電動汽車復(fù)合再生制動研究

朱布博，羅 明，孫少杰，賈永峰

（陜西交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院，陜西 西安 710018）

隨著石油資源的日益枯竭和環(huán)境污染的不斷加劇，發(fā)展新能源汽車已成為必然的趨勢。電動汽車具有零排放、能量利用率高、驅(qū)動形式靈活、電子控制集成度高等特點(diǎn)，已成為各個國家汽車工業(yè)的發(fā)展方向和汽車企業(yè)研究的熱點(diǎn)。

目前，動力電池由于受到能量密度等因素的限制，電動汽車的續(xù)駛里程短是阻礙其發(fā)展的原因之一。汽車在城市道路行駛過程中，主要受到空氣阻力、滾動阻力以及制動力3種行駛阻力，由于路況的限制，車速較低，需要頻繁起動和停止，在制動的過程中，大量能量以摩擦生熱的形式被浪費(fèi)掉，而制動力消耗的能量約占車輛行駛阻力消耗能量的90%，因此，在城市工況下電動汽車的制動能量回收對節(jié)能、增加續(xù)駛里程有著重要意義［1-2］。所示［3］。現(xiàn)行復(fù)合再生制動指由摩擦制動和電機(jī)再生制動聯(lián)合制動，其中摩擦制動時摩擦力做功，將汽車行駛的動能通過摩擦轉(zhuǎn)化為熱能，這些能量傳遞到空氣中無法進(jìn)行回收，主要包括液壓制動、氣壓制動、EHB、EMB和EWB等形式［4］；而再生制動時電機(jī)將動能轉(zhuǎn)化為電能，存儲在儲能裝置中，從而實(shí)現(xiàn)對制動能量的回收再利用。

圖1 電機(jī)再生制動能量回收系統(tǒng)

1 復(fù)合再生制動系統(tǒng)

1.1 復(fù)合再生制動原理

制動系統(tǒng)作為車輛底盤中的重要組成部分，是保證車輛行駛安全的關(guān)鍵，其按制動能量來源可分為機(jī)械式、液壓式、電磁式和氣壓式等。復(fù)合制動系統(tǒng)是指同時具有兩種或兩種以上形式的制動系統(tǒng)，通過協(xié)調(diào)分配制動力，發(fā)揮不同制動形式的優(yōu)點(diǎn)，達(dá)到回收制動能量并延長制動器使用壽命的目的。

新能源汽車中，電機(jī)（發(fā)電機(jī)）可以作為制動能量的收集裝置，能夠補(bǔ)充車輛動力電池的電能，成為新能源汽車領(lǐng)域研究的方向之一。電機(jī)再生制動能量回收系統(tǒng)如圖1

1.2 復(fù)合再生制動實(shí)現(xiàn)方式

復(fù)合再生制動系統(tǒng)包括并聯(lián)式和串聯(lián)式兩種［5］，并聯(lián)式是在原有機(jī)械制動的基礎(chǔ)上按照固定的比例疊加再生制動，它無需改動原有的摩擦制動系統(tǒng)，僅需在總制動系統(tǒng)中加入再生制動系統(tǒng)，這將改變原有的制動特性和制動感覺，如圖2a所示。

串聯(lián)式需要改變原有的機(jī)械制動系統(tǒng)，它可靈活調(diào)整機(jī)械制動力和再生制動力在總制動力中所占的比重，以滿足駕駛員需求的目標(biāo)制動力，能大幅提高制動能量回收率，但要求機(jī)械制動系統(tǒng)的控制精度高、響應(yīng)速度快，并且兩種制動力在協(xié)調(diào)的過程中要保持車輛原有的制動特性，滿足駕駛員的制動需求，因而實(shí)現(xiàn)起來更為復(fù)雜，如圖2b所示。

圖2 復(fù)合再生制動系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方式

1.3 復(fù)合再生制動結(jié)構(gòu)

前輪驅(qū)動電動汽車復(fù)合再生制動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖3所示，摩擦制動為雙管路前后布置液壓制動系統(tǒng)，采用4通道4傳感器ABS。后軸的制動力僅由液壓制動完成，前軸的制動力由摩擦制動和電機(jī)再生制動共同提供。

當(dāng)駕駛員踩下制動踏板需要對車輛減速時，制動控制器依據(jù)制動踏板信號傳感器傳來的信號計算出制動要求，同時對車速、輪速、電池狀態(tài)、電機(jī)功率、管路壓力等信號綜合處理，依據(jù)制動控制策略分配摩擦制動力與電機(jī)再生制動力大小，此時電機(jī)為制動狀態(tài)，并通過功率轉(zhuǎn)換器為動力電池充電，實(shí)現(xiàn)制動能量的回收。

圖3 復(fù)合再生制動系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)

2 仿真計算

圖4為本文在Cruise軟件中建立的整車仿真模型［6］。車輛部分參數(shù)為：質(zhì)量1 209 kg；軸距2.5 m；質(zhì)心至前軸距離1.2 m；質(zhì)心高度0.5 m；車輪半徑0.301 m。電機(jī)基本參數(shù)為：額定功率75 kW；最大轉(zhuǎn)矩240Nm；額定轉(zhuǎn)速3 000 r/min；最大轉(zhuǎn)速10 000 r/min。采用串聯(lián)式復(fù)合再生制動，優(yōu)先使用電制動，在其產(chǎn)生的制動扭矩不足時，使用摩擦制動彌補(bǔ)。

圖4 整車仿真模型

3 仿真結(jié)果分析

在NEDC工況下，從圖5中的仿真結(jié)果可以看出，在電池初始SOC值為0.8的情況下，有制動能量回收車輛的電池SOC值衰減速度明顯低于無制動能量回收的車輛。說明制動能量在很大程度上得到了回收利用，能夠有效延長車輛續(xù)駛里程。

圖5 電池SOC曲線

4 結(jié)語

通過與無制動能量回收車輛的電池SOC進(jìn)行對比，結(jié)果證明采用串聯(lián)式復(fù)合再生制動，選取NEDC工況進(jìn)行制動仿真，可以有效提高能量的利用率和整車?yán)m(xù)駛里程。

［1］ 朱雅君.混合動力商用車再生制動及防抱死集成控制系統(tǒng)的研究［D］.長春：吉林大學(xué)，2007.

［2］ 陳全世.先進(jìn)電動車技術(shù)［M］.北京：化工工業(yè)出版社，2007.

［3］ 何仁.汽車制動能量再生方法的探討［J］.江蘇大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2003，24（6）：1-4.

［4］ 趙國柱.電動汽車再生制動若干關(guān)鍵問題研究［D］.南京：南京航空航天大學(xué)，2012.

［5］ Mehrdad Ehsani，Yimin Gao，Ali Emadi．現(xiàn)代電動汽車、混合動力電動汽車和燃料電池車-基本原理、理論和設(shè)計［M］．北京： 機(jī)械工業(yè)出版社，2010．

［6］ 王保華，羅永革.基于CRUISE的汽車建模與仿真［J］.湖北汽車工業(yè)學(xué)院學(xué)報，2005，19（2）：5-8.