電動(dòng)汽車再生制動(dòng)系統(tǒng)介紹

電動(dòng)汽車再生制動(dòng)系統(tǒng)介紹2023/2/1報(bào)告人：專業(yè)：車輛工程

目錄一、再生制動(dòng)系統(tǒng)簡介二、再生制動(dòng)的影響因素三、制動(dòng)意圖識(shí)別方法四、再生制動(dòng)系統(tǒng)的控制策略五、制動(dòng)能量回收評(píng)價(jià)指標(biāo)六、再生制動(dòng)能量回收系統(tǒng)研究熱點(diǎn)2023/2/12023/2/1一、再生制動(dòng)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(dòng)汽車的發(fā)展，并被認(rèn)為是傳統(tǒng)車輛的理想替代品。電動(dòng)汽車具有能量來源可持續(xù)、零排放、低噪音等優(yōu)勢(shì)，同時(shí)，電動(dòng)汽車通過自身的驅(qū)動(dòng)電機(jī)，可以實(shí)現(xiàn)再生制動(dòng)能量回收。

2023/2/1續(xù)航歷程短是制約電動(dòng)汽車普及發(fā)展的關(guān)鍵因素，再生制動(dòng)能量回收技術(shù)是提高電動(dòng)車?yán)m(xù)航里程的有效手段。再生制動(dòng)能量回收即汽車在制動(dòng)時(shí)，通過制動(dòng)裝置將動(dòng)能化為電能儲(chǔ)存在動(dòng)力電池、超級(jí)電容等儲(chǔ)能設(shè)備，供驅(qū)動(dòng)時(shí)使用，以達(dá)到延長電動(dòng)汽車?yán)m(xù)駛里程的目的，同時(shí)還可起到減少制動(dòng)器工作強(qiáng)度、延長機(jī)械制動(dòng)系統(tǒng)壽命的作用。因?yàn)榫邆渖鲜鰞?yōu)點(diǎn)，再生制動(dòng)能量回收技術(shù)已成為純電動(dòng)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(shù)之一。2023/2/1再生制動(dòng)的發(fā)展

再生制動(dòng)能量回收系統(tǒng)最開始應(yīng)用在火車上，后來一些學(xué)者將其應(yīng)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(chǔ)能機(jī)構(gòu)，能量回收效率低。后來隨著電動(dòng)汽車技術(shù)的發(fā)展，電機(jī)能源轉(zhuǎn)化效率高，電池儲(chǔ)能效率高，再生制動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)入了研究的快車道，并成為電動(dòng)汽車上一重要的組成部分。1、早在20世紀(jì)70年代，美國威斯康星大學(xué)NormanH.Beachley等學(xué)者就開始了汽車再生制動(dòng)系統(tǒng)的研究，當(dāng)時(shí)主要是對(duì)傳統(tǒng)汽車采用飛輪和液壓儲(chǔ)能方式對(duì)制動(dòng)年能量回收。2、1979年，丹麥P.Buchwald和G.Christensen等比較詳細(xì)的研究了再生制動(dòng)能量回收理論，同時(shí)在福特汽車上研制出了液壓儲(chǔ)能的再生制動(dòng)系統(tǒng)。3、日本豐田公司于1997年推出了具有再生制動(dòng)功能的混合動(dòng)力轎車Prius，這款轎車制動(dòng)的慣性能量能夠通過再生制動(dòng)系統(tǒng)得到回收，回收的能量約能提供汽車5%~23%的驅(qū)動(dòng)力，從而能夠提高轎車10%左右的燃油經(jīng)濟(jì)性。2023/2/14、本田汽車公司緊隨其后，于1999年開發(fā)了混合動(dòng)力汽車Insight，提出了采用雙制動(dòng)力分配系數(shù)控制再生制動(dòng)系統(tǒng)，試驗(yàn)結(jié)果表明，該車實(shí)現(xiàn)了高效的制動(dòng)能量回收。5、美國福特汽車公司也推出了混合動(dòng)力汽車Escape，該車型采用了線控再生制動(dòng)系統(tǒng)，線控系統(tǒng)取代了傳統(tǒng)的機(jī)械液壓制動(dòng)系統(tǒng)，把駕駛員的制動(dòng)踏板信號(hào)操作轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)，通過驅(qū)動(dòng)電機(jī)實(shí)現(xiàn)所需的操作，實(shí)驗(yàn)證明該車制動(dòng)能量回收率及制動(dòng)時(shí)方向穩(wěn)定性均有較大的提高。6、國內(nèi)的再生制動(dòng)技術(shù)起步比較晚。國內(nèi)研究機(jī)構(gòu)和高校都對(duì)再生制動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行了相關(guān)的研究，并取得了一定的進(jìn)展，但尚未達(dá)到十分成熟的階段。但是近些年新出的電動(dòng)汽車大部分都采用了再生制動(dòng)能量回收系統(tǒng)。2023/2/12023/2/1再生制動(dòng)能量回收系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)：

