摘 要

MPV兼具有乘用车和小型客车的优点，既能够满足乘员对舒适性的要求又具有较大的乘坐空间。随着中国二孩政策实施所引起的家庭结构的变化，中国家庭对MPV这种大空间车型的需求必然增加。此外，对电动车展开研究是缓解国际上日渐突出的能源和环境问题的一个重要方向。因此，设计一套使用可靠性高、能量节约性好的制动系统可以保障电动MPV的行车安全性，意义重大。

电驱动汽车制动系统由机械制动系统和再生制动系统组成，其关键在于存在电机制动环节，能在制动过程中回收能量。由于电机制动力矩大小不能总满足制动要求，电动汽车制动时应以机械制动作为主制动，电制动作为辅助制动，在确保行车安全性的情况下实现能量回收。设计控制策略时，要在相关法规的要求下对电制动与机械制动进行合理分配。

本文针对电驱动MPV，完成制动系统的选型与设计，并对再生制动进行了初步研究。首先，确定了制动系统的结构形式，包括制动驱动系统的选择，制动管路的布置，机械制动力的分配等，并完成了制动系统主要部件的参数设计。其次，建立了电动MPV再生制动模型，包括动力学模型、车轮制动模型、电机及电池模型。然后，分析了汽车的制动特性，讨论了前、后轴机械制动力的分配要求。之后，在满足ECE法规要求的情况下，提出了一种能够尽量多的回收制动能量的电动MPV再生制动控制策略。最后，基于建立的数学模型及提出的控制策略，仿真分析了不同常规行驶工况下的制动情况和能量回收率，并对比了低附着系数路面下有、无再生制动力参与制动时的制动性能。仿真结果表明，在中等SOC初值、中等车速、轻度制动强度下的制动工况具有最高的能量回收率，但能量回收率不超过20%，同时依据仿真结果，建议在低附着系数路面下，减小再生制动力占比以满足大制动强度的需求。

关键词： 制动系统 再生制动 控制策略 能量回收

Abstract

MPV has the advantages of both passenger car and minivan, not only has a larger space but also can satisfy the comfort requirement. As the family structure changing result from the China two-child policy, the Chinese families’s demands for large vehicle type, such as MPV, will increase. Besides, the research of EV is an important direction which can relieve the increasingly prominent questions of energy and environment. Therefore, designing a braking system with high dependability and energy economization can guarantee the driving security of electric MPV, which has a great significance.

The EV braking system includes mechanical braking system and regenerative braking system, the key point of EV braking system is that the car can recover the braking energy by using the regenerative braking system. Because of the motor braking torque couldn’t always provide enough braking torque, the EV should use mechanical braking system as main braking system and the regenerative braking system as assisted braking system, which can avoid the energy recovery process disturb the safety of driving. The control strategy must distribute the proportion of motor force and mechanical force reasonably under the request of regulation.

In this paper, the type selection and structure design of electric MPV braking system are completed, and a simple research of regeneration brake is carried out. In the first, the type of braking system is determined, such as the choice of brake actuating mechanism, the arrangement of brake line, the distribution mode of mechanical force. Second, the regenerative braking model of electric MPV is built, including the dynamics model, wheel model, motor model, and battery model. Then, an electric MPV regeneration brake control strategy, which can recover as much energy as possible, is designed under the regulation requirements. Finally, the simulation analysis for the braking situations, the energy recover efficiency of different regular driving conditions and the braking performance of whether there is regenerative braking force are conducted based on the mathematical model and control strategy. The simulation result shows that the medium SOC value, the medium speed and the mild brake intensity have the highest energy recover efficiency, however, the energy recover efficiency no more than 20%. In addition, the regenerative braking system can be reduced to meet the needs of large braking strength under low adhesion coefficient road surface according to the simulation results.

