電動汽車再生制動系統(tǒng)介紹

電動汽車再生制動系統(tǒng)介紹2023/2/1報告人：專業(yè)：車輛工程

目錄一、再生制動系統(tǒng)簡介二、再生制動的影響因素三、制動意圖識別方法四、再生制動系統(tǒng)的控制策略五、制動能量回收評價指標六、再生制動能量回收系統(tǒng)研究熱點2023/2/12023/2/1一、再生制動能量回收系統(tǒng)簡介

隨著環(huán)保和能源問題日益突出，傳統(tǒng)汽車所帶來的空氣污染日益加重和石油短缺的問題，得到了人們的重視。為解決節(jié)能和環(huán)保的問題，國家大力支持電動汽車的發(fā)展，并被認為是傳統(tǒng)車輛的理想替代品。電動汽車具有能量來源可持續(xù)、零排放、低噪音等優(yōu)勢，同時，電動汽車通過自身的驅動電機，可以實現再生制動能量回收。

2023/2/1續(xù)航歷程短是制約電動汽車普及發(fā)展的關鍵因素，再生制動能量回收技術是提高電動車續(xù)航里程的有效手段。再生制動能量回收即汽車在制動時，通過制動裝置將動能化為電能儲存在動力電池、超級電容等儲能設備，供驅動時使用，以達到延長電動汽車續(xù)駛里程的目的，同時還可起到減少制動器工作強度、延長機械制動系統(tǒng)壽命的作用。因為具備上述優(yōu)點，再生制動能量回收技術已成為純電動汽車和燃料電池汽車等新能源汽車節(jié)能減排的主要技術之一。2023/2/1再生制動的發(fā)展

再生制動能量回收系統(tǒng)最開始應用在火車上，后來一些學者將其應用在汽車上，早起主要是在傳統(tǒng)汽車上使用，利用液壓和飛輪的儲能機構，能量回收效率低。后來隨著電動汽車技術的發(fā)展，電機能源轉化效率高，電池儲能效率高，再生制動系統(tǒng)進入了研究的快車道，并成為電動汽車上一重要的組成部分。1、早在20世紀70年代，美國威斯康星大學NormanH.Beachley等學者就開始了汽車再生制動系統(tǒng)的研究，當時主要是對傳統(tǒng)汽車采用飛輪和液壓儲能方式對制動年能量回收。2、1979年，丹麥P.Buchwald和G.Christensen等比較詳細的研究了再生制動能量回收理論，同時在福特汽車上研制出了液壓儲能的再生制動系統(tǒng)。3、日本豐田公司于1997年推出了具有再生制動功能的混合動力轎車Prius，這款轎車制動的慣性能量能夠通過再生制動系統(tǒng)得到回收，回收的能量約能提供汽車5%~23%的驅動力，從而能夠提高轎車10%左右的燃油經濟性。2023/2/14、本田汽車公司緊隨其后，于1999年開發(fā)了混合動力汽車Insight，提出了采用雙制動力分配系數控制再生制動系統(tǒng)，試驗結果表明，該車實現了高效的制動能量回收。5、美國福特汽車公司也推出了混合動力汽車Escape，該車型采用了線控再生制動系統(tǒng)，線控系統(tǒng)取代了傳統(tǒng)的機械液壓制動系統(tǒng)，把駕駛員的制動踏板信號操作轉變?yōu)殡娦盘?，通過驅動電機實現所需的操作，實驗證明該車制動能量回收率及制動時方向穩(wěn)定性均有較大的提高。6、國內的再生制動技術起步比較晚。國內研究機構和高校都對再生制動系統(tǒng)進行了相關的研究，并取得了一定的進展，但尚未達到十分成熟的階段。但是近些年新出的電動汽車大部分都采用了再生制動能量回收系統(tǒng)。2023/2/12023/2/1再生制動能量回收系統(tǒng)優(yōu)點：

1、再生制動是提高電動汽車能量利用率的重要途徑之一。尤其是在起、停頻繁的城市工況下，研究表明，利用再生制動，可使城市工況下的電動汽車續(xù)駛里程延長14%到40%。

2、再生制動可承擔低制動強度的制動任務。通常情況下能承擔制動強度在0.1以下的制動任務，但當車型與檔位不同時，能承擔的制動強度可以更大。

3、再生制動可起輔助制動作用。特別是電動汽車恒速下長坡時，為保持制動強度的恒定性，延長行車制動系工作壽命，再生制動單獨或與行車制動系協(xié)同對車輛進行速度控制。

4、利用再生制動提高電動汽車主動安全性。這種功能包括兩個方面：一是電動汽車在低附著系數路面上進行再生制動時，通過控制再生制動力來使驅動輪獲得最佳滑移率，縮短制動距離，這是一種區(qū)別于傳統(tǒng)機械ABS的電磁制動系統(tǒng)，它在保持滑移率最佳的同時，能回收制動能，即具有再生ABS功能，二是利用再生制動產生橫擺力矩來提高電動汽車的轉彎操縱穩(wěn)定性。2023/2/1