1、再生制動(dòng)是提高電動(dòng)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(dòng)，可使城市工況下的電動(dòng)汽車?yán)m(xù)駛里程延長14%到40%。

2、再生制動(dòng)可承擔(dān)低制動(dòng)強(qiáng)度的制動(dòng)任務(wù)。通常情況下能承擔(dān)制動(dòng)強(qiáng)度在0.1以下的制動(dòng)任務(wù)，但當(dāng)車型與檔位不同時(shí)，能承擔(dān)的制動(dòng)強(qiáng)度可以更大。

3、再生制動(dòng)可起輔助制動(dòng)作用。特別是電動(dòng)汽車恒速下長坡時(shí)，為保持制動(dòng)強(qiáng)度的恒定性，延長行車制動(dòng)系工作壽命，再生制動(dòng)單獨(dú)或與行車制動(dòng)系協(xié)同對(duì)車輛進(jìn)行速度控制。

4、利用再生制動(dòng)提高電動(dòng)汽車主動(dòng)安全性。這種功能包括兩個(gè)方面：一是電動(dòng)汽車在低附著系數(shù)路面上進(jìn)行再生制動(dòng)時(shí)，通過控制再生制動(dòng)力來使驅(qū)動(dòng)輪獲得最佳滑移率，縮短制動(dòng)距離，這是一種區(qū)別于傳統(tǒng)機(jī)械A(chǔ)BS的電磁制動(dòng)系統(tǒng)，它在保持滑移率最佳的同時(shí)，能回收制動(dòng)能，即具有再生ABS功能，二是利用再生制動(dòng)產(chǎn)生橫擺力矩來提高電動(dòng)汽車的轉(zhuǎn)彎操縱穩(wěn)定性。2023/2/1

5、電動(dòng)汽車的再生制動(dòng)反應(yīng)速度快，控制精度高。制動(dòng)系統(tǒng)反應(yīng)時(shí)間對(duì)車輛動(dòng)態(tài)性能的影響十分顯著，通常，行車制動(dòng)系制動(dòng)管路中的電磁閥會(huì)存在死區(qū)時(shí)間，管路中傳力介質(zhì)的壓力反應(yīng)也存在明顯延遲現(xiàn)象，故行車制動(dòng)系起作用的時(shí)間一般較長，如真空助力制動(dòng)系與氣壓制動(dòng)系的起作用時(shí)間為0.3～0.9s,液壓制動(dòng)系起作用的時(shí)間在0.1s左右。由于電動(dòng)汽車再生制動(dòng)的制動(dòng)性質(zhì)是電制動(dòng)，而電機(jī)時(shí)間常數(shù)一般為1ms，因而有利于對(duì)制動(dòng)力矩實(shí)現(xiàn)快速而精確的控制。2023/2/1再生制動(dòng)能量回收系統(tǒng)結(jié)構(gòu)：2023/2/12023/2/1