Keywords: braking system, regeneration brake, control strategy, energy recover efficiency

目录

摘要 I

ABSTRACT II

第1章 绪论 1

1.1 本设计的背景和意义 1

1.2 再生制动概述 1

1.2.1 国内外研究现状 1

1.2.2 再生制动能量回收机理 2

1.2.3 再生制动约束条件 3

1.3 本文的主要研究内容 4

第2章 制动系统选型与计算 5

2.1 制动系统主要部件选型 5

2.1.1 制动驱动机构型式 5

2.1.2 制动管路布置 5

2.1.3 机械制动力分配方式 6

2.1.4 制动器选型 7

2.1.5 驻车制动驱动方式 9

2.2 制动系统设计计算 10

2.2.1 盘式制动器主要零部件设计 10

2.2.2 衬块磨损特性 13

2.2.3 制动器热容量校核 14

2.2.4 液压制动驱动机构设计计算 15

2.2.5 制动液 17

第3章 电动MPV制动模型 18

3.1 车辆动力学模型 19

3.2 车轮制动模型 20

3.3 电机模型 21

3.4 电池模型 23

第4章 机械制动特性分析 26

4.1 制动力分配 26

4.1.1 传统汽车理想的制动力分配 26

4.1.2 传统汽车实际的制动力分配 27

4.2 制动效率限制 28

4.3 ECE法规要求 29

第5章 再生制动控制策略 31

5.1 经典再生制动控制策略 31

5.1.1 制动感觉最佳的控制策略 31

5.1.2 能量回收率最佳的控制策略 31

5.1.3 并联制动的控制策略 31

5.1.4 ABS防抱死制动 31

5.2 电动MPV再生制动控制策略 32

5.3 再生制动评价指标 35

第6章 制动工况分析 37

6.1 φ=0.7路面下的常规行驶工况分析 37

6.1.1 轻度(z=0.1)制动工况 37

6.1.2 中度(z=0.3)制动工况 38

6.1.3 重度(z=0.6)制动工况 40

6.1.4 紧急(z=0.7)制动工况 41

6.1.5 仿真结果分析 42

6.2 低附着系数路面仿真分析 43

6.2.1 附着系数φ=0.3 制动强度z=0.3 44

6.2.2 附着系数φ=0.4 制动强度z=0.4 45

6.2.3 附着系数φ=0.5 制动强度z=0.5 46

6.2.4 附着系数φ=0.6 制动强度z=0.6 47

6.2.5 仿真结果分析 47

6.3 驻车制动工况 48

第7章 总结与展望 49

7.1 总结 49

7.2 展望 49

参考文献 51

附录 53

附录A 相关计算程序 53

附录B 制动器catia图 66

致谢 68

第1章 绪论

1.1 本设计的背景和意义

我国于2016年1月1日正式实施二孩政策，未来中国的家庭结构将出现变化，使得家庭汽车消费对大空间车型的需求增加，而MPV兼具有轿车与小型客车的优点，其宽大的乘员空间和较高的舒适性满足了用户的使用需求，因此，MPV具有良好的市场前景。同时，随着环境及能源问题的日益突出、新能源汽车技术的逐渐进步，电驱动将是汽车工业的重要发展方向[1][2]。因此，具有大空间、低能耗、高便利性的电动MPV必将受到青睐。

制动系统是保障车辆行车安全性的重要系统，电动MPV的制动系统要具有足够的系统可靠性、制动稳定性、制动舒适性及使用经济性。然而，汽车制动过程是对驱动能量的巨大浪费，特别在城市等需要频繁启停的工况下，驱动能量被大量消耗。有研究表明，此类工况下制动热能消耗了约50%的驱动能量[3]。目前，电动汽车在续航里程方面存在不足之处，若能减少制动时能量的浪费则可以有效增加车辆续航里程，而应用有再生制动系统的电动汽车，在城市工况下能够回收28%到80%的制动能量[4]，同时，研究表明，电驱动汽车中，应用再生制动系统可以增加续驶里程约20%[5]。因此，再生制动系统在电动汽车上的应用能够推进电动汽车的发展。

电动MPV制动系统包含机械制动系统以及再生制动系统，较单一机械制动有明显优势，体现于电动MPV制动系统利用再生制动力减弱了主制动系统的工作压力，使机械制动器使用寿命延长，并通过回收制动能量减少了整车能耗，提高了汽车经济性[6]。不过，由于目前相关技术水平的限制，在制动稳定性、联合制动能量管理和控制策略、制动能量回收效率等方面还有不少问题需要解决。