5、電動汽車的再生制動反應速度快，控制精度高。制動系統(tǒng)反應時間對車輛動態(tài)性能的影響十分顯著，通常，行車制動系制動管路中的電磁閥會存在死區(qū)時間，管路中傳力介質的壓力反應也存在明顯延遲現象，故行車制動系起作用的時間一般較長，如真空助力制動系與氣壓制動系的起作用時間為0.3～0.9s,液壓制動系起作用的時間在0.1s左右。由于電動汽車再生制動的制動性質是電制動，而電機時間常數一般為1ms，因而有利于對制動力矩實現快速而精確的控制。2023/2/1再生制動能量回收系統(tǒng)結構：2023/2/12023/2/1

一般情況下，影響電動汽車制動能量回收效能的因素有儲能裝置、制動力分配比例、驅動類型、電機性能、行駛工況、控制策略等。（1）儲能裝置。電動汽車上常用儲能裝置有蓄電池、燃料電池、超級電容、飛輪電池等，其中最常用的還是蓄電池。因此，在制動能量回收進行時要充分考慮蓄電池的狀態(tài)，如果制動過程中蓄電池SOC值超過上限值，表明蓄電池電量充足不需充電，此時不宜進行制動能量回收，否則會損害蓄電池壽命并且有可能引發(fā)安全問題。另外，為了保護蓄電池，制動能量回收過程還要充分考慮蓄電池能承受的最大充電電流和充電功率。（2）制動力分配比例。由于電動汽車運行速度較高，制動時僅僅依靠再生制動很難及時減速，這就需要機械制動提供相應的制動力，因此制動過程中再生制動力和機械制動力的比例就顯得尤為重要，在保證制動穩(wěn)定性的前提下，再生制動力所占比例越高，越有利于制動能量回收。三、再生制動的影響因素2023/2/1（3）驅動類型。從車型角度考慮，目前對于電動汽車研究涉及最多的是雙軸電動轎車，但無論雙軸電動轎車為兩驅型還是四驅型，制動過程中能夠回收的能量均只是驅動輪上的行駛動能，而從動輪上的動能只能依靠機械摩擦制動產生熱量消耗掉。因此，在保證制動安全的前提下，盡可能多的向驅動輪分配制動力有利于提高制動能量回收效率。（4）電機性能。作為再生制動系統(tǒng)的關鍵部件，電機的制動能力越好，就可在分配再生制動力與機械制動力時提高再生制動力比例，增加制動能量回收效果。此外，電機的發(fā)電效率也對制動能量回收有很大影響，另外在低速和高速時也不利于電機進行制動能量回收。（5）行駛工況。行駛工況對于制動能量的回收影響最直接，若電動汽車行駛在城市交通較擁擠道路上，需要頻繁起步、加速、減速，則制動工況較多，提高了再生制動次數，能夠增加能量回收效果；若電動汽車行駛在高速公路，很少會出現制動減速工況，制動能量回收較少。2023/2/1（6）控制策略。制動控制策略是電動汽車的軟件核心。對于再生制動技術，提高能量回收效率需要依靠合理的再生制動控制策略。再生制動控制策略最關鍵的內容是在保證制動安全的前提下，最優(yōu)的分配再生制動力和前、后輪機械摩擦制動力，最大限度的實現能量回收以及優(yōu)化駕駛員感受。除上述6大主要影響因素外，在制動能量回收及傳遞過程中，各個部件自身的效率等也會制動能量回收效果產生影響。

2023/2/1一汽奔騰B50電動試驗車結構：2023/2/1四、制動意圖識別制動意圖識別主要是能夠正確的識別電動汽車中駕駛員的制動意圖，是駕駛意圖的一部分，是駕駛員對車輛進行減速操作的一種意圖。便于可以準確的控制電機制動和液壓制動進入和退出的時間，從而一方面有利于提高汽車制動能量回收率，另一方面也可以提高汽車制動的安全性。識別出的不同制動意圖要求的不同的制動性能，不同的制動性能則要求合理的對前后軸制動力進行分配，作為制動力分配的依據。在制動強度較大時保證車輛的制動安全性，在制動強度較小時保證較高的制動能量回收率。2023/2/1制動意圖識別參數：制動踏板位移開度、制動踏板速率、加速踏板位移、車速、制動管路壓力，制動意圖識別方法：基于規(guī)則識別法、模糊控制識別法、神經網絡識別法等。2023/2/12023/2/12023/2/1五、再生制動的控制策略

實際中，在硬件結構及外部行車狀況不易改變或控制的條件下，通過設計合理的再生制動控制策略，使得制動力分配合適，是提高再生制動能量回收效率的最有效途再生制動作為電動汽車一項關鍵技術，除了要求汽車在制動過程中行駛平穩(wěn)外，還要有合適的制動能量回收效率作為保障。