一般情況下，影響電動(dòng)汽車制動(dòng)能量回收效能的因素有儲(chǔ)能裝置、制動(dòng)力分配比例、驅(qū)動(dòng)類型、電機(jī)性能、行駛工況、控制策略等。（1）儲(chǔ)能裝置。電動(dòng)汽車上常用儲(chǔ)能裝置有蓄電池、燃料電池、超級(jí)電容、飛輪電池等，其中最常用的還是蓄電池。因此，在制動(dòng)能量回收進(jìn)行時(shí)要充分考慮蓄電池的狀態(tài)，如果制動(dòng)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(shí)不宜進(jìn)行制動(dòng)能量回收，否則會(huì)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(hù)蓄電池，制動(dòng)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(dòng)力分配比例。由于電動(dòng)汽車運(yùn)行速度較高，制動(dòng)時(shí)僅僅依靠再生制動(dòng)很難及時(shí)減速，這就需要機(jī)械制動(dòng)提供相應(yīng)的制動(dòng)力，因此制動(dòng)過程中再生制動(dòng)力和機(jī)械制動(dòng)力的比例就顯得尤為重要，在保證制動(dòng)穩(wěn)定性的前提下，再生制動(dòng)力所占比例越高，越有利于制動(dòng)能量回收。三、再生制動(dòng)的影響因素2023/2/1（3）驅(qū)動(dòng)類型。從車型角度考慮，目前對(duì)于電動(dòng)汽車研究涉及最多的是雙軸電動(dòng)轎車，但無論雙軸電動(dòng)轎車為兩驅(qū)型還是四驅(qū)型，制動(dòng)過程中能夠回收的能量均只是驅(qū)動(dòng)輪上的行駛動(dòng)能，而從動(dòng)輪上的動(dòng)能只能依靠機(jī)械摩擦制動(dòng)產(chǎn)生熱量消耗掉。因此，在保證制動(dòng)安全的前提下，盡可能多的向驅(qū)動(dòng)輪分配制動(dòng)力有利于提高制動(dòng)能量回收效率。（4）電機(jī)性能。作為再生制動(dòng)系統(tǒng)的關(guān)鍵部件，電機(jī)的制動(dòng)能力越好，就可在分配再生制動(dòng)力與機(jī)械制動(dòng)力時(shí)提高再生制動(dòng)力比例，增加制動(dòng)能量回收效果。此外，電機(jī)的發(fā)電效率也對(duì)制動(dòng)能量回收有很大影響，另外在低速和高速時(shí)也不利于電機(jī)進(jìn)行制動(dòng)能量回收。（5）行駛工況。行駛工況對(duì)于制動(dòng)能量的回收影響最直接，若電動(dòng)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(dòng)工況較多，提高了再生制動(dòng)次數(shù)，能夠增加能量回收效果；若電動(dòng)汽車行駛在高速公路，很少會(huì)出現(xiàn)制動(dòng)減速工況，制動(dòng)能量回收較少。2023/2/1（6）控制策略。制動(dòng)控制策略是電動(dòng)汽車的軟件核心。對(duì)于再生制動(dòng)技術(shù)，提高能量回收效率需要依靠合理的再生制動(dòng)控制策略。再生制動(dòng)控制策略最關(guān)鍵的內(nèi)容是在保證制動(dòng)安全的前提下，最優(yōu)的分配再生制動(dòng)力和前、后輪機(jī)械摩擦制動(dòng)力，最大限度的實(shí)現(xiàn)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(dòng)能量回收及傳遞過程中，各個(gè)部件自身的效率等也會(huì)制動(dòng)能量回收效果產(chǎn)生影響。

2023/2/1一汽奔騰B50電動(dòng)試驗(yàn)車結(jié)構(gòu)：2023/2/1四、制動(dòng)意圖識(shí)別制動(dòng)意圖識(shí)別主要是能夠正確的識(shí)別電動(dòng)汽車中駕駛員的制動(dòng)意圖，是駕駛意圖的一部分，是駕駛員對(duì)車輛進(jìn)行減速操作的一種意圖。便于可以準(zhǔn)確的控制電機(jī)制動(dòng)和液壓制動(dòng)進(jìn)入和退出的時(shí)間，從而一方面有利于提高汽車制動(dòng)能量回收率，另一方面也可以提高汽車制動(dòng)的安全性。識(shí)別出的不同制動(dòng)意圖要求的不同的制動(dòng)性能，不同的制動(dòng)性能則要求合理的對(duì)前后軸制動(dòng)力進(jìn)行分配，作為制動(dòng)力分配的依據(jù)。在制動(dòng)強(qiáng)度較大時(shí)保證車輛的制動(dòng)安全性，在制動(dòng)強(qiáng)度較小時(shí)保證較高的制動(dòng)能量回收率。2023/2/1制動(dòng)意圖識(shí)別參數(shù)：制動(dòng)踏板位移開度、制動(dòng)踏板速率、加速踏板位移、車速、制動(dòng)管路壓力，制動(dòng)意圖識(shí)別方法：基于規(guī)則識(shí)別法、模糊控制識(shí)別法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)識(shí)別法等。2023/2/12023/2/12023/2/1五、再生制動(dòng)的控制策略

