复合ABS 控制研究

潘劲1 潘浩2 裴晓飞3 陈祯福2 张杰1 （ 1.浙江万向精工有限公司，杭州 311202；2.武汉理工大学，现代汽车零部件湖北省重点实验室，武汉430070；3.武汉理工大学，汽车工程学院，武汉 430070）主题词：分布式驱动电动汽车 电液复合制动 ABS 滑模控制 制动力矩分配U461.3 A 10.19620/j.cnki.1000-3703.20180979中图分类号： 文献标识码： DOI:

1 前言

电液复合制动由电机回馈制动和液压制动组成，是电动汽车提高续驶里程和优化制动安全性能的关键技术[1]。分布式驱动电动汽车可为每个车轮提供可调易

ABS

控、高精度的回馈制动力矩，是研究电液复合 控制

ABS

的理想载体。电液复合 可以充分利用电机制动响应快、控制准的特点，具备以下潜在优势：通过目标制动力矩的精确响应，提高滑移率控制精度；液压制动力矩

ABS

可以在 受控时间内维持在稳定范围，减少液压制动执行器工作状态的频繁切换；回收部分制动能量，改善车辆能量利用率和续驶里程。

ABS

很多学者在新能源汽车的电液复合 控制领域

Tur

做了大量的研究工作。 等[2]设计了一种由直流无刷

ABS，

电机参与的再生 在紧急制动工况下的控制效果

ABS Peng

明显优于传统液压 。 等[3]针对混合动力汽车

【摘要】针对分布式驱动电动汽车四轮电机回馈制动力矩和液压制动力矩均独立可调的特点，提出了一种电液复合防抱死制动分层控制策略。上层为基于积分滑模的滑移率控制，下层为基于模式切换的电液制动力矩分配，根据调节系数、力矩调节需求量、最大回馈制动力矩以及液压制动门限值等参数，将力矩分配分为7种模式，并通过仿真验证了不同车速高、低附着路面下的控制策略，结果表明，所提出的控制策略实现了液压制动维持相对稳定值和回馈制动快速补偿剩余值的设想，改善了滑移率控制精度。

ABS

提出复合 方案，基于逻辑门控制实现液压制动，利用模糊控制动态调节再生制动。赵国柱等[4]提出一种

ABS融合电机再生制动的低速 控制方法，基于模糊逻辑完成滑移率的动态跟踪。金贤建等[5]提出一种基于

HEV

滑模变结构的并联 防抱死制动和再生制动协调控制策略，回馈制动力矩受控于模糊逻辑动态调节策

Oleksowicz[

略。 6-7]分析了再生制动和防抱死制动之间存

3在的潜在制约关系，针对后轴驱动电动汽车设计了 种防抱死制动力矩分配策略。赵治国等[8]针对四驱混合动力汽车设计了协调防抱死控制策略，当判断抱死情况即将发生时，维持当前再生制动力矩，调节液压制动力矩

Wang[

来完成滑移率控制。 9]以获取最优滑移率为目的，

ABS

为复合 设计了一种鲁棒控制器，并基于李雅普诺夫方法验证控制器的稳定性。

ABS对于分布式驱动电动汽车的复合 技术，

Solliec[

10]针对后轮轮毂电机驱动汽车，提出了前轮纯液

ABS ABS

压 和后轮复合 的组合防抱死控制策略。杨鹏飞等[11]针对四轮轮毂电机驱动汽车，设计了由上层滑模广义力控制和下层二次规划法优化分配组成的复合

ABS Ivanov[

分层控制器。 12-13]围绕轮边电机驱动汽车提出一种由前馈控制和反馈控制组成的连续滑移率控制策略，期望制动力矩由再生制动和液压制动共同完

Huang[

成。 14]提出了一种基于非线性模型预测控制的复合制动协调控制器，根据期望车速跟随和制动能量回收最大化两个目标构建成本函数，以车轮滑移率为约束，以制动安全性为优化目标搜索全局最优解。

ABS

本文提出电液复合 的分层控制结构，在车轮滑移率控制中，根据车轮运动状态确定各轮的期望制动力矩，在多模式力矩分配控制中，实现四轮液压制动与回

ABS馈制动力矩的协调分配，并通过联合仿真完成复合策略的可行性验证。

2 总体控制策略

ABS 4

电液复合 控制的总体框架分为 个部分，包括车辆状态与路面识别模块、制动模式判断模块、滑移率

1

控制模块、电液制动力矩分配模块，如图 所示。首先，在车辆状态和路面识别模块中分别估计纵向参考车速和路面附着系数，以便获得实际滑移率和理想滑移率。

[15]

纵向车速估计和路面识别方法可参考文献 、文献

[16]，

这里假设参考车速和路面附着系数已知。然后，

ABS

在制动模式判断模块中，确定当前是否触发 功能，

ABS

并输出相应的标志位。一旦进入 控制，车轮的实际滑移率需始终保持在目标值附近，为此，采用分层控制结构。其中：滑移率跟随模块为上位控制器，获得各车轮总的制动力矩需求；电液制动力矩分配模块为下位控制器，根据车辆行驶状态、电机和电池工作特性，将车轮总制动力矩合理分配为电机回馈力矩和液压制动力矩，

CAN

并分别通过 总线发送给轮毂电机控制器和电液制动控制器，最终由分布式驱动电动汽车的底层执行机构实现力矩控制指令。

3 上层滑移率控制

上层滑移率控制器的输入为目标滑移率与实际滑移率之间的偏差，输出为轮边所需的总制动力矩。本文

参考文献[11]、文献[17]采用广泛使用的滑模控制，定义

滑模面s为滑移率偏差e(t)：

s = e( t) = λdes - λ （ 1）式中， λdes为目标滑移率，与路面附着条件有关； λ为实际滑移率。

实际滑移率的定义式为：

λ = u -· rω 2） （ u

式中， u为参考车速；为车轮半径； r ω为车轮转动角速度。此外，对滑模面进行修正，引入积分项，以削弱外部扰动的影响，改进后的滑模面为：

c∫

s = e( t) + t e( t) dt 3） （

0 c> 0

式中， 为积分常数；为系统运行时间。t当系统在滑模面运动时，满足以下关系： ṡ =- λ̇ + 4）

ce( t) （

2）

对式（ 求导后，得：

( 1- λ̇ λ) u̇ - rω̇

= 5） （

u

同时，根据车轮旋转的动力学方程，有： ω̇ · ·- Tbrk F μ( λ) r

= 6） z （

Iw式中， Fz为车轮垂向载荷； Iw为车轮转动惯量； μ为路面附着系数； Tbrk为轮边制动力矩。

4）~ 6），

联立式（ 式（ 滑模面存在以下形式：