再生制動控制策略有很多，主要有前后軸制動力分配策略、電機制動和機械制動分配策略、整車控制策略、再生制動與其它系統(tǒng)協(xié)調策略、多能源系統(tǒng)協(xié)調策略等，但是策略設計的共同點是電機提供大部分的制動力用于能量回收，特別是在制動強度較小的情況下，電機提供全部的制動力。2023/2/11、典型的前后軸制動力分配策略有理想制動力分配控制策略、最佳制動能量回收控制策略和并行制動能量回收控制策略。理想制動力分配控制策略：

理想制動力分配控制策略如圖所示。其控制目標是在保證車輛具有最佳前后制動力分配（最佳制動性能）的前提下盡量回收制動能量。當減速度小于時，只有再生制動系統(tǒng)工作。當減速度要求大于時，前后制動力被控制在曲線上?？刂葡到y(tǒng)根據電機特性和車載電池的情況決定驅動軸制動力是由再生制動系統(tǒng)單獨提供還是由兩種系統(tǒng)聯合提供。2023/2/12023/2/1最佳制動能量回收控制策略

最佳制動能量回收控制策略的思想是在制動力分配允許的范圍內盡量增大電機制動的份額，以達到多回收制動能量的目的。這種控制策略可以達到最佳回收能量的目的。這種控制策略的缺點是穩(wěn)定性不高、控制困難，且對路面附著系數的變化較為敏感。

最佳制動能量回收控制策略如圖所示。其在減速度要求小于路面附著系數時的控制策略如下，以圖粗實線AB為例說明在不同情況下如何分配制動力：（1）當可獲得的再生制動力（制動電機的最大制動力）在Freq范圍內時，如圖中C點，前軸制動力全部由再生制動系統(tǒng)提供，同時將后軸制動力控制在相應的D點，此時汽車有j/g=0.6的制動減速度。（2）當可獲得的再生制動力小于A點對應的前軸制動力時，如圖中E點，控制制動電機工作在最大值，同時前軸摩擦制動系統(tǒng)提供一部分制動力，為了將整車制動力控制在I曲線上的F點，相應的將后軸摩擦制動力控制在G點，此時整車將獲得的制動減速度j/g=0.6。2023/2/1（3）當需要較小的制動減速度時，例如j/g=0.3，如果再生制動系統(tǒng)可單獨提供制動力需求，將由再生制動系統(tǒng)單獨作用，如圖中K點。2023/2/1并行制動能量回收控制策略

并行制動能量回收控制策略的思想是在不改變原有液壓制動系統(tǒng)基礎上，在驅動軸上附加一個電機制動力矩。此種控制方法對原有的液壓制動系統(tǒng)改動較小且響應較快、易于實現，但由于電機系統(tǒng)作僅為一個輔助系統(tǒng)回收制動能量，此種控制策略能量回收率較小其控制策略如下：（1）制動減速度要求小于0.1g時，機械制動系統(tǒng)不工作，僅制動電機單獨制動；（2）制動減速度要求大于0.1g小于0.7g時，制動電機和摩擦制動系統(tǒng)聯合制動；（3）制動減速度要求大于0.7g時，認為是緊急制動，僅依靠技術成熟可靠的摩擦制動系統(tǒng)制動。2023/2/12023/2/12、驅動與制動協(xié)調控制策略：2023/2/13、再生制動與ABS協(xié)調控制策略：2023/2/14、多能源系統(tǒng)模糊分配策略：2023/2/14、多能源系統(tǒng)模糊分配策略：2023/2/1六、制動能量回收評價指標制動能量回饋率：制動能量回饋過程中電動機發(fā)出的電能在總制動能量中的占比。能量回收率：在某循環(huán)工況下電動機回饋發(fā)出的電能占電動機總消耗能量的百分比。回收率：電動機回饋發(fā)出的電能占整車總動能或動力電池總儲電量的百分比制動能量回收貢獻率：制動能量中被回收又重新被動力系統(tǒng)利用且傳遞到驅動輪的那一部分能量在總驅動能量中所占的比例。制動可回收率：制動可回收率ηk定義為在制動過程中半軸回收能量Et占整車動能變化量Ez的百分比。2023/2/1制動轉化率：制動轉化率ηt定義為制動過程中驅動電池充電能量Er占半軸回收能量Et的百分比。制動回收率：制動回收率ηv定義為制動過程中驅動電池充電能量Er占整車動能變化量Ez的百分比，其考慮到了制動能量由車輪傳遞至驅動電池過程中所有的影響因素，反映電動汽車實際的制動能量回收效率。同時，今年汽車工程學會在2月發(fā)布了《純電動乘用車再生制動能量回收率的評價及試驗方法》（T/CSAE44-2015）2023/2/1

本標準對涉及電動汽車再生制動能量回收率的相關術語進行了闡述，如滑行能量回收、制動能量回收、單次工況再生制動能量回收率、循環(huán)工況再生制動能量回收率等；定義了電動汽車再生制動的評價指標?；谏鲜鰞热輰﹄妱悠囋偕苿拥脑囼灄l件和狀態(tài)要求進行了詳細的說明。主要含車輛狀態(tài)的基本要求，電動汽車的試驗質量，再生制動系統(tǒng)的狀態(tài)，底盤測功機的試驗條件，電池狀態(tài)