實(shí)際中，在硬件結(jié)構(gòu)及外部行車狀況不易改變或控制的條件下，通過設(shè)計(jì)合理的再生制動(dòng)控制策略，使得制動(dòng)力分配合適，是提高再生制動(dòng)能量回收效率的最有效途再生制動(dòng)作為電動(dòng)汽車一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，除了要求汽車在制動(dòng)過程中行駛平穩(wěn)外，還要有合適的制動(dòng)能量回收效率作為保障。

再生制動(dòng)控制策略有很多，主要有前后軸制動(dòng)力分配策略、電機(jī)制動(dòng)和機(jī)械制動(dòng)分配策略、整車控制策略、再生制動(dòng)與其它系統(tǒng)協(xié)調(diào)策略、多能源系統(tǒng)協(xié)調(diào)策略等，但是策略設(shè)計(jì)的共同點(diǎn)是電機(jī)提供大部分的制動(dòng)力用于能量回收，特別是在制動(dòng)強(qiáng)度較小的情況下，電機(jī)提供全部的制動(dòng)力。2023/2/11、典型的前后軸制動(dòng)力分配策略有理想制動(dòng)力分配控制策略、最佳制動(dòng)能量回收控制策略和并行制動(dòng)能量回收控制策略。理想制動(dòng)力分配控制策略：

理想制動(dòng)力分配控制策略如圖所示。其控制目標(biāo)是在保證車輛具有最佳前后制動(dòng)力分配（最佳制動(dòng)性能）的前提下盡量回收制動(dòng)能量。當(dāng)減速度小于時(shí)，只有再生制動(dòng)系統(tǒng)工作。當(dāng)減速度要求大于時(shí)，前后制動(dòng)力被控制在曲線上。控制系統(tǒng)根據(jù)電機(jī)特性和車載電池的情況決定驅(qū)動(dòng)軸制動(dòng)力是由再生制動(dòng)系統(tǒng)單獨(dú)提供還是由兩種系統(tǒng)聯(lián)合提供。2023/2/12023/2/1最佳制動(dòng)能量回收控制策略

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

最佳制動(dòng)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(shù)時(shí)的控制策略如下，以圖粗實(shí)線AB為例說明在不同情況下如何分配制動(dòng)力：（1）當(dāng)可獲得的再生制動(dòng)力（制動(dòng)電機(jī)的最大制動(dòng)力）在Freq范圍內(nèi)時(shí)，如圖中C點(diǎn)，前軸制動(dòng)力全部由再生制動(dòng)系統(tǒng)提供，同時(shí)將后軸制動(dòng)力控制在相應(yīng)的D點(diǎn)，此時(shí)汽車有j/g=0.6的制動(dòng)減速度。（2）當(dāng)可獲得的再生制動(dòng)力小于A點(diǎn)對(duì)應(yīng)的前軸制動(dòng)力時(shí)，如圖中E點(diǎn)，控制制動(dòng)電機(jī)工作在最大值，同時(shí)前軸摩擦制動(dòng)系統(tǒng)提供一部分制動(dòng)力，為了將整車制動(dòng)力控制在I曲線上的F點(diǎn)，相應(yīng)的將后軸摩擦制動(dòng)力控制在G點(diǎn)，此時(shí)整車將獲得的制動(dòng)減速度j/g=0.6。2023/2/1（3）當(dāng)需要較小的制動(dòng)減速度時(shí)，例如j/g=0.3，如果再生制動(dòng)系統(tǒng)可單獨(dú)提供制動(dòng)力需求，將由再生制動(dòng)系統(tǒng)單獨(dú)作用，如圖中K點(diǎn)。2023/2/1并行制動(dòng)能量回收控制策略

