实验 制动控制策略 - SUSTC-XLAB/MiniFormulaE GitHub Wiki

1 控制算法试验

此试验旨在通过LabView编写缩短延迟时间、加入PID控制的实时调整转差率程序和防制动抱死程序，改进国内外现有的制动控制算法，使用基于回馈功率最大的制动控制策略，试验中车手驾驶赛车在预先规划好的路线上以相同的驾驶方式行驶两圈，分别烧录改进前后的制动控制算法，利用BMS记录功率数据。测试时车辆总质量320kg。 控制算法改进前后系统功率曲线见图1。改进前耗能144.4 kJ，回收能量6.21 kJ，回收效率4.3%。改进后 耗能147.9 kJ，回收能量37.4 kJ，回收效率25.3%。改进 电机驱动器的控制策略后，可以明显提高回收效率。 （图1 改进前后回收效果）

2 不同速度、不同的机械制动力下回收效果试验

此试验旨在测试合适的制动力分配方案，并在较短的制动时间和较高的能量回收效率之间取得平衡。测试时车辆总质量320kg。赛车加速到预定速度后，由车手将制动踏板踩到最大行程即施加预设的 机械制动力，赛车减速直至停止，主控模块和BMS记 录时间、速度、功率信号。由图2可见，低速状态下 （30 km/h）采用改进后的制动控制策略后，机械制动力变大，制动所需时间缩短，但回收效率降低。 由表1可见，中低速状态下（50 km/h）机械制动力从35%增加到55%后，回收效率略有降低，但制动 时间显著缩短；而机械制动力从55%增加到65%后，制动时间略有缩短，但回收效率大大降低。中低速状态下，机械制动力选择55%，可在制动时间和回收效 率间取得较好平衡，因此高速状态下着重研究55%附近规律。 由表2可见，高速状态下（70 km/h）制动力的微 小改变对制动时间的影响很小，但对回收效率影响很大。此时行驶路面的情况对制动时间的影响不可忽略，所以制动时间的变化与表3中的规律略有不同。 对比以上表格可以发现车速越快回收效率越高，这是 因为采用了基于回馈功率最大的制动控制策略而非恒 转矩控制策略，在低速时电机的力矩降低，回收的能量相应减少。 （表1 50 km/h时不同机械制动力下测试结果 ）

（表2 70 km/h不同机械制动力下测试结果）

（图2 30 km/h不同的机械制动力下回收效果）

3 仿真结果验证

为了验证采用基于回馈功率最大的制动控制策略 的有效性，基于Matlab/Simulink软件设计了如下仿真 试验：输入信号为油门（制动）信号，观察使用制 动回收策略前后车速和电池输出功率的变化。如图3所示，05 s内的信号作为仿真输入。在0.61.6 s时， 油门信号增大直到稳定在1，持续到2.5 s。之后油门信号减弱至0，制动信号增强至1。由图4、图5可见，车速变化、电池输出功率与油 门信号吻合。电池输出功率仿真结果与赛车实际测试结果曲线基本吻合。由于4s后制动信号到达最高，电 机进入回馈制动状态，电池输出功率为负即电流对电 池充电。电池回馈功率大小与电机的电磁转矩、电机 电角速度有关。在有变速器的驱动系统构型中，电机 电角速度可与车速解耦，并通过变速器和电机输出转 矩同时调节电机的工作点，使其工作在高效率区。本次实验采用只有固定减速比减速器的驱动系统构型，由于电机电角速度与车速耦合，因此，只能通过调节电机的输出转矩来达到最优的制动能量回收。 （图3 油门和制动踏板信号随时间变化关系图）

（图4 车速仿真结果）

（图5 电池输出功率仿真结果）

4 总结

对于FSE赛车，制定合理的制动回收策略，最大 化地回收制动能量，能够有效地减少电池容量、减轻 整车质量，对提升赛车的性能具有重要的意义。本课 题通过建立完整的电气系统，进行实车测试及仿真试验，证明本赛车平台使用基于回馈功率最大的制动控 制策略可获得较高的回收效率，机械制动力调整为55%时在制动时间和回收效率间取得了较好的平衡。

reference

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