并行制動(dòng)能量回收控制策略的思想是在不改變?cè)幸簤褐苿?dòng)系統(tǒng)基礎(chǔ)上，在驅(qū)動(dòng)軸上附加一個(gè)電機(jī)制動(dòng)力矩。此種控制方法對(duì)原有的液壓制動(dòng)系統(tǒng)改動(dòng)較小且響應(yīng)較快、易于實(shí)現(xiàn)，但由于電機(jī)系統(tǒng)作僅為一個(gè)輔助系統(tǒng)回收制動(dòng)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(dòng)減速度要求小于0.1g時(shí)，機(jī)械制動(dòng)系統(tǒng)不工作，僅制動(dòng)電機(jī)單獨(dú)制動(dòng)；（2）制動(dòng)減速度要求大于0.1g小于0.7g時(shí)，制動(dòng)電機(jī)和摩擦制動(dòng)系統(tǒng)聯(lián)合制動(dòng)；（3）制動(dòng)減速度要求大于0.7g時(shí)，認(rèn)為是緊急制動(dòng)，僅依靠技術(shù)成熟可靠的摩擦制動(dòng)系統(tǒng)制動(dòng)。2023/2/12023/2/12、驅(qū)動(dòng)與制動(dòng)協(xié)調(diào)控制策略：2023/2/13、再生制動(dòng)與ABS協(xié)調(diào)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(dòng)能量回收評(píng)價(jià)指標(biāo)制動(dòng)能量回饋率：制動(dòng)能量回饋過程中電動(dòng)機(jī)發(fā)出的電能在總制動(dòng)能量中的占比。能量回收率：在某循環(huán)工況下電動(dòng)機(jī)回饋發(fā)出的電能占電動(dòng)機(jī)總消耗能量的百分比?；厥章剩弘妱?dòng)機(jī)回饋發(fā)出的電能占整車總動(dòng)能或動(dòng)力電池總儲(chǔ)電量的百分比制動(dòng)能量回收貢獻(xiàn)率：制動(dòng)能量中被回收又重新被動(dòng)力系統(tǒng)利用且傳遞到驅(qū)動(dòng)輪的那一部分能量在總驅(qū)動(dòng)能量中所占的比例。制動(dòng)可回收率：制動(dòng)可回收率ηk定義為在制動(dòng)過程中半軸回收能量Et占整車動(dòng)能變化量Ez的百分比。2023/2/1制動(dòng)轉(zhuǎn)化率：制動(dòng)轉(zhuǎn)化率ηt定義為制動(dòng)過程中驅(qū)動(dòng)電池充電能量Er占半軸回收能量Et的百分比。制動(dòng)回收率：制動(dòng)回收率ηv定義為制動(dòng)過程中驅(qū)動(dòng)電池充電能量Er占整車動(dòng)能變化量Ez的百分比，其考慮到了制動(dòng)能量由車輪傳遞至驅(qū)動(dòng)電池過程中所有的影響因素，反映電動(dòng)汽車實(shí)際的制動(dòng)能量回收效率。同時(shí)，今年汽車工程學(xué)會(huì)在2月發(fā)布了《純電動(dòng)乘用車再生制動(dòng)能量回收率的評(píng)價(jià)及試驗(yàn)方法》（T/CSAE44-2015）2023/2/1

本標(biāo)準(zhǔn)對(duì)涉及電動(dòng)汽車再生制動(dòng)能量回收率的相關(guān)術(shù)語進(jìn)行了闡述，如滑行能量回收、制動(dòng)能量回收、單次工況再生制動(dòng)能量回收率、循環(huán)工況再生制動(dòng)能量回收率等；定義了電動(dòng)汽車再生制動(dòng)的評(píng)價(jià)指標(biāo)?；谏鲜鰞?nèi)容對(duì)電動(dòng)汽車再生制動(dòng)的試驗(yàn)條件和狀態(tài)要求進(jìn)行了詳細(xì)的說明。主要含車輛狀態(tài)的基本要求，電動(dòng)汽車的試驗(yàn)質(zhì)量，再生制動(dòng)系統(tǒng)的狀態(tài)，底盤測(cè)功機(jī)的試驗(yàn)條件，電池狀態(tài)